原子是一個指向唯一的、不可變的0個或任意多個字節序列的指針，大多數原子都是指向以空字符結束的字符串，但是任何一個指向任意字節序列的指針都可以使原子。任何原子只能出現一次。如果兩個原子指向同一個內存單元時，則兩個原子是相等的。僅僅比較兩個字節序列相應的指針是否相等，就可以判斷這兩個字節序列是否相等了，這就是使用原子的好處之一；還有一個好處就是使用原子可以節省空間，因為每個序列只會出現一次。
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接口
Atom的接口很簡單：
#ifndef ATOM_INCLUDED #define ATOM_INCLUDED extern int Atom_length(const char *str); extern const char *Atom_new (const char *str, int len); extern const char *Atom_string(const char *str); extern const char *Atom_int (long n); #endif
Atom_new接收一個指向字節序列的指針以及該序列的字節數作為輸入，它在原子表中增加一個該序列的拷貝，並且如果需要的話，返回原子表中指向該拷貝的指針（即原子）
原子總是以一個空字符結束，在必要的時候該空字符由Atom_new添加
Atom_string接收一個空字符串結束的字符串作為輸入，在原子表中增加一個該串的拷貝，如果需要的話返回該原子
Atom_int返回長整數n的字符串表示的原子
Atom_length返回其原子參數的長度
實現
Atom的實現對原子表進行維護。Atom_new,Atom_string,Atom_int查找原子表，並都有可能在原子表中添加一個新的元素，而Atom_length僅僅查找原子表
#include "atom.h"
Atom_string,Atom_int可以在不知道原子表細節的情況下執行相應的操作
#include <string.h> #include "assert.h" const char *Atom_string(const char *str) { assert(str); return Atom_new(str, strlen(str)); }
Atom_int首先把它的參數轉化為一個字符串，然后調用Atom_new:
#include <limits.h> const char *Atom_int(long n) { /*將參數轉換成一個字符串，然后調用Atom_new*/ char str[43]; char *s = str + sizeof str; /*將s指向字符數組的尾部*/ unsigned long m; if (n == LONG_MIN) /*處理最小的負長整數*/ m = LONG_MAX + 1UL; else if (n < 0) m = -n; else m = n; do *--s = m%10 + '0'; /*對m取余獲取最后一位數字倒序保存在字符數組中*/ while ((m /= 10) > 0); if (n < 0) *--s = '-'; /*如果n是負數在結果前面加上’-‘號*/ return Atom_new(s, (str + sizeof str) - s); }
Atom_int必須處理二進制補碼數的不對稱范圍以及C的除法和取余運算的不確定性，無符號的除法和取余都具有良好的定義，因此Atom_int也可以通過使用無符號算術來避免使用有符號運算引起的不確定。
引入頭文件和相關宏：
#include "atom.h" #include <string.h> #include "assert.h" #include <limits.h> #include "mem.h" /* 內存管理接口 */ #define NELEMS(x) ((sizeof (x))/(sizeof ((x)[0]))) /* 求數組中元素的個數 */
散列表顯然是一個針對原子表的數據結構，散列表是一個入口表的指針數組，其中每一個元素都存有一個原子：
static struct atom { struct atom *link; /*指向表中的下一個入口*/ int len; /*len存儲序列的長度*/ char *str; /*str指向序列本身*/ } *buckets[2048]; /*散列表的長度小於2048*/
針對“an atom”的struct atom的小尾數法布局：
Atom_new計算由str[0……len-1]給定序列的散列值，並用buckets的元素個數對其取模，搜索由buckets中該散列值元素所指向的鏈表。如果發現str[0……len-1]已存在於表中，它將只是簡單地返回該原子：
#define NELEMS(x) ((sizeof (x))/(sizeof ((x)[0]))) /* 求數組中元素的個數 */ const char *Atom_new(const char *str, int len) { /*接收一個指向字節序列的指針以及該序列的字節數，在原子表中增加一個該序列的拷貝*/ unsigned long h; int i; struct atom *p; assert(str); assert(len >= 0); for (h = 0, i = 0; i < len; i++) /*查找表算法*/ h = (h<<1) + scatter[(unsigned char)str[i]]; h &= NELEMS(buckets)-1; for (p = buckets[h]; p; p = p->link) /*在buckets[h]中查找是否存在str*/ if (len == p->len) { for (i = 0; i < len && p->str[i] == str[i]; ) i++; if (i == len) return p->str; /*找到即返回*/ } p = ALLOC(sizeof (*p) + len + 1); /*沒找到則新建原子*/ p->len = len; p->str = (char *)(p + 1); if (len > 0) memcpy(p->str, str, len); p->str[len] = '\0'; p->link = buckets[h]; buckets[h] = p; return p->str; }
Hash表結構：
Atom的實現對原子表進行維護，Atom_new、Atom_string以及Atom_int查找原子表，並且都有可能在原子表中添加一個新的元素，而Atom_length僅僅查找原子表。
完整實現代碼如下：
#include "atom.h" #include <string.h> #include "assert.h" #include <limits.h> #include "mem.h" /* 內存管理接口 */ #define NELEMS(x) ((sizeof (x))/(sizeof ((x)[0]))) /* 求數組中元素的個數 */ static struct atom { struct atom *link; /*指向表中的下一個入口*/ int len; /*len存儲序列的長度*/ char *str; /*str指向序列本身*/ } *buckets[2048]; /*散列表的長度小於2048*/ static unsigned long scatter[] = { /*256入口數組，它將字節映射為隨機數，這些隨機數通過標准庫的rand函數生成*/ 2078917053, 143302914, 1027100827, 1953210302, 755253631, 2002600785, 1405390230, 45248011, 1099951567, 433832350, 2018585307, 438263339, 813528929, 1703199216, 618906479, 573714703, 766270699, 275680090, 1510320440, 1583583926, 1723401032, 1965443329, 1098183682, 1636505764, 980071615, 1011597961, 643279273, 1315461275, 157584038, 1069844923, 471560540, 89017443, 1213147837, 1498661368, 2042227746, 1968401469, 1353778505, 1300134328, 2013649480, 306246424, 1733966678, 1884751139, 744509763, 400011959, 1440466707, 