VC知识库文章 - C程序移植到VC开发环境下

C程序移植到VC开发环境下


作者：
空军工程大学工程学院一系飞机教研室 西安710038

说明
    本文是作者学习计算方法时所做工作的总结。我们改写了徐士良先生编著的《C常用算法程序集》（清华大学出版社出版）
数值计算部分－前15章所有程序，并全部在 VC6 + Windows2000 下调试通过。数组类和矩阵类有两个版本：封装成模板类、普通类，我个人认为后者可能更实用，但论文中以模板类形式给出。

本文已经在上发表过，该网站允许作者另投其他网站。

摘要
    针对C程序的特点，给出将之移植到VC集成环境下的技术，对一个常用程序集实施了大规模的改写，并提供了C++数组和矩阵模板类，对C程序进行面向对象的封装。

The Migration of Old C Code to Visual C++ IDE
Abstract: According to the character of C programs, this paper presents some techniques to migrate them to Visual C++ IDE, 
as a implemention, it reprograms a set of numerical arithmetic programs for further engineering use.

关键词：移植；数值计算；封装；模板类

Key words: Migration; Numerical Arithmetic, Encapsulation, Template Class  

一、引言
   由于C语言长期广泛应用，现存有大量经过严格检验的实用C程序，它们可以用来很好地解决工程应用中的实际问题。但是旧的C程序往往有很多与现代编译器不兼容的地方，因此我们要根据具体的代码情况进行相应的移植处理。
   本文以改写清华大学出版社出版的C常用算法程序集(以下简称"程序集")为例，说明如何将旧的C程序移植到目前普遍使用的C/C++开发环境Visual C++下。除了列举一些移植程序的方法和技巧，本文还给出两个C++类：数组类和矩阵模板类，以例示如何对C程序进行面向对象的包装处理。

二、基于C语言分析和改换
    我们知道，Visual C++支持ANSI C，下面列举源代码影响编译、不兼容的情况和相应解决方案，并给出基于ANSI C标准的函数的基本调用例子。
1、函数定义参数声明没有采用现代风格，例如全选主元高斯消去法：

int agaus(a,b,n)
int n;
double a[],b[];
{……;}  

参数声明应改为数组形式：

int agaus(double a[],double b[],int n)  

或者改为指针形式：

int agaus(double* a,double* b,int n);   

调用方法：

agaus(&a[0][0],&b[0],n); 
/* a二维双精度型数组、b一维双精度型数组，n整型变量 */  

    C/C++中用下标法和指针法都可以访问一个数组，设有数组a，则a[i]和*(a+i)无条件等价。如果指针变量p指向数组中的一个元素，则p+1指向同一数组的下一个元素。若p的初值为&a[0]，则p+i和a+I都是a[i]的地址；*(p+i)和*(a+i)就是p+i或a+i所指向的数组元素，即a[i]；指向数组的指针变量也可以带下标，如p[i]与*(p+i)等价。所以，在实际使用该函数，如果遇到数组作形参，可以将数组第一个元素地址作为实参传值调用函数。
2、动态存储分配函数返回void*型指针变量，它指向一个抽象类型的数据，ANSI C标准规定在将它赋值给另一个指针变量时需要进行强制类型转换，所以下面代码Line1要用Line2替换：

double* v;
v=malloc(n*m*sizeof(double));/* Line1 */
v=(double*)malloc(n*m*sizeof(double));
/* Line2 */

3、某些算法函数可能要调用一些用户自定义函数，如最佳一致逼近的里米兹方法：

void hremz(a,b,p,n,eps)
int n;
double a,b,eps,p[];
{ 
   extern double hremzf();
   …
}

原方法使程序集与应用程序的耦合程度增加，缺乏灵活性，可以改为:

void hremz(double a,double b,double p[],int n,double eps,double (*hremzf)(double x))
{…}

用函数指针作参数，调用时直接将函数名作实参即可： hremz(a,b,p,4,eps,hremzf); /* 假设各参数在主程序文件已定义 */

4、有的时候需要将一些函数的控制台输出作为字符串值返回，比如：

      printf("%c",xy[i][j]);

我们可以用形似

      sprintf( buffer,"%c",xy[i][j]),
      strcat( str, buffer ); 

的合并语句(其中str是一个足够大的字符串数组参数)代替

      printf("%c",xy[i][j]);

例如：

      char* buffer;
      buffer =(char*)malloc(n*sizeof(char)); /*n作为参数传递，例如100 */
      sprintf( buffer,"%c",xy[i][j]), 
      strcat( str, buffer ); 
      /*把终端输出字符添加到str 串尾*/
      ......
      free(buffer)

如果用到了它们，调用方法以随机样本分析为例：

      char str[1024];
      str[0]=''\0'';/*初始化为空串*/
      irhis(x,100,x0,h,10,1,&dt[0],&g[0],&q[0],str);

现在str数组保存了终端输出文本，可以随意使用它，比如在控制台程序里输出：

      puts(str);

