如何寫出優(yōu)美的C語言代碼
面向?qū)ο蟮恼Z言更接近人的思維方式,而且在很大程度上降低了代碼的復(fù)雜性,同時(shí)提高了代碼的可讀性和可維護(hù)性,傳統(tǒng)的 C 代碼同樣可以設(shè)計(jì)出比較易讀,易維護(hù),復(fù)雜度較低的優(yōu)美代碼,本文將通過一個(gè)實(shí)際的例子來說明這一點(diǎn)。
基礎(chǔ)知識(shí)
結(jié)構(gòu)體
除了提供基本數(shù)據(jù)類型外,C 語言還提供給用戶自己定制數(shù)據(jù)類型的能力,那就是結(jié)構(gòu)體,在 C 語言中,你可以用結(jié)構(gòu)體來表示任何實(shí)體。結(jié)構(gòu)體正是面向?qū)ο笳Z言中的類的概念的雛形,比如:
typedef struct{ float x; float y; }Point;
定義了一個(gè)平面坐標(biāo)系中的一個(gè)點(diǎn),點(diǎn)中有兩個(gè)域,x 坐標(biāo)和 y 坐標(biāo)。
結(jié)構(gòu)體中的域稱為結(jié)構(gòu)體的成員。結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)類型可以是簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型,也可以是其他的結(jié)構(gòu)體,甚至結(jié)構(gòu)體本身還可以嵌套,比如,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的鏈表結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行如下定義:
typedef struct node{ void *data;// 數(shù)據(jù)指針 int dataLength;// 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 struct node *next;// 指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn) }Node;
可以看到,結(jié)構(gòu)體 node 中的 next 指針的類型又是 node 類型。
函數(shù)指針
指針是 C 語言的靈魂,是 C 比其他語言更靈活,更強(qiáng)大的地方。所以學(xué)習(xí) C 語言必須很好的掌握指針。函數(shù)指針,即指向函數(shù)在內(nèi)存映射中的首地址的指針,通過函數(shù)指針,可以將函數(shù)作為參數(shù)傳遞給另一個(gè)函數(shù),并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用,從而實(shí)現(xiàn)異步通信等功能。
比如, UNIX/Linux 系統(tǒng)中的信號(hào)注冊(cè)函數(shù),其原型如下:
void (*signal(int signo,void (*func)(int))) (int)
使用的時(shí)候,需要自己在外部定義一個(gè)信號(hào)處理函數(shù) (signal handler), 然后使用 signal(sigNo, handler) 將處理程序注冊(cè)在進(jìn)程上,當(dāng)信號(hào)發(fā)生時(shí),進(jìn)程就可以回調(diào)信號(hào)處理函數(shù)。
將函數(shù)指針作為結(jié)構(gòu)體的成員
正如前面提到的,結(jié)構(gòu)體的成員可以是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),也可以是其他的結(jié)構(gòu)體,當(dāng)然,也可以是指針。當(dāng)將函數(shù)指針作為結(jié)構(gòu)體的成員,并且這些函數(shù)只用來操作本結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)時(shí),就可以形成一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體,這個(gè)實(shí)體中既有數(shù)據(jù),也有對(duì)數(shù)據(jù)的操作,這樣自然就可以引出類(class)的概念。
面向?qū)ο笳Z言的特性
一般而言,繼承,封裝和多態(tài)被認(rèn)為是面向?qū)ο笳Z言所必須支持的三種特征,也正是通過這三種特征才可以體現(xiàn)出面向?qū)ο笤谀男┓矫鎯?yōu)于面向過程。由于語言開發(fā)商的宣傳或其他的各種原因,使的表面上面向?qū)ο蟮乃枷胍ㄟ^語言為載體而得以實(shí)現(xiàn),然而實(shí)際上,面向?qū)ο笫且环N軟件設(shè)計(jì)思想,完全是可以與具體實(shí)現(xiàn)無關(guān)的。
雖然如此,但是不可否認(rèn),這些所謂的純面向?qū)ο蟮恼Z言,在其代碼的可讀性以及與人的自然思維的匹配方面,比面向過程的語言要好的多。
語言層次的面向?qū)ο?/p>
我們一般要描述一個(gè)對(duì)象,一般需要描述這個(gè)對(duì)象的一些屬性,比如盒子(box) 是一個(gè)實(shí)體,它有 6 個(gè)面,有顏色,重量,是否為空等屬性,并且可以放東西進(jìn)去,可以取東西出來。在面向?qū)ο蟮恼Z言中,通常將這樣的對(duì)象抽象成一個(gè)類 (class):
class Box{ clolr color; int weight; boolean empty; put(something); something get(); }
對(duì)盒子進(jìn)行操作時(shí),可以做一下動(dòng)作:
Box.put(cake); Box.get();// 取到某個(gè)東西,從盒子中。
而面向過程的語言中,通常是將實(shí)體傳遞給一個(gè)貫穿全局的函數(shù)來進(jìn)行的,同樣以 Box 為例,對(duì) Box 進(jìn)行操作時(shí),往往是這樣:
Put(Box, cake);// 將一個(gè)蛋糕放到盒子中 Get(Box);// 從盒子中取出某個(gè)東西來
而顯然,第一種代碼形式更符合常理,所以面向?qū)ο蟮恼Z言大都提供這種語言層面的細(xì)節(jié)的支持,使得代碼的可讀性,可理解性大大增加。 C 語言,作為一個(gè)靈活而簡(jiǎn)單的語言,我們完全可以通過 C 提供的簡(jiǎn)單機(jī)制,實(shí)現(xiàn)這樣的比較優(yōu)美的代碼形式。
C 語言的面向?qū)ο?/strong>
如前所說,面向?qū)ο笫且环N軟件設(shè)計(jì)的思想,是語言無關(guān)的。在本節(jié)中,我舉一個(gè)鏈表(list)的例子來說明如何在 C 語言中的設(shè)計(jì)出有面向?qū)ο箫L(fēng)格的代碼。
定義接口
接口是面向?qū)ο笳Z言中的一個(gè)比較重要的概念,接口只對(duì)外部承諾實(shí)現(xiàn)該接口的實(shí)體可以完成什么樣的功能,但是不暴露實(shí)現(xiàn)的方式。這樣的好處是,實(shí)現(xiàn)者可以在不接觸接口使用者的代碼的情況下,對(duì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)整。
我們來看看鏈表的接口定義:
清單 1. 鏈表的接口定義
