构建你的C语言数据容器库（从零开始掌握C语言通用数据结构）

为什么需要C语言数据容器库？

C语言本身不支持泛型，也没有标准的动态数组或链表。这意味着每次处理不同类型的集合时，你可能需要重复编写相似的逻辑。通过封装通用的C语言通用数据结构，你可以复用代码、减少错误，并提升开发效率。

第一步：实现一个简单的动态数组

动态数组是最常用的数据容器之一。它可以根据需要自动扩容，非常适合存储连续的数据。

我们使用 void* 指针来实现“泛型”效果，同时记录元素大小和数量。

// dynamic_array.h#ifndef DYNAMIC_ARRAY_H#define DYNAMIC_ARRAY_H#include <stdlib.h>#include <string.h>typedef struct {    void* data;        // 指向实际数据的指针    size_t size;       // 当前元素个数    size_t capacity;   // 容量（最大可容纳元素数）    size_t elem_size;  // 每个元素的字节大小} DynamicArray;// 初始化动态数组DynamicArray* da_create(size_t elem_size);// 释放内存void da_destroy(DynamicArray* arr);// 添加元素到末尾void da_push_back(DynamicArray* arr, const void* elem);// 获取指定索引的元素void* da_get(DynamicArray* arr, size_t index);#endif

// dynamic_array.c#include "dynamic_array.h"#define INITIAL_CAPACITY 4DynamicArray* da_create(size_t elem_size) {    DynamicArray* arr = malloc(sizeof(DynamicArray));    if (!arr) return NULL;    arr->data = malloc(INITIAL_CAPACITY * elem_size);    if (!arr->data) {        free(arr);        return NULL;    }    arr->size = 0;    arr->capacity = INITIAL_CAPACITY;    arr->elem_size = elem_size;    return arr;}void da_destroy(DynamicArray* arr) {    if (arr) {        free(arr->data);        free(arr);    }}void da_push_back(DynamicArray* arr, const void* elem) {    if (arr->size >= arr->capacity) {        arr->capacity *= 2;        arr->data = realloc(arr->data, arr->capacity * arr->elem_size);        if (!arr->data) return; // 内存分配失败    }    memcpy((char*)arr->data + arr->size * arr->elem_size, elem, arr->elem_size);    arr->size++;}void* da_get(DynamicArray* arr, size_t index) {    if (index >= arr->size) return NULL;    return (char*)arr->data + index * arr->elem_size;}

第二步：使用动态数组

下面是一个使用示例，存储整数：

#include <stdio.h>#include "dynamic_array.h"int main() {    DynamicArray* arr = da_create(sizeof(int));    int a = 10, b = 20, c = 30;    da_push_back(arr, &a);    da_push_back(arr, &b);    da_push_back(arr, &c);    for (size_t i = 0; i < arr->size; i++) {        int* val = (int*)da_get(arr, i);        printf("%d ", *val);    }    // 输出：10 20 30    da_destroy(arr);    return 0;}

第三步：扩展——实现一个单向链表

除了动态数组，C语言链表实现也是常见需求。链表适合频繁插入/删除操作。

// linked_list.htypedef struct ListNode {    void* data;    struct ListNode* next;} ListNode;typedef struct {    ListNode* head;    size_t size;    size_t elem_size;} LinkedList;LinkedList* ll_create(size_t elem_size);void ll_destroy(LinkedList* list);void ll_push_front(LinkedList* list, const void* data);void* ll_get(LinkedList* list, size_t index);

实现细节略（与动态数组类似），重点在于理解如何用 void* 实现通用性。

总结

通过本教程，你已经掌握了如何从零构建一个基础的C语言数据容器库。无论是C语言动态数组还是C语言链表实现，核心思想都是利用 void* 和元素大小参数来模拟泛型行为。

下一步，你可以尝试添加更多功能，比如排序、查找、迭代器等，逐步完善你的数据结构工具箱！

记住，良好的数据结构设计是高效C程序的基础。掌握这些技能，将大大提升你在系统编程、嵌入式开发等领域的竞争力。