如何在C中使用包含多种对象或函数的数组

兰斯·波拉德

想知道是否可以执行以下操作将任意对象存储在C中的数组中：

void *arr[123];
int len = 0;

void
pusharr(void *object) {
  arr[len++] = &object;
}

int
main() {
  char *foo = "foo"

  pusharr(1)
  pusharr("foo")
  pusharr(&foo)
  pusharr(foo)
  pusharr(somestruct)
  pusharr(someotherstructtype)
  pusharr(afunction)
  pusharr(anythingbasically)
  pusharr(true)
  pusharr(NULL)

  // arr[4] == somestruct, etc.
}

基本上，我试图像free(void *ptr)函数一样建模，并将指向任何可能对象类型的通用指针传递给函数，以便它可以保存对它们的引用。想知道这是否可能，如果不能，那么如何做。

在功能方面，就像这样...

所以有这显示了如何在一个空指针传递要获得任意类型跳出一个函数。

void foo(char* szType, void *pOut) {
  switch (szType[0]) {
    case 'I': *(int*)pOut = 1; break;
    case 'F': *(float*)pOut = 1; break;
  }
}

int a;
float b;
foo("I", &a);
foo("F", &b);

我想知道是否有一种方法可以将其附加到对象/结构上。

struct mydataobject {
  void *value;
}

这样，您可以使函数至少返回一个类型。

mydataobject
foo() {

}

就我而言，我想拥有2个函数，push并且pop可以处理任意数据。

void
mypush(mydataobject something) {
  arr[index++] = something
}

mydataobject
mypop() {
  return arr[index--]
}

mydataobject a = { "foo" }
mydataobject b = { 123 }
mydataobject c = { true }
mydataobject d = { a }
// it should work with arbitrary data.

想知道是否有可能这样。

赞·山猫

是的，这是可能的。只是很难正确地做。

考虑一下诸如Perl，Python或Javascript之类的脚本语言。每个变量都使用可以容纳不同类型值的变量。这些脚本语言均使用C编写。

那么他们如何做到的呢？

通常，它们使用并集和类型标记。类型标记通常是一个整数，就像您使用as一样szType。有时它们是带有有关类型数据的结构的指针。有时这是一个组合，因为整数标记都在0x1000以下（例如），因此任何较大的数字都必须是指针。

因此，设计一个可以保存有关所有数据类型的数据的C联合。包括一个指针，这样，超大类型不必使每个类型都变得巨大。然后设计一个包含类型标记和一个并集的结构。

然后，对于您创建的用于操纵这些结构的每个函数，请检查类型标记并针对每个标记执行正确的操作。

我很闷。这是一些代码。请注意，这是C99，因此它将无法在旧版本的Visual Studio中编译（VS 2017正常！）。我用gcc和clang编译它。经过valgrind测试，因此没有内存泄漏。用

gcc -Wall -Wextra -Werror -pedantic -g -O0 type-union-test.c -o type-union-test

用它运行

./type-union-test 11 bb 22333333 dd 10 a 11 b

还有用于type-union-test.c的代码：（也可从https://github.com/zlynx/type-union-test获得）

#include <ctype.h>
#include <errno.h>
#include <inttypes.h>
#include <limits.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// log10(2^64) + 2
#define MAX_INTSTRING_LEN 21

enum VAL_types {
  VAL_UNDEFINED,
  VAL_INT32,
  VAL_STRING,
  VAL_OBJECT,
};

enum OPS_RESULT_errors {
  OPS_RESULT_OK,
  OPS_RESULT_FALSE,
  OPS_RESULT_UNIMPLEMENTED,
  OPS_RESULT_INVALID_TYPE,
  OPS_RESULT_INVALID_INTEGER,
};

struct VAL;
struct OBJECT;

union VAL_type_data {
  int32_t int32;
  char *string;
  struct OBJECT *object;
};

typedef struct OPS_RESULT {
  struct VAL *val;
  enum OPS_RESULT_errors error;
} OPS_RESULT;

typedef struct VAL_OPS {
  OPS_RESULT (*set_type)(struct VAL *, enum VAL_types);
  OPS_RESULT (*copy_from_int32)(struct VAL *, int32_t);
  OPS_RESULT (*copy_from_string)(struct VAL *, const char *);
  OPS_RESULT (*move_from_key_val)(struct VAL *, struct VAL *, struct VAL *);
  OPS_RESULT (*is_equal)(struct VAL *, struct VAL *);
  OPS_RESULT (*debug_print)(struct VAL *);
} VAL_OPS;

typedef struct VAL {
  enum VAL_types type_id;
  size_t ref_count;
  union VAL_type_data type_data;
  const VAL_OPS *ops;
  bool constant;
  bool owned_ptr;
} VAL;

typedef struct OBJECT_KV {
  VAL *key;
  VAL *val;
} OBJECT_KV;

typedef struct OBJECT {
  OBJECT_KV *array;
  size_t len;
  size_t cap;
} OBJECT;

