优秀开源库uthash之utarray.h

作者: konishi5202 | 来源:发表于2019-04-05 16:49 被阅读38次

一、简介

1.1 介绍

utarray.h中包含了一组用于C结构体的通用array宏。使用起来非常简单，只需要将utarray.h拷贝到你的项目，并包含进你的源码即可：

#include "utarray.h"

动态array支持基本的array操作：push、pop和erase。array的元素可以是任何基本类型或者符合的结构体类型。

动态array内部通过一个连续的内存区域来实现，这个内存区域将会根据push的数据内容，通过realloc方法增长。

1.2 源码获取

utarray.h的源码可以在GitHub上直接获取(src/utarray.h)：

https://github.com/troydhanson/uthash

二、使用方法

2.1 声明

不管元素的数据类型怎样，utarray.h本身使用的数据类型是UT_array：

UT_array *nums;

2.2 new and free

接下来是创建array，当我们使用完之后，还需要释放：

utarray_new
utarray_free

utarray_free将会释放包括内部的所有元素。

2.3 push and pop

utarray.h核心的功能是提供了内部元素的：push、pop和iterate操作。

三、元素

使用整数或字符串类型作为元素，是动态array最简单的例子。

3.1 整数

下面的例子使用整数push了0 ~ 9到array，然后打印，最后free。

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

int main() {
  UT_array *nums;
  int i, *p;

  utarray_new(nums,&ut_int_icd);
  for(i=0; i < 10; i++) utarray_push_back(nums,&i);

  for(p=(int*)utarray_front(nums);
      p!=NULL;
      p=(int*)utarray_next(nums,p)) {
    printf("%d\n",*p);
  }

  utarray_free(nums);

  return 0;
}

utarray_push_back的第二个参数必须是指向元素类型的指针。

3.2 字符串

下面实例创建了一个字符串array，然后push两个字符串，然后打印，最后free。

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

int main() {
  UT_array *strs;
  char *s, **p;

  utarray_new(strs,&ut_str_icd);

  s = "hello"; utarray_push_back(strs, &s);
  s = "world"; utarray_push_back(strs, &s);
  p = NULL;
  while ( (p=(char**)utarray_next(strs,p))) {
    printf("%s\n",*p);
  }

  utarray_free(strs);

  return 0;
}

在本例中，由于元素类型是char *，因此我们传入的参数为char **。

注意：push操作会导致源字符串到array的拷贝动作。

3.3 关于UT_icd

utarray.h不仅仅支持整数和字符串，还支持其他任何类型的元素。除了整形和字符串类型外，你需要定义一个UT_icd帮助结构体，它包含utarray用到的初始化、拷贝和释放等操作。

typedef struct {
    size_t sz;
    init_f *init;
    ctor_f *copy;
    dtor_f *dtor；
}

其中init、copy和dtor函数指针的原型如下：

typedef void (ctor_f)(void *dst, const void *src);
typedef void (dtor_f)(void *elt);
typedef void (init_f)(void *elt);

sz：是需要保存到array的元素的大小；
init：函数指针，该函数将会在utarray需要初始化一个空元素时被调用。这是utarray_resize或utarray_extend_back操作的副产品；如果init为NULL，那么元素的所有值将会默认用memset设置为0；
copy：函数指针，该函数用于元素被push进array时被调用，比如utarray_push_back、utarray_insert、utarray_inserta和utarray_concat；如果copy为NULL，将会默认默认用memcpy按位进行拷贝；
dtor：函数指针，该函数用于元素从array中移除时被调用，比如utarray_resize、utarray_pop_back、utarray_erase、utarray_clear、utarray_done和utarray_free；如果元素不需要释放资源，则dtor可以设为NULL。

3.3.1 标准数据类型

下面的例子，使用UT_icd的默认方法，来使用C语言的其他标准类型，比如这里是long。

/* long elements */
#include <stdio.h>
#include "utarray.h"

UT_icd long_icd = {sizeof(long), NULL, NULL, NULL };

int main() {
  UT_array *nums;
  long l, *p;
  utarray_new(nums, &long_icd);

  l=1; utarray_push_back(nums, &l);
  l=2; utarray_push_back(nums, &l);

  p=NULL;
  while( (p=(long*)utarray_next(nums,p))) printf("%ld\n", *p);

  utarray_free(nums);
  return 0;
}

3.3.2 自定义结构体

用户自定义的结构体也可以作为utarray的元素。如果自定义数据结构不需要特别的初始化、拷贝和释放处理，我们可以使用UT_icd的默认方法；但如果有自己的特殊操作，则需要自行定义对应的方法。

/* structure type */
#include <stdio.h>
#include "utarray.h"

typedef struct {
    int a;
    int b;
} intpair_t;