1363416242, 973726663, 59253759, 1639096332, 336563455, 1642837685, 1215013716, 154523136, 593537720, 704035832, 1134594751, 1605135681, 1347315106, 302572379, 1762719719, 269676381, 774132919, 1851737163, 1482824219, 125310639, 1746481261, 1303742040, 1479089144, 899131941, 1169907872, 1785335569, 485614972, 907175364, 382361684, 885626931, 200158423, 1745777927, 1859353594, 259412182, 1237390611, 48433401, 1902249868, 304920680, 202956538, 348303940, 1008956512, 1337551289, 1953439621, 208787970, 1640123668, 1568675693, 478464352, 266772940, 1272929208, 1961288571, 392083579, 871926821, 1117546963, 1871172724, 1771058762, 139971187, 1509024645, 109190086, 1047146551, 1891386329, 994817018, 1247304975, 1489680608, 706686964, 1506717157, 579587572, 755120366, 1261483377, 884508252, 958076904, 1609787317, 1893464764, 148144545, 1415743291, 2102252735, 1788268214, 836935336, 433233439, 2055041154, 2109864544, 247038362, 299641085, 834307717, 1364585325, 23330161, 457882831, 1504556512, 1532354806, 567072918, 404219416, 1276257488, 1561889936, 1651524391, 618454448, 121093252, 1010757900, 1198042020, 876213618, 124757630, 2082550272, 1834290522, 1734544947, 1828531389, 1982435068, 1002804590, 1783300476, 1623219634, 1839739926, 69050267, 1530777140, 1802120822, 316088629, 1830418225, 488944891, 1680673954, 1853748387, 946827723, 1037746818, 1238619545, 1513900641, 1441966234, 367393385, 928306929, 946006977, 985847834, 1049400181, 1956764878, 36406206, 1925613800, 2081522508, 2118956479, 1612420674, 1668583807, 1800004220, 1447372094, 523904750, 1435821048, 923108080, 216161028, 1504871315, 306401572, 2018281851, 1820959944, 2136819798, 359743094, 1354150250, 1843084537, 1306570817, 244413420, 934220434, 672987810, 1686379655, 1301613820, 1601294739, 484902984, 139978006, 503211273, 294184214, 176384212, 281341425, 228223074, 147857043, 1893762099, 1896806882, 1947861263, 1193650546, 273227984, 1236198663, 2116758626, 489389012, 593586330, 275676551, 360187215, 267062626, 265012701, 719930310, 1621212876, 2108097238, 2026501127, 1865626297, 894834024, 552005290, 1404522304, 48964196, 5816381, 1889425288, 188942202, 509027654, 36125855, 365326415, 790369079, 264348929, 513183458, 536647531, 13672163, 313561074, 1730298077, 286900147, 1549759737, 1699573055, 776289160, 2143346068, 1975249606, 1136476375, 262925046, 92778659, 1856406685, 1884137923, 53392249, 1735424165, 1602280572 }; const char *Atom_string(const char *str) { assert(str); return Atom_new(str, strlen(str)); } const char *Atom_int(long n) { /*將參數轉換成一個字符串，然后調用Atom_new*/ char str[43]; char *s = str + sizeof str; /*將s指向字符數組的尾部*/ unsigned long m; if (n == LONG_MIN) /*處理最小的負長整數*/ m = LONG_MAX + 1UL; else if (n < 0) m = -n; else m = n; do *--s = m%10 + '0'; /*對m取余獲取最后一位數字倒序保存在字符數組中*/ while ((m /= 10) > 0); if (n < 0) *--s = '-'; /*如果n是負數在結果前面加上’-‘號*/ return Atom_new(s, (str + sizeof str) - s); } const char *Atom_new(const char *str, int len) { /*接收一個指向字節序列的指針以及該序列的字節數，在原子表中增加一個該序列的拷貝*/ unsigned long h; int i; struct atom *p; assert(str); assert(len >= 0); for (h = 0, i = 0; i < len; i++) /*查找表算法*/ h = (h<<1) + scatter[(unsigned char)str[i]]; h &= NELEMS(buckets)-1; for (p = buckets[h]; p; p = p->link) /*在buckets[h]中查找是否存在str*/ if (len == p->len) { for (i = 0; i < len && p->str[i] == str[i]; ) i++; if (i == len) return p->str; /*找到即返回*/ } p = ALLOC(sizeof (*p) + len + 1); /*沒找到則新建原子*/ p->len = len; p->str = (char *)(p + 1); if (len > 0) memcpy(p->str, str, len); p->str[len] = '\0'; p->link = buckets[h]; buckets[h] = p; return p->str; } int Atom_length(const char *str) { struct atom *p; int i; assert(str); for (i = 0; i < NELEMS(buckets); i++) for (p = buckets[i]; p; p = p->link) /*在buckets表中查找str*/ if (p->str == str) return p->len; /*成功找到后返回len*/ assert(0); return 0; }
參考資料
《C語言接口與實現--創建可重用軟件的技術》