在使用MFC类库时，str可以直接赋值给一个CString对象的实例。 经过以上的工作，我们得到基于ANSI C标准的程序版本，可以在C和C++开发环境下使用。

三. 基于C++语言分析和改换
由于C语言本身的弱点，程序集还存在的缺陷主要有

• 1、异常处理机制支持较弱；
• 2、程序没有对数组下标是否越界的检测。

如果编程人员对C/C++语言很生疏，并且不熟悉该程序集，那么有可能由于编码的失误在调试过程中得到不可预知的荒谬结果。我们的解决方案是为程序集增加C++的异常处理机制，以及用类封装技术，对数组进行面向对象的封装和使用，用Array模板类对象替换一维数组，用Matrix模板类对象替换二维数组。下面给出两个类的声明部分，它们分别实现最基本的数组和矩阵数据结构和算法。

template 
class TArray
{
protected:
	T* pdata;
	unsigned int length;
public:
	TArray();
	TArray(unsigned int);
	TArray(TArray const&);
	virtual ~TArray();
	void operator = (TArray&);
	TArray& operator + (TArray&);
	TArray& operator - (TArray&);
	T const& operator [] (unsigned int)const;
	T& operator [](unsigned int);
	T const* GetData() const;
	unsigned int GetLenght();
	void SetLength(unsigned int,bool=true);
};
template 
class TMatrix
{
protected:
	unsigned int numberOfRows;
	unsigned int numberOfColumns;
	TArray array;
public:
	class Row
	{
		TMatrix& matrix;
		unsigned int const row;
	public:
		Row (TMatrix& _matrix,unsigned int _row):matrix(_matrix),row(_row){}
		T& operator [](unsigned int column)const
		{return matrix.Select(row,column);}
	};

	TMatrix();
	TMatrix(unsigned int, unsigned int);
	TMatrix(TMatrix& mat);
	virtual ~TMatrix();

	T& Select(unsigned int, unsigned int);
	Row & operator[](unsigned int);
	TMatrix& operator + (TMatrix& mat);
	TMatrix& operator - (TMatrix& mat);
	TMatrix& operator * (TMatrix& mat);
	bool operator == (TMatrix& mat);
	TArray& GetData();
	unsigned int GetNumberOfRows();
	unsigned int GetNumberOfColumns();
	bool LoadFromArray(T [],unsigned int,unsigned int);
	bool LoadFromString(char*,char,char);
	bool ResetMatrix(unsigned int, unsigned int);
	bool ReverseMatrix();
	void ZeroMatrix();
	void RandomMatrix(int max);
};　    

举例说明我们关于异常机制和数组越界的检测方法的思路。TMatrix类的operator[]返回一个嵌套类Row的引用，它用来描述某一给定二维数组的一个特定行。Row类的operator[]则返回该行一个特定位置的T类型值。最终实现还是通过Matrix::Select()函数，该函数体代码如下：

template 
T& TMatrix::Select(unsigned int i, unsigned int j)
{		
	char ch[50];
	if(i>=numberOfRows)
	sprintf(ch," Error -- Invalid row: %d",i), throw (ch);
	if(j>=numberOfColumns)
	sprintf(ch," Error -- Invalid colum: %d",j),
	throw (ch);
	return array[i*numberOfColumns+j];
}     

应用程序实例：

unsigned int i,j;
unsigned int m=2,n=3;
TMatrix< > mat(m,n);//双精度型矩阵
try
{
	for(i=0; i
终端输出如下(注：类实例mat没有初始化)：
      
-6.27744e+066   -6.27744e+066   -6.27744e+066   Error -- Invalid colum: 3  

只输出一行，根据出错提示，把Line3改为："for(j=0; j-6.27744e+066   -6.27744e+066   -6.27744e+066
-6.27744e+066   -6.27744e+066   -6.27744e+066      

    由于我们对operator[]进行了重载，所以数组模板类（矩阵模板类）完全兼容C/C++一维数组（二维数组）的存取操作，因此旧程序中数组变量直接可以用类实例变量替代。 图一是我们用Visual C++ 6开发的演示程序界面，左边是所有算法的目录树，右边是文本计算结果输出，下部悬浮窗口是算法程序源代码，可以拷贝粘贴,稍作修改即可重用。


图一

四、结论
    新的程序与原程序相比较的优点：

• 1. 遵从ISO C/C++标准，因此具有良好的可移植性。可以在大多数流行的C++开发环境下使用；
• 2. 利用一些技巧，改进了原程序不利于扩展和缺少灵活性的缺点；
• 3. 去除了原程序中几个影响效率的Bug；
• 4. 增加异常处理机制和数组越界检测，增强可调试性和健壮性；
• 5. 数组和矩阵操作得到了强有力的支持。

经过我们实际应用测试，新的程序集可以满足一般工程应用的数值计算需要，并且能够在原来的基础上，方便地进行必要的改进和扩充。

五、参考文献

• 1.徐士良. C常用算法程序集[M]. 清华大学出版社, 1996.11
• 2.谭浩强. C程序设计[M]. 清华大学出版社，1998
• 3.Bjarne Stroustrup. The C++ Programming Language: Special Edition[M]. A Pearson Education Inc.
• 4.Stephen Prata. C++ Primer[M]，2001.10
• 5.Microsoft　Corporation July 2000 release of the MSDN Library
• 6.Brent Rector, Chris Sells. ATL Internals[M]. Addison Wesley Longman,Inc.

--------------------next---------------------