C语言中迭代器的设计与使用

 

　　经常使用C＋＋、JAVA等面向对象语言开发的程序员都会比较喜欢容器的迭代器功能，用起来方便简洁。象一些常用的数据结构，如：哈希表、动态数组、链表等，在这些面向对象语言中都可以非常方便地使用迭代器。当然，在C语言中也有对这些常用数据结构的函数封装，但要对容器中元素的遍历，则一般会通过注册回调函数的方式。如下：

 

/* 以C语言中非常流行的 glib 库中的哈希表操作为例 */

static void print_record(gpointer key, gpointer val, gpointer ctx)
{
    printf("%s: key(%s), value(%s)\n", (char*) ctx, (char*) key, (char*) val));
}

static void free_record(gpointer key, gpointer val, gpointer ctx)
{
    printf("%s: free(%s) now\n", (char*) ctx, (char*) key);
    free(val);
}

static void htable_test(void)
{
    char  *myname = "hash_test";
    char  key[32], *value;
    GHashTable *table;
    int   i;

    /* 创建哈希表 */
    table = g_hash_table_new(g_str_hash, g_str_equal);

    /* 依次向哈希表中添加数据 */
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        snprintf(key, sizeof(key), "key:%d", i);
        value = malloc(64);
        snprintf(value, 64, "value:%d", i);
        g_hash_table_insert(table, key, value);
    }

    /* 遍历并输出哈希表中的数据 */
    g_hash_table_foreach(table, print_record, myname);

    /* 依次释放哈希表中的数据 */
    g_hash_table_foreach(table, free_record, myname);

    /* 销毁哈希表 */
    g_hash_table_destroy(table);
}

 

   这是C函数库中比较常用的回调函数方式，它主要有两个缺点：多写了一些代码，使用不太直观。下面介绍一下ACL库中的设计与实现是如何克服这两个缺点的。首先先请看一个ACL库中使用哈希表的例子：

void htable_test(void)
{
	ACL_HTABLE *table = acl_htable_create(10, 0);  /* 创建哈希表 */
	ACL_ITER iter;  /* 通用迭代器对象 */
	char  key[32], *value;
	int   i;

	/* 依次向哈希表中添加数据 */
	for (i = 0; i < 20; i++) {
		snprintf(key, sizeof(key), "key: %d", i);
		value = acl_mymalloc(32);
		snprintf(value, 32, "value: %d", i);
		assert(acl_htable_enter(table, key, value));
	}

	printf("\n>>>acl_foreach for htable:\n");
	/* 正向遍历哈希表中数据 */
	acl_foreach(iter, table) {
		printf("hash i=%d, [%s]\n", iter.i, (char*) iter.data);
	}

	/* 释放哈希表中数据 */
	acl_foreach(iter, table) {
		acl_myfree(iter.data);
	}

	/* 销毁哈希表 */
	acl_htable_free(table, NULL);
}

 

　　由以上例子可以明显看出ACL库中的哈希表遍历更加简单直观，不需要回调函数方式便可以遍历哈希表中的所有元素。ACL库不仅哈希表可以用 "ACL_ITER iter; acl_foreach(iter, hash_table) {}" 的方式进行遍历，其它的通用数据结构容器都可以如此使用，如ACL库中的先进先出队列：ACL_FIFO 使用迭代器的例子：

static void fifo_iter(void)
{
	ACL_FIFO fifo;
	ACL_ITER iter;
	ACL_FIFO_INFO *info;
	int   i;
	char *data;

        /* 初始化堆栈队列 */
	acl_fifo_init(&fifo);

	/* 向队列中添加数据 */
	for (i = 0; i < 10; i++) {
		data = acl_mymalloc(32);
		snprintf(data, 32, "data: %d", i);
		acl_fifo_push(&fifo, data);
	}

	printf("\n>>> acl_foreach for fifo:\n");
	/* 正向遍历队列中数据 */
	acl_foreach(iter, &fifo) {
		printf("i: %d, value: %s\n", iter.i, (char*) iter.data);
	}

	printf("\n>>> acl_foreach_reverse for fifo:\n");
	/* 反向遍历队列中数据 */
	acl_foreach_reverse(iter, &fifo) {
		printf("i: %d, value: %s\n", iter.i, (char*) iter.data);
	}

	/* 弹出并释放队列中数据 */
	while (1) {
		data = acl_fifo_pop(&fifo);
		if (data == NULL)
			break;
		acl_myfree(data);
	}
}

 

　　可以看出，ACL库中的迭代器都是同样的东东 ACL_ITER, 遍历方式也都一样，这是如何做到的？下面请先看一下ACL库中 ACL_ITER 结构的定义：

#ifndef	__ACL_ITERATOR_INCLUDE_H__
#define	__ACL_ITERATOR_INCLUDE_H__

typedef struct ACL_ITER ACL_ITER;

