Nei titoli e nei testi troverete qualche rimando cinematografico (ebbene si, sono un cinefilo). Se non vi interessano fate finta di non vederli, già che non sono fondamentali per la comprensione dei post...

Di questo blog ho mandato avanti, fino a Settembre 2018, anche una versione in Spagnolo. Potete trovarla su El arte de la programación en C. Buona lettura.

domenica 13 ottobre 2013

La union fa la forza
come usare le union in C

Alzi la mano chi ha scritto recentemente codice che usa le union. Oppure, alzi la mano, senza prima andare a rileggersi un manuale del C, chi di voi sa usare e/o descrivere perfettamente le union ? Uhmm... vedo poche mani alzate. Il fatto è che le union sono una di quelle parti del C un po' misconosciute, di uso dubbio e infrequente, insomma una di quelle parti di cui, per mancanza di pratica, ci si scorda.

Per introdurvi l'argomento (e, ripeto, leggete senza consultare prima un manuale del C, se no non potete mettervi alla prova), vi racconterò una storia vera. Un tipo che conosco, le cui iniziali sono A.A. (di più non posso dirvi per questioni di privacy) andò, molto tempo fa, a un colloquio di lavoro, e gli proposero un semplice test come questo (più o meno):
#include <stdio.h>

void main(void)
{
    union u_test {
        int  i;
        char s[4];
    } my_test;

    my_test.i = 0x01020304;

    // cosa stampa la seguente linea?
    printf("s[0]=%d s[1]=%d s[2]=%d s[3]=%d\n",
        my_test.s[0], my_test.s[1], my_test.s[2], my_test.s[3]);
}
Ecco, per i motivi indicati all'inizio del post (uso dubbio e infrequente), il nostro amico che non usava una union da almeno 15 anni (si, 15 anni!), rimase inizialmente perplesso, sforzò la memoria e non cadde nel 1º livello di errore che induce questo test un po' ingannevole, 1º livello di errore che ti indurrebbe a dire:

ho inizializzato il campo i e vado a leggere il campo s: ma allora la printf() stampa valori indefiniti!

No, lui si ricordava che "le union allocano memoria per la più grande delle variabili interne, variabili che condividono lo stesso spazio di memoria", quindi non cadde nel tranello, e rispose quasi perfettamente... quasi, perché cadde nel 2º livello di errore, quello che ti porta a dire:

ho inizializzato i, però leggo s, che è come se fosse stata inizializzata anche lei, quindi la riposta è: s[0]=1 s[1]=2 s[2]=3 s[3]=4 !

Ok, quasi giusto: in realtà la risposta è:

s[0]=4 s[1]=3 s[2]=2 s[3]=1

Il nostro amico A.A. se ne rese conto tornando a casa, quando l'errore ormai era fatto: nella locazione s[0] ci finisce la parte meno significativa di i (quindi 0x04), e così via gli altri numeri, per cui il risultato era in ordine inverso. Va beh, cose che succedono...

Se cercate in rete con google troverete tanti utili esempi d'uso delle union, tra i quali, direi, i più interessanti sono quelli per il trattamento di dati con contenuto variabile (protocolli di comunicazione, per esempio) in cui si vuole trattare, con la stessa struttura dati, informazioni di tipo diverso, e interpretando la union, di volta in volta, nella maniera corretta selezionando un opportuno flag mantenuto dal programma. Questo permette di fare programmi flessibili e risparmiosi di memoria (rispetto all'uso delle struct), cosa che in alcuni ambienti di sviluppo potrebbe risultare utile.

Occhio però: per la maniera stessa in cui funzionano le union sono flessibili ma ingannevoli, e gli errori subdoli di funzionamento sono dietro l'angolo che aspettano. Bisogna essere molto rigorosi nel mantenere, e testare, il flag di stato che ci indica quale personalità della union stiamo usando in ogni momento.

Ciao e al prossimo post.

