C中如何实现封装

Question

我不确定我想做的是否称为封装，但它是一个 OOP 概念。我正在实现一个二叉树，特别是插入函数：

typedef struct __node* tree;
typedef struct __node { void* data; tree l,r; } node;

typedef struct {int (*cmp)(void* a,void* b); tree root;} avl_tree;

....

void tree_insert(tree node, tree* root, int (*cmp)(void* a,void* b))
{
  if (*root==NULL) { *root=node; return; }
  int c1 = cmp(node->data, (*root)->data);

  if (c1==-1) tree_insert(node, &((*root)->l), cmp);
}

tree tree_new_node(void*data){ tree a = malloc(...); ... return a; }

void avl_insert(void* data, avl_tree* a)
{
  tree_insert(tree_new_node(data), &(a->root), a->cmp);
  ....
}

该模块将通过avl_insert函数来使用，该函数被赋予一个指向相关平衡树avl_tree的指针，其中包含指向原始树的指针以及指向比较器的指针。现在，它显然应该调用 tree insert ，并且 tree_insert 应该能够访问比较器以及我当前插入的节点。该函数在二叉树上运行，因此它是自然递归的。但是，如果我将比较器和当前节点作为参数，它们将在每次递归调用时传递，这是不必要的，因为它们始终是相同的。

我想避免这样做。我一直无法想出一个干净又好的解决方案。这些是我能想到的选项：

1. 使用 C++ 类，并让 tree_insert 函数成为 avl_tree 类的方法。然后它可以通过 this 指针访问比较器。这个解决方案的问题是我想使用 C 而不是 C++。此外，它不会消除当前节点参数的传递。

2. 在函数内使用静态成员（或全局数据）。我不确定我是否可以在每次 avl_insert 调用时干净地初始化它们。此外，该解决方案不是线程安全的。

现在我想起来，用函数式编程语言来实现似乎很容易。我想知道，这是 C 的基本问题还是只是我不知道该怎么做。实现这一目标的最干净的方法是什么？

谢谢你！

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在我思考了 Victor Sorokin 的答案之后，我读到了有关 this 指针的内容，结果发现它是每个成员函数调用中的隐式参数。现在想来，这似乎是唯一合乎逻辑的解决方案。每次调用 tree_insert 函数都需要知道它所操作的结构的地址。即使在函数式语言中，你也无法避免那个额外的指针......

一个可能的解决方案是在每个节点中保留一个指向主树结构的指针......

所以这是一个基本的“问题”。

Answer 1

一种可用于实现封装的有趣方法是研究 C++ 编译器发出的汇编代码，然后将其转换为适当的 C 代码。

另一种更传统的方法是使用一些 C 对象库，例如 GLib。

不过，我认为这两种方法会给出类似的结果:)

顺便说一句，您提到的第一个选项与第二个选项一样容易受到线程问题的影响。 C++ 中没有隐式线程安全。

我在 Linux 内核（文件系统层）中看到的“OOP”C 代码主要关注多态性，而不是封装。多态性是通过引入枚举可能操作的结构（作为函数指针）来实现的。然后创建各种“子类”，每个子类都使用自己的一组实现方法来初始化该结构。

Answer 2

您应该能够将尾递归转换为迭代，并完全避免函数调用。像这样的东西

void tree_insert(tree node,tree*root,int (*cmp)(void*a,void*b))
{
   tree* current = root;
   while (*current != NULL)
   {
     int c1=cmp(node->data,(*current)->data);
     if(c1==-1)current = &((*current)->l);
     else current = &((*current)->r);
   }
   *current=node;
 }  

Answer 3

已经有一个问题涵盖了我的答案 -C 程序中的“静态”是什么意思？

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您可以粗略地将 C 源文件视为一个类。关键字static使变量或函数只有内部链接，这类似于经典OOP中的private。

foo.h

#ifndef FOO_H
#define FOO_H

double publicStuff;

double getter (void);
void setter (double);
int publicFunction (void);

#endif

foo.c

#include "foo.h"

static double privateStuff;

static int privateFunction (void)
{
    return privateStuff;
}

int publicFunction (void)
{
    return privateFunction();
}

double getter (void)
{
    return privateStuff;
}

void setter (double foo)
{
    privateStuff = foo;
}

main.c

#include "foo.h"
#include <stdio.h>

static double privateStuff = 42;

static int privateFunction (void)
{
    return privateStuff;
}

int main (void)
{
    publicStuff = 3.14;

    setter(publicStuff);

    printf("%g %d %d\n", getter(), publicFunction(), privateFunction());

    return 0;
}