如何在C中创建派生结构属性

Question

在Python中，可以使用@property装饰器从类创建派生属性

class State():
    def __init__(self, fav_num_monday, fav_num_not_monday, is_monday):
        self.fav_num_monday = fav_num_monday
        self.fav_num_not_monday = fav_num_not_monday
        self.is_monday = is_monday

    @property
    def fav_num(self):
        return self.is_monday * self.fav_num_monday + \
            (1 - self.is_monday) * self.fav_num_not_monday

state = State(12, 5, 0)
print("Current favourite number: %d" % state.fav_num)

我的问题是什么是在C中实现这一目标的最佳方式（速度至关重要）。我已经在下面添加了一些我尝试过的方法，但不确定它们是否会在更大的代码库中产生影响。它们如下：

1. 每次只写出整个表达。优点：没有意外的反响，没有代码/速度惩罚。缺点：丑陋的代码，需要很长时间才能写出来。
2. 使用get函数。优点：代码更易于阅读。缺点：代码效率低（慢于1）。
3. 定义一个宏。优点：没有代码/速度惩罚。代码快速编写。缺点：后来的潜在影响，代码不那么容易遵循。

示例程序如下

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define state_fav_num  state.is_monday * state.fav_num_monday + (1 - state.is_monday) * state.fav_num_not_monday

struct State {
    int fav_num_monday;
    int fav_num_not_monday;
    int is_monday;
};

int get_state(struct State *state, char *property) {
    // Returns value of the property in state. 
    // Allows us to create derived properties also.
    if (!strncmp(property, "fav_num_monday", 14)) {
        return state->fav_num_monday;
    } else if (!strncmp(property, "fav_num_not_monday", 18)) {
        return state->fav_num_not_monday;
    } else if (!strncmp(property, "is_monday", 9)) {
        return state->is_monday;
    } else if (!strncmp(property, "fav_num", 7)) {
        return state->is_monday * state->fav_num_monday +
            (1 - state->is_monday) * state->fav_num_not_monday;
    }
}

int main() {
    // Set the state.
    struct State state;
    state.fav_num_monday = 12;
    state.fav_num_not_monday = 5;
    state.is_monday = 1;

    // Print favourite number in different ways.
    printf("\n1) Current favourite number is %d.",
        state.is_monday * state.fav_num_monday +
        (1 - state.is_monday) * state.fav_num_not_monday);

    printf("\n2) Current favourite number is %d.",
        get_state(&state, "fav_num"));

    printf("\n3) Current favourite number is %d.",
        state_fav_num);

    printf("\n");

    return 0;
}

Answer 1

借助static inline功能，您可以充分利用两个世界（功能和宏）的可读性和性能。

您通常不会使用它，但如果您知道编译器将优化其代码，那么可以使用它。我使用的通常规则是3行或更少的代码行，并且该函数应该需要额外的性能。

也就是说，你的get_state不符合static inline函数的（我的）要求，但是如果你只想要一个函数来获得fav_num，那就有意义了：

struct State {
    int     fav_num_monday;
    int     fav_num_not_monday;
    bool    is_monday;
};


static inline   int get_fav_num(const struct State *state)
{

    if (state->is_monday)
        return  state->fav_num_monday;
    else
        return  state->fav_num_not_monday;
}


int main(void)
{
    struct State state;
    int fav_num;

    state   = (struct State){
        .fav_num_monday     = 12;
        .fav_num_not_monday = 5;
        .is_monday          = 1;
    };

    // Print favourite number in different ways.
    printf("\n");
    if (state.is_monday)
        fav_num = state->fav_num_monday;
    else
        fav_num = state->fav_num_not_monday;
    printf("1) Current favourite number is %d.\n", fav_num);

    fav_num = get_fav_num(&state);
    printf("4) Current favourite number is %d.\n", fav_num);

    return 0;
}

免责声明：此代码需要C99或更高版本。

虽然这里的代码全部在一起，但struct State {...};和static inline函数通常会放在标题.h文件中。

另外，我会以这种方式改进你的get_state功能：

enum Properties {
    FAV_NUM_MONDAY,
    FAV_NUM_NOT_MONDAY,
    IS_MONDAY,
    FAV_NUM
};

int get_state(const struct State *state, int property)
{

    switch (property) {
    case FAV_NUM_MONDAY:
        return  state->fav_num_monday;
    case FAV_NUM_NOT_MONDAY:
        return  state->fav_num_not_monday;
    case IS_MONDAY:
        return  state->is_monday;
    case FAV_NUM:
        return  get_fav_num(state);
    default:
        return -1;  /* Error */
    }
}

这个函数将是一个常见的extern函数，并且将放在.c文件中，尽管enum Properties应该放在头文件中，以便它可以被函数的用户使用。

编辑：使用数组添加高性能版本

state.h

#include <stdint.h>

enum    State_Properties {
    FAV_NUM_MONDAY,
    FAV_NUM_NOT_MONDAY,
    IS_MONDAY,
    STATE_PROPERTIES
};


static inline
uint_fast8_t get_fav_num(const uint_fast8_t *restrict (state[STATE_PROPERTIES]))
{

    if ((*state)[IS_MONDAY])
        return  (*state)[FAV_NUM_MONDAY];
    else
        return  (*state)[FAV_NUM_NOT_MONDAY];
}

main.c

#include <inttypes.h>

#include "state.h"

int main(void)
{
    uint_fast8_t    state[STATE_PROPERTIES];
    uint_fast8_t    fav_num;
    uint_fast8_t    fav_num_monday;

    state   = (uint_fast8_t [STATE_PROPERTIES]){
        [FAV_NUM_MONDAY]        = 12;
        [FAV_NUM_NOT_MONDAY]    = 5;
        [IS_MONDAY]             = true;
    };

    // Print favourite number in different ways.
    fav_num = get_fav_num(&state);
    printf("5) Current favourite number is %"PRIuFAST8".\n", fav_num);

    // Example of how to retrieve any property:
    fav_num_monday  = state[FAV_NUM_MONDAY];
}

当然，您可以将类型更改为您想要的任何人。我使用uint_fast8_t，因为你的数据可以放在那里，而且它是任何系统上最快的类型。