/**
 * ACL 库中数据结构用的通用迭代器结构定义
 */
struct ACL_ITER {
	void *ptr;		/**< 迭代器指针, 与容器相关 */
	void *data;		/**< 用户数据指针 */
	int   dlen;		/**< 用户数据长度, 实现者可设置此值也可不设置 */
	const char *key;	/**< 若为哈希表的迭代器, 则为哈希键值地址 */
	int   klen;		/**< 若为ACL_BINHASH迭代器, 则为键长度 */
	int   i;		/**< 当前迭代器在容器中的位置索引 */
	int   size;		/**< 当前容器中元素总个数 */
};

/**
 * 正向遍历容器中元素
 * @param iter {ACL_ITER}
 * @param container {void*} 容器地址
 * @examples: samples/iterator/
 */
#define	ACL_FOREACH(iter, container)  \
    if ((container))  \
        for ((container)->iter_head(&(iter), (container));  \
             (iter).ptr;  \
             (container)->iter_next(&(iter), (container)))

/**
 * 反向遍历容器中元素
 * @param iter {ACL_ITER}
 * @param container {void*} 容器地址
 * @examples: samples/iterator/
 */
#define	ACL_FOREACH_REVERSE(iter, container)  \
    if ((container))  \
        for ((container)->iter_tail(&(iter), (container));  \
             (iter).ptr;  \
             (container)->iter_prev(&(iter), (container)))

/**
 * 获得当前迭代指针与某容器关联的成员结构类型对象
 * @param iter {ACL_ITER}
 * @param container {void*} 容器地址
 */
#define	ACL_ITER_INFO(iter, container)  \
	((container) ? (container)->iter_info(&(iter), (container)) : NULL)

#define	acl_foreach_reverse	ACL_FOREACH_REVERSE
#define	acl_foreach		ACL_FOREACH
#define	acl_iter_info		ACL_ITER_INFO

#endif

 

　　其实，ACL_ITER 只是定义了一些规则，具体实现由各个容器自己来实现，如果容器要实现正向遍历，则需要遵守如下原则：

　　1）则容器的结构中必须要有成员变量：iter_head(ACL_ITER* iter, /* 容器本身的对象指针 */), iter_next(ACL_ITER* iter, /* 容器本身的对象指针 */);　如果没有这两个成员变量怎么办？那在编译时如果有函数使用该容器的 acl_foreach(){} 则编译器会报错，这样的好处是尽量让错误发生在编译阶段。

　　2）同时在容器内部需要实现两个注册函数: iter_head()/2, iter_next()/2, 此两函数内部需要将容器的数据赋值给 iter->data；同时改变容器中下一个对象的位置并赋值给 iter->ptr；如果容器本身是由整数值来标识元素索引位置的，则可以把索引位置赋值给 iter->i，但别忘记依然需要将 iter->ptr 赋值－－可以赋与iter->data 同样的值，这样可以避免acl_foreach() 提前退出。

　　至于反向遍历容器中元素，规则约束下正向遍历类似，在此不再详述。

 

　　下面，以一个大家常用的字符串分隔功能的函数例子来结束本文：

void argv_iter(void)
{
	const char *s = "hello world, you are welcome!";  /* 源串 */
	ACL_ARGV *argv = acl_argv_split(s, " ,!"); /* 对源串进行分隔 */
	ACL_ITER iter;  /* 通用的迭代器 */

	printf("\nacl_foreach for ACL_ARGV:\n");
	/* 正向遍历字符串数组 argv 中的所有元素 */
	acl_foreach(iter, argv) {
		printf(">> i: %d, value: %s\n", iter.i, (char*) iter.data);
	}

	printf("\nacl_foreach_reverse for ACL_ARGV:\n");
	/* 反向遍历字符串数组 argv 中的所有元素 */
	acl_foreach_reverse(iter, argv) {
		printf(">> i: %d, value: %s\n", iter.i, (char*) iter.data);
	}
	/* 释放字符串数组 argv */
	acl_argv_free(argv);
}

 

　　ACL中有哪些常见的容器实现了 ACL_ITER 所要求的功能，可以通过 samples/iterator/ 下的例子进行查看.

ACL　库下载位置：http://acl.sourceforge.net/

 

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评论

2 楼 zsxxsz 2013-08-29  

wpalhm 写道

请问 ACL_RING 是线程安全的吗？

是线程安全的

1 楼 wpalhm 2013-08-29  

请问 ACL_RING 是线程安全的吗？