本文以实例形式详细讲述了C语言接口与实现方法，对于深入掌握C语言程序设计有一定的借鉴价值。分享给大家供大家参考。具体分析如下：
一般来说，一个模块有两部分组成：接口和实现。接口指明模块要做什么，它声明了使用该模块的代码可用的标识符、类型和例程，实现指明模块是如何完成其接口声明的目标的，一个给定的模块通常只有一个接口，但是可能会有许多种实现能够提供接口所指定的功能。每个实现可能使用不同的算法和数据结构，但是它们都必须符合接口所给出的使用说明。客户调用程序是使用某个模块的一段代码，客户调用程序导入接口，而实现导出接口。由于多个客户调用程序是共享接口和实现的，因此使用实现的目标代码避免了不必要的代码重复，同时也有助于避免错误，因为接口和实现只需一次编写和调试就可多次使用。
接口
接口只需要指明客户调用程序可能使用的标识符即可，应尽可能地隐藏一些无关的表示细节和算法，这样客户调用程序可以不必依赖于特定的实现细节。这种客户调用程序和实现之间的依赖--耦合----可能会在实现改变时引起错误，当这种依赖性埋藏在一些关于实现隐藏的或是不明确的假设中时，这些错误可能很难修复，因此一个设计良好且描述精确的接口应该尽量减少耦合。
C语言对接口和实现的分离只提供最基本的支持，但是简单的约定能给接口/实现方法论带来巨大的好处。在C中，接口在头文件声明，头文件声明了客户调用程序可以使用的宏、类型、数据结构、变量以及例程。用户使用C语言的预处理指令#include导入接口。
下面的例子说明了本篇文章的接口中所使用的一些约定、接口：
|
1
2
3
4
5
6
|
extern int Arith_max(int x, int y);extern int Arith_min(int x, int y);extern int Arith_div(int x, int y);extern int Arith_mod(int x, int y);extern int Arith_ceiling(int x, int y);extern int Arith_floor (int x, int y); |
该接口的名字为Arith，接口头文件也相应地命名为arith.h，接口的名字以前缀的形式出现在接口的每个标识符中。模块名不仅提供了合适的前缀，而且还有助于整理客户调用程序代码。
Arith接口还提供了一些标准C函数库中没有但是很有用的函数，并为出发和取模提供了良好的定义，而标准C中并没有给出这些操作的定义和只提供基于实现的定义。
实现
一个实现导出一个接口，它定义了必要的变量和函数以提供接口所规定的功能，在C语言中，一个实现是由一个或多个.c文件提供的，一个实现必须提供其导出的接口所指定的功能。实现应包含接口的.h文件，以保证它的定义和接口的声明时一致的。
Arith_min和Arith_max返回其整型参数中的最小值和最大值：
|
1
2
3
4
5
6
|
int Arith_max(int x, int y) { return x > y ? x : y;}int Arith_min(int x, int y) { return x > y ? y : x;} |
Arith_div返回y除以x得到的商，Arith_mod返回相应的余数。当x与y同号的时候，Arith_div(x,y)等价于x/y，Arith_mod(x,y)等价于x%y
当x与y的符号不同的时候，C的内嵌操作的返回值就取决于具体的实现：
如果-13/5=2，-13%5=-3，如果-13/5=-3，-13%5=2
标准库函数总是向零取整，因此div(-13,2)=-2，Arith_div和Arith_mod的语义同样定义好了：它们总是趋近数轴的左侧取整，因此Arith_div(-13,5）=-3，Arith_div(x,y)是不超过实数z的最大整数，其中z满足z*y=x。
Arith_mod(x,y)被定义为x-y*Arith_div(x,y)。因此Arith_mod(-13,5)=-13-5*(-3)=2
函数Arith_ceiling和Arith_floor遵循类似的约定，Arith_ceiling(x,y)返回不小于实数商x/y的最小整数
Arith_floor(x,y)返回不超过实数商x/y的最大整数
完整实现代码如下：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
|
#include "arith.h"int Arith_max(int x, int y) { return x > y ? x : y;}int Arith_min(int x, int y) { return x > y ? y : x;}int Arith_div(int x, int y) { if (-13/5 == -2 && (x < 0) != (y < 0) && x%y != 0) return x/y - 1; else return x/y;}int Arith_mod(int x, int y) { if (-13/5 == -2 && (x < 0) != (y < 0) && x%y != 0) return x%y + y; else return x%y;}int Arith_floor(int x, int y) { return Arith_div(x, y);}int Arith_ceiling(int x, int y) { return Arith_div(x, y) + (x%y != 0);} |
抽象数据类型
抽象数据类型（abstract data type,ADT）是一个定义了数据类型以及基于该类型值提供的各种操作的接口
