C语言实现通用数据结构的高效设计

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         最近在阅读一个开源的C++代码，里面用到了大量的STL里面的东西。也许是自己一直用C而很少用C++来实现算法的原因，STL里面大量的模板令人心烦。一直对STL的效率表示怀疑，但在网上搜到这样一个帖子，说C的标准库里面快速排序比STL的标准排序要慢！于是，便认真的看了下二者的源码。其实两个使用的算法是完全类似的，而C标准库里面的qsort之所以比std::sort慢，是因为C语言中为了适配所有的数据结构使用了空指针。下面以更为简单的插入排序为例说明这个问题。

插入排序的算法实现代码：

void insert_sort(int a[], int n)  
{  
	int i, j;  
	int t;
	for (i = 1; i < n; i++) {
		t = a[i];
		j = i;
		while ((j > 0) && (a[j - 1] > t)) {
			a[j] = a[j - 1];
			j--;
		}
		a[j] = t;
	}
}  

通用数据类型的插入排序实现代码：

void general_insert_sort(void* arr, int num_element, int element_bytes, int (*cmp_fun)(void* p1, void* p2))  
{  
	int i, j;  
	int t[1024];
	if (element_bytes > 4096){
		return;
	}
#define ELE(arr, i) (void*)(((unsigned)arr) + (i) * element_bytes)
	for (i = 1; i < num_element; i++) {
		memcpy(t, ELE(arr, i), element_bytes);
		j = i;
		while ((j > 0) && (cmp_fun(ELE(arr, j - 1), (void*)t))) {
			memcpy(ELE(arr, j), ELE(arr, j - 1), element_bytes);
			j--;
		}
		memcpy(ELE(arr, j), (void*)t, element_bytes);
	}
} 

       上面的方法虽然解决了任意数据类型的问题，但是其效率并不怎么高。相对于上述第一段代码而言，简单的赋值语句必须得调用一个函数来拷贝数据，简单的比较语句，则需要调用外部传入一个函数指针得到比较结果。这是效率低下的根本原因。

       而C++模板参数的出现，只需要写一份代码，编译器根据你调用时候的数据类型自动生成新的代码。其实用宏也可以完成通用的功能。这里给出C语言宏的代码，C++模板的代码也很简单。

#define FIV_IMPLEMENT_INSETT_SORT(function_name, T, LT_CMP)void function_name(T* arr, int low, int high){	int i, j;	T t;	for (i = low + 1; i < high; i++) {		t = arr[i];		j = i;		while ((j > low) && (LT_CMP(t, arr[j - 1]))) {			arr[j] = arr[j - 1];			j--;		}		arr[j] = t;	}} 

#define  CMP(a, b)    ((a) < (b))

FIV_IMPLEMENT_INSETT_SORT(insert_sort_int, int, CMP)

这样就有一个用于整数排序的函数insert_sort_int可用，如果是你自定义的结构体类型，则同样只需要写这两个宏就可以了。

结尾：

用C++模板产生的代码大小是不使用模板的很多倍，而用C语言的空指针可以支持任意数据类型，代码大小很小，而用C语言的宏定义产生模板函数的代码大小理论上和使用STL的大小是一样的。

C语言实现通用数据结构的高效设计

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原文地址：http://blog.csdn.net/celerychen2009/article/details/40655239