[转]C语言开发函数库时利用不透明指针对外隐藏结构体细节
来源:互联网 发布:仿淘宝省市地区级联 编辑:程序博客网 时间:2024/05/20 23:05
原文地址:
http://www.cnblogs.com/gavanwanggw/p/7105254.html
1 模块化设计要求库接口隐藏实现细节
作为一个函数库来说,尽力降低和其调用方的耦合。是最主要的设计标准。
C语言,作为经典“程序=数据结构+算法”的践行者,在实现函数库的时候,必定存在大量的结构体定义,接口函数须要对这些结构体进行操作。同一时候,程序设计的模块化要求库接口尽量少的暴露事实上现细节,接口參数尽量使用基本数据类型。尽量避免在形參中暴露库内结构体的定义。
2 隐藏结构体的两种方法
以笔者粗浅的认识,有两种最经常使用的方法。可以实现库内结构体定义的隐藏:接口函数形參使用结构体指针,接口函数形參使用句柄。
2.1 通过结构体指针引用结构体
为了说明方便。先给出使用VC++写的一段样例代码。
库接口头文件 MySDK.h
#pragma once#ifdef MYSDK_EXPORT#define MYSDK_API __declspec(dllexport)#else#define MYSDK_API __declspec(dllimport)#endiftypedef struct _Window Window; /*预先声明*/#ifdef __cplusplusextern "C" {#endif MYSDK_API Window* CreateWindow(); MYSDK_API void ShowWindow(Window* pWin);#ifdef __cplusplus}#endif
库实现文件MySDK.c
#define MYSDK_EXPORT#include "MySDK.h"#include <stdlib.h>struct _Window{ int width; int height; int x; int y; unsigned char color[3]; int isShow;};MYSDK_API Window* CreateWindow(){ Window* p = malloc(sizeof(Window)); if (p) { p->width = 400; p->height = 300; p->x = 0; p->y = 0; p->color[0] = 255; p->color[1] = 255; p->color[2] = 255; p->isShow = 0; } return p;}MYSDK_API void ShowWindow(Window* pWin){ pWin->isShow = 1;}
- 库使用者代码
#include <stdio.h>#include "../myDll/MySDK.h"#pragma comment(lib, "../Debug/myDll.lib")int main(int argc, char** argv){ Window* pWin = CreateWindow(); ShowWindow(pWin); return 0;}
当中MySDK.h和MySDK.c是库的实现; main.cpp是调用方程序实现。两方使用了相同的接口头文件MySDK.h。
可是从使用者角度,main.cpp里面仅仅知道库中有名为Window的一种结构体类型,可是却不能知道此机构体的实现细节(定义)。因为C/C++编译器是延迟依赖型编译器,仅仅要源代码中没有涉及到Window结构体内存布局的代码。编译时不须要知道Window的完整定义。可是仍然可以检查类型名称的正确性,比方假设client代码例如以下则会被编译器检查出问题:
int* p = 0; ShowWindow(p);
编译器尽管不知道ShowWindow(pWin)中pWin指向的结构体的实现细节,可是仍然可以确保实參类型为Window*。这也方便了调用方检查错误。
2.2 通过“句柄”(handle)来引用结构体
最先接触句柄的概念。是在Win32API中。可以断定Windows系统的内部定义了大量的结构体,如线程对象、进程对象、窗体对象、….。可是编程接口Win32API中却非常少提供这些结构体的定义。调用者通过一个称为“句柄”的值来间接引用要使用的结构体对象。
Win32API 中的句柄
比如,例如以下Win32API
HWND hWnd = CreateWindowW(szWindowClass, szTitle, WS_OVERLAPPEDWINDOW, CW_USEDEFAULT, 0, CW_USEDEFAULT, 0, nullptr, nullptr, hInstance, nullptr); ShowWindow(hWnd, nCmdShow); UpdateWindow(hWnd);
窗体类型在Windows中一定是一个非常复杂的结构体,为了隐藏事实上现细节,微软採取了窗体句柄的概念来间接引用窗体结构体对象。为了实现这样的相应关系。库内部必须维护句柄和结构体对象的相应关系。
Linux API中的句柄
句柄的概念也广泛的应用在Linux平台API中。如
int open(const char *pathname, int flags); ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
在Linux内部。文件一定是通过一个复杂的结构体来表示,可是在API中使用了一个简单整数对其进行引用,避免了向调用者暴露文件结构体的细节。
OpenGL API中的句柄
句柄相同应用到了OpenGL库中。
如
void WINAPI glGenTextures( GLsizei n, GLuint *textures);void WINAPI glBindTexture( GLenum target, GLuint texture);
纹理在OpenGL库内部也是一个复杂的结构体,相同使用句柄的概念对外隐藏了实现细节。
3 句柄和指针的比較
3.1 句柄的优势与不足
句柄看起来真的不错。那么局部究竟是怎样映射到相应的结构体的呢?一个最easy想到的答案就是:直接把结构体对象的内存地址作为句柄。
然而实际上,大多数的库实现都不是这么做的。之所以不直接把内存地址作为句柄的值,我个人觉得有例如以下几个原因:
从源代码保护角度,内存地址更easy被Hack。知道了结构体的内存地址,就行读取这块内存的内容,从而为推測结构体细节提供了方便。
从程序稳定性角度,对于库内部维护的对象,调用者仅仅应该通过接口函数来訪问。假设调用者得到了对象的内存地址,那么就有可能有意或无意的进行直接改动,从而影响库的稳定执行。
从可移植性角度,指针类型在32位和64位系统中具有不同的长度,这样就须要为定义两个名称反复的接口函数,造成各种不便。而比如OpenGL,使用int型作为句柄类型。则可以一个接口函数跨越多个平台。
从简化接口头文件角度,使用指针至少须要事先声明结构体类型,如 struct Window; 而使用基本数据类型作为句柄,无需这样做。
句柄存在的不足有:
- 编译器无法识别详细的结构体类型
因为句柄的数据类型实际上是基本数据类型,所以编译器仅仅能进行常规的检查,不能识别详细的结构体类型。如
SECURITY_ATTRIBUTES sa; HANDLE h = CreateMutex(&sa, TRUE, L"Mutex"); ReadFile(h, NULL, 0, 0, 0);
上述代码编译器并不会报错。因为相互排斥体对象和文件对象都是使用相同的句柄类型。
- 效率可能稍差
毕竟存在一个 依据句柄值-查找内存指针的过程,可能会稍稍影响执行效率。
3.2 指针的优势与不足
事实上指针和句柄是相对的,句柄的不足就是指针的优势,句柄的优势也是指针的不足。
4 怎样选择
对于大型跨平台库的设计,采用句柄;对于专用小型库,采用指针。
就我眼下的项目而言,是一个小型的C库project,库的目标群体也相对单一,所以本着简单够用的原则,我选择了使用指针的方式对外隐藏库内结构体的实现细节。
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