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项目背景
在C++中,STL container
可以提高我们的开发效率,在java中也有类似的相关容器类。因为c++/java作为OOP语言,有泛型(模板),也存在继承关系,有Object
,所以我们写一个容器,可以装入各种类型(也包括存在编译期的安全检查,不过java的泛型存在擦除现象)。但是在C语言中,比如我写一个Stack
,如果定义push(int var)
,那么就没办法弹入double
等其他类型。甚至C语言也不存在重载的概念,那么我们怎么解决这个问题呢?
其实答案很简单,C语言存在指针,可以直接进行内存操作。所以在C语言的容器实现代码中,我们在填入数据时,完全不必关心什么类型,只需要直接分配内存进行操作就行了。记录相关内存区域的的top位置,起始位置,以及插入元素类型的字节大小等,取出时进行强制类型转换就好了。(它自然也不会存在编译期的安全检查,但是C语言因为可以直接进行内存操作,所以本身就比java危险的多)。
项目简介
因为是利用C语言来实现C+++ STL中container的功能,所以我们直接将该项目简称为CTL。 由于c语言自身的特点,其功能会受到一定限制。目前实现了stack,queue,list,vector四种基本数据结构(容器),每种容器都实现了相关的API函数。
使用说明
在使用容器之前,用INIT_CTL_***
( 例如INIT_CTL_QUEUE(type, name, len)
)建立容器对应的变量,并完成内存空间分配,之后就可以使用相关API函数进行操作了。相关API函数对变量输入,输出的参数类型都为指针,而操作位置,长度,相关错误码等类型为int。对于动态申请内存建立的容器(list和vector),操作结束后必须调用FREE_CTL_LIST
和FREE_CTL_VECTOR
释放储存空间,避免内存泄漏。
具体使用方法可参考相关的测试文件(例如
testList.cpp
等文件,每种容器都实现了对应的测试文件,并测试通过了,每个API函数都添加了注释进行说明。
包含文件说明
本项目只包含stack
、queue
、list
、vector
四种容器。它们的API函数的定义声明文件和测试文件,结构都是相似的。
以list
为例进行说明。
CTLlist.h
: 主要包含相关结构体定义,宏定义,以及API函数声明。CTLList.cpp
: 主要包含相关API函数实现。testList.h
: 包含一个测试List
的外部接口函数的声明。testList.cpp
: 包含进行测试的各个私有函数与总的入口函数。 以上类似结构的文件,都是独立的,均只与该种容器有关。
下面的几个文件,则与各个容器都有关,主要是一些供测试输出的函数等。
ctl.h
: CTL项目的公共头文件,包含一般宏定义,错误类型的标号宏定义。debug.cpp
: 本文件中的函数用于对CTL进行测试输出,主要是进行这些容器的输出,便于观察。debug.h
: 包含那些测试输出函数的声明。main.cpp
: 包含main()函数,调用各个容器测试的主测试函数.
调用库函数说明
除了调用printf()
,scanf()
,getchar()
,putchar()
等库函数之外,因为是内存操作,所以还调用了malloc()
,free()
,memcpy()
,memcmp()
,memset()
函数。
测试文件说明
在testVector
等测试文件中,写一个主测试函数,内部有一个循环,在console根据手动输入内容选择不同的操作来调用各个测试函数,进行相关API操作,通过输入输出来进行观察测试。
各个测试文件结构都是类似的。在测试文件中,为了简便起见,只使用了int、char、double三种数据类型。
API函数&测试方法示例
每种容器都实现了对应的操作方法。
比如 List
中相关内容如下:
typedef struct LIST_NODE {
void *data; //指向该节点的数据区域
struct LIST_NODE *next; //指向下一个节点
}ListNode;
typedef struct CTL_LIST{
ListNode *root; //指向该链表的头指针
size_t typeSize; //链表中该类型元素所占的字节数
int num; // 元素的个数
}CTLList;
#define NODE_SIZE sizeof(ListNode)
//初始化list
#define INIT_CTL_LIST(type, name) \
CTLList name = {NULL, sizeof(type), 0}
//结束list,释放其所用空间
#define FREE_CTL_LIST(name) CTLListClear(&name)
//将list清空,释放各个节点的空间
// @return 正常返回NORMAL;否则返回相应的错误标号
extern int CTLListClear(CTLList *list);
//list为空,则返回TURE;否则返回FALSE
extern int CTLListIsEmpty(CTLList list);
//返回List中数据元素的个数
extern int CTLListGetNum(CTLList list);
//返回指向链表中第一个节点的指针;若第一个节点为空,则返回NULL
extern ListNode *CTLListGetHead(CTLList list);
//返回指向链表中尾节点的指针;若链表为空,则返回NULL
extern ListNode *CTLListGetTail(CTLList list);
//向list头部添加数据record
//@return 正常,返回NORMAL;否则返回相应的错误标号
extern int CTLListPushFront(CTLList *list, void *record);
//向list尾部添加数据record
//@return 正常则返回NORMAL;否则返回相应的错误标号
extern int CTLListPushTail(CTLList *list, void *record);
//弹出头部数据。将list头部的数据由record带出,然后删除这个节点
//@return 删除正常则返回NORMAL;否则返回相应的错误标号
extern int CTLListPopFront(CTLList *list, void *record);
//弹出尾部数据。将list尾部的数据由record带出,然后删除这个节点
//@return 删除正常则返回NORMAL;否则返回相应的错误标号
extern int CTLListPopTail(CTLList *list, void *record);
//1、在链表list的第num位置处插入数据record
//2、如果位置num(最小值为1)大于链表的元素数量,则将数据插入到队尾
//@return 一切正常则返回NORMAL,否则返回相应错误标号
extern int CTLListInsert(CTLList *list, void *record, int num);
//删除链表list的第num(最小值为1)位置处的节点,并将该节点处的data值用record带出
//@return 如果删除正常,则返回NORMAL;否则返回相应的错误标号
extern int CTLListDelete(CTLList *list, void *record, int num);