UT_icd intpair_icd = {sizeof(intpair_t), NULL, NULL, NULL};

int main() {

  UT_array *pairs;
  intpair_t ip, *p;
  utarray_new(pairs,&intpair_icd);

  ip.a=1;  ip.b=2;  utarray_push_back(pairs, &ip);
  ip.a=10; ip.b=20; utarray_push_back(pairs, &ip);

  for(p=(intpair_t*)utarray_front(pairs);
      p!=NULL;
      p=(intpair_t*)utarray_next(pairs,p)) {
    printf("%d %d\n", p->a, p->b);
  }

  utarray_free(pairs);
  return 0;
}

在实际的使用中，我们的结构体是需要有特殊的初始化、拷贝和释放函数的。比如，当我们的结构体包含一个指针指向另外一块区域的时候，我们就需要自定义UT_icd中对应的init、copy和dtor方法了。

这里用到了两个概念：

浅拷贝：只是拷贝结构体中的内容；
深拷贝：将结构体与结构体指针成员指向的所有内存全部拷贝。

下面是一个实现深拷贝的实例：定义了一个整形和字符串数据，初始化时分配字符串内容，拷贝的时候拷贝字符串内容，释放的时候也要释放字符串的内容。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "utarray.h"

typedef struct {
    int a;
    char *s;
} intchar_t;

void intchar_copy(void *_dst, const void *_src) {
  intchar_t *dst = (intchar_t*)_dst, *src = (intchar_t*)_src;
  dst->a = src->a;
  dst->s = src->s ? strdup(src->s) : NULL;
}

void intchar_dtor(void *_elt) {
  intchar_t *elt = (intchar_t*)_elt;
  if (elt->s) free(elt->s);
}

UT_icd intchar_icd = {sizeof(intchar_t), NULL, intchar_copy, intchar_dtor};

int main() {
  UT_array *intchars;
  intchar_t ic, *p;
  utarray_new(intchars, &intchar_icd);

  ic.a=1; ic.s="hello"; utarray_push_back(intchars, &ic);
  ic.a=2; ic.s="world"; utarray_push_back(intchars, &ic);

  p=NULL;
  while( (p=(intchar_t*)utarray_next(intchars,p))) {
    printf("%d %s\n", p->a, (p->s ? p->s : "null"));
  }

  utarray_free(intchars);
  return 0;
}

四、引用

下表列出了utarray常用的操作宏，所有方法类似于C++的vector类。

Operations	description
utarray_new(UT_array a, UT_icd icd)	allocate a new array
utarray_free(UT_array *a)	free an allocated array
utarray_init(UT_array a,UT_icd icd)	init an array (non-alloc)
utarray_done(UT_array *a)	dispose of an array (non-allocd)
utarray_reserve(UT_array *a,int n)	ensure space available for n more elements
utarray_push_back(UT_array a,void p)	push element p onto a
utarray_pop_back(UT_array *a)	pop last element from a
utarray_extend_back(UT_array *a)	push empty element onto a
utarray_len(UT_array *a)	get length of a
utarray_eltptr(UT_array *a,int j)	get pointer of element from index
utarray_eltidx(UT_array a,void e)	get index of element from pointer
utarray_insert(UT_array a,void p, int j)	insert element p to index j
utarray_inserta(UT_array a,UT_array w, int j)	insert array w into array a at index j
utarray_resize(UT_array *dst,int num)	extend or shrink array to num elements
utarray_concat(UT_array dst,UT_array src)	copy src to end of dst array
utarray_erase(UT_array *a,int pos,int len)	remove len elements from a[pos]..a[pos+len-1]
utarray_clear(UT_array *a)	clear all elements from a, setting its length to zero
utarray_sort(UT_array a,cmpfcn cmp)	sort elements of a using comparison function
utarray_find(UT_array a,void v, cmpfcn *cmp)	find element v in utarray (must be sorted)
utarray_front(UT_array *a)	get first element of a
utarray_next(UT_array a,void e)	get element of a following e (front if e is NULL)
utarray_prev(UT_array a,void e)	get element of a before e (back if e is NULL)
utarray_back(UT_array *a)	get last element of a

五、注意

utarray_new和utarray_free用于分配和释放一个array；然而utarray_init和utarray_down是在UT_array已经分配之后，用于初始化和释放内部结构的资源；
utarray_reserve takes the "delta" of elements to reserve(not the total desired capacity of the array-- this differs from the C++ STL "reserve" notion)；
utarray_sort expects a comparison function having the usual strcmp -like convention where it accepts two elements (a and b) and returns a negative value if a precedes b, 0 if a and b sort equally, and positive if b precedes a. This is an example of a comparison function:

int intsort(const void *a, const void *b) {
    int _a = *(const int *)a;
    int _b = *(const int *)b;
    return (_a < _b) ? -1 : (_a > _b);
}

utarray_find uses a binary search to locate an element having a certain value according to the given comparison function. The utarray must be first sorted using the same comparison function. An example of using utarray_find with a utarray of strings is included in tests/test61.c.
A pointer to a particular element (obtained using utarray_eltptr or utarray_front, utarray_next, utarray_prev, utarray_back) becomes invalid whenever another element is inserted into the utarray. This is because the internal memory management may need to realloc the element storage to a new address. For this reason, it’s usually better to refer to an element by its integer index in code whose duration may include element insertion.

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