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基础知识：C语言和指针

添加时间：2013-12-7
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副标题#e#

    前言

    指针是C的灵魂，正是指针使得C存在了这么多年，而且将长期存在下去。事实上，我自己不用C语言写程序已经有一年了，工作中接触到的只有java，python和javascript.最近用C完成了一下类似于OO中的封装（即"类"）的概念，顺便把指针复习了下，感觉有必要记一下。

    本文中的例子有这样两个概念：任务（Task），执行器（Executor）。任务有名称（taskName），并且可以执行（execute）。 而执行器与具体任务所执行的内容无关，只是回调（callback）任务的执行方法，这样我们的执行器就可以做的比较通用。而任务接口只需要实现一个execute方法即可，这样我们的任务就可以是多种多样的，可以通过统一的接口set给执行器执行。这是面向对象中基本的思想，也是比较常用的抽象方式。下面我们具体看下例子。

    可以想象，main函数大概是这个样子：

 int　main(int　argc,　char**　argv)　{

　　　　Task　*t1　=　TaskConstruction("Task1",　run);//此处的run是一个函数指针
　　　　Executor　*exe　=　ExecutorConstruction();
　　　　exe->setTask(t1);
　　　　exe->begin();
　　　　exe->cancel();

　　　　Task　*t2　=　TaskConstruction("Task2",　run2);//此处的run2也是一个函数指针，用于构造一个Task.
　　　　exe->setTask(t2);
　　　　exe->begin();
　　　　exe->cancel();
　　　　
　　　　return　(EXIT_SUCCESS);
}

    运行结果为：
 task　:　[Task1]　is　ready　to　run
[a　=　1.200000,　b　=　2.300000]
[(a　+　b)　*　(a　-　b)　=　-3.850000]
cancel　is　invoked　here
task　:　[Task2]　is　ready　to　run
another　type　of　execute,just　print　out　some　information
cancel　is　invoked　here

 

#p#副标题#e#

 

    好了，下面详细看看实现：

    定义接口

    首先，定义Task和Executor两个实体的接口：

    Task接口，注意其中的_this字段，这个指针在后边有很重要的作用，用于hold整个Task的实例。然后是一个taskName的字符串，和一个函数指针，这个指针在初始化（构造）Task时传入。这个execute（）函数比较有意思，它不在内部使用，而是让执行器回调执行的。

 #ifndef　_ITASK_H
#define　　　　_ITASK_H

typedef　struct　Task{
　　　　struct　Task　*_this;
　　　　char　*taskName;
　　　　void　(*execute)();
}Task;

void　execute();
#endif　　　　/*　_ITASK_H　*/

    执行器接口比Task接口复杂一些，其中包含_this指针，包含一个对Task的引用，然后是对外的接口begin（）， cancel（）。对接口的使用者来说，他们只需要调用接口实例上的setTask（），将任务传递给执行器，然后在适当时期调用begin（），等待任务正常结束或者调用cancel（）将其取消掉。

 #include　"ITask.h"

#ifndef　_IEXECUTOR_H
#define　　　　_IEXECUTOR_H

typedef　struct　Executor{
　　　　struct　Executor　*_this;
　　　　Task　*task;
　　　　char　*(*setTask)(Task*　task);
　　　　void　(*begin)();
　　　　void　(*cancel)();
}Executor;

char　*setTask(Task　*task);
void　begin();
void　cancel();

#endif　/* _IEXECUTOR_H */

    实现接口

 #include　<stdlib.h>
#include　"ITask.h"

Task　*task　=　NULL;

void　execute();

/*
　*　The　construction　of　Task　object.
　*　name　:　the　name　of　the　task
　*　execute　:　execute　method　of　the　task
　*　
　*/
Task　*TaskConstruction(char　*name,　void　(*execute)()){
　　　　task　=　(Task*)malloc(sizeof(strlen(name))+sizeof(execute));
　　　　task->taskName　=　name;
　　　　task->execute　=　execute;
　　　　task->_this　=　task;
　　　　
　　　　return　(Task*)task;//返回一个自身的指针，通过内部的_this指针，两者即可实现封装
}

/*
　*　Destruction　of　task,　not　used　current　time.
　*
　*/
void　TaskDestruction(){
　　　　task->taskName　=　NULL;
　　　　task->execute　=　NULL;
　　　　task->_this　=　NULL;
　　　　task　=　NULL;
}

