C语言K&R圣经笔记 6.6 表查询 6.7 typedef

6.6 表查询

为了说明结构体的更多方面，本节我们来写一个表查询功能包的内部代码。在宏处理器或编译器的符号表管理例程中，这个代码是很典型的。例如，考虑 #define 语句，当遇到如下行

#define IN 1

时，名称 IN 与其对应的替换文本 1 都要存到一张表中。然后，当名称 IN 出现在如下语句中时，

state = IN;

它必须被替换成 1。

有两个例程用来操纵名称及其替换文本。install(s, t) 将名称 s 和 替换文本 t 记录到表格中，s 和 t 仅仅只是字符串。lookup(s) 在表格中搜索 s，并在找到时返回其指向的指针，若没找到则返回 NULL。

算法是哈希（hash）搜索——传入的名称被转换成一个小的非负整数，后续会用作指针数组的下标索引。一个数组元素指向一个链表的开头，该链表中所有元素名称的哈希值都等于该数组元素的下标值。如果没有一个名称的哈希值等于某个下标值，则该下标对应的数组元素值为NULL。

链表中的块（元素）是一个结构体，包含了：名称的指针，替换文本的指针，链表中下一个块的指针。若下一个指针为空，则标记链表结尾。

struct nlist {        /* 表项 */
    struct nlist * next;    /* 链表中的下一项 */
    char *name;             /* 定义的名称 */
    char *defn;             /* 替换文本 */
};

而指针数组就是

#define HASHSIZE 101
static struct nlist *hastab[HASHSIZE];    /* 指针表 */

lookup 和 install 都要使用的 hash 函数，会把字符串中每个字符值都加到对之前字符打散组合得到的值上，并返回对数组大小取模后得到的余数。这不是最好的hash函数，但是简短而高效。

/* hash:对字符串s生成哈希值 */
unsigned hash(char *s)
{
    unsigned hashval;

    for (hashval = 0; *s != '\0'; s++)
        hasval = *s + 31 * hashval;
    return hashval % HASHSIZE;
}

无符号算术运算保证哈希值为非负。

哈希过程在数组 hashtab 中生成了一个起始的下标索引；如果字符串能被找到，它会位于从此处开始的链表中。搜索是通过 lookup 来执行的。如果 lookup 发现该项已经存在，则返回指向它的指针，否则返回 NULL。

/* lookup：在hashtab中搜索s */
struct nlist *lookup(char *s)
{
    struct nlist *np;

    for (np = hashtab[hash(s)]; np != NULL; np = np->next)
        if (strcmp(s, np->name) == 0)
            return np;  /* 找到 */
    return NULL;        /* 没找到 */
}

lookup 中的 for 循环是遍历链表的标准用法：

for (ptr = head; ptr != NULL; ptr = ptr->next)
    ...

install 使用 lookup 来确定要加入的名称是否已经存在；如果是，则新定义会替换老的。否则，创建一个新的项。如果由于某种原因没有足够的空间来保存新的项，则 install 返回 NULL。

struct nlist *lookup(char *);
char *strdup(char *);

/* install：将（name, defn）存入 hashtab 中*/
struct nlist *install(char *name, char *defn)
{
    struct nlist *np;
    unsigned hashval;

    if ((np = lookup(name)) == NULL) {    /* 没找到 */
        np = (struct nlist *)malloc(sizeof(struct nlist));
        if (np == NULL || (np->name = strdup(name)) == NULL)
            return NULL;
        hashval = hash(name);
        np->next = hashtab[hashval];
        hashtab[hasval] = np;
    } else     /* 已经存在 */
        free((void *) np->defn);    /* 释放之前的defn */
    if ((np->defn = strdup(defn)) == NULL)
        return null;
    return np;
}

练习6-5、写个程序 undef， 从 lookup 和 install 维护的表中删除一个名称和定义。

练习6-6、基于本节的例程，写出一个适用于 C 程序的简单版本（即不带参数的）的 #define 预处理器。你会发现 getch 和 ungetch 也有用。

6.7 typedef

C语言提供了一种叫做 typdef 的机制，来创建新的数据类型名称。例如，声明

typedef int Length;

使 Length 这个名称成为 int 的同义词。类型 Length 可以用在声明，强制类型转换等等地方，与 int 类型可以使用的地方完全相同：

Length len, maxlen;
Length *lengths[];

类似地，如下声明

typedef char *String;

使 String 成为 char * 或字符指针的同义词，也能用于声明和强制类型转换：

String p, lineptr[MAXLINES], alloc(int);
int strcmp(String, String);
p = (String)malloc(100);

注意，在 typedef 中声明的类型出现在变量名的位置，而不是紧跟在 typedef 单词后面。在语法上，typedef 类似存储类型关键字如 extern， static 等。我们把 typedef 定义的类型名首字母大写，使其更醒目。

举个更复杂的例子，我们对本章前面例子中的树节点使用 typedef：

typedef struct tnode *Treeptr;

typedef struct tnode {             /* 树节点： */
    char *word;            /* 指向文本 */
    int count;             /* 出现次数 */
    struct tnode *left;    /* 左子节点 */
    struct tnode *right;   /* 右子节点 */
} Treenode;

这就创建了两个新的类型关键字： Treenode（结构体）和 Treeptr（结构体指针）。因此 talloc 例程可以写成：

Treeptr talloc(void)
{
    return (Treeptr) malloc(sizeof(Treenode));
}

必须强调，typedef 声明绝对没有创建新的类型；它仅仅是给某些已经存在的类型加了新的名字。typedef 也没有引入新的语义：用这种方式声明的变量，与不用它而显式写出的变量，两者属性完全相同。实际上， typedef 就像是 #define，区别在于它是由编译器解析的，因此能处理超出预处理器能力的文本替换。例如

typedef int (*PFI)(char *, char *);

创建了 PFI 类型，代表“返回 int 类型的函数的指针（有两个 char * 参数）”，它能用在对应的上下文，例如第五章的排序程序中：

PFI strcmp, numcmp;

除了纯粹的美学问题外，使用 typedef 还有两个主要原因。首先是将程序参数化以应对可移植性问题。如果把 typedef 用于可能依赖机器的数据类型，那么当程序需要移植时，就只有 typedef 需要修改。一种常见的情况是用 typedef 来命名各种不同的整数数量，然后为每种主机选择一套合适的 short、int 和 long。标准库中的 size_t 和 ptrdiff_t 就是这样的例子。

使用 typedef 的第二个目的是为程序提供更好的说明——名为 Treeptr 的类型，会比仅声明为指向复杂结构体类型的指针更好理解。