如何編寫(xiě)可讀性高的C代碼？

面向對象的C

面向對象的語(yǔ)言更接近人的思維方式，而且在很大程度上降低了代碼的復雜性，同時(shí)提高了代碼的可讀性和可維護性，傳統的 C 代碼同樣可以設計出比較易讀，易維護，復雜度較低的優(yōu)美代碼，本文將通過(guò)一個(gè)實(shí)際的例子來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。

基礎知識

結構體

除了提供基本數據類(lèi)型外，C 語(yǔ)言還提供給用戶(hù)自己定制數據類(lèi)型的能力，那就是結構體，在 C 語(yǔ)言中，你可以用結構體來(lái)表示任何實(shí)體。結構體正是面向對象語(yǔ)言中的類(lèi)的概念的雛形，比如：

typedef struct{ 
    float x; 
    float y; 
 }Point;

定義了一個(gè)平面坐標系中的一個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)中有兩個(gè)域，x 坐標和 y 坐標。

結構體中的域稱(chēng)為結構體的成員。結構體中的數據類(lèi)型可以是簡(jiǎn)單數據類(lèi)型，也可以是其他的結構體，甚至結構體本身還可以嵌套，比如，一個(gè)標準的鏈表結構可以進(jìn)行如下定義：

typedef struct node{ 
    void *data;// 數據指針
    int dataLength;// 數據長(cháng)度
    struct node *next;// 指向下一個(gè)節點(diǎn)
 }Node;

可以看到，結構體 node 中的 next 指針的類(lèi)型又是 node 類(lèi)型。

函數指針

指針是 C 語(yǔ)言的靈魂，是 C 比其他語(yǔ)言更靈活，更強大的地方。所以學(xué)習 C 語(yǔ)言必須很好的掌握指針。函數指針，即指向函數在內存映射中的首地址的指針，通過(guò)函數指針，可以將函數作為參數傳遞給另一個(gè)函數，并在適當的時(shí)候調用，從而實(shí)現異步通信等功能。

比如， UNIX/Linux 系統中的信號注冊函數，其原型如下：

void (*signal(int signo,void (*func)(int))) (int)

使用的時(shí)候，需要自己在外部定義一個(gè)信號處理函數 (signal handler), 然后使用 signal(sigNo, handler) 將處理程序注冊在進(jìn)程上，當信號發(fā)生時(shí)，進(jìn)程就可以回調信號處理函數。

將函數指針作為結構體的成員

正如前面提到的，結構體的成員可以是簡(jiǎn)單的數據結構，也可以是其他的結構體，當然，也可以是指針。當將函數指針作為結構體的成員，并且這些函數只用來(lái)操作本結構體中的數據時(shí)，就可以形成一個(gè)獨立的實(shí)體，這個(gè)實(shí)體中既有數據，也有對數據的操作，這樣自然就可以引出類(lèi)(class)的概念。

面向對象語(yǔ)言的特性

一般而言，繼承，封裝和多態(tài)被認為是面向對象語(yǔ)言所必須支持的三種特征，也正是通過(guò)這三種特征才可以體現出面向對象在哪些方面優(yōu)于面向過(guò)程。

由于語(yǔ)言開(kāi)發(fā)商的宣傳或其他的各種原因，使的表面上面向對象的思想要通過(guò)語(yǔ)言為載體而得以實(shí)現，然而實(shí)際上，面向對象是一種軟件設計思想，完全是可以與具體實(shí)現無(wú)關(guān)的。

雖然如此，但是不可否認，這些所謂的純面向對象的語(yǔ)言，在其代碼的可讀性以及與人的自然思維的匹配方面，比面向過(guò)程的語(yǔ)言要好的多。

語(yǔ)言層次的面向對象

我們一般要描述一個(gè)對象，一般需要描述這個(gè)對象的一些屬性，比如盒子(box) 是一個(gè)實(shí)體，它有 6 個(gè)面，有顏色，重量，是否為空等屬性，并且可以放東西進(jìn)去，可以取東西出來(lái)。

在面向對象的語(yǔ)言中，通常將這樣的對象抽象成一個(gè)類(lèi) (class):

class Box{ 
    clolr color; 
    int weight; 
    boolean empty; 
    
    put(something); 
    something get(); 
 }

對盒子進(jìn)行操作時(shí)，可以做一下動(dòng)作：

 Box.put(cake); 
 Box.get();// 取到某個(gè)東西，從盒子中。

而面向過(guò)程的語(yǔ)言中，通常是將實(shí)體傳遞給一個(gè)貫穿全局的函數來(lái)進(jìn)行的，同樣以 Box 為例，對 Box 進(jìn)行操作時(shí)，往往是這樣：

 Put(Box, cake);// 將一個(gè)蛋糕放到盒子中
 Get(Box);// 從盒子中取出某個(gè)東西來(lái)

而顯然，第一種代碼形式更符合常理，所以面向對象的語(yǔ)言大都提供這種語(yǔ)言層面的細節的支持，使得代碼的可讀性，可理解性大大增加。

C 語(yǔ)言，作為一個(gè)靈活而簡(jiǎn)單的語(yǔ)言，我們完全可以通過(guò) C 提供的簡(jiǎn)單機制，實(shí)現這樣的比較優(yōu)美的代碼形式。

C 語(yǔ)言的面向對象

如前所說(shuō)，面向對象是一種軟件設計的思想，是語(yǔ)言無(wú)關(guān)的。在本節中，我舉一個(gè)鏈表(list)的例子來(lái)說(shuō)明如何在 C 語(yǔ)言中的設計出有面向對象風(fēng)格的代碼。

