C语言接口与实现方法实例详解

 更新时间:2014年09月10日 10:14:07   投稿:shichen2014  
这篇文章主要介绍了C语言接口与实现方法,包括接口的概念、实现方法及抽象数据类型等,并配合实例予以说明,需要的朋友可以参考下

本文以实例形式详细讲述了C语言接口与实现方法,对于深入掌握C语言程序设计有一定的借鉴价值。分享给大家供大家参考。具体分析如下:

一般来说,一个模块有两部分组成:接口和实现。接口指明模块要做什么,它声明了使用该模块的代码可用的标识符、类型和例程,实现指明模块是如何完成其接口声明的目标的,一个给定的模块通常只有一个接口,但是可能会有许多种实现能够提供接口所指定的功能。每个实现可能使用不同的算法和数据结构,但是它们都必须符合接口所给出的使用说明。客户调用程序是使用某个模块的一段代码,客户调用程序导入接口,而实现导出接口。由于多个客户调用程序是共享接口和实现的,因此使用实现的目标代码避免了不必要的代码重复,同时也有助于避免错误,因为接口和实现只需一次编写和调试就可多次使用。

接口

接口只需要指明客户调用程序可能使用的标识符即可,应尽可能地隐藏一些无关的表示细节和算法,这样客户调用程序可以不必依赖于特定的实现细节。这种客户调用程序和实现之间的依赖--耦合----可能会在实现改变时引起错误,当这种依赖性埋藏在一些关于实现隐藏的或是不明确的假设中时,这些错误可能很难修复,因此一个设计良好且描述精确的接口应该尽量减少耦合

C语言对接口和实现的分离只提供最基本的支持,但是简单的约定能给接口/实现方法论带来巨大的好处。在C中,接口在头文件声明,头文件声明了客户调用程序可以使用的宏、类型、数据结构、变量以及例程。用户使用C语言的预处理指令#include导入接口

下面的例子说明了本篇文章的接口中所使用的一些约定、接口:

extern int Arith_max(int x, int y);
extern int Arith_min(int x, int y);
extern int Arith_div(int x, int y);
extern int Arith_mod(int x, int y);
extern int Arith_ceiling(int x, int y);
extern int Arith_floor (int x, int y);

该接口的名字为Arith,接口头文件也相应地命名为arith.h,接口的名字以前缀的形式出现在接口的每个标识符中。模块名不仅提供了合适的前缀,而且还有助于整理客户调用程序代码。

Arith接口还提供了一些标准C函数库中没有但是很有用的函数,并为出发和取模提供了良好的定义,而标准C中并没有给出这些操作的定义和只提供基于实现的定义。

实现

一个实现导出一个接口,它定义了必要的变量和函数以提供接口所规定的功能,在C语言中,一个实现是由一个或多个.c文件提供的,一个实现必须提供其导出的接口所指定的功能。实现应包含接口的.h文件,以保证它的定义和接口的声明时一致的。

Arith_min和Arith_max返回其整型参数中的最小值和最大值:

int Arith_max(int x, int y) {
  return x > y ? x : y;
}
int Arith_min(int x, int y) {
  return x > y ? y : x;
}

Arith_div返回y除以x得到的商,Arith_mod返回相应的余数。当x与y同号的时候,Arith_div(x,y)等价于x/y,Arith_mod(x,y)等价于x%y

当x与y的符号不同的时候,C的内嵌操作的返回值就取决于具体的实现:

如果-13/5=2,-13%5=-3,如果-13/5=-3,-13%5=2

标准库函数总是向零取整,因此div(-13,2)=-2,Arith_div和Arith_mod的语义同样定义好了:它们总是趋近数轴的左侧取整,因此Arith_div(-13,5)=-3,Arith_div(x,y)是不超过实数z的最大整数,其中z满足z*y=x。

Arith_mod(x,y)被定义为x-y*Arith_div(x,y)。因此Arith_mod(-13,5)=-13-5*(-3)=2

函数Arith_ceiling和Arith_floor遵循类似的约定,Arith_ceiling(x,y)返回不小于实数商x/y的最小整数

Arith_floor(x,y)返回不超过实数商x/y的最大整数

完整实现代码如下:

#include "arith.h"
int Arith_max(int x, int y) {
  return x > y ? x : y;
}
int Arith_min(int x, int y) {
  return x > y ? y : x;
}
int Arith_div(int x, int y) {
  if (-13/5 == -2
  &&  (x < 0) != (y < 0) && x%y != 0)
    return x/y - 1;
  else
    return x/y;
}
int Arith_mod(int x, int y) {
  if (-13/5 == -2
  &&  (x < 0) != (y < 0) && x%y != 0)
    return x%y + y;
  else
    return x%y;
}
int Arith_floor(int x, int y) {
  return Arith_div(x, y);
}
int Arith_ceiling(int x, int y) {
  return Arith_div(x, y) + (x%y != 0);
}

抽象数据类型

抽象数据类型(abstract data type,ADT)是一个定义了数据类型以及基于该类型值提供的各种操作的接口

一个高级类型是抽象的,因为接口隐藏了它的表示细节,以免客户调用程序依赖这些细节。下面是一个抽象数据类型(ADT)的规范化例子--堆栈,它定义了该类型以及五种操作:

#ifndef STACK_INCLUDED
#define STACK_INCLUDED
#define T Stack_T
typedef struct T *T;
extern T   Stack_new (void);
extern int  Stack_empty(T stk);
extern void Stack_push (T stk, void *x);
extern void *Stack_pop (T stk);
extern void Stack_free (T *stk);
#undef T
#endif

实现

包含相关头文件:

#include <stddef.h>
#include "assert.h"
#include "mem.h"
#include "stack.h"
#define T Stack_T

Stack_T的内部是一个结构,该结构有个字段指向一个栈内指针的链表以及一个这些指针的计数:

struct T {
  int count;
  struct elem {
    void *x;
    struct elem *link;
  } *head;
};

Stack_new分配并初始化一个新的T:

T Stack_new(void) {
  T stk;
  NEW(stk);
  stk->count = 0;
  stk->head = NULL;
  return stk;
}

其中NEW是一个另一个接口中的一个分配宏指令。NEW(p)将分配该结构的一个实例,并将其指针赋给p,因此Stack_new中使用它就可以分配一个新的Stack_T

当count=0时,Stack_empty返回1,否则返回0:

int Stack_empty(T stk) {
  assert(stk);
  return stk->count == 0;
}

assert(stk)实现了可检查的运行期错误,它禁止空指针传给Stack中的任何函数。

Stack_push和Stack_pop从stk->head所指向的链表的头部添加或移出元素:

void Stack_push(T stk, void *x) {
  struct elem *t;
  assert(stk);
  NEW(t);
  t->x = x;
  t->link = stk->head;
  stk->head = t;
  stk->count++;
}
void *Stack_pop(T stk) {
  void *x;
  struct elem *t;
  assert(stk);
  assert(stk->count > 0);
  t = stk->head;
  stk->head = t->link;
  stk->count--;
  x = t->x;
  FREE(t);
  return x;
}

FREE是另一个接口中定义的释放宏指令,它释放指针参数所指向的空间,然后将参数设为空指针

void Stack_free(T *stk) {
  struct elem *t, *u;
  assert(stk && *stk);
  for (t = (*stk)->head; t; t = u) {
    u = t->link;
    FREE(t);
  }
  FREE(*stk);
}

完整实现代码如下:

#include <stddef.h>
#include "assert.h"
#include "mem.h"
#include "stack.h"
#define T Stack_T
struct T {
  int count;
  struct elem {
    void *x;
    struct elem *link;
  } *head;
};
T Stack_new(void) {
  T stk;
  NEW(stk);
  stk->count = 0;
  stk->head = NULL;
  return stk;
}
int Stack_empty(T stk) {
  assert(stk);
  return stk->count == 0;
}
void Stack_push(T stk, void *x) {
  struct elem *t;
  assert(stk);
  NEW(t);
  t->x = x;
  t->link = stk->head;
  stk->head = t;
  stk->count++;
}
void *Stack_pop(T stk) {
  void *x;
  struct elem *t;
  assert(stk);
  assert(stk->count > 0);
  t = stk->head;
  stk->head = t->link;
  stk->count--;
  x = t->x;
  FREE(t);
  return x;
}
void Stack_free(T *stk) {
  struct elem *t, *u;
  assert(stk && *stk);
  for (t = (*stk)->head; t; t = u) {
    u = t->link;
    FREE(t);
  }
  FREE(*stk);
}

相信本文所述对大家的C程序设计有一定的借鉴价值。

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