OBJECT *OBJECT_new(void);
void OBJECT_delete(OBJECT *op);
VAL *VAL_new(void);
void VAL_delete(VAL *vp);

bool result_ok(OPS_RESULT res) { return res.error == OPS_RESULT_OK; }

const char *result_error_str(enum OPS_RESULT_errors err) {
  switch (err) {
  case OPS_RESULT_OK:
    return "OK";
  case OPS_RESULT_FALSE:
    return "false";
  case OPS_RESULT_UNIMPLEMENTED:
    return "unimplemented";
  case OPS_RESULT_INVALID_TYPE:
    return "invalid type";
  case OPS_RESULT_INVALID_INTEGER:
    return "invalid integer";
  default:
    return "unknown error";
  }
}

void result_print(OPS_RESULT res) {
  FILE *out = stdout;
  fprintf(out, "{error: \"%s\"", result_error_str(res.error));
  if (result_ok(res) && res.val) {
    res.val->ops->debug_print(res.val);
  }
  fprintf(out, "}");
}

VAL *result_unwrap(OPS_RESULT res) {
  if (res.error != OPS_RESULT_OK) {
    result_print(res);
    printf("\n");
    fflush(stdout);
    abort();
  }
  return res.val;
}

void *xmalloc(size_t bytes) {
  void *p = malloc(bytes);
  if (!p)
    abort();
  return p;
}

void xfree(void *p) { free(p); }

void xrealloc(void **p, size_t bytes) {
  void *new_p = realloc(*p, bytes);
  if (!new_p)
    abort();
  *p = new_p;
}

// Got to take into account the virtual functions we are not using yet!
// One val may have reimplemented is_equal so check both ways. For SCIENCE!
// And unnecessary complexity!
OPS_RESULT VAL_is_equal(VAL *v1_p, VAL *v2_p) {
  if (result_ok(v1_p->ops->is_equal(v1_p, v2_p)) &&
      result_ok(v2_p->ops->is_equal(v2_p, v1_p)))
    return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_OK};
  return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_FALSE};
}

OPS_RESULT VAL_default_set_type(VAL *vp, enum VAL_types type_id) {
  if (vp->type_id != VAL_UNDEFINED && vp->type_id != type_id)
    // Would need to implement type conversion.
    return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_UNIMPLEMENTED};
  vp->type_id = type_id;
  switch (type_id) {
  case VAL_OBJECT:
    vp->type_data.object = OBJECT_new();
    break;
  default:
    // Do nothing special.
    break;
  }
  return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_OK};
}

OPS_RESULT VAL_default_copy_from_int32(VAL *vp, int32_t source) {
  int r;
  switch (vp->type_id) {
  case VAL_INT32:
    vp->type_data.int32 = source;
    break;
  case VAL_STRING:
    if (vp->type_data.string)
      xfree(vp->type_data.string);
    vp->type_data.string = xmalloc(MAX_INTSTRING_LEN);
    r = snprintf(vp->type_data.string, MAX_INTSTRING_LEN, "%d", source);
    if (r >= MAX_INTSTRING_LEN)
      abort();
    break;
  default:
    return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_INVALID_TYPE};
  }
  return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_OK};
}

OPS_RESULT VAL_default_copy_from_string(VAL *vp, const char *s) {
  int r;
  char *cp;
  long lval;
  switch (vp->type_id) {
  case VAL_INT32:
    errno = 0;
    lval = strtol(s, &cp, 0);
    if (errno == ERANGE || !(*cp == '\0' || isspace(*cp)) ||
        !(lval <= INT_MAX && lval >= INT_MIN))
      return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_INVALID_INTEGER};
    vp->type_data.int32 = lval;
    break;
  case VAL_STRING:
    if (vp->type_data.string)
      xfree(vp->type_data.string);
    r = strlen(s);
    vp->type_data.string = xmalloc(r + 1);
    strcpy(vp->type_data.string, s);
    break;
  default:
    return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_INVALID_TYPE};
  }
  return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_OK};
}