定義接口

接口是面向對象語(yǔ)言中的一個(gè)比較重要的概念，接口只對外部承諾實(shí)現該接口的實(shí)體可以完成什么樣的功能，但是不暴露實(shí)現的方式。這樣的好處是，實(shí)現者可以在不接觸接口使用者的代碼的情況下，對實(shí)現進(jìn)行調整。

我們來(lái)看看鏈表的接口定義：

清單 1. 鏈表的接口定義

#ifndef _ILIST_H 
 #define   _ILIST_H 
 
 // 定義鏈表中的節點(diǎn)結構
 typedef struct node{ 
    void *data; 
    struct node *next; 
 }Node; 
 
 // 定義鏈表結構
 typedef struct list{ 
    struct list *_this; 
    Node *head; 
    int size; 
    void (*insert)(void *node);// 函數指針
    void (*drop)(void *node); 
    void (*clear)(); 
    int (*getSize)(); 
    void* (*get)(int index); 
    void (*print)(); 
 }List; 
 
 void insert(void *node); 
 void drop(void *node); 
 void clear(); 
 int getSize(); 
 void* get(int index); 
 void print(); 
 
 #endif   /* _ILIST_H */

IList 接口中，可以清晰的看到，對于一個(gè) list 實(shí)體 ( 也就是對象 ) 來(lái)說(shuō)，可以在其上進(jìn)行 insert, drop, clear, getSize, get(index) 以及 print 等操作。

接口的實(shí)現

清單 2. 構造方法

Node *node = NULL; 
 List *list = NULL; 
 
 void insert(void *node); 
 void drop(void *node); 
 void clear(); 
 int getSize(); 
 void print(); 
 void* get(int index); 
 
 List *ListConstruction(){ 
    list = (List*)malloc(sizeof(List)); 
    node = (Node*)malloc(sizeof(Node)); 
    list->head = node; 
    list->insert = insert;// 將 insert 函數實(shí)現注冊在 list 實(shí)體上
    list->drop = drop; 
    list->clear = clear; 
    list->size = 0; 
    list->getSize = getSize; 
    list->get = get; 
    list->print = print; 
    list->_this = list;// 用 _this 指針將 list 本身保存起來(lái)
 
    return (List*)list; 
 }

需要注意的是此處的 _ this 指針，_this 指針可以保證外部對 list 的操作映射到對 _this 的操作上，從而使得代碼得到簡(jiǎn)化。清單 3. 插入及刪除

// 將一個(gè) node 插入到一個(gè) list 對象上
 void insert(void *node){ 
    Node *current = (Node*)malloc(sizeof(Node)); 
    
    current->data = node; 
    current->next = list->_this->head->next; 
    list->_this->head->next = current; 
    (list->_this->size)++; 
 } 
 
 // 刪除一個(gè)指定的節點(diǎn) node 
 void drop(void *node){ 
    Node *t = list->_this->head; 
    Node *d = NULL; 
    int i = 0; 
    for(i;i < list->_this->size;i++){ 
        d = list->_this->head->next; 
        if(d->data == ((Node*)node)->data){ 
            list->_this->head->next = d->next; 
            free(d); 
            (list->_this->size)--; 
            break; 
        }else{ 
            list->_this->head = list->_this->head->next; 
        } 
    } 
    list->_this->head = t; 
 }

其他的實(shí)現代碼可以參看下載部分，這里限于篇幅就不再意義列舉出來(lái)。

測試

測試代碼

好了，前面做的一切工作都是為了保證我們的暴露給使用者的 API 可以盡量的簡(jiǎn)潔，優(yōu)美，現在到測試的時(shí)候了：清單 4. 測試代碼

int main(int argc, char** argv) { 
    List *list = (List*)ListConstruction();// 構造一個(gè)新的鏈表
    
 // 插入一些值做測試
    list->insert("Apple"); 
    list->insert("Borland"); 
    list->insert("Cisco"); 
    list->insert("Dell"); 
    list->insert("Electrolux"); 
    list->insert("FireFox"); 
    list->insert("Google"); 
    
    list->print();// 打印整個(gè)列表
            
    printf("list size = %dn",list->getSize()); 
    
    Node node; 
    node.data = "Electrolux"; 
    node.next = NULL;  
    list->drop(&node);// 刪除一個(gè)節點(diǎn)
    
    node.data = "Cisco"; 
    node.next = NULL; 
    list->drop(&node);// 刪除另一個(gè)節點(diǎn)
    
    list->print();// 再次打印
    printf("list size = %dn",list->getSize()); 
    list->clear();// 清空列表
 
    return 0; 
 }

圖 1. 運行結果

結束語(yǔ)

C 語(yǔ)言所誕生的UNIX平臺提倡這樣一種設計哲學(xué)：盡量進(jìn)行簡(jiǎn)單的設計，讓使用者如同搭積木一樣的將這些簡(jiǎn)單的工具連接成強大的，完整的應用。

應該說(shuō)，C 比較好的繼承了這一點(diǎn)，C 語(yǔ)言非常簡(jiǎn)潔，非常強大，而由于 C 語(yǔ)言誕生的比較早，當時(shí)的面向對象的思想還不成熟，所以出現了大量的過(guò)程式的 C 應用，從而給人們一種 C 語(yǔ)言是面向過(guò)程的語(yǔ)言的錯覺(jué)，其實(shí) C 只是提供了一些簡(jiǎn)單，強大而通用的能力，至于你想將其搭成什么樣的積木，則全靠你自己了。

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