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蛙蛙推荐:C语言入门之三——接口,委托,泛型,单元测试

作者: 蛙蛙王子  来源: 博客园  发布时间: 2010-10-18 21:25  阅读: 974 次  推荐: 1   原文链接   [收藏]  

  摘要:C是一个比较底层的语言,没有提供高级语言的很多特性,如接口,泛型等,但我们要用C写一些通用的库却很需要这些机制。《代码大全》里说过:“我们不要在一门语言上编程,而要深入一门语言去编程”,就是说我们不要受语言的限制,可以加一些人为的约定来提高语言的表达能力,达到我们的目的。

  一个特定的排序程序

  排序是一个很普通的任务,我们先随便用一个排序算法实现对一个int数组的排序,先定义一个compar_int函数用来比较两个int指针指向的类型,如果a比b大,则返回一个大于0的int值,如果a比b小,则返回一个小于0的int值,如果a和b相等,则返回0。

  sort_int函数完整对int数组的排序,它需要3个参数,第一个参数是一个函数指针,该函数指针的签名(就是函数声明的参数及返回值的定义)和compar_int是一致的,第二个参数是一个int型指针,指向要排序的数组,第3个参数是要排序的数组元素个数。该函数的实现比较简单,对数组遍历n次,每次找到一个最小的数组元素放在数组的最左边,遍历完成后数组从左到右依次是从小达到排序了。

  test_sort_int是一个单元测试函数,因为C语言的单元测试类库都比较复杂,咱们测试一个小程序就自己写测试代码验证就行了。声明一个int数组arr并初始化,调用sort_int进行排序后,然后用一个for循环打印出排序后的数组

代码
int compar_int(int *a, int *b){
return *a - *b;
}
void sort_int(int (*f)(int*, int*),int *arr,int n){
printf(
"sort_int\n");

int temp = *arr;
int *p_i = arr;
int i = 0, j = 0;
for(i = 0; i < n; i++){
int *p_j = p_i;
for(j = i + 1; j < n; j++){
p_j
++;
if(f(p_i, p_j) > 0){
temp
= *p_i;
*p_i = *p_j;
*p_j = temp;
}
}
p_i
++;
}
}
void test_sort_int(){
int arr[] = {3, 2, 1, 5, 4};
sort_int(compar_int, arr,
5);
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++){
printf(
"arr%d=%d\n", i, arr[i]);
}
}

  单元测试结果如下

sort_int
arr0
=1
arr1
=2
arr2
=3
arr3
=4
arr4
=5

  一个通用的排序程序

  在.NET里实现排序,只要这个类型System.IComparable<T>,然后用System.Array.Sort<T>(T[] Array)方法就可以对其数组进行排序,这就是高级语言的优点,有接口,有泛型,类库的通用性很好,算法重用性很强,我们也想用C写一个通用的排序库(我们假设stdlib.h里没有定义qsort函数)。

  我们知道在面向对象的语言里,委托和接口有时候是可以互相替换的,一个对象是否实现了一个接口,就是说一个对象是否支持这个接口定义的行为,委托也定义了一个行为,该行为可以由任何对象去实现,只要符合委托定义的参数和返回值就行。在C语言里没有强类型的委托,但有与之相对应的函数指针可以用,这个问题就解决了。

  另外就是高级语言里的泛型可以更好的支持算法的重用,尤其一些容器类的实现,C语言里也没有,但C语言里的void指针可以指向任何类型,并可以在必要的时候做强制转换。很多人都说不要随便用void指针,我的观点是不要因噎废食,你要清楚你自己的目标是什么,你的目标是明确的,void指针只是你实现目标的工具而已,你把void指针的实现封装你对外暴露的接口之内,别人又看不到你使用了void指针,或者你注释里写清楚你提供的函数怎么用,我想使用者不会被迷惑的。既然c语言提供了这个机制,肯定有它的最佳使用场景,在.NET没有支持泛型之前,那些ArrayList,HashTable不也只支持一个通用的object参数吗,你取出对象的时候不也得照样强制转换吗,而且取出的是值类型的话,还得拆箱,C语言里把void*转换成具体类型指针连这个消耗都没有,为啥不用呀,难道为每一个类型写一个排序程序就比用void*实现一个通用的排序程序优雅了吗?我们要花大量的时间来提高代码的通用性,封装性,提供成熟的,稳定的,接口良好,说明准确的模块,而不是花时间去研究怎么刻意的不去用void指针,或者为每一种类型写一套类库。  

  好了,看下我们从sort_int演变而来的通用的sort函数:

代码
void copy(char *target, char *source, int len)
{
while(len-- > 0)
*target++ = *source++;
}
void sort(int (*f)(void*, void*), void *arr, int n, int size)
{
char temp[size];
char *p_i = arr;
int i = 0, j = 0;
for(i = 0; i < n; i++){
char *p_j = p_i;
for(j = i + 1; j < n; j++){
p_j
+=size;
if((*f)(p_i, p_j) > 0){
copy(temp, p_i, size);
copy(p_i, p_j, size);
copy(p_j, temp, size);
}
}
p_i
+=size;
}
}

