嵌入式C保護(hù)結(jié)構(gòu)體的方式

評(píng)論中之前分享的文章：嵌入式 C 語(yǔ)言知識(shí)點(diǎn)，掩碼結(jié)構(gòu)體，似乎有些爭(zhēng)議？

不知道是因?yàn)楹甑膶?shí)現(xiàn)看不懂還是用法不懂？掩碼結(jié)構(gòu)體宏的實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上就是使用一個(gè)掩碼數(shù)組 chMask 把結(jié)構(gòu)體保護(hù)起來(lái)。

用法可以結(jié)合大佬的PLOOC使用示例及其基于C語(yǔ)言的面向?qū)ο缶幊?傻孩子.pdf（本公眾號(hào)聊天界面回復(fù)：基于C語(yǔ)言的面向?qū)ο缶幊?/strong>）來(lái)一起看：

https://github.com/GorgonMeducer/PLOOC

同樣，也可以結(jié)合使用不完全類型（Incomplete Types）來(lái)保護(hù)結(jié)構(gòu)體的方式一起看一下，這個(gè)之前有分享過(guò)。這里也一起分享下。

C語(yǔ)言中使用不完全類型（Incomplete Types）來(lái)保護(hù)結(jié)構(gòu)體的方式，主要涉及到在聲明結(jié)構(gòu)體時(shí)不提供完整的定義，僅在需要時(shí)（如在其源文件中）才給出完整的定義。這種方式的的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

封裝性增強(qiáng)：使用不完全類型可以在一定程度上隱藏結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部細(xì)節(jié)，防止外部代碼直接訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體的成員，從而提高代碼的封裝性和安全性。

模塊間解耦：通過(guò)不完全類型聲明，可以在多個(gè)模塊之間傳遞結(jié)構(gòu)體的指針，而無(wú)需暴露結(jié)構(gòu)體的完整定義。這有助于減少模塊間的耦合度，使得系統(tǒng)更加靈活和易于維護(hù)。

缺點(diǎn)：

使用限制：不完全類型有一些使用上的限制，比如不能直接使用sizeof運(yùn)算符來(lái)獲取不完全類型的大小（因?yàn)榫幾g器不知道其完整定義）。這可能導(dǎo)致在需要知道結(jié)構(gòu)體大小的情況下無(wú)法使用不完全類型。

容易出錯(cuò)：如果在使用不完全類型時(shí)沒(méi)有正確地提供其完整定義，或者在多個(gè)地方提供了不一致的定義，都可能導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤或運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。

什么是不完全類型？

C/C++中不完全類型有三種不同形式：void、未指定長(zhǎng)度的數(shù)組以及具有非指定內(nèi)容的結(jié)構(gòu)和聯(lián)合。使用不完全類型的指針或引用，不需要知道類型的全部?jī)?nèi)容。比如：

我們常用以下方式聲明數(shù)組：

extern?int?array[];

此時(shí)的array就是一個(gè)不完全類型的數(shù)組，一般這樣的數(shù)組聲明會(huì)放在.h中，而其定義放在.c中，在定義的時(shí)候在給出數(shù)組的具體長(zhǎng)度，若之后有需要改變數(shù)組的長(zhǎng)度時(shí)，直接改.c里的就可以，對(duì)外的.h就保持原樣不用修改。

用數(shù)組來(lái)說(shuō)明可能還是有點(diǎn)不太好理解，下面我們用結(jié)構(gòu)體的例子來(lái)做說(shuō)明。

在此之前，我們先思考一個(gè)問(wèn)題，我們的結(jié)構(gòu)體實(shí)體是在頭文件中定義還是源文件中定義呢？

實(shí)際上，在頭文件、源文件中定義都可以。

下面我們以一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組的管理為例來(lái)做一些演示說(shuō)明。

動(dòng)態(tài)數(shù)組，是相對(duì)于靜態(tài)數(shù)組而言。靜態(tài)數(shù)組的長(zhǎng)度是預(yù)先定義好的，在整個(gè)程序中，一旦給定大小后就無(wú)法改變。而動(dòng)態(tài)數(shù)組則不然，它可以隨程序需要而重新指定大小。

動(dòng)態(tài)數(shù)組的內(nèi)存空間是從堆（heap）上分配（即動(dòng)態(tài)分配）的。是通過(guò)執(zhí)行代碼而為其分配存儲(chǔ)空間。當(dāng)程序執(zhí)行到這些語(yǔ)句時(shí)，才為其分配。程序員自己負(fù)責(zé)釋放內(nèi)存。使用動(dòng)態(tài)數(shù)組的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)用戶需要，有效利用存儲(chǔ)空間。

（1）結(jié)構(gòu)體實(shí)體定義在頭文件中

比如我們本次的demo有如下三個(gè)文件：

此時(shí)dynamic_array.h的內(nèi)容如下：

我們創(chuàng)建了一些接口函數(shù)來(lái)操作DA對(duì)象，我們希望他人可以使用我們的這些接口來(lái)操作數(shù)據(jù)。并且，一般我們使用其它人寫(xiě)的代碼時(shí)，一般也是優(yōu)先找到相關(guān)頭文件，然后調(diào)用頭文件里提供的對(duì)外接口函數(shù)。