/*
　*　private　method,　should　register　to　executor
　*
　*/
void　execute(){
　　　　task->_this->execute();//调用_this上的execute()方法
}

 

#p#副标题#e#

 

    执行器的实现一样，稍微复杂一点，构造的时候，将函数指针在内部设置好，当外部调用时动态的执行需要执行的函数，这句话可能有些绕口，这么看：在构造Executor的时候，executor->begin = begin； 这条语句是将下面void begin（）的实现注册到结构体中，但是要执行什么还是不确切的，当setTask以后，回调函数的地址已经明确：（executor->_this->task　=　task；），此时调用begin（）即可正确的调用到注册的Task上。

 #include　<stdlib.h>
#include　"IExecutor.h"

Executor　*executor　=　NULL;

Executor　*ExecutorConstruction(){
　　　　executor　=　(Executor*)malloc(sizeof(Executor));
　　　　executor->begin　=　begin;
　　　　executor->cancel　=　cancel;
　　　　executor->setTask　=　setTask;

　　　　executor->_this　=　executor;

　　　　return　(Executor*)executor;
}

void　ExecutorDestruction(){
　　　　executor->begin　=　NULL;
　　　　executor->cancel　=　NULL;
　　　　executor->setTask　=　NULL;
　　　　executor　=　NULL;
}

char　*setTask(Task　*task){
　　　　executor->_this->task　=　task;
}

void　begin(){
　　　　printf("task　:　[%s]　is　ready　to　runn",executor->_this->task->taskName);
　　　　executor->_this->task->execute();
}

void　cancel(){//这个函数没有实现，只是做了一个占位符，以后如果有多线程，可以用来停止主动线程。
　　　　printf("cancel　is　invoked　heren");
}

    其实，两个实现的代码都不算复杂，如果对C的指针理解的稍好，基本就没什么问题了。

    在C中使用OO

    为了试验，我们不妨设计两个不同的Task，一个Task是计算两个数的某四则混合运算，另一个仅仅是用来打印一点信息。然后我们可以看到，他们使用完全相同的接口来执行：

 #include　<stdio.h>

void　run(){//计算(a+b)*(a-b)
　　　　float　a,　b,　r;
　　　　a　=　1.2;
　　　　b　=　2.3;
　　　　r　=　0.0;
　　　　printf("[a　=　%f,　b　=　%f]n",　a,　b);
　　　　printf("[(a　+　b)　*　(a　-　b)　=　%f]n",((a+b)*(a-b)));
}

void　run2(){//打印一句话，事实上，这些函数可以做任何事，比如I/O,网络，图片处理，音乐播放等等。
　　　　printf("another　type　of　execute,");
　　　　printf("just　print　out　some　informationn");
}

    然后，在Main中奖他们注册给Task，代码如下所示：

 #include　<stdio.h>
#include　<stdlib.h>

#include　"ITask.h"
#include　"IExecutor.h"

extern　void　run();
extern　void　run2();

int　main(int　argc,　char**　argv)　{
//代码的风格上，应该可以看出和OO的风格及其类似。
　　　　Task　*t1　=　TaskConstruction("Task1",　run);//new Task("Task 1", run);
　　　　Executor　*exe　=　ExecutorConstruction();// new Executor();
　　　　exe->setTask(t1);
　　　　exe->begin();
　　　　exe->cancel();
　
　　　　Task　*t2　=　TaskConstruction("Task2",　run2);
　　　　exe->setTask(t2);
　　　　exe->begin();
　　　　exe->cancel();
　　　　
　　　　return　(EXIT_SUCCESS);
}

    程序的输出结果上文中已经可以看到了，这里就不贴了。

    当然，本文的主要目的不是想说什么“C也可以实现面向对象”之类的幼稚观点，只要谁没有严重的自虐倾向，相信不会有谁真的会用C来做OO的开发。只是想表达一下，指针在C中的重要性和指针的一点高级用法。其实现在的OO语言，基本还是以面向过程的表达式来表达面向对象而已。并没有什么神奇之处，OO主要是思想上的抽象，可以说是语言无关的（language independent）。

相关基础知识：C语言和指针

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