周立功教你学C语言编程：结构体，使程序设计更方便——内置函数指针和嵌套结构体

第二章为程序设计技术，本文为2.2.3 内置函数指针和2.2.4 嵌套结构体。

我们知道，数组和指针是相同类型有序数据的集合，但很多时候需要将不同类型的数据捆绑在一起作为一个整体来对待，使程序设计更方便。在C语言中，这样的一组数据被称为结构体。

>>> 2.2.3 内置函数指针

面对一系列数据，真正重要的不是如何存储数据，而是如何使用数据。实际上，一个结构体的成员可以是数据，还可以是包含操作数据的函数指针。为了支持这种风格，在这里不妨引入一个新的概念——方法是作为某个结构体的一部分声明的，有了方法就可以操作存储在结构体中的数据。

1. 类型与变量

当函数指针作为结构体的成员时，即将校验参数和调用校验器的函数指针封装在一起，形成了一个新的结构体类型。有了类型就可以定义一个该类型的变量，然后就可以用这个变量引用校验参数和调用校验器函数。

为了支持这种风格，C允许将方法作为某个结构体的一部分来声明，那么操作存储在结构体中的数据就很容易了，详见程序清单 2.18。

程序清单 2.18 范围值校验器接口

接下来需要设计一个判断value值是否符合范围值要求的validateRange()接口函数，其具体的实现详见程序清单 2.19。

程序清单 2.19 范围值校验器接口函数的实现

同理，偶校验器OddEvenValidator和变量oddEvenValidator的定义详见程序清单 2.20。

程序清单 2.20 偶校验器接口

接下来同样需要设计一个判断value值是否符合偶校验要求的validateOddEven()接口函数，其具体的实现详见程序清单 2.21。

程序清单 2.21 偶校验器接口函数的实现

显然，无论是什么校验器，其共性是value值合法性判断，因此可以共用一个函数指针，即特殊的函数指针类型RangeValidate和OddEvenValidate被泛化成了一般的函数指针类型Validate。其次，由于每个函数都有一个指向当前对象的pThis指针，因此特殊的结构体类型struct _RangeValidator *和struct _OddEvenValidator *被泛化成了void *类型，即可接受任何类型数据的实参。比如：

这就是范型编程，校验器泛化接口的实现详见程序清单 2.22。由于pRangeValidator与pThis的类型不同，因此必须对pThis指针强制类型转换才能引用相应结构体的成员。

程序清单 2.22 通用校验器接口的实现（validator.c）

由此可见，当将方法作为结构体的一部分声明时，就直接将方法和数据打包成为了一个新的数据类型RangeValidator。有了RangeValidator类型，就可以创建一个该类型的变量rangeValidator，即可通过rangeValidator引用该结构体的数据，并调用相应的处理函数。真正想强化的是由方法定义结构体的思想，而不是实现结构体时碰巧用到的那些数据。

2. 初始化

使用名为newRangeValidator的宏将结构体初始化：

其中，validateRange为范围值校验器的函数名，使用方法如下：

宏展开后如下：

其相当于：

如果有以下定义：

即可通过pValidator引用RangeValidator的min和max。校验函数的调用方式如下：

以上调用形式的前提是已知pValidator指向了确定的结构体类型，如果pValidator将指向未知的校验器，显然以上调用形式无法做到通用，那么将如何调用？

虽然pValidator与&rangeValidator.validate的类型不一样，但它们的值相等，因此可以利用这一特性获取validateRange()函数的地址。比如：

其调用形式如下：

3. 接口与实现

为了便于阅读，如程序清单 2.23所示详细地展示了通用校验器的接口。

程序清单 2.23 通用校验器接口（validator.h）

以范围值校验器为例，调用validateRange()的rangeCheck()函数的实现如下：

rangeCheck()函数的调用形式如下：

由此可见，rangeCheck()函数的实现不依赖任何具体校验器。 注意，在这里，作者并没有提供完整的代码，请读者补充完善。

>>> 2.2.4 嵌套结构体

1.  重构

随着添加一个又一个功能，处理一个又一个错误，代码的结构会逐渐退化。如果对此置之不理，这种退化最终会导致纠结不清，难以维护的混乱代码，因此需要经常性地重构代码扭转这种退化。