Questo post è ispirato ad una storia vera, ma ogni riferimento a fatti o persone realmente esistiti è puramente casuale (uhmm ???)

domenica 28 aprile 2013

La maledizione della Callback di giada II - Il ritorno
come scrivere una Callback in C - pt.2

Ho deciso di prendermi un attimo di pausa sulla questione del C a oggetti: ho già scritto due post sull'argomento e non voglio annoiarmi né annoiarvi. Lo so, si potrebbero approfondire altri dettagli e parlare (come promesso) di C vs C++, ma, in questo momento, non ne ho voglia. Comunque, prima o poi, ci torneremo di sicuro...

Per cui, oggi, ritorniamo su un argomento già trattato qui, e su cui (mi son reso conto proprio ieri) si potrebbe fare qualche aggiunta interessante. Sto parlando, nuovamente, delle funzioni callback.

Ovviamente, prima di continuare a leggere, dovreste rinfrescarvi la memoria rileggendovi l'altro post sull'argomento, perché questo ne è una estensione, e sono strettamente collegati.

Pausa di riflessione...

Siete già tornati? ma come ? Non avete ancor riletto il vecchio post? Dovete rileggerlo, grazie...

Altra pausa di riflessione...

Ecco, adesso possiamo continuare.

Allora, come avrete ri-notato, l'esempio che avevo proposto era, direi, classico, ispirato all'uso della qsort(), quindi con una callback che si chiama senza argomenti, ma che, in realtà, ne necessita due che verranno generati internamente dalla funzione stessa (la mysort() dell'esempio, o la qsort(), se preferite).

Quindi, riepiloghiamo il flusso dell'esempio: ho scritto un main() che usa la funzione mysort() che, per funzionare, ha bisogno di una funzione di comparazione tra due valori. Ho scritto anche, quindi, la funzione di comparazione (che può essere semplice come quella dell'esempio, ma anche molto più complessa, dipende da quello che si vuole ottenere). La funzione rispettava, ovviamente, il prototipo fornito con la mysort(): ossia, una funzione che ha bisogno di una callback, deve anche dichiarare il prototipo della calback stessa (e se no come la scriviamo?). La mysort() stessa si occupa, poi, di riempire i due parametri della callback con i valori da comparare.

E ora passiamo alla parte nuova: sempre riferendoci al nostro esempio della mysort() (che oramai conoscerete a memoria) supponiamo di avere bisogno di passare un altro parametro alla callback, un parametro esterno disponibile solo a livello della chiamata base, e che la mysort() non può generare internamente.

Come possiamo fare? Vediamo subito il nuovo codice (presentato come un blocco unico, ma, in realtà, da dividere su tre file):
/* parte che dovrebbe essere nel file mysort.h
*/
// prototipi per mySort()
typedef int (*mycallback)(int, int, void *);
void mySort(int *array, int nelems, mycallback cmpFunc, void *fp);

/* parte che dovrebbe essere nel file mysort.c
 */
// mySort() - funzione di sort che usa l'algoritmo bubblesort
void mySort(int *array, int nelems, mycallback cmpFunc, void *fp)
{
    // loop su tutti gli elementi di array
    while (nelems > 0) {
        // loop interno con lunghezza calante
        int i;
        for (i = 0; i < (nelems - 1); i++) {
            // eseguo callback di comparazione
            if (cmpFunc(array[i], array[i + 1], fp)) {
                // eseguo swap di array[i] e array[i+1]
                int temp = array[i];
                array[i] = array[i + 1];
                array[i + 1] = temp;
            }
        }

        // decremento nelems
        nelems--;
    }
}

/* parte che dovrebbe essere nel file mymain.c
*/
// cbCmpFunc() - funzione di comparazione
static int cbCmpFunc(int elem_a, int elem_b, void *fp)
{
    // scrivo risultati parziali in un file
    fprintf(fp, "%d > %d = %d\n", elem_a, elem_b, elem_a > elem_b);

    return elem_a > elem_b;
}

// main
int main(void)
{
    int array[] = {34,12,32,9,10,72,82,23,14,7,94};
    int nelems = sizeof(array) / sizeof(int);
    FILE *fp = fopen("result.txt", "w");

    // eseguo sort array
    mySort(array, nelems, cbCmpFunc, fp);

    // chiudo file
    fclose(fp);

    // stampo risultati
    int i;
    for (i = 0; i < nelems; i++)
        printf("%d - ", array[i]);
    printf("\n");

    // esco
    return 0;
}
Come vedete è molto simile all'esempio dell'altro post, solo che ora, a livello del main(), apriamo un file per registrare dei dati di elaborazione e dobbiamo passare il file descriptor alla mysort(), già che non possiamo certo pensare di scrivere una funzione di libreria che porti schiantato nel codice il nome del file di log: è l'applicazione chiamante che deve passarlo.

