C 头文件和源文件结构

Question

我正在编写一个数学库，稍后我想将其作为我的渲染管道的一部分。

编辑我想坚持使用 C99。

我计划编写同一个库的 3 个版本，一个通用的标量版本，一个用于移动平台的 neon 版本，以及一个用于支持它的平台的 SSE 实现。

我想知道如何构建我的文件以具有一个接口(interface)，但取决于编译器标志有不同的实现。

为简单起见，我将使用基本的数学函数。

basic_math_scalar

header basic_math_scalar.h

typedef struct scalar_struct {
    ...
    ...
};
int add(scalar_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
int sub(scalar_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
int mult(scalar_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
int div(scalar_struct* out, const int* in_a, int* in_b);

basic_math_sse

header basic_math_sse.h

typedef struct sse_struct {
    ...
    ...
};
int add(sse_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
int sub(sse_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
int mult(sse_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
int div(sse_struct* out, const int* in_a, int* in_b);

basic_math_neon

header basic_math_neon.h

typedef struct neon_struct {
    ...
    ...
};
int add(neon_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
int sub(neon_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
int mult(neon_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
int div(neon_struct* out, const int* in_a, int* in_b);

上述每个文件都将在 .c 文件中实现。

现在我将有一个类 main.c 实现这些并根据编译器标志进行切换。

主程序

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

int main(int argc, char** argv) {

    basic_math_struct* a = create_bms();

    a = add(1, 2);
    printf("value of a: %d\n",bms_value(a)); //should equal 3

    cleanup_bms(a);

    return 0;
}

上面的代码中少了一大块。我有实际的数学函数，然后我有使用这些数学函数的 main.c，但是有一个中间步骤我在设计时遇到了问题，basic_math.h

假设 basic_math.h 看起来像这样。

#ifdef SSE
  #include "basic_math_sse.h"
  typedef sse_struct basic_math_struct;
#elif NEON
   #include "basic_math_neon.h"
   typedef neon_struct basic_math_struct;
#else
   #include "basic_math_scalar.h"
   typedef scalar_struct basic_math_struct;
#endif

basic_math_struct add(basic_math_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
basic_math_struct sub(basic_math_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
basic_math_struct mult(basic_math_struct* out, const int* in_a, int* in_b);
basic_math_struct div(basic_math_struct* out, const int* in_a, int* in_b);

基本上我想使用文件basic_math.h来隐藏底层函数的所有实现，这样一旦我包含了头文件，就不需要再弄乱底层文件了.

然后可以在编译时创建标量、sse 或 neon 构建类型，并且此库的用户永远不必担心在他们的文件中添加#ifdefs。

这个 basic_math.h 模块必须是所有 #ifdef 所在的地方，但如果您使用的文件在你的 main.c。

此外，如果我忽略了任何内容，我也希望得到反馈。

Answer 1

一个明显的问题是在 C 的单个程序中只能有一个具有任何给定名称的函数(在没有动态加载和通过函数指针访问的情况下)；没有函数重载。在存在函数重载的 C++ 中，您想要做的事情可能会更容易。

basic_math.h 中函数的返回类型是意外的:

basic_math_struct add(basic_math_struct* out, const int* in_a, int* in_b);

在其他 header 中，add 的返回类型是int。不清楚为什么 in_a 参数是 const int * 而 in_b 是非常量 int *.

除了通过内存分配函数之外，调用代码是否会实例化其中一个结构？也就是说，调用代码是否可以这样写:

basic_math_struct x;

或者是否总是限制使用指针:

basic_math_struct *px = bms_create();

或多或少如您的代码所示？请注意，使用 bms_ 作为前缀比使用 _bms 作为后缀更常规，尽管使用后缀并非完全站不住脚。

请注意，您的示例 main() 包括:

basic_math_struct* a = create_bms();

a = add(1, 2);

这不是对问题中任何 add 函数的调用。从表面上看，您可能打算:

*a = add(a, 1, 2);

这将匹配您 header 中的 add 函数，但这是非常可疑的代码。如果函数像 scalar、sse 和 neon 代码那样返回 int 会更有意义:

if (add(a, 1, 2) != 0)
    …report BMS error…

如果调用代码永远不会分配结构(它只会包含指向结构的指针)并且如果它永远不会尝试取消引用指针以获取结构中的元素(它只会使用 API 调用来获取数据)，那么您就可以避免将类型的内部结构完全暴露给调用代码，而只需使用不透明类型。

不透明类型

basic_math.h

typedef struct basic_math_struct basic_math_struct;

int bms_add(basic_math_struct *out, const int *in_a, int *in_b);
int bms_sub(basic_math_struct *out, const int *in_a, int *in_b);
int bms_mul(basic_math_struct *out, const int *in_a, int *in_b);
int bms_div(basic_math_struct *out, const int *in_a, int *in_b);

basic_math_struct *bms_create(void);

请注意，这明确不包含任何特定 header 。

用户可以相应地编写代码:

basic_math_struct *a = bms_create();

if (bms_add(a, 1, 2) != 0)
    …deal with BMS error…

三个系统的实现代码都会包含basic_math.h头文件，然后适当定义struct basic_math_struct:

#include "basic_math.h"

struct basic_math_struct
{
    ...
    ...
};

并将相应地实现代码:

int bms_add(basic_math_struct *out, const int *in_a, int *in_b)
{
    …implementation for scalar, or neon, or sse…
}

只要在程序的同一次运行中没有任何构建需要具有多种可用类型，这就很好而且很直接。然后你会遇到问题，但这还不是你所描述的。

在带有标签 c 的 SO 上查找“不透明类型” (因此在 SO 搜索栏中输入 [c] opaque type)。您应该会找到许多相关的问题以及合适的答案。