//读取链表list的第num(最小值为1)位置处的节点的数据值(不删除),将其用record带出
//@return 如果读取正常,则返回NORMAL;否则返回相应的错误标号
extern int CTLListRead(CTLList *list, void *record, int num);
//将链表list的第num(最小值为1)位置处的节点的data值更改为*record值
//@return 如果更改正常,则返回NORMAL;否则返回相应的错误标号
extern int CTLListSet(CTLList *list, void *record, int num);
//将tail所指向的链表连接到front所指向链表的尾部;结果是延长 front的链表
//@return 连接正常则返回NORMAL;否则返回相应错误标号
extern int CTLListConnect(CTLList *front, CTLList *tail);
//将list中data等于record的所有节点都删除
//@return 正常情况下返回删除的节点的个数;异常情况下返回相应的错误标号
extern int CTLListRemoveAll(CTLList *list, const void *record);
//1、如果list中存在数据元素record,则将ptr指针指向这个节点。
//2、若这样的节点有多个,则ptr指向的是第一个。
//3、如果不存在这样的节点,则将ptr指向NULL
//@return 如果存在错误,则返回相应的错误标号;否则返回NORMAL
extern int CTLListLocate(CTLList *list, ListNode **ptr, void *record);
而List
的测试方法示例如下:
//进行list测试的总函数,与外部的接口函数
void TestList(){
int flag, type, quit;
char choice;
CTLList *list;
INIT_CTL_LIST(int, listInt);
INIT_CTL_LIST(char, listChar);
INIT_CTL_LIST(double, listDou);
quit = 1;
while (quit){
printf("请输入你想测试的类型\n" \
"1(int), 2(char), 3(double) :");
scanf("%d", &type);
getchar();
flag = TRUE;
switch (type){
case 1:
list = &listInt;
break;
case 2:
list = &listChar;
break;
case 3:
list = &listDou;
break;
default:
flag = FALSE;
break;
} //switch (type) is over
printf("操作序号是:\n" \
"c(Clear), e(IsEmpty), n(GetNum), h(GetHead)\n" \
"t(GetTail), a(PushFront), b(PushTail), \n" \
"x(PopFront), y(PopTail), i(Insert) \n" \
"d(Delete), r(Read), s(Set), z(Connect)\n" \
"m(RemoveAll), l(locate), p(PrintList), q(quit)\n");
while (flag == TRUE){
printf("\t\t请输入你选择的操作序号:");
scanf("%c", &choice);
getchar();
switch (choice){
case 'c':
PrintListClear(list);
break;
case 'e':
PrintListEmpty(*list);
break;
case 'n':
PrintListNum(*list);
break;
case 'h':
TestListGetHead(*list);
break;
case 't':
TestListGetTail(*list);
break;
case 'a':
TestListPushFront(list);
break;
case 'b':
TestListPushTail(list);
break;
case 'x':
TestListPopFront(list);
break;
case 'y':
TestListPopTail(list);
break;
case 'i':
TestListInsert(list);
break;
case 'd':
TestListDelete(list);
break;
case 'r':
TestListRead(list);
break;
case 's':
TestListSet(list);
break;
case 'z':
TestListConnect();
break;
case 'm':
TestListRemoveAll(list);
break;
case 'l':
TestListLocate(list);
break;
case 'p':
PrintList(*list);
break;
case 'q':
flag = FALSE;
break;
default:
printf("你输入的值有误\n");
break;
} //switch (choice) is over
printf("\n\n");
} //while (flg == TURE) is over
printf("\t\t输入0结束测试,输入非零值代表继续测试:");
scanf("%d", &quit);
getchar();
}//while (quit) is over
FREE_CTL_LIST(listInt);
FREE_CTL_LIST(listChar);
FREE_CTL_LIST(listDou);
}
//测试CTLListPushFront()函数;
static void TestListPushFront(CTLList *list){
int result;
union ScanVal val;
printf("\t\t现在是在测试CTLListPushFront()函数;\n");
printf("\t\t\t之前的数据是:\n");
PrintList(*list);
printf("\t\t请输入你要插入的数据\n");
ScanType(&val, list->typeSize);
result = CTLListPushFront(list, (void *)(&val));
if (result == NORMAL){
printf("\t\t\t操作正常结束,输出链表\n");
PrintList(*list);
} else {
DealResult(result);
}
}
后记&TODO
坦白说,这个项目更像是一个练习的demo。因为设计的还不够严谨,类似map
等容器也没有实现,因为时间关系,很多API函数与测试函数也并没有精心的设计。比如Stack
我们利用数组来实现,这样就限制了长度,如果能用malloc
来实现内存的动态增加减少才更有价值。在测试case中,也没有测试 struct
,union
等类型。这段太忙了,未来有空了再来看这个项目,争取将该项目设计的更加健壮合理,具有实际使用价值。也争取实现map
等更多的容器类型。