E come lo passiamo? È abbastanza semplice: si aggiunge un parametro (del tipo opportuno) alla mysort() e alla callback, e, nella chiamata base (nel main(), nel nostro caso) si passa il valore alla mysort(), che si occuperà i propagarlo fino alla callback, che è l'utilizzatrice del nuovo parametro; la mysort() non lo usa, lo trasporta solamente. Con questo metodo possiamo passare tutti i parametri che vogliano: nell'esempio ne ho aggiunto uno, ma se ne possono aggiungere a piacere.

Ovviamente tutto quanto sopra è valido per funzioni che implementiamo noi: non si può certo pensare di aggiungere parametri a funzioni di libreria di cui non abbiamo il controllo: ad esempio la qsort() ha bisogno solo della callback con due parametri, e così ce la dobbiamo tenere.

Qualcuno si chiederà perché il parametro fp è un void* e non un tipo più specifico (in questo caso un FILE*) : l'ho scritto così per dimostrare che, con questo metodo, si può passare qualsiasi cosa (ad esempio in C++ si usa per passare il pointer this): anzi, ho visto codice in cui si aggiungono dei void* alle callback (in fase di progetto) solo per usi futuri, in maniera di poter scrivere, in seguito, delle callback molto personalizzate senza modificare la funzione base (che, come detto, e solo trasportatrice di questi parametri)

Che ve ne sembra? Si, anche questa volta l'argomento suona un po' lapalissiano, ma, se un giorno vi scontrerete con le callback spero vi torni utile. Io, ad esempio, per mancanza di documentazione e altri motivi contingenti, a suo tempo (molto tempo fa) ho dovuto arrangiarmi da solo leggendo codice scritto da altri, e non so cosa avrei dato per avere a disposizione un esempio semplice semplice come quello che vi ho appena proposto (ma, allora, viviamo in un'epoca fortunata... si, ma solo per gli informatici. E neanche tanto. Ma questa è un altra storia...).

Ciao e al prossimo post.

venerdì 8 marzo 2013

C orientato agli oggetti II - l'eredità
come usare la OOP in C - pt.2

Come promesso torniamo su luogo del delitto: dopo il mirabolante esempio di classe in C visto da queste parti, oggi cercheremo di implementare anche l'ereditarietà di classe in C. Vi anticipo che tutto quanto segue serve a poco, ma potrebbe essere una utile esercitazione sulle potenzialità nascoste del nostro linguaggio preferito. Se non avete ancora letto la prima parte del post correte a leggerla, specialmente la parte introduttiva, altrimenti potreste pensare che sono diventato matto a scrivere roba come questa.

Veniamo al dunque: scriviamo un (altra) classe elementare in C++ che implementa un (altro) contatore. Scriveremo, secondo la prassi classica, file di header, implementazione e uso. Vediamo l'header counter.hpp:
#ifndef COUNTER_HPP
#define COUNTER_HPP
/* counter.hpp - header classe CCounter
 */

class CCounter {
protected:
    // attributi privati
    int value;

public:
    // metodi pubblici
    CCounter();          // costruttore
    void incValue(int n);
    int getValue();
};
#endif /* COUNTER_HPP */
Anche questa volta è una classe semplicissima, con un attributo privato, due metodi di lettura e scrittura e un costruttore esplicito. Passiamo al file di implementazione, counter.cpp:
/* counter.cpp - implementazione classe CCounter
 */
#include "counter.hpp"

// CCounter() - costruttore della classe CCounter
CCounter::CCounter()
{
    value = 100;
}

