C语言创建和使用不透明指针
什么是不透明指针
不透明指针是一种指针类型,在定义时不指定指向的数据类型,编译器无法确定指针所指向的数据的内存大小和类型,从而使得指向的数据对用户来说是不可见的,只有通过特定的函数接口才能访问到对应的数据。
不透明指针的常见应用场景是在某些库中,对外部提供一些数据类型,但是不希望把具体的实现细节暴露给外部使用者。
不透明指针的创建
不透明指针的创建需要定义一个结构体类型,并在结构体类型中保存具体数据的指针。然后编写一组函数,这些函数用于操作这个结构体类型,从而对内部的具体数据进行操作。而这些函数只是用于访问这个结构体类型,对外面使用者来说,结构体类型的内部是不可见的,只有通过这些接口函数来操作。
以创建一个字符串类型为例,定义一个结构体类型 string_t,并在结构体中保存一个 char 类型的指针,如下所示:
// string.h
typedef struct string_t *string;
string string_create(const char *str); // 创建字符串
void string_destroy(string s); // 销毁字符串
void string_copy(string s1, string s2); // 复制字符串
在实现文件中,我们需要实现这些函数,如下所示:
// string.c
#include "string.h"
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct string_t {
char *str;
};
string string_create(const char *str) {
string s = malloc(sizeof(struct string_t));
s->str = malloc(strlen(str) + 1);
strcpy(s->str, str);
return s;
}
void string_destroy(string s) {
free(s->str);
free(s);
}
void string_copy(string s1, string s2) {
strcpy(s1->str, s2->str);
}
在以上代码中,我们创建了一个 string_t 的结构体类型,并用 typedef 定义了一个 string 类型的不透明指针。同时,我们实现了三个函数:string_create、string_destroy 和 string_copy。其中,string_create 函数用于创建一个字符串,string_destroy 用于销毁字符串,string_copy 用于复制字符串。
不透明指针的使用
在使用不透明指针时,用户只能调用我们提供的接口函数,而不能直接操作结构体类型的内部数据。例如,在使用上述 string_t 类型时,用户只能使用 string_create、string_destroy 和 string_copy 这三个函数,而不能直接访问 string_t 中的 str 指针。
下面是一个示例代码,演示了如何使用上述的字符串类型:
#include <stdio.h>
#include "string.h"
int main() {
string s1 = string_create("hello world");
string s2 = string_create("this is a test");
printf("s1 = %s\n", s1->str);
printf("s2 = %s\n", s2->str);
string_copy(s1, s2);
printf("s1 = %s\n", s1->str);
printf("s2 = %s\n", s2->str);
string_destroy(s1);
string_destroy(s2);
return 0;
}
在这段示例代码中,我们调用了 string_create 函数创建了两个字符串 s1 和 s2,并输出了它们的值。然后使用 string_copy 函数将 s2 的值复制到了 s1 中,并输出了结果。最后,我们使用 string_destroy 函数销毁了这两个字符串。
应用示例
下面再给出一个应用示例。我们定义一个数组类型,数组中的元素由使用者指定,但是数组的大小由库内部自己管理,使用者只能通过提供的函数接口访问和操作这个数组。
// array.h
typedef struct array_t *array;
array array_create(int size); // 创建数组
void array_destroy(array a); // 销毁数组
int array_get_size(array a); // 获取数组大小
void array_set_element(array a, int i, int element); // 设置数组元素
int array_get_element(array a, int i); // 获取数组元素
在实现文件中,我们需要实现这些函数,如下所示:
// array.c
#include "array.h"
#include <stdlib.h>
struct array_t {
int size;
int *data;
};
array array_create(int size) {
array a = malloc(sizeof(struct array_t));
a->size = size;
a->data = malloc(sizeof(int) * size);
return a;
}
void array_destroy(array a) {
free(a->data);
free(a);
}
int array_get_size(array a) {
return a->size;
}
void array_set_element(array a, int i, int element) {
if (i >= 0 && i < a->size) {
a->data[i] = element;
}
}
int array_get_element(array a, int i) {
if (i >= 0 && i < a->size) {
return a->data[i];
}
else {
return 0;
}
}
在以上代码中,我们创建了一个 array_t 的结构体类型,并用 typedef 定义了一个 array 类型的不透明指针。同时,我们实现了五个函数:array_create、array_destroy、array_get_size、array_set_element 和 array_get_element。其中,array_create 函数用于创建一个数组,array_destroy 用于销毁数组,array_get_size 用于获取数组大小,array_set_element 用于设置数组元素,array_get_element 用于获取数组元素。
下面是一个示例代码,演示了如何使用上述的数组类型:
#include <stdio.h>
#include "array.h"
int main() {
array a = array_create(10);
printf("Array size: %d\n", array_get_size(a));
for (int i = 0; i < array_get_size(a); i++) {
array_set_element(a, i, i * i);
}
for (int i = 0; i < array_get_size(a); i++) {
printf("%d ", array_get_element(a, i));
}
printf("\n");
array_destroy(a);
return 0;
}
在这段示例代码中,我们调用了 array_create 函数创建了一个大小为 10 的数组,并输出了数组的大小。然后使用 array_set_element 函数设置了数组的元素。最后,我们使用 array_get_element 函数获取数组的元素并输出了结果。最后,我们使用 array_destroy 函数销毁了这个数组。
总结
不透明指针可以用于实现库中的数据类型,隐藏内部实现细节,提供简洁的接口给外部调用。使用不透明指针需要定义结构体类型和一组函数接口,从而操作结构体类型内部的数据。使用者只能通过这些接口函数访问和操作数据,而不能直接操作结构体类型内部的数据。
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