周立功教你學(xué)C語(yǔ)言編程：結(jié)構(gòu)體，使程序設(shè)計(jì)更方便——內(nèi)置函數(shù)指針和嵌套結(jié)構(gòu)體

第二章為程序設(shè)計(jì)技術(shù)，本文為2.2.3 內(nèi)置函數(shù)指針和2.2.4 嵌套結(jié)構(gòu)體。

我們知道，數(shù)組和指針是相同類(lèi)型有序數(shù)據(jù)的集合，但很多時(shí)候需要將不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)捆綁在一起作為一個(gè)整體來(lái)對(duì)待，使程序設(shè)計(jì)更方便。在C語(yǔ)言中，這樣的一組數(shù)據(jù)被稱(chēng)為結(jié)構(gòu)體。

>>>2.2.3內(nèi)置函數(shù)指針

面對(duì)一系列數(shù)據(jù)，真正重要的不是如何存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而是如何使用數(shù)據(jù)。實(shí)際上，一個(gè)結(jié)構(gòu)體的成員可以是數(shù)據(jù)，還可以是包含操作數(shù)據(jù)的函數(shù)指針。為了支持這種風(fēng)格，在這里不妨引入一個(gè)新的概念——方法是作為某個(gè)結(jié)構(gòu)體的一部分聲明的，有了方法就可以操作存儲(chǔ)在結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)。

1.類(lèi)型與變量

當(dāng)函數(shù)指針作為結(jié)構(gòu)體的成員時(shí)，即將校驗(yàn)參數(shù)和調(diào)用校驗(yàn)器的函數(shù)指針?lè)庋b在一起，形成了一個(gè)新的結(jié)構(gòu)體類(lèi)型。有了類(lèi)型就可以定義一個(gè)該類(lèi)型的變量，然后就可以用這個(gè)變量引用校驗(yàn)參數(shù)和調(diào)用校驗(yàn)器函數(shù)。

為了支持這種風(fēng)格，C允許將方法作為某個(gè)結(jié)構(gòu)體的一部分來(lái)聲明，那么操作存儲(chǔ)在結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)就很容易了，詳見(jiàn)程序清單2.18。

程序清單 2.18 范圍值校驗(yàn)器接口

接下來(lái)需要設(shè)計(jì)一個(gè)判斷value值是否符合范圍值要求的validateRange()接口函數(shù)，其具體的實(shí)現(xiàn)詳見(jiàn)程序清單2.19。

程序清單 2.19 范圍值校驗(yàn)器接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

同理，偶校驗(yàn)器OddEvenValidator和變量oddEvenValidator的定義詳見(jiàn)程序清單2.20。

程序清單 2.20 偶校驗(yàn)器接口

接下來(lái)同樣需要設(shè)計(jì)一個(gè)判斷value值是否符合偶校驗(yàn)要求的validateOddEven()接口函數(shù)，其具體的實(shí)現(xiàn)詳見(jiàn)程序清單2.21。

程序清單 2.21 偶校驗(yàn)器接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

顯然，無(wú)論是什么校驗(yàn)器，其共性是value值合法性判斷，因此可以共用一個(gè)函數(shù)指針，即特殊的函數(shù)指針類(lèi)型RangeValidate和OddEvenValidate被泛化成了一般的函數(shù)指針類(lèi)型Validate。其次，由于每個(gè)函數(shù)都有一個(gè)指向當(dāng)前對(duì)象的pThis指針，因此特殊的結(jié)構(gòu)體類(lèi)型struct _RangeValidator*和struct _OddEvenValidator *被泛化成了void *類(lèi)型，即可接受任何類(lèi)型數(shù)據(jù)的實(shí)參。比如：

這就是范型編程，校驗(yàn)器泛化接口的實(shí)現(xiàn)詳見(jiàn)程序清單 2.22。由于pRangeValidator與pThis的類(lèi)型不同，因此必須對(duì)pThis指針強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換才能引用相應(yīng)結(jié)構(gòu)體的成員。