#ifndef _ILIST_H #define _ILIST_H // 定義鏈表中的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) typedef struct node{ void *data; struct node *next; }Node; // 定義鏈表結(jié)構(gòu) typedef struct list{ struct list *_this; Node *head; int size; void (*insert)(void *node);// 函數(shù)指針 void (*drop)(void *node); void (*clear)(); int (*getSize)(); void* (*get)(int index); void (*print)(); }List; void insert(void *node); void drop(void *node); void clear(); int getSize(); void* get(int index); void print(); #endif /* _ILIST_H */
IList 接口中,可以清晰的看到,對(duì)于一個(gè) list 實(shí)體 ( 也就是對(duì)象 ) 來說,可以在其上進(jìn)行 insert, drop, clear, getSize, get(index) 以及 print 等操作。
接口的實(shí)現(xiàn)
清單 2. 構(gòu)造方法
Node *node = NULL; List *list = NULL; void insert(void *node); void drop(void *node); void clear(); int getSize(); void print(); void* get(int index); List *ListConstruction(){ list = (List*)malloc(sizeof(List)); node = (Node*)malloc(sizeof(Node)); list->head = node; list->insert = insert;// 將 insert 函數(shù)實(shí)現(xiàn)注冊(cè)在 list 實(shí)體上 list->drop = drop; list->clear = clear; list->size = 0; list->getSize = getSize; list->get = get; list->print = print; list->_this = list;// 用 _this 指針將 list 本身保存起來 return (List*)list; }
需要注意的是此處的 _this 指針,_this 指針可以保證外部對(duì) list 的操作映射到對(duì) _this 的操作上,從而使得代碼得到簡(jiǎn)化。
清單 3. 插入及刪除
// 將一個(gè) node 插入到一個(gè) list 對(duì)象上 void insert(void *node){ Node *current = (Node*)malloc(sizeof(Node)); current->data = node; current->next = list->_this->head->next; list->_this->head->next = current; (list->_this->size)++; } // 刪除一個(gè)指定的節(jié)點(diǎn) node void drop(void *node){ Node *t = list->_this->head; Node *d = NULL; int i = 0; for(i;i < list->_this->size;i++){ d = list->_this->head->next; if(d->data == ((Node*)node)->data){ list->_this->head->next = d->next; free(d); (list->_this->size)--; break; }else{ list->_this->head = list->_this->head->next; } } list->_this->head = t; }
其他的實(shí)現(xiàn)代碼可以參看下載部分,這里限于篇幅就不再意義列舉出來。
測(cè)試
測(cè)試代碼
好了,前面做的一切工作都是為了保證我們的暴露給使用者的 API 可以盡量的簡(jiǎn)潔,優(yōu)美,現(xiàn)在到測(cè)試的時(shí)候了:
清單 4. 測(cè)試代碼
int main(int argc, char** argv) { List *list = (List*)ListConstruction();// 構(gòu)造一個(gè)新的鏈表 // 插入一些值做測(cè)試 list->insert("Apple"); list->insert("Borland"); list->insert("Cisco"); list->insert("Dell"); list->insert("Electrolux"); list->insert("FireFox"); list->insert("Google"); list->print();// 打印整個(gè)列表 printf("list size = %d\n",list->getSize()); Node node; node.data = "Electrolux"; node.next = NULL; list->drop(&node);// 刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn) node.data = "Cisco"; node.next = NULL; list->drop(&node);// 刪除另一個(gè)節(jié)點(diǎn) list->print();// 再次打印 printf("list size = %d\n",list->getSize()); list->clear();// 清空列表 return 0; }
圖 1. 運(yùn)行結(jié)果
結(jié)束語
C 語言所誕生的UNIX平臺(tái)提倡這樣一種設(shè)計(jì)哲學(xué):盡量進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì),讓使用者如同搭積木一樣的將這些簡(jiǎn)單的工具連接成強(qiáng)大的,完整的應(yīng)用。 應(yīng)該說,C 比較好的繼承了這一點(diǎn),C 語言非常簡(jiǎn)潔,非常強(qiáng)大,而由于 C 語言誕生的比較早,當(dāng)時(shí)的面向?qū)ο蟮乃枷脒€不成熟,所以出現(xiàn)了大量的過程式的 C 應(yīng)用,從而給人們一種 C 語言是面向過程的語言的錯(cuò)覺,其實(shí) C 只是提供了一些簡(jiǎn)單,強(qiáng)大而通用的能力,至于你想將其搭成什么樣的積木,則全靠你自己了。
總結(jié)
以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了,希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,謝謝大家對(duì)我們的支持。如果你想了解更多相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)查看下面相關(guān)鏈接
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