有没有办法在不包含 <complex.h> 的情况下声明一个复数？答案

【问题标题】：Is there a way to declare a complex number without including <complex.h>?有没有办法在不包含 <complex.h> 的情况下声明一个复数？
【发布时间】：2019-10-05 00:24:51
【问题描述】：

我想使用<complex.h> 库来加快一些计算，其中可能包括多达 20 个复杂元素和操作 (+ - * /)。但是，我的同事已经声明了一个结构：

struct complex {
    double a;
    double b;
};

因此来自库的complex宏与上述结构冲突，无法使用。

问题是，由于对当前项目的巨大影响，我无法更改结构的名称。我尝试改用_Complex 宏，并删除#include <complex.h> 标头，它可以工作，但_Imaginary_I、_Complex_I 或I 不起作用。

#include <stdio.h>      /* Standard Library of Input and Output */
// #include <complex.h>    /* I want to remove this */    

int main() {
    struct complex
    {
        double a;
        double b;
    };
    double _Complex z1 = 1.0;// + 3.0 * _Complex_I;
    double _Complex z2 = 1.0;// - 4.0 * _Complex_I;    

    // none of these work
    double _Complex z = CMPLX(0.0, -0.0);
    double _Complex z3 = 1.0 + 1.0 * _Imaginary_I;
    double _Complex z4 = 1.0 + 1.0 * _Complex_I;
    double _Complex z5 = 1.0 + 1.0 * I;    

    printf("Starting values: Z1 = %.2f + %.2fi\n", creal(z1), cimag(z1));    

}

我希望有一种方法可以区分来自库的复杂宏和定义的复杂结构。遗憾的是我无法改变结构，所以事情变得出乎意料地复杂了。

我的__STDC_VERSION__ 是201112L，而__VERSION__ 是“4.2.1 Compatible Apple LLVM 10.0.1 (clang-1001.0.46.4)”。

【问题讨论】：

_Complex 不是宏；它是§6.4.1 Keyword，_Imaginary 也是。以_I 为后缀的名称不是关键字；它们是由<complex.h> 定义的宏。
但是，我的同事已经声明了 struct complex 而不是跳过箍来回避这个基本问题，FIX真的很难> 误用a standard C identifier的实际问题？因为那是 REAL 问题，不修复它会奖励错误代码的创建 - 并留下一个地雷，在未来引发各种问题。当 New Coder 开始使用该程序并且不知道他必须#undef complex 才能掩盖过去的错误决定时会发生什么？

标签： c header-files c99 complex-numbers standard-library

【解决方案1】：

C 标准预见到了这个问题，并有一个专门针对它的子句，7.3.1p7：

尽管有 7.1.3 的规定，程序可能会取消定义并可能重新定义宏 complex、imaginary 和 I。

这意味着，你可以这样做：

#include <stdio.h>
#include <complex.h>
#undef complex     /* after including complex.h, before declaring struct complex */

//#include <header_that_defines_struct_complex.h>
struct complex
{
    double a;
    double b;
};

现在您的代码可以毫无问题地同时使用struct complex 和double _Complex，并且可以访问<complex.h> 中声明的复杂数学函数。

int main(void)
{
    // this should all be fine now
    double _Complex z = CMPLX(0.0, -0.0);
    double _Complex z1 = 1.0 + 3.0 * _Complex_I;
    double _Complex z2 = 1.0 - 4.0 * _Complex_I;    
    double _Complex z3 = 1.0 + 1.0 * _Imaginary_I;
    double _Complex z4 = 1.0 + 1.0 * _Complex_I;
    double _Complex z5 = 1.0 + 1.0 * I;    
    printf("Starting values: Z1 = %.2f + %.2fi\n", creal(z1), cimag(z1));    

    return 0;
}

但是请注意，无法使struct complex 自动转换为double _Complex，也无法“兼容”double _Complex，即使它们在内存中可能具有相同的布局。您必须手动来回复制。

【讨论】：

...呵呵。不敢相信我这么接近那个明显的解决方案就摔倒了。
虽然这是目前规避标准定义的有效方式，但这并不能为未来的软件开发奠定坚实的基础。一般来说，重用 C 标准为不同目的定义的任何标识符都不是一个好主意。仅供参考，C 委员会目前正在讨论将这些丑陋的关键字（如 _Complex）更改为它们的“真实”小写名称。
@JensGustedt 呃，我希望他们意识到这是多么糟糕的想法。与执行此类操作的古老第三方库的向后兼容性，您对此无能为力，这是 C 仍然要做的唯一事情之一。
是的，我忘记了只有complex宏被复制了，其他组件如creal、cimag和I仍然可以正常工作。

【解决方案2】：

或者，您可以重新定义在the_other_colleagues_header 中定义的结构复合体

#define complex my_complex
#include <the_other_colleagues_header>
#undef complex

#include <complex.h>

现在在您的 .c 文件中，您可以同时使用 complex 和 my_complex，其他人仍然可以正常使用 struct complex。或者为complex.h 编写一个包装器并从您的应用程序中调用它

但更好的解决方案是让其他同事改名。使用标准名称通常是个坏主意

【讨论】：

您的解决方案确实有效，它也帮助我理解了undef 指令的另一种用法。我认为它的目的只是删除define 指令。另外，感谢您编辑我的问题并使它变得更好！

【解决方案3】：

你的实际问题是

my colleague has declared a struct:

    struct complex {
        double a;
        double b;
    };

解决这个问题。

解决此问题的所有其他方法都会创建事实上对撤消标准 C 功能的未记录依赖 - 宏 complex 的定义.您的组织将要做的最好的事情可能是“在我们的编码标准的第 4 页[你有编码标准吗？]，它声明你必须在#include <complex.h> 之后#undef complex，然后你必须@987654325 @ 在那之后”。你的组织实际上做那么多的几率是多少？然后确保节目中的每个人都知道这一点？

很可能，他们不会为此付出努力，甚至不会接近。

你最终会得到一些无证的部落知识。

同样，您的组织是否甚至有书面编码标准并实际执行？如果您不能对此回答是肯定的，那么您确实需要现在真正解决问题的根本原因，而不是将其埋没，等着在未来引发更严重的问题。

struct complex 不仅创建了对撤消标准 C 功能的依赖，而且还创建了对 #include 指令和 #undef 语句的排序依赖。如果不严格遵循这些依赖关系，没有真正的方法可以知道会发生什么 - 不能排除未来几年奇怪的结果和无法解释的故障。

是的，使用#undef complex 取消定义宏是合法的，而且并不难。但是如果有人不这样做，或者以错误的顺序执行，会发生什么？

如果你做得对，编写和维护软件就够难了。不要故意做一些有问题的事情，从而使程序的整个生命周期变得更加困难。

【讨论】：