程序清單 2.22 通用校驗(yàn)器接口的實(shí)現(xiàn)（validator.c）

由此可見(jiàn)，當(dāng)將方法作為結(jié)構(gòu)體的一部分聲明時(shí)，就直接將方法和數(shù)據(jù)打包成為了一個(gè)新的數(shù)據(jù)類(lèi)型RangeValidator。有了RangeValidator類(lèi)型，就可以創(chuàng)建一個(gè)該類(lèi)型的變量rangeValidator，即可通過(guò)rangeValidator引用該結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)，并調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)。真正想強(qiáng)化的是由方法定義結(jié)構(gòu)體的思想，而不是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體時(shí)碰巧用到的那些數(shù)據(jù)。

2.初始化

使用名為newRangeValidator的宏將結(jié)構(gòu)體初始化：

其中，validateRange為范圍值校驗(yàn)器的函數(shù)名，使用方法如下：

宏展開(kāi)后如下：

其相當(dāng)于：

如果有以下定義：

即可通過(guò)pValidator引用RangeValidator的min和max。校驗(yàn)函數(shù)的調(diào)用方式如下：

以上調(diào)用形式的前提是已知pValidator指向了確定的結(jié)構(gòu)體類(lèi)型，如果pValidator將指向未知的校驗(yàn)器，顯然以上調(diào)用形式無(wú)法做到通用，那么將如何調(diào)用？

雖然pValidator與&rangeValidator.validate的類(lèi)型不一樣，但它們的值相等，因此可以利用這一特性獲取validateRange()函數(shù)的地址。比如：

其調(diào)用形式如下：

3.接口與實(shí)現(xiàn)

為了便于閱讀，如程序清單2.23所示詳細(xì)地展示了通用校驗(yàn)器的接口。

程序清單 2.23 通用校驗(yàn)器接口（validator.h）

以范圍值校驗(yàn)器為例，調(diào)用validateRange()的rangeCheck()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

rangeCheck()函數(shù)的調(diào)用形式如下：

由此可見(jiàn)，rangeCheck()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)不依賴(lài)任何具體校驗(yàn)器。 注意，在這里，作者并沒(méi)有提供完整的代碼，請(qǐng)讀者補(bǔ)充完善。

>>>2.2.4嵌套結(jié)構(gòu)體

1.重構(gòu)

隨著添加一個(gè)又一個(gè)功能，處理一個(gè)又一個(gè)錯(cuò)誤，代碼的結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸退化。如果對(duì)此置之不理，這種退化最終會(huì)導(dǎo)致糾結(jié)不清，難以維護(hù)的混亂代碼，因此需要經(jīng)常性地重構(gòu)代碼扭轉(zhuǎn)這種退化。

重構(gòu)就是在不改變代碼行為的前提下，對(duì)其進(jìn)行一系列小的改進(jìn)，旨在改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐活動(dòng)。雖然每個(gè)改進(jìn)都是微不足道的，甚至幾乎不值得去做，但如果將所有的改造疊加在一起時(shí)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和架構(gòu)的改進(jìn)效果是十分明顯的。

在每次細(xì)微改進(jìn)后，通過(guò)運(yùn)行單元測(cè)試以確保改進(jìn)沒(méi)有造成任何破壞，然后才去做下一次改進(jìn)。如此往復(fù)周而復(fù)始，每次改進(jìn)后都要運(yùn)行，通過(guò)這種方式保證在改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)系統(tǒng)能夠正常工作。

重構(gòu)是持續(xù)進(jìn)行的，而不是在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)、發(fā)布版本時(shí)、迭代結(jié)束時(shí)、甚至每天下班時(shí)才進(jìn)行。重構(gòu)是每隔一個(gè)小時(shí)或半個(gè)小時(shí)就要去做的事情，通過(guò)重構(gòu)可以持續(xù)地保持盡可能干凈、簡(jiǎn)單且有表現(xiàn)力的代碼。

大量的實(shí)踐證明，重復(fù)可能是軟件中一切邪惡的根源，許多原則和實(shí)踐規(guī)則都是為了控制與消除重復(fù)而創(chuàng)建的。消除重復(fù)最好的方法就是抽象，即將所有公共的函數(shù)指針移到一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)體中，創(chuàng)建一個(gè)通用的Validator類(lèi)型校驗(yàn)器。也就是說(shuō)，如果兩種事物相似的話(huà)，必定存在某種抽象能夠統(tǒng)一它們，因此消除重復(fù)的行為會(huì)迫使團(tuán)隊(duì)提煉出許多的抽象，進(jìn)一步減少代碼之間的耦合。

