C語言介面與實現方法執行個體詳解_C 語言

本文以執行個體形式詳細講述了C語言介面與實現方法，對於深入掌握C語言程式設計有一定的借鑒價值。分享給大家供大家參考。具體分析如下：

一般來說，一個模組有兩部分組成：介面和實現。介面指明模組要做什麼，它聲明了使用該模組的代碼可用的標識符、類型和常式，實現指明模組是如何完成其介面聲明的目標的，一個給定的模組通常只有一個介面，但是可能會有許多種實現能夠提供介面所指定的功能。每個實現可能使用不同的演算法和資料結構，但是它們都必須符合介面所給出的使用說明。客戶調用程式是使用某個模組的一段代碼，客戶調用程式匯入介面，而實現匯出介面。由於多個客戶調用程式是共用介面和實現的，因此使用實現的目標代碼避免了不必要的代碼重複，同時也有助於避免錯誤，因為介面和實現只需一次編寫和調試就可多次使用。

介面

介面只需要指明客戶調用程式可能使用的標識符即可，應儘可能地隱藏一些無關的表示細節和演算法，這樣客戶調用程式可以不必依賴於特定的實現細節。這種客戶調用程式和實現之間的依賴--耦合----可能會在實現改變時引起錯誤，當這種依賴性埋藏在一些關於實現隱藏的或是不明確的假設中時，這些錯誤可能很難修複，因此一個設計良好且描述精確的介面應該盡量減少耦合。

C語言對介面和實現的分離只提供最基本的支援，但是簡單的約定能給介面/實現方法論帶來巨大的好處。在C中，介面在標頭檔聲明，標頭檔聲明了客戶調用程式可以使用的宏、類型、資料結構、變數以及常式。使用者使用C語言的預先處理指令#include匯入介面。

下面的例子說明了本篇文章的介面中所使用的一些約定、介面：

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);

該介面的名字為Arith，介面標頭檔也相應地命名為arith.h，介面的名字以首碼的形式出現在介面的每個標識符中。模組名不僅提供了合適的首碼，而且還有助於整理客戶調用程式碼。

Arith介面還提供了一些標準C函數庫中沒有但是很有用的函數，並為出發和模數提供了良好的定義，而標準C中並沒有給出這些操作的定義和只提供基於實現的定義。

實現

一個實現匯出一個介面，它定義了必要的變數和函數以提供介面所規定的功能，在C語言中，一個實現是由一個或多個.c檔案提供的，一個實現必須提供其匯出的介面所指定的功能。實現應包含介面的.h檔案，以保證它的定義和介面的聲明時一致的。

Arith_min和Arith_max返回其整型參數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返回相應的餘數。當x與y同號的時候，Arith_div(x,y)等價於x/y，Arith_mod(x,y)等價於x%y

當x與y的符號不同的時候，C的內嵌操作的傳回值就取決於具體的實現：

如果-13/5=2，-13%5=-3，如果-13/5=-3，-13%5=2

標準庫函數總是向零取整，因此div(-13,2)=-2，Arith_div和Arith_mod的語義同樣定義好了：它們總是趨近數軸的左側取整，因此Arith_div(-13,5）=-3，Arith_div(x,y)是不超過實數z的最大整數，其中z滿足z*y=x。

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

函數Arith_ceiling和Arith_floor遵循類似的約定，Arith_ceiling(x,y)返回不小於實數商x/y的最小整數

Arith_floor(x,y)返回不超過實數商x/y的最大整數

完整實現代碼如下：

#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);}

抽象資料類型

抽象資料類型（abstract data type,ADT）是一個定義了資料類型以及基於該類型值提供的各種操作的介面

一個進階類型是抽象的，因為介面隱藏了它的表示細節，以免客戶調用程式依賴這些細節。下面是一個抽象資料類型（ADT）的正常化例子--堆棧，它定義了該類型以及五種操作：

#ifndef STACK_INCLUDED#define STACK_INCLUDED#define T Stack_Ttypedef 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

實現

包含相關標頭檔：

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

Stack_T的內部是一個結構，該結構有個欄位指向一個棧內指標的鏈表以及一個這些指標的計數：

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

Stack_new分配並初始化一個新的T：

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

其中NEW是一個另一個介面中的一個分配巨集指令。NEW(p)將分配該結構的一個執行個體，並將其指標賦給p，因此Stack_new中使用它就可以分配一個新的Stack_T

當count=0時，Stack_empty返回1，否則返回0：

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

assert(stk)實現了可檢查的運行期錯誤，它禁止null 指標傳給Stack中的任何函數。

Stack_push和Stack_pop從stk->head所指向的鏈表的頭部添加或移出元素：

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是另一個介面中定義的釋放巨集指令，它釋放指標參數所指向的空間，然後將參數設為空白指標

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);}

完整實現代碼如下：

#include <stddef.h>#include "assert.h"#include "mem.h"#include "stack.h"#define T Stack_Tstruct 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);}

相信本文所述對大家的C程式設計有一定的借鑒價值。