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斯坦福大學開放課程--編程范式

編輯:C++入門知識

綜述
本節課的主要內容是關於泛型數據的拷貝,雖然是使用C語言實現,並且沒有用到C++中的模板這種泛型編程技術,但是效果卻非常好。本節內容緊接上節所將的字節位拷貝的知識,充分利用了字節拷貝技術。
筆記
由於內容和例子不斷深入,實際核心內容則比較集中,因此這裡只進行總結討論。
引例
本節所有的例子都是針對於數據交換來進行的,從最簡單的例子開始,不斷深入。 開始是關於一個最簡單的整數數據的交換實例:
void swap(int a, int b){
        int tmp = a;
        a = b;
        b = tmp;
}
此例子非常簡單,只需要構造一個簡單的中間臨時變量tmp用來存放a的值,並且交換賦值相關的數據,就可以達到交換的目的。
但是,此實例有一個缺陷,就是值傳遞,而不是引用傳遞,這樣,傳遞的值雖然改變,但是只想原始變量的單元卻沒有改變,具體來說就是:
a = 23;
b = 34
swap(a, b);
執行上面一段語句會發現,其實a,b的值並沒有交換,原因和C/C++的參數的值傳遞以及指針傳遞有關系。函數調用的時候,只會拷貝a,b的值,因此調用swap的時候,交換的是形參,實際參數的值並沒有改變。
要實現真正參數傳遞的效果,需要用指針的形式來實現:
void swap(int *vp1, int *vp2) {
    int a = *vp1;
    *vp1 = *vp2;
    *vp2 = *vp1;
}
再次調用swap(&a, &b)的時候,就會修改掉原來的值,因為這裡傳遞過去的就是指針,所以,對vp1,vp2的操作 就是對指向單元a,b的操作,所以能夠修改對應的值。
泛型交換與拷貝
上面的例子,只是對某種特定的類型進行交換,比如int類型,如果想對double類型等進行交換,只需要修改其類型為double即可,其他類型類似。 但是考慮到需要對多種不同類型進行交換,是否存在一種通用的方法呢? 在C++中,可以用模板template技術,然而這裡,回想起上節課中講到的字節操作,能否利用字節的拷貝來實現呢?答案是肯定的。
void swap(void *vp1, void *vp2, int size){
    char buffer[size];
    memcpy(buffer, vp1, size);
    memcpy(vp1, vp2, size);
    memcpy(vp2, buffer, size);
}
調用的時候,字號需要給定某個類型,即可實現。比如,通過:
double a = 23.0, b = 34.0;
swap(&a, &b, sizeof(double));
當然,對於結構體也可以通過這種形式來進行拷貝。
關於上面例子的幾點說明:
1. 這裡聲明數組的方式,使用的大小size是可變的,這只在某些編譯器中支持,這裡只是為了說明字符拷貝的方式,例子的重點在於交換。當然可以使用malloc或者new來動態分配大小可變的空間。
2. 這裡使用memcpy(dest, src, size)這個函數來進行內存單元的拷貝,注意此函數並不關心你的數據類型,單純的進行單元的拷貝而已,所以雖然編譯可能通過,但是還需要自己進行判斷和控制。
3. 這個例子的亮點就在於void*的使用,通過它能夠實現泛型,即針對於int,short,char,struct等類型都能夠保證能夠拷貝交換成功。
4. template和這裡的區別和優缺點。注意到使用模板的話,編譯後,會為每種類型都生成一種代碼,比如int對應的,float對應的,這樣如果調用次數很多的話,代碼體積會增大,冗余過多。而這裡編譯出來就一套代碼,更加簡潔。
5. 這裡傳遞一個參數大小size是因為,由於泛型指針void*的存在,所以編譯器並不知道要拷貝多少個字節,所以,需要你手動控制並指定一個大小。
存在的問題
由於編譯器會很容易的放過void*帶來的錯誤,所以如果兩個類型不同的數據調用此函數,就會出現問題:
    double a = 23.0;
    int b = 345;
    swap(&a, &b, sizeof(double));
這裡,double和int類型占據的數據空間的大小是不同的,因此,如果單純的直接調用這個函數,就會出錯,簡單的結果就是,截斷拷貝或者多拷貝數據。 比如,int類型拷貝到double數據空間的時候,只有前面2個字節拷貝了,後面的原來double數據的兩個字節仍然保留了;或者說double拷貝到int的時候,可能會多拷貝兩個字節到int後面的數據,造成出錯。具體的方式,與後面一個參數sizeof(double)或者sizeof(int)有關系。
初學者容易犯的錯誤
1. 使用void * tmp = vp1,而不是前面鎖講到的char buffer[size],這個錯誤的原因是由於不理解void不是一個類型,不像int,double等屬於一個類型,所以錯誤。void 只能用作函數參數,返回值才可行。但是可以使用 void * tmp = (int )&a這類的用法,因為具體的類型即可以賦值給一般的類型,你只有給定了一個具體的類型,才能讓編譯器知道規則,才能編譯通過。
2. 指針的拷貝,何時使用引用地址的問題。一個簡單的例子出發,
char * husband = strdup("Fred"); char * wife = strdup("Wilma");
如果想交換兩人所指向的空間內容,正確的做法是:
swap(&hustband, &wife, sizeof(char *))
也就是說,這裡要交換的是指針的地址,交換之後,husband的內容發生了變化,內容變成了原來wife的內容,由於本身是地址,所以內容變了,實際上所只想的地址也變了,現在husband指向原來wife所指向的地址,而wife指向原來husband指向的地址。
一個錯誤的例子就是,swap(husband, wife, &sizeof(char *)),這樣,交換的實際上是他們鎖指向的內容,即存放Fred和Wilama的單元中的內容會交換,而且,由於char *是四個字節,因此交換的就只有四個字節的內容。 為何會如此呢?因為上面的例子,比如要交換a,b單元的內容,傳入的就是a,b的地址&a, &b,同樣,這裡我直接傳入指針,當然交換的是他們指向的單元的內容,即兩個字符串。 所以要交換兩個指針的內容,就要交換他們的地址,即指針的地址,指針的指針。
另外一個例子
思考一個下面線性搜索的例子,
int * lsearch(int key ,int* array, int size){
    for (int i = 0; i < size; i++) 
    {
        if(array[i] == key)
            return i;
    }
}
上面的這段代碼,直接返回的就是找到索引的那個下標。
利用位比較的方式來實現 www.2cto.com
同樣,為了應用上面我們學到的知識,這裡想要泛型比較,搜索,如何實現? 例如,對於這裡的int,能否用一個struct,一個double或者其他類型。 答案仍然是肯定的,只不過,我們需要對其中編譯器的工作,比較的大小進行控制而已。
int *lsearch(void *key, void *base, int size, int elementSize){
    for (int i = 0; i < size; i++) {
      void * elemeAddr = (char *)base + i * elementSize;
      if (memcmp(key, elemeAddr, elementSize) == 0)
        return elemeAddr;
    }      
}
這裡的幾個說明點就是,首先,傳入參數的size就是要比較的數組的大小,類型我們不知道,就用void *類型,然後要傳入每一個類型的大小,elementSize,這個標記了每一個數組成員的大小,正因為有這個我們才可以精准的定位到具體的單元,利用for循環來比較每一個單元和key的關系。而這裡比較用的memcmp來進行,比較的字節數就是elementSize,傳入兩個指針即可,而比較的指針就是數組的每一個單元的地址,即elemeAddr而已。

 

作者:deercoder

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