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胡金山,史亞鋒
（空軍工程大學工程學院一系飛機教研室 西安710038）
如需轉載請與作者聯系
摘 要：針對C程序的特點，給出將之移植到VC集成環境下的技術，對一個常用程序集實施了改寫，并提供了C++數組和矩陣模板類，對C程序進行面向對象的封裝。
關鍵詞: 移植；數值計算；封裝；模板類
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.
Key words: Migration; Numerical Arithmetic, Encapsulation, Template Class
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一. 引言
由于C語言長期廣泛應用，現存有大量經過嚴格檢驗的實用C程序，它們可以用來很好地解決工程應用中的實際問題。但是舊的C程序往往有很多與現代編譯器不兼容的地方，因此我們要根據具體的代碼情況進行相應的移植處理。
本文以改寫清華大學出版社出版的C常用算法程序集(以下簡稱“程序集”)為例，說明如何將舊的C程序移植到目前普遍使用的C/C++開發環境Visual C++下。除了列舉一些移植程序的方法和技巧，本文還給出兩個C++類：數組類和矩陣模板類，以例示如何對C程序進行面向對象的包裝處理。
二。.基于C語言分析和改換
我們知道，Visual C++支持ANSI C，下面列舉源代碼影響編譯、不兼容的情況和相應解決方案，并給出基于ANSI C標準的函數的基本調用例子。
1. 函數定義參數聲明沒有采用現代風格，例如全選主元高斯消去法：
int agaus(a,b,n)
int n;
double a[],b[];
{……;}
參數聲明應改為數組形式：
int agaus(double a[],double b[],int n)
或者改為指針形式：
int agaus(double* a,double* b,int n);
調用方法：
agaus(&a[0][0],&b[0],n);
/* a二維雙精度型數組、b一維雙精度型數組，n整型變量 */
C/C++中用下標法和指針法都可以訪問一個數組，設有數組a，則a[i]和*(a+i)無條件等價。如果指針變量p指向數組中的一個元素，則p+1指向同一數組的下一個元素。若p的初值為&a[0]，則p+i和a+I都是a[i]的地址；*(p+i)和*(a+i)就是p+i或a+i所指向的數組元素，即a[i]；指向數組的指針變量也可以帶下標，如p[i]與*(p+i)等價。所以，在實際使用該函數，如果遇到數組作形參，可以將數組第一個元素地址作為實參傳值調用函數。
2. 動態存儲分配函數返回void*型指針變量，它指向一個抽象類型的數據，ANSI C標準規定在將它賦值給另一個指針變量時需要進行強制類型轉換，所以下面代碼Line1要用Line2替換：
double* v;
v=malloc(n*m*sizeof(double));/* Line1 */
v=(double*)malloc(n*m*sizeof(double));
/* Line2 */
3. 某些算法函數可能要調用一些用戶自定義函數，如最佳一致逼近的里米茲方法：
void hremz(a,b,p,n,eps)
int n;
double a,b,eps,p[];
{ extern double hremzf();
…
}
原方法使程序集與應用程序的耦合程度增加，缺乏靈活性，可以改為:
void hremz(double a,double b,
double p[],int n,double eps,
double (*hremzf)(double x))
{…
}
用函數指針作參數，調用時直接將函數名作實參即可：
hremz(a,b,p,4,eps,hremzf);
/* 假設各參數在主程序文件已定義 */
4. 有的時候需要將一些函數的控制臺輸出作為字符串值返回，比如：
printf("%c",xy[i][j]);
我們可以用形似
sprintf( buffer,"%c",xy[i][j]),
strcat( str, buffer );
的合并語句(其中str是一個足夠大的字符串數組參數)代替
printf("%c",xy[i][j]);
例如：
char* buffer;
buffer =(char*)malloc(n*sizeof(char)); /*n作為參數傳遞，例如100 */
sprintf( buffer,"%c",xy[i][j]),
strcat( str, buffer );
/*把終端輸出字符添加到str 串尾*/
…
free(buffer)
如果用到了它們，調用方法以隨機樣本分析為例：
char str[1024];
str[0]='\0';/*初始化為空串*/
irhis(x,100,x0,h,10,1,&dt[0],&g[0],&q[0],str);
現在str數組保存了終端輸出文本，可以隨意使用它，比如在控制臺程序里輸出：
puts(str);
在使用MFC類庫時，str可以直接賦值給一個CString對象的實例。
經過以上的工作，我們得到基于ANSI C標準的程序版本，可以在C和C++開發環境下使用。
三. 基于C++語言分析和改換
由于C語言本身的弱點，程序集還存在的缺陷主要有
1.異常處理機制支持較弱；
2.程序沒有對數組下標是否越界的檢測。
如果編程人員對C/C++語言很生疏，并且不熟悉該程序集，那么有可能由于編碼的失誤在調試過程中得到不可預知的荒謬結果。我們的解決方案是為程序集增加C++的異常處理機制，以及用類封裝技術，對數組進行面向對象的封裝和使用，用Array模板類對象替換一維數組，用Matrix模板類對象替換二維數組。下面給出兩個類的聲明部分，它們分別實現最基本的數組和矩陣數據結構和算法。