  可以看到,从代码的结构上来看,sort和sort_int差不多,逻辑都是一样的,只不过是把int *换成了void *,增加一个int类型的size参数的原因是我们不知道void指针到底是个指向什么类型的指针,不知道类型,就不知道它占用的字节数,而指针的算术运算需要根据指向类型占用的字节数来计算偏移量,因此我们不能对它进行算术运算。但我们把void *转换成char *后就可以进行算术运算了,char类型占用一个字节(一般情况下),并且我们通过size参数知道了void *指向的类型的宽度,那么我们让char *加上一个size长度的偏移量,就相当于void *指针指向的数组向后移动了一个元素,这样我们就可以遍历void *指向的原始数组了。

  另外这里还引入了一个copy子函数,因为不知道void *指向的类型,所以我们声明了一个char temp[size]的变量,正好能放下一个这种类型的对象,我们不管它是什么类型,我们只关心它有多大,然后copy函数是用来从一个char*的地址(由void*强制转换得来,代表要排序数组的一个元素)往另一个char*的地址(我们刚刚声明的temp)复制N个char宽度(1字节)的内存,这样其实就实现了一个类似赋值的过程。

  测试我们通用排序程序

  我们先测试一个double类型数组,首先我们要定义 一个compar_double的函数来比较两个double类型谁大谁小,是否相等,这相当于.NET里的IComparable的成员方法。

代码
int compar_double(void *a, void *b){
double diff = *(double*)a - *(double*)b;
if(fabs(diff) < 0.00005)
return 0;
else if(diff > 0.0)
return 1;
else
return -1;
}

  我们都知道double类型是不能直接比较的,由于精度的问题,要想比较两个double对象是否相等,要把它们的差取绝对值后看是否小于某个特别小的浮点数,如果小于的话,我们就假设它们在这个要求的精度上是相等的。注意fabs要include <math.h>。测试代码也很好写,声明一个double数组arr并初始化,调用sort函数,第一个参数传递刚刚定义的compar_double函数,最后一个参数传递sizeof(double)。

代码
void test_sort_double(){
printf(
"sort_double\n");
double arr[] = {3.2,2.4,1.3,5.1,4.7};
sort(compar_double, arr,
5, sizeof(double));
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++){
printf(
"arr%d=%.2f\n",i, arr[i]);
}
}

  执行结果符合预期,如下

sort_double
arr0
=1.30
arr1
=2.40
arr2
=3.20
arr3
=4.70
arr4
=5.10

  对指针数组的排序

  刚才对一个double的数组进行了排序,在排序的过程中要对数组的元素进行实际的位置交换,交换的话就要涉及内存的拷贝,拷贝一个double对象就要拷贝sizeof(double)个字节,咱这个算法又是一个复杂度很高的函数,O(n*n)吧应该是,所以这样算起来效率更低了,如果对一个很大的结构对象进行拷贝,那影响更大了,所以我们如果对一个大对象数组进行排序的话,可以把一个一个的大对象的指针搞成一个指针数组,对指针数组进行排序,那拷贝就只是一个指针的大小,指针应该很小,32位机器就是始终4个字节。

  比如我们要对一个字符串数组进行排序吧,注意是字符串数组,不是字符数组,每个字符串是一个字符数组,多个字符串构成一个字符串数组,但我们最终的数组的元素只是一个个指向字符串(字符数组)的指针。我们在设计compar_string的时候,就应该知道void *a是一个指向指针的指针,我们先把a转换成一个指向指针的指针(char**)a,然后再对其进行*取值,这样就得到了具体的字符串的指针,也就是一个char*了,然后对char*比较,库函数里有现成的,就是strcmp,我们直接调用它来完成对字符串比较。strcmp需要include <string.h>。

int compar_string(void *a, void *b){
return strcmp(*(char**)a, *(char**)b);
}

  相应的测试程序和上面的差不多,只不过要arr的类型是一个指针数组,声明字符串数组很简单,因为字符串本身就是字符数组,字符数组名字本身就是一个指针常量,所以初始化arr就写的比较直观了,不用大括号套着大括号了,如下。

代码
void test_sort_string(){
printf(
"sort_string\n");
char *arr[] = {
"lilei",
"hanmeimei",
"jim",
"poly",
"miss gao"
};
sort(compar_string, arr,
5, sizeof(char *));
char **arr_p = arr;
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++){
printf(
"arr%d=%s\n",i, *arr_p++);
}
}

  值得注意的一点是arr虽然是指针数组,是一个数组名,数组名又代表一个指针,但却是一个指针常量,不能对其进行自增操作,所以我们得声明 一个指向指针的指针char **arr_p来指向arr,然后才能遍历指针数组并打印它的值。测试结果如下

sort_string
arr0
=hanmeimei
arr1
=jim
arr2
=lilei
arr3
=miss gao
arr4
=poly

  小节

  用C语言实现泛型(模板)除了用指针外还可以使用宏,但宏理解起来更麻烦,调试也麻烦,还不如耗点儿性能用指针强制转换呢。我是一个C的新手,可能在帖子里有一些幼稚的错误,欢迎大家多多指点,我是写了半天程序了,才知道类库里有一个qsort函数和我想要实现的函数几乎一样,参数的类型个数都一样,真巧了,热。

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标签:C语言 入门

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