// incValue() - metodo di incremento attributo value
void CCounter::incValue(int n)
{
    value += n;
}

// getValue() - metodo di lettura attributo value
int CCounter::getValue()
{
    return value;
}
Questa volta, visto che parliamo di ereditarietà di classe, avremo anche una classe derivata, il cui header file è counter_der.hpp:
#ifndef COUNTER_DER_HPP
#define COUNTER_DER_HPP
/* counter_der.hpp - header classe CCounter_der
 */
#include "counter.hpp"

class CCounter_der : public CCounter {
public:
    // metodi pubblici
    void incValue(int n);
};
#endif /* COUNTER_DER_HPP */
mentre il file di implementazione è counter_der.cpp:
/* counter_der.cpp - implementazione classe CCounter_der
 */
#include "counter_der.hpp"

// incValue() - metodo di incremento attributo value
void CCounter_der::incValue(int n)
{
    value -= n;
}
Per ultimo vediamo il file di uso della classe, countermain.cpp:
/* countermain.cpp - esempio d'uso delle classi CCounter e CCounter_der
 */
#include <iostream>
#include "counter.hpp"
#include "counter_der.hpp"

using namespace std;

main()
{
    CCounter cnt;
    CCounter_der cnt_der;

    // leggo valori
    cout << "cnt value = " << cnt.getValue() << endl;
    cout << "cnt_der value = " << cnt_der.getValue() << endl;

    // incremento valori
    cnt.incValue(5);
    cnt_der.incValue(7);

    // leggo valori
    cout << "cnt value = " << cnt.getValue() << endl;
    cout << "cnt_der value = " << cnt_der.getValue() << endl;
}
L'uso della classe è un po' stupido (come l'altra volta), ma per quest'esempio è più che sufficiente. Istanziamo due oggetti della classe CCounter, cnt e cnt_der, stampiamo i valori di value per entrambi gli oggetti, incrementiamo e ristampiamo: se compilate ed eseguite il programma l'uscita sarà:
cnt value = 100
cnt_der value = 100
cnt value = 105
cnt_der value = 93
Come vedete, per la magia della ereditarietà, l'oggetto cnt_der (istanza della semplicissima CCounter_der) è un contatore che decrementa, visto che la classe derivata differisce dalla classe base (in questo caso) solo per il metodo incValue(), per cui, alla fine, il campo value ha valore incrementato in cnt e decrementato in cnt_der. Fantastico.

Notare, che nei due header-file ho usato l'opportuna include guard, per evitare inclusioni multiple, visto che counter_der.h richiama counter.h (in effetti, questo esempio è un po' più rigoroso di quello del post precedente).

Una ultima nota: nella classe base il metodo incValue() non è stato definito virtual, sia perché per l'esempio d'uso proposto non era necessario (il compilatore, infatti, non si lamenta...), sia perché esula dall'obiettivo del post: non è mica un blog di C++ questo...

Anche l'ereditarietà si può implementare in C? Si! Beh, il risultato finale non sarà (come vedrete) elegantissimo, ma funziona. Useremo la stessa struttura a header, implementazione e uso. Cominciamo con l'header ccounter.h:
#ifndef CCOUNTER_H
#define CCOUNTER_H
/* ccounter.h - header classe CCounter in C
 */

typedef struct _ccounter {
    // attributi
    int value;

    // metodi
    void (*construct)(struct _ccounter *this);    // costruttore
    void (*incValue)(struct _ccounter *this, int n);
    int (*getValue)(struct _ccounter *this);
} CCounter;

// prototipi globali
void pubConstruct(CCounter *this);
#endif /* CCOUNTER_H */
Come già fatto notare su queste pagine somiglia molto a ccounter.hpp. Passiamo alla implementazione in ccounter.c:
/* ccounter.c - implementazione classe CCounter in C
 */
#include "ccounter.h"

// incValue() - metodo di incremento attributo value
static void incValue(CCounter *this, int n)
{
    this->value += n;
}

// getValue() - metodo di lettura attributo value
static int getValue(CCounter *this)
{
    return this->value;
}

