Обобщенная обертка

Часть раздела Object Oriented Programming путешествия по C на Coddy — урок 50 из 61.

Сам по себе void* может хранить любые данные, но у него есть критический недостаток: вы теряете информацию о том, какой тип он содержит. Чтобы создавать по-настоящему полезные универсальные контейнеры, нам нужно связать указатель на данные с информацией о типе. Именно здесь на помощь приходит паттерн Generic Wrapper.

Идея проста: создать структуру (struct), которая объединяет void* с перечислением (enum), идентифицирующим сохраненный тип. Таким образом, обертка всегда знает, как интерпретировать свое содержимое.

typedef enum {
    TYPE_INT,
    TYPE_STRING
} DataType;

typedef struct {
    void* data;
    DataType type;
} Wrapper;

При хранении данных вы выделяете память для фактического значения и записываете его тип. При извлечении вы проверяете тип перед приведением:

Wrapper wrap_int(int value) {
    int* p = malloc(sizeof(int));
    *p = value;
    return (Wrapper){ .data = p, .type = TYPE_INT };
}

void print_wrapper(Wrapper* w) {
    if (w->type == TYPE_INT) {
        printf("%d\n", *(int*)w->data);
    } else if (w->type == TYPE_STRING) {
        printf("%s\n", (char*)w->data);
    }
}

Этот паттерн является основой для создания типобезопасных универсальных контейнеров на языке C. Перечисление enum служит меткой типа времени выполнения, позволяя вашему коду принимать безопасные решения о том, как обрабатывать сохраненные данные.

Задание

Легко

Давайте создадим типобезопасную систему универсальных оберток (wrapper), которая может хранить либо целое число, либо строку, отслеживая тип хранимых данных, чтобы мы могли безопасно извлекать и выводить их позже.

Вы организуете свой код в трех файлах:

wrapper.h: Определите перечисление DataType со значениями TYPE_INT и TYPE_STRING. Затем определите структуру Wrapper, которая объединяет указатель на данные void* с полем DataType. Объявите прототипы функций для создания оберток и вывода их содержимого.
wrapper.c: Реализуйте функциональность обертки:
- wrap_int — принимает целое число, выделяет для него память, сохраняет значение и возвращает Wrapper с соответствующим тегом типа
- wrap_string — принимает строку (char*), выделяет память и копирует строку, а затем возвращает Wrapper с тегом строкового типа
- print_wrapper — проверяет тег типа и выводит данные соответствующим образом (целое число как есть, строку как есть)
- free_wrapper — освобождает динамически выделенную память внутри обертки
main.c: Соберите все вместе. Считайте индикатор типа ('i' для целого числа, 's' для строки), а затем само значение. Создайте соответствующую обертку, выведите ее содержимое и освободите память.

Ваша программа получит два входных значения:

Индикатор типа: 'i' для целого числа или 's' для строки
Значение для обертки

Пример вывода, когда входные данные 'i' и '42':

Пример вывода, когда входные данные 's' и "Hello":

Hello

Пример вывода, когда входные данные 'i' и '-100':

-100

Пример вывода, когда входные данные 's' и "Generic Programming":

Generic Programming

Не забудьте использовать include guards в заголовочном файле. Для копирования строк выделите достаточно места для строки плюс нулевой терминатор, используя strlen и strcpy.

Шпаргалка

Паттерн Generic Wrapper (универсальная обертка) связывает указатель void* с информацией о типе для создания типизированных универсальных контейнеров. Это позволяет хранить данные любого типа, сохраняя при этом информацию о том, какой именно тип данных был сохранен.

Определите перечисление (enum) для идентификации хранимых типов:

typedef enum {
    TYPE_INT,
    TYPE_STRING
} DataType;

Создайте структуру, которая объединяет указатель на данные с тегом типа:

typedef struct {
    void* data;
    DataType type;
} Wrapper;

При сохранении данных выделите память и запишите тип:

Wrapper wrap_int(int value) {
    int* p = malloc(sizeof(int));
    *p = value;
    return (Wrapper){ .data = p, .type = TYPE_INT };
}

При извлечении данных проверьте тег типа перед приведением:

void print_wrapper(Wrapper* w) {
    if (w->type == TYPE_INT) {
        printf("%d\n", *(int*)w->data);
    } else if (w->type == TYPE_STRING) {
        printf("%s\n", (char*)w->data);
    }
}

Перечисление выступает в роли тега типа времени выполнения, обеспечивая безопасную проверку типов и соответствующую обработку сохраненных данных.

Попробуйте сами

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

int main() {
    char type;
    scanf("%c", &type);
    getchar(); // пропустить символ новой строки
    
    Wrapper w;
    
    if (type == 'i') {
        int value;
        scanf("%d", &value);
        // TODO: Создать целочисленную обертку с помощью wrap_int
        
    } else if (type == 's') {
        char str[256];
        fgets(str, sizeof(str), stdin);
        // Удалить завершающий символ новой строки, если он есть
        str[strcspn(str, "\n")] = '\0';
        // TODO: Создать строковую обертку с помощью wrap_string
        
    }
    
    // TODO: Вывести содержимое обертки с помощью print_wrapper
    
    // TODO: Освободить память обертки с помощью free_wrapper
    
    return 0;
}