C語言指定初始化器解析及其應用

wenzid發表於2020-04-28

指定初始化器的概念

C90 標準要求初始化程式中的元素以固定的順序出現，與要初始化的陣列或結構體中的元素順序相同。但是在新標準 C99 中，增加了一個新的特性：指定初始化器。利用該特性可以初始化指定的陣列或者結構體元素。

陣列的指定初始化器

一維陣列的指定初始化器

利用指定初始化器的特性，我們可以這樣定義並初始化一個陣列：

int a[6] = {[4] = 10,[2] = 25};

上述的初始化就等同於如下方式：

int a[6] = {0,0,25,0,10,0};

可以看到通過這種方式能夠不按照順序，且指定具體的元素進行初始化。
除了上述這樣的用法，我們也能夠初始化陣列內一段範圍內的用元素，比如這樣：

int a[5] = {[4] = 10,[0 ... 3] = 23};

上面這段程式的初始化也就等同於如下初始化：

int a[5] = {23,23,23,23,10};

那如果陣列初始化裡有指定的元素初始化又有未指定的元素又是如何分析呢？比如這樣：

int a[5] = {11,[3] = 44,55,[1] = 22,33};

那它等同於下面的程式碼：

int a[5] = {11,22,33,44,55};

如果定義陣列時沒有指定陣列的大小，那麼陣列實際的大小又是多少呢？比如這樣：

int main(void)
{
	int number[] = {[20] = 1,[10] = 8,9};
	int n = sizeof(number)/sizeof(number[0]);
	printf("The Value of n is:%d\n",n);
}

輸出結果是這樣的：

The Value of n is:21

也就是說，如果未給出陣列的大小，則最大的初始化位置確定陣列的大小

二維陣列的指定初始化器

二維陣列同樣可以採用指定初始化器的方法，下面是一個二維陣列的初始化：

int array[2][2] = 
{
    [0] = {[0] = 11},
    [1] = {[1] = 22},
};

這樣的初始化也就等同於下述程式碼：

int array1[2][2] = 
{
    {11,00},
    {00,22}
};

通過上述程式碼，我們也可以知道，二維陣列的指定初始化器的方法中，第一個[]裡的數字表示的是初始化的二維陣列的行數，而在{}內的則是對當前行的元素進行初始化，實際也就是說{}內的初始化方法也就和一維陣列的一樣了，一維陣列可行的方法，二維陣列也是可行的。

應用

在講述了陣列指定初始化器的基本概念之後，我們來看一個具體的例子，下面這個例子是基於狀態機的程式設計方法實現的 ATM 機器，首先 ATM 具有如下幾種狀態;
在這裡插入圖片描述
我們就可以使用狀態機的思路來編寫這個程式，首先使用列舉的方式來定義各個狀態和相應的操作：

typedef enum
{
    Idle_State,
    Card_Inserted_State,
    Pin_Entered_State,
    Option_Selected_State,
    Amount_Entered_State,
    last_State
}eSysyemState;

typedef enum
{
    Card_Insert_Event,
    Pin_Enter_Event,
    Option_Selection_Event,
    Amount_Enter_Event,
    Amount_Dispatch_Event,
    last_Event
}eSystemEvent;

然後是對應操作的具體實現：

eSysyemState AmountDispatchHandler(void)
{
    return Idle_State;
}

eSysyemState EnterAmountHandler(void)
{
    return Amount_Entered_State;
}

eSysyemState OptionSelectionHandler(void)
{
    return Option_Selected_State;
}

eSysyemState InsertCardHandle(void)
{
    return Card_Inserted_State;
}

eSysyemState EnterPinHandler(void)
{
    return Pin_Entered_State;   
}

為了使得狀態機的實現看起來不是那麼的冗長，我們這裡採用查表的方式，首先重定義一個函式指標二維陣列型別：

typedef eSysyemState (* const afEventHandler[last_State][last_Event])(void);

簡單說一個這是一個二維陣列，二維陣列裡面存放的是函式指標，這個函式指標指向的是返回值為 eSysyemState，形參為 void 的函式。
在重定義了這個型別之後，我們就可以用其定義新的變數了，在這之前，補充一點陣列相關的內容，比如有如下程式碼：

typedef int array[3];
array data;

那麼上述程式碼也就等同於如下程式碼：

int data[3];

有了上述程式碼之後，我們就可以實現我們的查詢表了，具體程式碼如下：

    static afEventHandler StateMachine = 
    {
        [Idle_State] = {[Card_Insert_Event] = InsertCardHandle},
        [Card_Inserted_State] = {[Pin_Enter_Event] = EnterPinHandler },
        [Pin_Entered_State] = {[Option_Selection_Event] = OptionSelectionHandler},
        [Option_Selected_State] = {[Amount_Entered_Event] = EnterAmountHandler},
        [Amount_Entered_State] = {[Amount_Dispatch_Event] = AmountDispatchHandler},
    };

現在再來看到這個初始化的方法也就比較清楚了，這實際上也就是一個二維陣列使用指定初始化器解析的方法，最後，也就是我們的狀態機執行程式碼：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	eSysyemState eNextState = Idle_State;
    eSystemEvent eNewEvent;
    while(1)
    {
		eNewEvent = ReadEvent();
		/*省略相關判斷*/
		eNextState = (*StateMachine[eNextState][eNewEvent])();
	}
	return 0;
}

結構體的指定初始化器

定義瞭如下結構體：

struct point
{
	int x,y;
}

那麼對於結構體變數的初始化可以採用以下的方式：

struct point p = 
{
	.y = 2,
	.x = 3
};

上述程式碼也就等價於如下程式碼：

struct point p = {3,2};

那這樣的初始化有什麼作用呢？下面是 linux 核心的一段程式碼：

const struct file_operations eeprom_fops =
{
  .llseek  = eeprom_lseek,
  .read    = eeprom_read,
  .write   = eeprom_write,
  .open    = eeprom_open,
  .release = eeprom_close
};

上述就是通過指定初始化器的方法來進行初始化的，其中 file_operations 這個結構體中的成員有很多，上述初始化的成員只是其中一部分，

struct file_operations {
	struct module *owner;
	loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
	ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
	int (*open) (struct inode *, struct file *);
	int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
	int (*release) (struct inode *, struct file *);
	/*還有很多，省略*/
	}

採用這種指定初始化器的方法，使用靈活，而且程式碼易於維護。因為如果按照固定順序賦值，當我們的 file_operations 結構體型別發生改變時，比如新增成員、減少成員、調整成員順序，那麼使用該結構體型別定義變數的大量 C 檔案都需要重新調整初始化順序，那將導致程式大幅度地更改。

結構體陣列的指定初始化器

在敘述了上面關於結構體和陣列的指定初始化器之後，我們也可以以這種方式來來初始化結構體陣列，比如這樣：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	struct point {int x,y;};
	struct point pts[5] =
	{
		[2].y = 5,
		[2].x = 6,
		[0].x = 2
	};
	int i;
	for(i = 0;i < 5;i++)
		printf("%d %d\n",pts[i].x,pts[i].y);
}

輸出結果如下：