// construct() - costruttore della classe CCounter
static void construct(CCounter *this)
{
    this->incValue = &incValue;
    this->getValue = &getValue;
    this->value = 100;
}

// pubConstruct() - costruttore pubblico della classe CCounter
void pubConstruct(CCounter *this)
{
    this->construct = &construct;
    this->construct(this);
}
Come già fatto notare nell'altro post, rispetto alla versione C++ dobbiamo fare in maniera esplicita ciò che il compilatore C++ fa implicitamente: a ogni metodo passiamo un puntatore all'oggetto chiamante, i metodi sono assegnati ai puntatori a funzione, e dobbiamo aggiungere un metodo in più, un costruttore pubblico, da chiamare dopo l'istanziazione dell'oggetto.

E, adesso passiamo alla parte più interessante, la classe derivata CCounter_der. Vediamo l'header ccounter_der.h:
#ifndef CCOUNTER_DER_H
#define CCOUNTER_DER_H
/* ccounter_der.h - header classe CCounter in C
 */
#include "ccounter.h"

typedef struct _ccounter_der {
    // attributi
    CCounter cnt_base;

    // metodi
    void (*construct)(struct _ccounter_der *this);    // costruttore
    void (*incValue)(struct _ccounter_der *this, int n);
} CCounter_der;

// prototipi globali
void pubConstruct_der(CCounter_der *this);
#endif /* CCOUNTER_DER_H */
Come si nota è una versione ridotta dell'header della classe base. Negli attributi c'è un oggetto di tipo CCounter (è il trucco che ci permette di parlare di ereditarietà) e nei metodi c'è il solito costruttore più l'unico metodo da ridefinire (come nella versione C++).

Passiamo ora alla implementazione in ccounter.c:
/* ccounter.c - implementazione classe CCounter_der in C
 */
#include "ccounter_der.h"

// incValue() - metodo di incremento attributo value
static void incValue(CCounter_der *this, int n)
{
    this->cnt_base.value -= n;
}

// construct() - costruttore della classe CCounter
static void construct(CCounter_der *this)
{
    this->incValue = &incValue;
}

// pubConstruct() - costruttore pubblico della classe CCounter
void pubConstruct_der(CCounter_der *this)
{
    pubConstruct(&this->cnt_base);
    this->construct = &construct;
    this->construct(this);
}
Credo che il codice sia chiarissimo: anche questa è una versione ridotta dell'implementazione della classe base, con la ridefinizione del metodo incvalue() e del suo assegnamento. Notare che il costruttore pubblico richiama il costruttore pubblico della classe base. Ci resta solo da vedere il file d'uso, ccountermain.c:
/* ccountermain.c - esempio d'uso della classe CCounter in C
 */
#include <stdio.h>
#include "ccounter.h"
#include "ccounter_der.h"

main()
{
    CCounter cnt;
    pubConstruct(&cnt);

    CCounter_der cnt_der;
    pubConstruct_der(&cnt_der);

    // leggo valori
    printf("cnt value = %d\n", cnt.getValue(&cnt));
    printf("cnt_der value = %d\n", cnt_der.cnt_base.getValue(&cnt_der.cnt_base));

    // incremento valori
    cnt.incValue(&cnt, 5);
    cnt_der.incValue(&cnt_der, 7);

    // leggo valori
    printf("cnt value = %d\n", cnt.getValue(&cnt));
    printf("cnt_der value = %d\n", cnt_der.cnt_base.getValue(&cnt_der.cnt_base));
}
Beh, anche questa volta è praticamente identico alla versione C++, salvo la chiamata esplicita al costruttore pubblico, e all'uso della printf() per la stampa dei risultati. Se compilate e eseguite, il risultato (giuro di nuovo!) è identico a quello della versione C++. Come volevasi dimostrare anche con il C possiamo usare (simulare? emulare?) l'ereditarietà di classe.

Visto che mi sono dilungato un po' con il codice e, come sempre, non voglio annoiare nessuno, rimando al prossimo post le disquisizioni filosofiche, che avevo promesso, su C vs C++  (si, non mi sono dimenticato...), dove cercherò di essere il più diplomatico possibile...

Ciao e al prossimo post.