在 C 中抽象类型实现

Question

我是 C 编程的新手，正在尝试编写一个简单的示例。确切地说，我试图抽象出一个类型实现并简单地使用 typedef 并指定我可以用这种类型做的操作。我知道那时类型不完整，但我打算将其完成到 c 文件中，而不是 header。在这里：

test.h

#ifndef _TEST_H
#define _TEST_H

typedef my_type_t;

void init(my_type_t **t);

#endif //_TEST_H

test.c

#include <stdlib.h>
#include "test.h"
                  //      implementation details
struct my_type_t{ //<---- completening my_type_t to be a struct with 1 field
    int field;
};

void init(struct my_type_t **t){ //<--- error: conflicting type for init
    *t = malloc(sizeof(struct my_type_t));
    (*t) -> field = 42;
}

这样的事情可能吗？我希望实现完全隐藏有关实际类型定义的所有细节，只公开可以用它完成的操作。

UPD：如果我们重写 c 文件如下：

#include <stdlib.h>
#include "test.h"

struct internal_my_type_definition_t{
    int field;
};

void init(my_type_t **t){
    struct internal_my_type_definition_t *st = malloc(sizeof(struct internal_my_type_definition_t));
    st -> field = 42;
    *t = st;
}

这样实现有什么问题吗？

Answer 1

在你的header中，更改

typedef my_type_t;

到

struct my_type_t;

这是一个很常见的模式。请记住，您需要一个函数来在堆上分配结构并释放它；您隐藏的信息之一是结构的大小，因此 API 消费者实际上只能处理指向结构的指针，而不是结构本身。

惯用的 API 类似于

struct my_type_t* my_type_new(void);
void my_type_free(struct my_type_t* self);

my_type_init 通常用于初始化已分配的实例，这实际上仅在您想要在子类型的 *_new 函数中链接到它时才有用。

编辑：针对您的 follow-up 问题，您可以在 header:

中做类似的事情

#if !defined(MY_TYPE_NS)
#  define MY_TYPE_NS struct
#endif

typedef MY_TYPE_NS my_type_t my_type;

my_type* my_type_new(void);

/* ... */

然后，在你的 *.c 文件中：

#define MY_TYPE_NS union
#include "test.h"

union my_type_t {
  /* ... */
};

my_type* my_type_new(void*) {
  my_type* res = malloc(sizeof(my_type));
  res->field = 42;
  return res;
}

我觉得这只是轻微的邪恶。我可能只是使用嵌套在结构内部的联合来避免代码中出现任何意外。

Answer 2

您要查找的设计模式称为"opaque type"/"opaque pointers"。

你几乎已经正确了，你只需要在header中明确指定类型：

typedef struct my_type_t my_type_t;

这既是一个 typedef 也是一个不完整类型的前向声明，它在您的 .c 文件中完成并且对调用者不可见。

现在调用者可以声明指向此类型的指针，但不能 objects。他们无法访问结构成员——我们已经实现了私有封装。您必须将函数设计为始终采用指针类型。

在 C 中抽象类型实现

Abstracting over type implementation in C

c

typedef

header