【C语言】结构体模块化编程

LuckiBit

发布于 2024-12-27 08:19:31

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在模块化编程中，结构体作为数据存储的主要方式之一，它不仅用于存储数据，还帮助实现代码的封装与隐私保护。通过将结构体定义放在 .c 文件中并使用 get_ 和 set_ 函数进行访问，我们可以实现对结构体数据的保护，同时降低模块之间的耦合度，提高内聚性。接下来，我们将详细讲解结构体的规范格式、get_ 和 set_ 函数的设计、函数设计规范、以及如何在 .c 文件中定义结构体来保护数据隐私。

1. 结构体规范格式

结构体的基本格式遵循规范，建议将定义放在 .c 文件中，以保护数据隐私，同时通过 get_ 和 set_ 函数实现对成员的访问与修改。以下是常见结构体的定义格式：

struct StructName {
    type member1;  // 成员变量1
    type member2;  // 成员变量2
    // 可继续添加其他成员变量
} name1, name2, ...; // 可同时声明多个结构体变量

示例：车辆信息结构体

struct Car {
    char model[50];     // 车辆型号
    int speed;          // 速度
    int fuel_level;     // 燃油量
};

2. get_ 和 set_ 函数设计

模块化编程中，通过 get_ 和 set_ 函数访问结构体的成员，可以：

保护隐私：防止外部直接修改成员变量。
增强安全性：添加输入校验。
提高灵活性：支持后续扩展。

函数设计规则

set_ 函数用于设置结构体成员，通常无返回值。
get_ 函数用于获取成员，返回对应成员的值。
私有函数通过 static 修饰，仅能在定义文件中使用。

示例

void set_car_model(struct Car *car, const char *model);
const char* get_car_model(const struct Car *car);

void set_car_speed(struct Car *car, int speed);
int get_car_speed(const struct Car *car);

void set_car_fuel(struct Car *car, int fuel_level);
int get_car_fuel(const struct Car *car);

3. 函数设计规范表格

函数名称	功能	参数类型	返回值类型
set_car_model	设置车辆型号	struct Car car, const char model	无返回值
set_car_speed	设置车辆速度	struct Car *car, int speed	无返回值
set_car_fuel	设置车辆燃油量	struct Car *car, int fuel_level	无返回值
get_car_model	获取车辆型号	const struct Car *car	const char* (车型)
get_car_speed	获取车辆速度	const struct Car *car	int (速度)
get_car_fuel	获取车辆燃油量	const struct Car *car	int (燃油量)
_reset_car_fuel	重置车辆燃油量（私有）	struct Car *car	无返回值

4. 增加使用代码

4.1 `car.c` 文件

#include "car.h"
#include <string.h>

// 静态私有函数
static void _reset_car_fuel(struct Car *car) {
    car->fuel_level = 0;
}

// 设置函数
void set_car_model(struct Car *car, const char *model) {
    strncpy(car->model, model, sizeof(car->model) - 1);
    car->model[sizeof(car->model) - 1] = '\0';
}

void set_car_speed(struct Car *car, int speed) {
    car->speed = (speed > 0) ? speed : 0;  // 校验速度为正
}

void set_car_fuel(struct Car *car, int fuel_level) {
    car->fuel_level = (fuel_level >= 0) ? fuel_level : 0;  // 校验燃油量非负
}

// 获取函数
const char* get_car_model(const struct Car *car) {
    return car->model;
}

int get_car_speed(const struct Car *car) {
    return car->speed;
}

int get_car_fuel(const struct Car *car) {
    return car->fuel_level;
}

// 公开函数调用私有函数
void reset_car_fuel(struct Car *car) {
    _reset_car_fuel(car);
}

4.1.1 关键说明

static 的作用：
- 在 car.c 中，_reset_car_fuel 函数被声明为 static，它只能在 car.c 文件内调用，无法被 main.c 或其他文件直接访问。
- 这种设计可以隐藏实现细节，保护数据的隐私和安全，避免其他模块错误地直接调用私有函数。
公共函数和私有函数的协作：
- reset_car_fuel 是公开的接口，它调用了私有的 _reset_car_fuel 函数，从而实现了对燃油数据的安全重置。
在 main.c 中的使用：
- 只能调用公共函数，例如 set_car_model、reset_car_fuel 等。
- 直接调用 static 函数（如 _reset_car_fuel）会导致编译错误，确保数据和逻辑封装的完整性。

这种设计展示了模块化编程中隐私保护和安全设计的理念，同时满足了实际项目开发的需求。

4.2 `car.h` 文件

#ifndef CAR_H
#define CAR_H

struct Car {
    char model[50];
    int speed;
    int fuel_level;
};

// 公共函数声明
void set_car_model(struct Car *car, const char *model);
void set_car_speed(struct Car *car, int speed);
void set_car_fuel(struct Car *car, int fuel_level);

const char* get_car_model(const struct Car *car);
int get_car_speed(const struct Car *car);
int get_car_fuel(const struct Car *car);

void reset_car_fuel(struct Car *car);  // 公开函数
#endif

4.3 `main.c` 文件

#include "car.h"
#include <stdio.h>

int main() {
    struct Car my_car;

    // 使用公开函数设置数据
    set_car_model(&my_car, "Tesla Model S");
    set_car_speed(&my_car, 100);
    set_car_fuel(&my_car, 80);

    // 使用公开函数获取数据
    printf("Model: %s\n", get_car_model(&my_car));
    printf("Speed: %d\n", get_car_speed(&my_car));
    printf("Fuel Level: %d\n", get_car_fuel(&my_car));

    // 重置燃油量
    reset_car_fuel(&my_car);
    printf("Fuel Level after reset: %d\n", get_car_fuel(&my_car));

    return 0;
}

4.4 运行结果

当运行上述代码时，输出如下：

Model: Tesla Model S
Speed: 100
Fuel Level: 80
Fuel Level after reset: 0

5. 内聚与耦合的部分讲解

内聚（Cohesion）

内聚指模块内部元素之间的关联程度。结构体模块化编程的内聚性体现在：

逻辑统一：car.c 文件封装了车辆相关的数据结构及操作函数。
功能完整：所有与 Car 相关的操作均通过该模块完成，避免了外部直接操作数据的情况。

耦合（Coupling）

耦合指模块之间的依赖程度。降低耦合的设计体现在：

接口统一：通过 get_ 和 set_ 函数提供统一接口，隐藏数据实现细节。
减少直接依赖：外部仅需包含 car.h，无需了解 car.c 的实现细节。

内聚与耦合的平衡

提高内聚性可以增强模块的独立性，但需要注意接口的设计，避免过多暴露实现细节。
降低耦合性可提高模块的复用性，但不能过度简化接口，以免增加使用复杂度。

6. 结束语

本节内容已经全部介绍完毕，希望通过这篇文章，大家对C语言结构体模块化编程有了更深入的理解和认识。
感谢各位的阅读和支持，如果觉得这篇文章对你有帮助，请不要吝惜你的点赞和评论，这对我们非常重要。

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原始发表：2024-12-25，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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