C数值计算程序移植到VC开发环境

核心提示： 胡金山,史亚锋（空军工程大学工程学院一系飞机教研室 西安710038）如需转载请与作者联系 摘要：针对C程序的特点，给出将之移植到VC集成环境下的技术，C数值计算程序移植到VC开发环境，对一个常用程序集实施了改写，并提供了C++数组和矩阵模板类，方便地进行必要的改进和

胡金山,史亚锋

（空军工程大学工程学院一系飞机教研室 西安710038）

如需转载请与作者联系

摘　要：针对C程序的特点，给出将之移植到VC集成环境下的技术，对一个常用程序集实施了改写，并提供了C++数组和矩阵模板类，对C程序进行面向对象的封装。

要害词: 移植；数值计算；封装；模板类

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



代码下载

一. 引言

由于C语言长期广泛应用，现存有大量经过严格检验的实用C程序，它们可以用来很好地解决工程应用中的实际问题。但是旧的C程序往往有很多与现代编译器不兼容的地方，因此我们要根据具体的代码情况进行相应的移植处理。

本文以改写清华大学出版社出版的C常用算法程序集(以下简称“程序集”)为例，说明如何将旧的C程序移植到目前普遍使用的C/C++开发环境Visual C++下。除了列举一些移植程序的方法和技巧，本文还给出两个C++类：数组类和矩阵模板类，以例示如何对C程序进行面向对象的包装处理。

二。.基于C语言分析和改换

我们知道，Visual C++支持ANSI C，下面列举源代码影响编译、不兼容的情况和相应解决方案，并给出基于ANSI C标准的函数的基本调用例子。

1. 函数定义参数声明没有采用现代风格，例如全选主元高斯消去法：

int agaus(a,b,n)

int n;

double a[],b[];

{……;}

参数声明应改为数组形式：

int agaus(double a[],double b[],int n)

或者改为指针形式：

int agaus(double* a,double* b,int n);

调用方法：

agaus(&a[0][0],&b[0],n);

/* a二维双精度型数组、b一维双精度型数组，n整型变量 */

C/C++中用下标法和指针法都可以访问一个数组，设有数组a，则a[i]和*(a+i)无条件等价。假如指针变量p指向数组中的一个元素，则p+1指向同一数组的下一个元素。若p的初值为&a[0]，则p+i和a+I都是a[i]的地址；*(p+i)和*(a+i)就是p+i或a+i所指向的数组元素，即a[i]；指向数组的指针变量也可以带下标，如p[i]与*(p+i)等价。所以，在实际使用该函数，假如碰到数组作形参，可以将数组第一个元素地址作为实参传值调用函数。

2. 动态存储分配函数返回void*型指针变量，它指向一个抽象类型的数据，ANSI C标准规定在将它赋值给另一个指针变量时需要进行强制类型转换，所以下面代码Line1要用Line2替换：

double* v;

v=malloc(n*m*sizeof(double));/* Line1 */

v=(double*)malloc(n*m*sizeof(double));

/* Line2 */

3. 某些算法函数可能要调用一些用户自定义函数，如最佳一致逼近的里米兹方法：

void hremz(a,b,p,n,eps)

int n;

double a,b,eps,p[];

{ extern double hremzf();

…

}

原方法使程序集与应用程序的耦合程度增加，缺乏灵活性，可以改为:

void hremz(double a,double b,

double p[],int n,double eps,

double (*hremzf)(double x))

{…

}

用函数指针作参数，调用时直接将函数名作实参即可：

hremz(a,b,p,4,eps,hremzf);

/* 假设各参数在主程序文件已定义 */



4. 有的时候需要将一些函数的控制台输出作为字符串值返回，比如：

printf("%c",xy[i][j]);

我们可以用形似

sprintf( buffer,"%c",xy[i][j]),

strcat( str, buffer );

的合并语句(其中str是一个足够大的字符串数组参数)代替

printf("%c",xy[i][j]);

例如：

char* buffer;

buffer =(char*)malloc(n*sizeof(char)); /*n作为参数传递，例如100 */

sprintf( buffer,"%c",xy[i][j]),

strcat( str, buffer );　　 