template <class T=double>
class TArray
{
protected:
T* pdata;
unsigned int length;
public:
TArray();
TArray(unsigned int);
TArray(TArray const&);
virtual ~TArray();
void operator = (TArray&);
TArray<T>& operator + (TArray&);
TArray<T>& 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 T=double>
class TMatrix
{
protected:
unsigned int numberOfRows;
unsigned int numberOfColumns;
TArray<T> array;
public:
class Row
{
TMatrix<T>& matrix;
unsigned int const row;
public:
Row (TMatrix<T>& _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<T>& mat);
virtual ~TMatrix();
T& Select(unsigned int, unsigned int);
Row & operator[](unsigned int);
TMatrix<T>& operator + (TMatrix<T>& mat);
TMatrix<T>& operator - (TMatrix<T>& mat);
TMatrix<T>& operator * (TMatrix<T>& mat);
bool operator == (TMatrix<T>& mat);
TArray<T>& 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);
};
舉例說明我們關于異常機制和數組越界的檢測方法的思路。TMatrix類的operator[]返回一個嵌套類Row的引用，它用來描述某一給定二維數組的一個特定行。Row類的operator[]則返回該行一個特定位置的T類型值。最終實現還是通過Matrix<T>::Select()函數，該函數體代碼如下：
template <class T>
T& TMatrix<T>::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];
}
應用程序實例：
unsigned int i,j;
unsigned int m=2,n=3;
TMatrix< > mat(m,n);//雙精度型矩陣
try
{
for(i=0; i<m; i++)
{
for(j=0; j<n+1; j++)// Line3
cout<<mat[i][j]<<"\t";
cout<<endl;
}
}
catch(char* str) //捕獲異常
{cout<<str<<endl;}
終端輸出如下(注：類實例mat沒有初始化)：
-6.27744e+066 -6.27744e+066 -6.27744e+066 Error -- Invalid colum: 3
只輸出一行，根據出錯提示，把Line3改為：“for(j=0; j<n; j++)”，重新編譯運行，輸出2行3列的正確結果：
-6.27744e+066 -6.27744e+066 -6.27744e+066
-6.27744e+066 -6.27744e+066 -6.27744e+066
由于我們對operator[]進行了重載，所以數組模板類（矩陣模板類）完全兼容C/C++一維數組（二維數組）的存取操作，因此舊程序中數組變量直接可以用類實例變量替代。
上邊給出的數組和矩陣模板類簡潔高效，易于使用，并且也有較好的靈活性。但是，標準C++中提供了為數值計算優化過的valarray模板類取代數組操作，請參閱文獻[3]，在Numerics這一章中，探討了valarray，slice等技術，并給出一個在此基礎上Matrix類的實現。建議熟練的C++程序員掌握這些更為權威、高級的技術。筆者已經在所附的程序集里包含了一個實現，可能有Bug哦，呵呵！
圖1是我們用Visual C++ 6開發的演示程序界面，左邊是所有算法的目錄樹，右邊是文本計算結果輸出，下部懸浮窗口是算法程序源代碼，可以拷貝粘貼,稍作修改即可重用。
圖1
四. 結論
新的程序與原程序相比較的優點
1. 遵從ISO C/C++標準，因此具有良好的可移植性。可以在大多數流行的C++開發環境下使用；
2. 利用一些技巧，改進了原程序不利于擴展和缺少靈活性的缺點；
3. 去除了原程序中幾個影響效率的Bug；
4. 增加異常處理機制和數組越界檢測，增強可調試性和健壯性；
5. 數組和矩陣操作得到了強有力的支持。
經過我們實際應用測試，新的程序集可以滿足一般工程應用的數值計算需要，并且能夠在原來的基礎上，方便地進行必要的改進和擴充。
(參考文獻)
1.徐士良. C常用算法程序集[M]. 清華大學出版社, 1996.11
2.譚浩強. C程序設計[M]. 清華大學出版社，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.
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