c - 在内部使用带有函数指针的结构成员

Question

我有一个结构定义为:

typedef struct OneParamDist_t {
  double p;
  double (* rvs)(double);
} OneParamDist;

这样分配和调用看起来像:

OneParamDist * flip = malloc(sizeof(OneParamDist));

flip->p = 0.5;
flip->rvs = bernoulli_rvs;
double x;
for(int i = 0; i < 100000; i++){
  x = flip->rvs(flip->p);
}

理想情况下，我会:

typedef struct OneParamDist_t {
  double p;
  double (* rvs)(p);
} OneParamDist;

这样调用它看起来像: x = flip->rvs();

我只是不知道该怎么做，或者这是否可能。这可能吗？感觉就像我试图在 C 中使用光对象方向，它可能只是不用于它。

Answer 1

c 中的面向对象代码完全有可能，但是你从语言中得到的基本上是数据结构和指针。其他一切由您决定。

它有助于理解“面向对象语言”通常在内部已经完成的工作。在 c++ ，你可能会这样写你的例子:

#include <iostream>

class OneParamDist
{
    private:
        double p;

    public:
        OneParamDist(double p) : p(p) {}
        double rvs();
};

double OneParamDist::rvs()
{
    double result = this->p;
    // calculate something
    return result;
}

int main(void)
{
    OneParamDist flip(2.4);
    double result = flip.rvs();
    std::cout << "flip.rvs() = " << result << std::endl;
}

此代码为您提供了一个仅包含p 的数据结构，根本没有函数指针。函数是构造函数(但它是空的，这里只用于初始化)和rvs，但它的名字是OneParamDist::rvs，所以编译器知道它“属于”OneParamDist。

该函数使用指针“this”。那么 this 从何而来？解决方案很简单:它作为参数传递。您在代码中看不到它，因为 c++为你处理。编译时，

double OneParamDist::rvs();

翻译成类似的东西

double mangled_name_for_OneParamDist_rvs(OneParamDist *this);

mangled_name_for_OneParamDist_rvs 是一些“普通”名称，如 c ，生成此名称的规则特定于 c++使用的编译器。

有了这些知识，您就可以将这个简单的程序“翻译”成普通的 c很容易:

#include <stdio.h>

typedef struct OneParamDist
{
    double p;
} OneParamDist;

#define OneParamDist_init(p) { .p = (p) }

double OneParamDist_rvs(OneParamDist *self)
{
    double result = self->p;
    // calculate something
    return result;
}

int main(void)
{
    OneParamDist flip = OneParamDist_init(2.4);
    double result = OneParamDist_rvs(&flip);
    printf("OneParamDist_rvs(&flip) = %lg\n", result);
}

我在这里使用了自己的命名方案，在每个“方法”名称前加上“[classname]_”前缀。我决定使用 self 而不是 this，只是为了避免混淆，在普通 c 中使用 this 是完全合法的.但这当然会破坏与 c++ 的兼容性。 .

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基本上，答案是:接受这样一个事实:对于 OO 方法，您总是需要一个指向对象的指针作为参数(按照惯例是第一个参数)并且 c不会像c++那样自动为您传递该指针做。相应地创建您的代码。

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回到您在 struct 中使用函数指针的想法，您应该在什么时候这样做？看一下 c++ 的 virtual 关键字.它允许你从你的类派生，甚至通过指向基类的指针调用这个派生类的方法。如果您考虑一下，这需要指向该方法的指针在某处可用。 c++通常使用 vtable 对象(仅包含函数指针的结构)解决此问题。如果您推出自己的“虚拟”方法，将它们作为函数指针放入您的对象中是最直接的方法。但只要您不需要虚拟方法，就不要使用函数指针，它们只是开销，没有任何收获。

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另一件值得一提的事情是 c ，您可以获得完美的信息隐藏级别(如 c++ pimpl 成语)如果您始终动态分配对象。在这种情况下，您可以对调用者隐藏 struct 的整个定义。您的示例可能如下所示:

oneparamdist.h

#ifndef ONEPARAMDIST_H
#define ONEPARAMDIST_H

typedef struct OneParamDist OneParamDist;

OneParamDist *OneParamDist_create(double p);
double OneParamDist_rvs(OneParamDist *self);
void OneParamDist_destroy(OneParamDist *self);

#endif

oneparamdist.c

#include <stdlib.h>
#include "oneparamdist.h"

struct OneParamDist
{
    double p;
};

OneParamDist *OneParamDist_create(double p)
{
    OneParamDist *self = malloc(sizeof(*self));
    if (!self) return 0;
    self->p = p;
    return self;
}

double OneParamDist_rvs(OneParamDist *self)
{
    double result = self->p;
    // calculate something
    return result;
}

void OneParamDist_destroy(OneParamDist *self)
{
    if (!self) return;
    free(self);
}

example.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include "oneparamdist.h"

int main(void)
{
    OneParamDist *flip = OneParamDist_create(2.4);
    if (!flip) return EXIT_FAILURE;
    double result = OneParamDist_rvs(flip);
    printf("OneParamDist_rvs(flip) = %lg\n", result);
    OneParamDist_destroy(flip);
}