/*把终端输出字符添加到str 串尾*/

…

free(buffer)

假如用到了它们，调用方法以随机样本分析为例：

char str[1024];

str[0]='\0';/*初始化为空串*/

irhis(x,100,x0,h,10,1,&dt[0],&g[0],&q[0],str);

现在str数组保存了终端输出文本，可以随意使用它，比如在控制台程序里输出：

puts(str);

在使用MFC类库时，str可以直接赋值给一个CString对象的实例。

经过以上的工作，我们得到基于ANSI C标准的程序版本，可以在C和C++开发环境下使用。

三. 基于C++语言分析和改换

由于C语言本身的弱点，程序集还存在的缺陷主要有

1.异常处理机制支持较弱；

2.程序没有对数组下标是否越界的检测。

假如编程人员对C/C++语言很生疏，并且不熟悉该程序集，那么有可能由于编码的失误在调试过程中得到不可预知的荒谬结果。我们的解决方案是为程序集增加C++的异常处理机制，以及用类封装技术，对数组进行面向对象的封装和使用，用Array模板类对象替换一维数组，用Matrix模板类对象替换二维数组。下面给出两个类的声明部分，它们分别实现最基本的数组和矩阵数据结构和算法。

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);

};

举例说明我们关于异常机制和数组越界的检测方法的思路。TMatrix类的operator[]返回一个嵌套类Row的引用，它用来描述某一给定二维数组的一个特定行。Row类的operator[]则返回该行一个特定位置的T类型值。最终实现还是通过Matrix<T>::Select()函数，该函数体代码如下：

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];

}

应用程序实例：

unsigned int i,j;

unsigned int m=2,n=3;

TMatrix< > mat(m,n);//双精度型矩阵

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)　　 //捕捉异常

{cout<<str<<endl;}

终端输出如下(注：类实例mat没有初始化)：

-6.27744e+066　 -6.27744e+066　 -6.27744e+066　 Error -- Invalid colum: 3

只输出一行，根据出错提示，把Line3改为：“for(j=0; j<n; j++)”，重新编译运行，输出2行3列的正确结果：

-6.27744e+066　 -6.27744e+066　 -6.27744e+066

-6.27744e+066　 -6.27744e+066　 -6.27744e+066

由于我们对operator[]进行了重载，所以数组模板类（矩阵模板类）完全兼容C/C++一维数组（二维数组）的存取操作，因此旧程序中数组变量直接可以用类实例变量替代。

上边给出的数组和矩阵模板类简洁高效，易于使用，并且也有较好的灵活性。但是，标准C++中提供了为数值计算优化过的valarray模板类取代数组操作，请参阅文献[3]，在Numerics这一章中，探讨了valarray，slice等技术，并给出一个在此基础上Matrix类的实现。建议熟练的C++程序员把握这些更为权威、高级的技术。笔者已经在所附的程序集里包含了一个实现，可能有Bug哦，呵呵！

图1是我们用Visual C++ 6开发的演示程序界面，左边是所有算法的目录树，右边是文本计算结果输出，下部悬浮窗口是算法程序源代码，可以拷贝粘贴,稍作修改即可重用。



图1

四. 结论

新的程序与原程序相比较的优点

1. 遵从ISO C/C++标准，因此具有良好的可移植性。可以在大多数流行的C++开发环境下使用；

2. 利用一些技巧，改进了原程序不利于扩展和缺少灵活性的缺点；

3. 去除了原程序中几个影响效率的Bug；

4. 增加异常处理机制和数组越界检测，增强可调试性和健壮性；

5. 数组和矩阵操作得到了强有力的支持。

经过我们实际应用测试，新的程序集可以满足一般工程应用的数值计算需要，并且能够在原来的基础上，方便地进行必要的改进和扩充。

(参考文献)

1.徐士良. C常用算法程序集[M]. 清华大学出版社, 1996.11

2.谭浩强. C程序设计[M]. 清华大学出版社，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.