一个高级类型是抽象的，因为接口隐藏了它的表示细节，以免客户调用程序依赖这些细节。下面是一个抽象数据类型（ADT）的规范化例子--堆栈，它定义了该类型以及五种操作：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
#ifndef STACK_INCLUDED#define STACK_INCLUDED#define T Stack_Ttypedef struct T *T;extern T Stack_new (void);extern int Stack_empty(T stk);extern void Stack_push (T stk, void *x);extern void *Stack_pop (T stk);extern void Stack_free (T *stk);#undef T#endif |
实现
包含相关头文件：
|
1
2
3
4
5
|
#include <stddef.h>#include "assert.h"#include "mem.h"#include "stack.h"#define T Stack_T |
Stack_T的内部是一个结构，该结构有个字段指向一个栈内指针的链表以及一个这些指针的计数：
|
1
2
3
4
5
6
7
|
struct T { int count; struct elem { void *x; struct elem *link; } *head;}; |
Stack_new分配并初始化一个新的T：
|
1
2
3
4
5
6
7
|
T Stack_new(void) { T stk; NEW(stk); stk->count = 0; stk->head = NULL; return stk;} |
其中NEW是一个另一个接口中的一个分配宏指令。NEW(p)将分配该结构的一个实例，并将其指针赋给p，因此Stack_new中使用它就可以分配一个新的Stack_T
当count=0时，Stack_empty返回1，否则返回0：
|
1
2
3
4
|
int Stack_empty(T stk) { assert(stk); return stk->count == 0;} |
assert(stk)实现了可检查的运行期错误，它禁止空指针传给Stack中的任何函数。
Stack_push和Stack_pop从stk->head所指向的链表的头部添加或移出元素：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
|
void Stack_push(T stk, void *x) { struct elem *t; assert(stk); NEW(t); t->x = x; t->link = stk->head; stk->head = t; stk->count++;}void *Stack_pop(T stk) { void *x; struct elem *t; assert(stk); assert(stk->count > 0); t = stk->head; stk->head = t->link; stk->count--; x = t->x; FREE(t); return x;} |
FREE是另一个接口中定义的释放宏指令，它释放指针参数所指向的空间，然后将参数设为空指针
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
void Stack_free(T *stk) { struct elem *t, *u; assert(stk && *stk); for (t = (*stk)->head; t; t = u) { u = t->link; FREE(t); } FREE(*stk);} |
完整实现代码如下：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
|
#include <stddef.h>#include "assert.h"#include "mem.h"#include "stack.h"#define T Stack_Tstruct T { int count; struct elem { void *x; struct elem *link; } *head;};T Stack_new(void) { T stk; NEW(stk); stk->count = 0; stk->head = NULL; return stk;}int Stack_empty(T stk) { assert(stk); return stk->count == 0;}void Stack_push(T stk, void *x) { struct elem *t; assert(stk); NEW(t); t->x = x; t->link = stk->head; stk->head = t; stk->count++;}void *Stack_pop(T stk) { void *x; struct elem *t; assert(stk); assert(stk->count > 0); t = stk->head; stk->head = t->link; stk->count--; x = t->x; FREE(t); return x;}void Stack_free(T *stk) { struct elem *t, *u; assert(stk && *stk); for (t = (*stk)->head; t; t = u) { u = t->link; FREE(t); } FREE(*stk);} |
相信本文所述对大家的C程序设计有一定的借鉴价值。