但是，從這個(gè)頭文件中，我們不僅僅看到了一些對(duì)外接口，還可以看到結(jié)構(gòu)體實(shí)體。于是乎，可能就有些人寫(xiě)出這樣的代碼：

命名有接口可以用，卻偏偏有人喜歡直接操作數(shù)據(jù)，這是比較容易出錯(cuò)的做法。而且調(diào)用者推鍋的理由很充足：你暴露數(shù)據(jù)給我，我為什么不可以直接操控你的數(shù)據(jù)，我就不喜歡用你提供的接口，咋的。。。

所以dynamic_array.h的提供者還是得背鍋。

（2）結(jié)構(gòu)體實(shí)體定義在源文件中

為了不被推鍋，我們把我們的頭文件改為：

此時(shí)，這里的dynamic_array_def結(jié)構(gòu)類型就是一個(gè)不完全類型。

我們把結(jié)構(gòu)體實(shí)體定義挪到源文件中，這時(shí)候調(diào)用者看不到dynamic_array_def里有什么數(shù)據(jù)了，間接得就可以強(qiáng)迫調(diào)用者使用我們提供的接口了。此時(shí)如果出問(wèn)題被推鍋，那我們也樂(lè)意接鍋，樂(lè)意查找問(wèn)題呀。

最后，順便貼一下本demo工程完整代碼，有需要的朋友自取：

dynamic_array.h：

/*?公眾號(hào)：嵌入式大雜燴?*/
#ifndef?__DYNAMIC_ARRAY_H
#define?__DYNAMIC_ARRAY_H

/*?結(jié)構(gòu)體“重命名”?*/
typedefstruct?dynamic_array?dynamic_array_def;

/*?初始化dynamic_array?*/
dynamic_array_def?*DA_Init(void);

/*?銷毀dynamic_array?*/
voidDA_Clean(dynamic_array_def?*pThis);

/*?設(shè)置dynamic_array長(zhǎng)度?*/
voidDA_SetSize(dynamic_array_def?*pThis,?unsigned?len);

/*?獲取dynamic_array長(zhǎng)度?*/
unsignedDA_GetSize(dynamic_array_def?*pThis);

/*?設(shè)置dynamic_array某元素的值?*/
intDA_SetValue(dynamic_array_def?*pThis,?unsigned?index,?int?value);

/*?獲取dynamic_array某元素的值?*/
intDA_GetValue(dynamic_array_def?*pThis,?unsigned?index,?int?*pValue);

#endif

dynamic_array.c：

/*?公眾號(hào)：嵌入式大雜燴?*/
#include?"dynamic_array.h"
#include?

/*?創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組結(jié)構(gòu)體模板?*/
struct?dynamic_array
{
int*array;
unsigned?len;
};

/*?初始化dynamic_array?*/
dynamic_array_def?*DA_Init(void)
{
????dynamic_array_def?*pArray?=malloc(sizeof(dynamic_array_def));

????pArray->array=NULL;
????pArray->len?=0;
}

/*?銷毀dynamic_array?*/
voidDA_Clean(dynamic_array_def?*pThis)
{
free(pThis->array);
????pThis->len?=0;
free(pThis);
}

/*?設(shè)置dynamic_array長(zhǎng)度?*/
voidDA_SetSize(dynamic_array_def?*pThis,?size_t?len)
{
????pThis->len?=?len;
????pThis->array=(int*)realloc(pThis->array,?pThis->len*sizeof(int));
}

/*?獲取dynamic_array長(zhǎng)度?*/
size_tDA_GetSize(dynamic_array_def?*pThis)
{
return?pThis->len;
}

/*?設(shè)置dynamic_array某元素的值?*/
intDA_SetValue(dynamic_array_def?*pThis,?size_t?index,?int?value)
{
if(index?>?pThis->len)
{
return-1;
}

????pThis->array[index]=?value;
return0;
}

/*?獲取dynamic_array某元素的值?*/
intDA_GetValue(dynamic_array_def?*pThis,?size_t?index,?int?*pValue)
{
if(index?>?pThis->len)
{
return-1;
}

*pValue?=?pThis->array[index];
return0;
}

main.c

/*?公眾號(hào)：嵌入式大雜燴?*/
#include?
#include?
#include?"dynamic_array.h"

intmain(void)
{
int?arr_elem?=0;

/*?初始化一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組?*/
????dynamic_array_def?*pArray?=?DA_Init();

/*?設(shè)置數(shù)組長(zhǎng)度為10?*/
????DA_SetSize(pArray,10);

/*?給數(shù)組元素賦值?*/
for(int?i?=0;?i?<10;?i++)
{
????????DA_SetValue(pArray,?i,?i);
}

/*?遍歷數(shù)組元素并打印?*/
for(int?i?=0;?i?<10;?i++)
{
????????DA_GetValue(pArray,?i,&arr_elem);
printf("%d?",?arr_elem);
}

/*?數(shù)組清理?*/
????DA_Clean(pArray);

return0;
}

編譯、運(yùn)行：

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