重构就是在不改变代码行为的前提下，对其进行一系列小的改进，旨在改进系统结构的实践活动。虽然每个改进都是微不足道的，甚至几乎不值得去做，但如果将所有的改造叠加在一起时，对系统设计和架构的改进效果是十分明显的。

在每次细微改进后，通过运行单元测试以确保改进没有造成任何破坏，然后才去做下一次改进。如此往复周而复始，每次改进后都要运行，通过这种方式保证在改进系统设计的同时系统能够正常工作。

重构是持续进行的，而不是在项目结束时、发布版本时、迭代结束时、甚至每天下班时才进行。重构是每隔一个小时或半个小时就要去做的事情，通过重构可以持续地保持尽可能干净、简单且有表现力的代码。

大量的实践证明，重复可能是软件中一切邪恶的根源，许多原则和实践规则都是为了控制与消除重复而创建的。消除重复最好的方法就是抽象，即将所有公共的函数指针移到一个单独的结构体中，创建一个通用的Validator类型校验器。也就是说，如果两种事物相似的话，必定存在某种抽象能够统一它们，因此消除重复的行为会迫使团队提炼出许多的抽象，进一步减少代码之间的耦合。

自从发明子程序以来，软件开发领域的所有创新都是在不断尝试从源代码中消灭重复，即DRY（Don't Repeat Yourself）原则——别重复自己，因为重复黏贴会带来很多的问题，所以无论在哪里发现重复的代码，都必须消除它们。

2.  类型与变量

实际上，不管是范围值校验器还是奇偶校验器，其本质上都是校验器，其相同的属性是校验参数和待校验的值，其相同的行为可以共用一个函数指针调用不同的校验器。根据依赖倒置原则，将它们相同的属性和行为抽象为一个结构体类型Validator。比如：

在这里，还是以范围值校验为例，在RangeValidatro结构体中嵌套一个Validator类型的结构体，即将Validator类型的变量isa作为RangeValidator结构体的成员。比如：

由于&rangeValidator与&rangeValidator.isa的值相等，因此以下关系恒成立。比如：

即可将validateRange()函数原型：

中的“void *pThis”转换为“Validator *pThis”，validatrRange()函数原型进化为：

3.  初始化

当将Validator类型的isa作为RangeValidator结构体成员时，显然rangeValidator.isa是一个结构体变量名，可以象任何普通结构体变量一样使用。使用Validator类型表达式：

即可引用rangeValidator变量的结构体成员isa的成员validate，即将rangeValidator.isa作为另一个点操作符的左操作符。比如：

由于点操作符的结合性是从左向右的，因此可以省略括号。其等价于：

只要将rangeValidator.isa看作一个Validator类型的变量即可。 

  

使用名为newRangeValidator的宏将结构体初始化：

其中，validateRange为范围值校验器函数名，使用方法如下：

宏展开后如下：

其中，外面的{}为RangeValidator结构体赋值，内部的{}为RangeValidator结构体的成员变量isa赋值。即：

如果有以下定义：

即可用pValidator引用RangeValidator的min和max。

由于pValidator与&rangeValidator.isa不仅类型相同且值相等，则以下关系同样成立：

因此可以利用这一特性获取validateRange()函数的地址，即pValidator->validate指向validateRange()。其调用形式如下：

4.  接口与实现

以范围值校验器为例，validatorCheck()函数的调用形式如下：

当然，也可以采取以下调用形式：

其效果是一样的。

为了便于阅读，如程序清单 2.24所示详细地展示了通用校验器的接口。

程序清单 2.24通用校验器接口（validator.h）

以范围值校验器为例，调用validateRange()的validatorCheck()函数的实现如下：

由此可见，validatorCheck()函数的实现不依赖任何具体校验器，通用校验器接口的实现详见程序清单 2.25。

程序清单 2.25  通用校验器接口的实现（validator.c）

在这里，作者并没有提供完整的代码，请读者补充完善。

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