自從發(fā)明子程序以來(lái)，軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的所有創(chuàng)新都是在不斷嘗試從源代碼中消滅重復(fù)，即DRY（Don't Repeat Yourself）原則——?jiǎng)e重復(fù)自己，因?yàn)橹貜?fù)黏貼會(huì)帶來(lái)很多的問(wèn)題，所以無(wú)論在哪里發(fā)現(xiàn)重復(fù)的代碼，都必須消除它們。

2.類(lèi)型與變量

實(shí)際上，不管是范圍值校驗(yàn)器還是奇偶校驗(yàn)器，其本質(zhì)上都是校驗(yàn)器，其相同的屬性是校驗(yàn)參數(shù)和待校驗(yàn)的值，其相同的行為可以共用一個(gè)函數(shù)指針調(diào)用不同的校驗(yàn)器。根據(jù)依賴(lài)倒置原則，將它們相同的屬性和行為抽象為一個(gè)結(jié)構(gòu)體類(lèi)型Validator。比如：

在這里，還是以范圍值校驗(yàn)為例，在RangeValidatro結(jié)構(gòu)體中嵌套一個(gè)Validator類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體，即將Validator類(lèi)型的變量isa作為RangeValidator結(jié)構(gòu)體的成員。比如：

由于&rangeValidator與&rangeValidator.isa的值相等，因此以下關(guān)系恒成立。比如：

即可將validateRange()函數(shù)原型：

中的“void *pThis”轉(zhuǎn)換為“Validator *pThis”，validatrRange()函數(shù)原型進(jìn)化為：

3.初始化

當(dāng)將Validator類(lèi)型的isa作為RangeValidator結(jié)構(gòu)體成員時(shí)，顯然rangeValidator.isa是一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量名，可以象任何普通結(jié)構(gòu)體變量一樣使用。使用Validator類(lèi)型表達(dá)式：

即可引用rangeValidator變量的結(jié)構(gòu)體成員isa的成員validate，即將rangeValidator.isa作為另一個(gè)點(diǎn)操作符的左操作符。比如：

由于點(diǎn)操作符的結(jié)合性是從左向右的，因此可以省略括號(hào)。其等價(jià)于：

只要將rangeValidator.isa看作一個(gè)Validator類(lèi)型的變量即可。

使用名為newRangeValidator的宏將結(jié)構(gòu)體初始化：

其中，validateRange為范圍值校驗(yàn)器函數(shù)名，使用方法如下：

宏展開(kāi)后如下：

其中，外面的{}為RangeValidator結(jié)構(gòu)體賦值，內(nèi)部的{}為RangeValidator結(jié)構(gòu)體的成員變量isa賦值。即：

如果有以下定義：

即可用pValidator引用RangeValidator的min和max。

由于pValidator與&rangeValidator.isa不僅類(lèi)型相同且值相等，則以下關(guān)系同樣成立：

因此可以利用這一特性獲取validateRange()函數(shù)的地址，即pValidator->validate指向validateRange()。其調(diào)用形式如下：

4.接口與實(shí)現(xiàn)

以范圍值校驗(yàn)器為例，validatorCheck()函數(shù)的調(diào)用形式如下：

當(dāng)然，也可以采取以下調(diào)用形式：

其效果是一樣的。

為了便于閱讀，如程序清單 2.24所示詳細(xì)地展示了通用校驗(yàn)器的接口。

程序清單 2.24通用校驗(yàn)器接口（validator.h）

以范圍值校驗(yàn)器為例，調(diào)用validateRange()的validatorCheck()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

由此可見(jiàn)，validatorCheck()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)不依賴(lài)任何具體校驗(yàn)器，通用校驗(yàn)器接口的實(shí)現(xiàn)詳見(jiàn)程序清單 2.25。

程序清單 2.25 通用校驗(yàn)器接口的實(shí)現(xiàn)（validator.c）

在這里，作者并沒(méi)有提供完整的代碼，請(qǐng)讀者補(bǔ)充完善。