蒋刚 - Professional Profile

一般在写 C 程序时用 typedef 将容器中元素的类型抽象，无法在同一个程序中用到两种类型，而本文试图在一个程序中用到两种不同类型的容器，比如实现类似于 C++ 中的 vector<char> 和 vector<double>。核心技术是将元素类型定义为 void *，管它什么类型，都用 void * 类型的指针指向真正的数据，与此同时，类型的大小是个重要信息，比如一般地，char 为1个字节，double 为4个字节。
本文以模仿 STL 中的 vector 类写了一个 C 语言的 vector 结构体，为了体现封装性，将 Vector 类型定义为 vector *，程序如下：
1、Vector 的接口

C++

/********************************************************************
	created:	2014/02/07 22:24
	filename:	vector.h
	author:		Justme0 (http://blog.csdn.net/justme0)

	purpose:	Vector 的接口
*********************************************************************/
#ifndef vector_h__
#define vector_h__

typedef struct vector * Vector;
typedef void ** vec_iterator;

Vector vec_construct(int data_size);
void vec_destruct(Vector V);
int vec_size(Vector V);
vec_iterator vec_begin(Vector V);
vec_iterator vec_end(Vector V);
void vec_insert_n(Vector V, vec_iterator position, int n, void *pelem);
void vec_push_back(Vector V, void *pelem);

#endif // vector_h__

2、Vector 的实现

C++

/********************************************************************
	created:	2014/02/07 22:25
	filename:	vector.c
	author:		Justme0 (http://blog.csdn.net/justme0)

	purpose:	Vector 的实现
*********************************************************************/
#include "vector.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <malloc.h>
#include <assert.h>

typedef struct vector vector;
typedef void * vec_value_type;

struct vector {
	vec_iterator start;
	vec_iterator finish;
	vec_iterator end_of_storage;

	int elem_size;
};

/*
** data_size:容器中数据的类型的大小
*/
Vector vec_construct(int data_size) {
	Vector V = (vector *)malloc(sizeof(vector));
	if (NULL == V) {
		exit(OVERFLOW);
	}

	V->start = NULL;
	V->finish = NULL;
	V->end_of_storage = NULL;
	V->elem_size = data_size;

	return V;
}

void vec_destruct(Vector V) {
	vec_iterator ite;
	for (ite = V->start; ite != V->finish; ++ite) {
		free(*ite);
	}
	free(V->start);
	free(V);
}

vec_iterator vec_begin(Vector V) {
	return V->start;
}

vec_iterator vec_end(Vector V) {
	return V->finish;
}

int vec_size(Vector V) {
	return vec_end(V) - vec_begin(V);
}

void vec_insert_n(Vector V, vec_iterator position, int n, void *pelem) {
	int old_size = 0;
	int new_size = 0;
	int insert_index = 0;
	vec_iterator ite = NULL;	// 移动元素时的目的指针
	vec_iterator old_finish = NULL;

	if (0 == n) {
		return ;
	}

	insert_index = position - V->start;
	old_size = vec_size(V);
	new_size = old_size + n;

	// 先检查剩余空间是否足够，不够则扩容
	if (V->end_of_storage - V->finish < n) {
		const int new_capacity = old_size + __max(old_size, n);
		vec_value_type *new_base = (vec_value_type *)realloc(V->start, new_capacity * sizeof(vec_value_type));
		if (NULL == new_base) {
			exit(OVERFLOW);
		}
		V->start = new_base;
		V->end_of_storage = V->start + new_capacity;
	}
	V->finish = V->start + new_size;
	old_finish = V->start + old_size;	// old_finish 所指空间可能不是原来的
	position = V->start + insert_index;

	// 移动元素
	// 源区间：[position, old_finish)
	// 目的区间：[position + n, old_finish + n)
	for (ite = old_finish + n - 1; ite >= position + n; --ite) {
		assert(V->start <= ite && ite < V->finish);
		assert(V->start <= ite - n && ite - n < V->finish);

		*ite = *(ite - n);
	}

	// 插入n个新元素至[position, position + n)
	for (; ite >= position; --ite) {
		*ite = malloc(V->elem_size);
		if (NULL == *ite) {
			exit(OVERFLOW);
		}

		memcpy(*ite, pelem, V->elem_size);
	}
}

void vec_push_back(Vector V, void *pelem) {
	vec_insert_n(V, vec_end(V), 1, pelem);
}

3、测试程序

C++

/********************************************************************
	created:	2014/01/27 11:46
	filename:	main.c
	author:		Justme0 (http://blog.csdn.net/justme0)

	purpose:	在C语言中用 void * 实现泛型（测试程序）
*********************************************************************/

#include <stdio.h>
#include "vector.h"

/*
** 输出 char 类型
*/
void output_c(Vector V) {
	vec_iterator iter;
	for (iter = vec_begin(V); iter != vec_end(V); ++iter) {
		printf("%c\n", *(char *)*iter);	// 输出时注意 iter 的真正类型是 void **
	}
}

/*
** 输出 double 类型
*/
void output_d(Vector V) {
	vec_iterator iter;
	for (iter = vec_begin(V); iter != vec_end(V); ++iter) {
		printf("%.2f\n", *(double *)*iter);	// 输出时注意 iter 的真正类型是 void **
	}
}

/*
** 测试 char 类型
*/
void test1() {
	char ch = 'A';
	int cnt = 5;

	Vector my_vec = vec_construct(sizeof(char));

	while (cnt--) {
		vec_push_back(my_vec, &ch);
		++ch;
	}
	output_c(my_vec);

	printf("size is %d\n", vec_size(my_vec));

	vec_destruct(my_vec);
}

/*
** 测试 double 类型
*/
void test2() {
	double d = 3.142;
	int cnt = 13;

	Vector my_vec = vec_construct(sizeof(double));

	while (cnt--) {
		vec_push_back(my_vec, &d);
		++d;
	}
	output_d(my_vec);

	printf("size is %d\n", vec_size(my_vec));

	vec_destruct(my_vec);
}

int main(int argc, char **argv) {
	test1();
	printf("\n");
	test2();

	return 0;
}

4、运行结果

A
B
C
D
E
size is 5

3.14
4.14
5.14
6.14
7.14
8.14
9.14
10.14
11.14
12.14
13.14
14.14
15.14
size is 13
请按任意键继续. . .

注意输出时的参数，下面以字符类型解释：

C++

printf("%c\n", *(char *)*iter);

因为元素类型为 void *，故迭代器类型为 void **，所以在输出时需注意将 void * （即 *iter 的类型）强制类型转换为 data_type *，因为对 void * 指针解引用无意义，最后再解一次引用得到想要的 data_type 输出。
还有一种方法更简明，可写成

C++

printf("%c\n", **(char **)iter);

这里干脆把迭代器先强转为 data_type**，再两次解引用即可。

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