// This is a move because it does not increment reference counts of key or val.
OPS_RESULT VAL_default_move_from_key_val(VAL *vp, VAL *key, VAL *val) {
  // Must be an OBJECT
  if (vp->type_id != VAL_OBJECT)
    return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_INVALID_TYPE};
  // Find existing key
  size_t i;
  for (i = 0; i < vp->type_data.object->len; i++) {
    if (result_ok(VAL_is_equal(vp->type_data.object->array[i].key, key))) {
      // Delete existing key and value
      VAL_delete(vp->type_data.object->array[i].key);
      VAL_delete(vp->type_data.object->array[i].val);
      break;
    }
  }
  // Insert new key and value
  if (i == vp->type_data.object->len) {
    // Might have to realloc.
    if (i == vp->type_data.object->cap) {
      if (vp->type_data.object->cap > 0)
        vp->type_data.object->cap *= 2;
      else
        vp->type_data.object->cap = 4;
      xrealloc((void **)&vp->type_data.object->array,
               vp->type_data.object->cap * sizeof *vp->type_data.object->array);
    }
    vp->type_data.object->len++;
  }
  vp->type_data.object->array[i].key = key;
  vp->type_data.object->array[i].val = val;
  return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_OK};
}

OPS_RESULT VAL_default_is_equal(VAL *v1_p, VAL *v2_p) {
  // Not going to do type conversion right now.
  if (v1_p->type_id != v2_p->type_id)
    return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_UNIMPLEMENTED};
  switch (v1_p->type_id) {
  case VAL_INT32:
    if (v1_p->type_data.int32 != v2_p->type_data.int32)
      return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_FALSE};
    break;
  case VAL_STRING:
    if (strcmp(v1_p->type_data.string, v2_p->type_data.string) != 0)
      return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_FALSE};
    break;
  default:
    // Not going to compare OBJECTS right now. Too hard.
    return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_UNIMPLEMENTED};
  }
  return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_OK};
}

OPS_RESULT VAL_default_debug_print(VAL *vp) {
  FILE *out = stdout;
  size_t i;
  switch (vp->type_id) {
  case VAL_INT32:
    fprintf(out, "%d", vp->type_data.int32);
    break;
  case VAL_STRING:
    fprintf(out, "\"%s\"", vp->type_data.string);
    break;
  case VAL_OBJECT:
    fprintf(out, "{");
    for (i = 0; i < vp->type_data.object->len; i++) {
      if (i > 0)
        fprintf(out, ", ");
      vp->type_data.object->array[i].key->ops->debug_print(
          vp->type_data.object->array[i].key);
      fprintf(out, ": ");
      vp->type_data.object->array[i].val->ops->debug_print(
          vp->type_data.object->array[i].val);
    }
    fprintf(out, "}");
    break;
  default:
    fprintf(out, "\"undefined type\"");
    break;
  }
  return (OPS_RESULT){.error = OPS_RESULT_OK};
}

static const VAL_OPS VAL_OPS_template = {
    .set_type = VAL_default_set_type,
    .copy_from_int32 = VAL_default_copy_from_int32,
    .copy_from_string = VAL_default_copy_from_string,
    .move_from_key_val = VAL_default_move_from_key_val,
    .is_equal = VAL_default_is_equal,
    .debug_print = VAL_default_debug_print,
};

static const VAL VAL_template = {.type_id = VAL_UNDEFINED,
                                 .ref_count = 1,
                                 .type_data = {0},
                                 .ops = &VAL_OPS_template,
                                 .constant = false,
                                 .owned_ptr = false};

VAL *VAL_new(void) {
  VAL *p = xmalloc(sizeof *p);
  *p = VAL_template;
  return p;
}

void VAL_delete(VAL *vp) {
  if (--vp->ref_count == 0) {
    switch (vp->type_id) {
    case VAL_STRING:
      xfree(vp->type_data.string);
      break;
    case VAL_OBJECT:
      OBJECT_delete(vp->type_data.object);
      break;
    default:
      // Do nothing.
      break;
    }
    xfree(vp);
  }
}

static const OBJECT OBJECT_template = {0};

OBJECT *OBJECT_new(void) {
  OBJECT *p = xmalloc(sizeof *p);
  *p = OBJECT_template;
  return p;
}

void OBJECT_delete(OBJECT *op) {
  for (size_t i = 0; i < op->len; i++) {
    VAL_delete(op->array[i].key);
    VAL_delete(op->array[i].val);
  }
  xfree(op->array);
  xfree(op);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  VAL *top = VAL_new();
  result_unwrap(top->ops->set_type(top, VAL_OBJECT));
  for (int i = 1; i < argc - 1; i += 2) {
    VAL *key = VAL_new();
    VAL *val = VAL_new();
    result_unwrap(key->ops->set_type(key, VAL_INT32));
    // key->ops->copy_from_int32(key, i);
    result_unwrap(key->ops->copy_from_string(key, argv[i]));
    result_unwrap(val->ops->set_type(val, VAL_STRING));
    // val->ops->copy_from_string(val, argv[i]);
    result_unwrap(val->ops->copy_from_string(val, argv[i + 1]));

    result_unwrap(top->ops->move_from_key_val(top, key, val));
  }

  top->ops->debug_print(top);
  printf("\n");

  VAL_delete(top);
  return 0;
}

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