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c - 如何在 C 中创建派生结构属性

问题描述

在 Python 中，可以使用装饰器从类创建派生属性@property，例如

class State():
    def __init__(self, fav_num_monday, fav_num_not_monday, is_monday):
        self.fav_num_monday = fav_num_monday
        self.fav_num_not_monday = fav_num_not_monday
        self.is_monday = is_monday

    @property
    def fav_num(self):
        return self.is_monday * self.fav_num_monday + \
            (1 - self.is_monday) * self.fav_num_not_monday

state = State(12, 5, 0)
print("Current favourite number: %d" % state.fav_num)

那么我的问题是在 C 中实现这一目标的最佳方法是什么（其中速度至关重要）。我在下面添加了一些我尝试过的方法，但不确定它们是否会在更大的代码库中产生影响。它们如下：

  1. 每次简单地写出整个表达式。优点：没有意外的影响，没有代码/速度损失。缺点：丑陋的代码，需要很长时间才能编写。
  2. 使用获取函数。优点：代码更易于阅读。缺点：代码效率低下（低于 1）。
  3. 定义宏。优点：没有代码/速度损失。代码快写。缺点：以后可能会产生影响，代码不太容易遵循。

示例程序如下

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define state_fav_num  state.is_monday * state.fav_num_monday + (1 - state.is_monday) * state.fav_num_not_monday

struct State {
    int fav_num_monday;
    int fav_num_not_monday;
    int is_monday;
};

int get_state(struct State *state, char *property) {
    // Returns value of the property in state. 
    // Allows us to create derived properties also.
    if (!strncmp(property, "fav_num_monday", 14)) {
        return state->fav_num_monday;
    } else if (!strncmp(property, "fav_num_not_monday", 18)) {
        return state->fav_num_not_monday;
    } else if (!strncmp(property, "is_monday", 9)) {
        return state->is_monday;
    } else if (!strncmp(property, "fav_num", 7)) {
        return state->is_monday * state->fav_num_monday +
            (1 - state->is_monday) * state->fav_num_not_monday;
    }
}

int main() {
    // Set the state.
    struct State state;
    state.fav_num_monday = 12;
    state.fav_num_not_monday = 5;
    state.is_monday = 1;

    // Print favourite number in different ways.
    printf("\n1) Current favourite number is %d.",
        state.is_monday * state.fav_num_monday +
        (1 - state.is_monday) * state.fav_num_not_monday);

    printf("\n2) Current favourite number is %d.",
        get_state(&state, "fav_num"));

    printf("\n3) Current favourite number is %d.",
        state_fav_num);

    printf("\n");

    return 0;
}

标签： cstructproperties

解决方案

您可以通过函数获得两全其美（函数和宏）的可读性和性能static inline。

您通常不会使用它，但如果您知道编译器会优化其代码，那么使用它就可以了。我使用的通常规则是 3 行或更少的代码，并且该函数应该需要额外的性能。

也就是说，您get_state不符合（我的）对static inline函数的要求，但如果您只希望函数仅获取 fav_num，那将是有道理的：

struct State {
    int     fav_num_monday;
    int     fav_num_not_monday;
    bool    is_monday;
};


static inline   int get_fav_num(const struct State *state)
{

    if (state->is_monday)
        return  state->fav_num_monday;
    else
        return  state->fav_num_not_monday;
}


int main(void)
{
    struct State state;
    int fav_num;

    state   = (struct State){
        .fav_num_monday     = 12;
        .fav_num_not_monday = 5;
        .is_monday          = 1;
    };

    // Print favourite number in different ways.
    printf("\n");
    if (state.is_monday)
        fav_num = state->fav_num_monday;
    else
        fav_num = state->fav_num_not_monday;
    printf("1) Current favourite number is %d.\n", fav_num);

    fav_num = get_fav_num(&state);
    printf("4) Current favourite number is %d.\n", fav_num);

    return 0;
}

免责声明：此代码需要 C99 或更高版本。

虽然这里的代码都放在一起，struct State {...};但static inline函数通常会放在头.h文件中。

另外，我会get_state以这种方式改进您的功能：

enum Properties {
    FAV_NUM_MONDAY,
    FAV_NUM_NOT_MONDAY,
    IS_MONDAY,
    FAV_NUM
};

int get_state(const struct State *state, int property)
{

    switch (property) {
    case FAV_NUM_MONDAY:
        return  state->fav_num_monday;
    case FAV_NUM_NOT_MONDAY:
        return  state->fav_num_not_monday;
    case IS_MONDAY:
        return  state->is_monday;
    case FAV_NUM:
        return  get_fav_num(state);
    default:
        return -1;  /* Error */
    }
}

这个函数将是一个普通extern函数，并且会放在一个.c文件中，尽管它enum Properties应该放在一个头文件中，以便函数的用户可以使用它。

编辑：使用数组添加高性能版本

state.h

#include <stdint.h>

enum    State_Properties {
    FAV_NUM_MONDAY,
    FAV_NUM_NOT_MONDAY,
    IS_MONDAY,
    STATE_PROPERTIES
};


static inline
uint_fast8_t get_fav_num(const uint_fast8_t *restrict (state[STATE_PROPERTIES]))
{

    if ((*state)[IS_MONDAY])
        return  (*state)[FAV_NUM_MONDAY];
    else
        return  (*state)[FAV_NUM_NOT_MONDAY];
}

main.c

#include <inttypes.h>

#include "state.h"

int main(void)
{
    uint_fast8_t    state[STATE_PROPERTIES];
    uint_fast8_t    fav_num;
    uint_fast8_t    fav_num_monday;

    state   = (uint_fast8_t [STATE_PROPERTIES]){
        [FAV_NUM_MONDAY]        = 12;
        [FAV_NUM_NOT_MONDAY]    = 5;
        [IS_MONDAY]             = true;
    };

    // Print favourite number in different ways.
    fav_num = get_fav_num(&state);
    printf("5) Current favourite number is %"PRIuFAST8".\n", fav_num);

    // Example of how to retrieve any property:
    fav_num_monday  = state[FAV_NUM_MONDAY];
}

当然，您可以将类型更改为您想要的任何人。我使用uint_fast8_t，因为您的数据可以放入其中，并且它是任何系统上最快的类型。

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