C語言接口與實現方法實例詳解

更新時間：2014年09月10日 10:14:07 投稿：shichen2014

這篇文章主要介紹了C語言接口與實現方法,包括接口的概念、實現方法及抽象數據類型等,并配合實例予以說明,需要的朋友可以參考下

本文以實例形式詳細講述了C語言接口與實現方法，對于深入掌握C語言程序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，一個模塊有兩部分組成：接口和實現。接口指明模塊要做什么，它聲明了使用該模塊的代碼可用的標識符、類型和例程，實現指明模塊是如何完成其接口聲明的目標的，一個給定的模塊通常只有一個接口，但是可能會有許多種實現能夠提供接口所指定的功能。每個實現可能使用不同的算法和數據結構，但是它們都必須符合接口所給出的使用說明。客戶調用程序是使用某個模塊的一段代碼，客戶調用程序導入接口，而實現導出接口。由于多個客戶調用程序是共享接口和實現的，因此使用實現的目標代碼避免了不必要的代碼重復，同時也有助于避免錯誤，因為接口和實現只需一次編寫和調試就可多次使用。

接口

接口只需要指明客戶調用程序可能使用的標識符即可，應盡可能地隱藏一些無關的表示細節(jié)和算法，這樣客戶調用程序可以不必依賴于特定的實現細節(jié)。這種客戶調用程序和實現之間的依賴--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于實現隱藏的或是不明確的假設中時，這些錯誤可能很難修復，因此一個設計良好且描述精確的接口應該盡量減少耦合。

C語言對接口和實現的分離只提供最基本的支持，但是簡單的約定能給接口/實現方法論帶來巨大的好處。在C中，接口在頭文件聲明，頭文件聲明了客戶調用程序可以使用的宏、類型、數據結構、變量以及例程。用戶使用C語言的預處理指令#include導入接口。

下面的例子說明了本篇文章的接口中所使用的一些約定、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);

該接口的名字為Arith，接口頭文件也相應地命名為arith.h，接口的名字以前綴的形式出現在接口的每個標識符中。模塊名不僅提供了合適的前綴，而且還有助于整理客戶調用程序代碼。

Arith接口還提供了一些標準C函數庫中沒有但是很有用的函數，并為出發(fā)和取模提供了良好的定義，而標準C中并沒有給出這些操作的定義和只提供基于實現的定義。

實現

一個實現導出一個接口，它定義了必要的變量和函數以提供接口所規(guī)定的功能，在C語言中，一個實現是由一個或多個.c文件提供的，一個實現必須提供其導出的接口所指定的功能。實現應包含接口的.h文件，以保證它的定義和接口的聲明時一致的。

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返回相應的余數。當x與y同號的時候，Arith_div(x,y)等價于x/y，Arith_mod(x,y)等價于x%y

當x與y的符號不同的時候，C的內嵌操作的返回值就取決于具體的實現：

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)返回不小于實數商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);
}

抽象數據類型

抽象數據類型（abstract data type,ADT）是一個定義了數據類型以及基于該類型值提供的各種操作的接口

一個高級類型是抽象的，因為接口隱藏了它的表示細節(jié)，以免客戶調用程序依賴這些細節(jié)。下面是一個抽象數據類型（ADT）的規(guī)范化例子--堆棧，它定義了該類型以及五種操作：

#ifndef STACK_INCLUDED
#define STACK_INCLUDED
#define T Stack_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

實現

包含相關頭文件：

#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，該結構有個字段指向一個棧內指針的鏈表以及一個這些指針的計數：

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

Stack_new分配并初始化一個新的T：

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

其中NEW是一個另一個接口中的一個分配宏指令。NEW(p)將分配該結構的一個實例，并將其指針賦給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，它禁止空指針傳給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是另一個接口中定義的釋放宏指令，它釋放指針參數所指向的空間，然后將參數設為空指針

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_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);
}

相信本文所述對大家的C程序設計有一定的借鑒價值。

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