一些復數運算的C語言實現

　　很久不寫博客了。第一次寫博客是在04年，最近的一次還是在大學時，在學校時，甚至還有過自己去買虛擬主機搭WordPress寫博客的經歷。現在工作時間越長，越發現積累的重要性。那么就從這里開始吧，重新開始寫博客。

　　最近打算寫小算法，里面需要用到一些復數運算。貼一點復數運算的C語言實現代碼。都是些很簡單的東西。

　　包括以下運算：

　　復數加法、復數減法、復數乘法、復數除法、復數取模、復指數運算、復數取相角、模與相角合成復位。本人專業本職做硬件的，寫程序沒受過專業訓練，勿吐槽。

 

/*file        ComplexCalculation.h
 *author    Vincent Cui
 *e-mail    [e-mail]
 *version    0.1
 *data        20-Oct-2014
 *brief        用於復數運算的一些函數頭和定義
*/



#ifndef _COMPLEXCALCULATION_H_
#define _COMPLEXCALCULATION_H_

#define ASSERT_ENABLE 1

#define IS_COMPLEX_DIVISOR_CORRENT(DIVISOR_REAL, DIVISOR_IMAG)        ((DIVISOR_REAL != 0) || (DIVISOR_IMAG != 0)) 

typedef double                    mathDouble;
typedef unsigned char            mathUint_8;
typedef unsigned short int        mathUint_16;
typedef unsigned int            mathUint_32;


typedef struct _ReDefcomplex
{
    mathDouble    Real;
    mathDouble    Imag;
}complexType;


complexType    complexAdd(complexType a, complexType b);
complexType    complexSubtract(complexType minuend, complexType subtrahend);
complexType complexMultiply(complexType a, complexType b);
complexType complexDivision(complexType dividend, complexType divisor);
mathDouble    complexAbs(complexType a);
mathDouble    complexAngle(complexType a);
complexType complexByAbsAngle(mathDouble r, mathDouble theta);
complexType complexExp(complexType a);

#if ASSERT_ENABLE
  #define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0 : assert_failed((mathUint_8 *)__FILE__, __LINE__))
  void assert_failed(mathUint_8* file, mathUint_32 line);
#else
  #define assert_param(expr) ((void)0)
#endif



#endif

/*file        ComplexCalculation.c
 *author    Vincent Cui
 *e-mail    [e-mail]
 *version    0.1
 *data        20-Oct-2014
 *brief        用於復數運算的一些函數
*/


#include "ComplexCalculation.h"
#include "math.h"
#include "stdio.h"


/*函數名：complexAdd
 *說明：復數加法
 *輸入：a,b兩個復數
 *輸出：
 *返回：a + b 
 *調用：
 *其它：
 */
complexType    complexAdd(complexType a, complexType b)
{
    complexType result;

    result.Real = a.Real + b.Real;
    result.Imag = a.Imag + b.Imag;

    return result;
}

/*函數名：complexSubtract
 *說明：復數減法
 *輸入：minuend被減數，subtrahend減數
 *輸出：
 *返回：a － b 
 *調用：
 *其它：
 */
complexType    complexSubtract(complexType minuend, complexType subtrahend)
{
    complexType result;

    result.Real = minuend.Real - subtrahend.Real;
    result.Imag = minuend.Imag - subtrahend.Imag;

    return result;
}

/*函數名：complexMultiply
 *說明：復數乘法
 *輸入：a,b兩個復數
 *輸出：
 *返回：a * b 
 *調用：
 *其它：
 */
complexType complexMultiply(complexType a, complexType b)
{
    complexType result;

    result.Real = a.Real * b.Real - a.Imag * b.Imag;
    result.Imag = a.Imag * b.Real + a.Real * b.Imag;

    return result;
}


/*函數名：complexDivision
 *說明：復數除法
 *輸入：dividend被除數，divisor除數
 *輸出：
 *返回：a / b 
 *調用：
 *其它：divisor的實部和虛部不能同時為0
 */
complexType complexDivision(complexType dividend, complexType divisor)
{
    complexType result;

    /*斷言，被除數的實部和虛部不能同時為零*/
    assert_param(IS_COMPLEX_DIVISOR_CORRENT(divisor.Real, divisor.Imag));

    result.Real = (mathDouble)(dividend.Real * divisor.Real + dividend.Imag * divisor.Imag) / \
                  (divisor.Real * divisor.Real + divisor.Imag * divisor.Imag);
    result.Imag = (mathDouble)(dividend.Imag * divisor.Real - dividend.Real * divisor.Imag) / \
                  (divisor.Real * divisor.Real + divisor.Imag * divisor.Imag);
    return result;
}

/*函數名：complexAbs
 *說明：復數取模
 *輸入：a復數
 *輸出：
 *返回：復數的模
 *調用：
 *其它：
 */
mathDouble    complexAbs(complexType a)
{
    return (sqrt( pow(a.Real,2) + pow(a.Imag,2) ));
}


/*函數名：complexAngle
 *說明：復數取相角
 *輸入：a復數
 *輸出：
 *返回：復數的相角
 *調用：
 *其它：
 */
mathDouble    complexAngle(complexType a)
{
    /*是atan2而非atan，（-PI,PI] */
    return (atan2(a.Imag, a.Real));
}

/*函數名：complexByAbsAngle
 *說明：通過模和相角合成復數
 *輸入：r 模， theta 相角
 *輸出：
 *返回：復數
 *調用：
 *其它：
 */
complexType complexByAbsAngle(mathDouble r, mathDouble theta)
{
    complexType tmp_1,tmp_2;

    tmp_1.Real = 0;
    tmp_1.Imag = theta;
    tmp_2 = complexExp(tmp_1);
    tmp_2.Real *= r;
    tmp_2.Imag *= r;

    return tmp_2;
}

/*函數名：complexExp
 *說明：復指數運算
 *輸入：a 復指數
 *輸出：
 *返回：e的a次方
 *調用：
 *其它：使用歐拉公式 e^(jw) = cos(w) + j * sin(w)
 */
complexType complexExp(complexType a)
{
    complexType result;

    result.Real = exp(a.Real) * cos(a.Imag);
    result.Imag = exp(a.Real) * sin(a.Imag);

    return result;
}


#if ASSERT_ENABLE
/*函數名：assert_failed
 *說明：斷言函數
 *輸入：
 *輸出：打印出錯的位置
 *返回：
 *調用：
 *其它：
 */
void assert_failed(mathUint_8* file, mathUint_32 line)
{
    printf("Assert Error in File: %s \r\nLine: %d \r\n",file,line);
}

#endif

#include "ComplexCalculation.h"
#include "stdio.h"

int main(void)
{
    complexType a,b,c;
    a.Imag = 0.5;
    a.Real = 2.5;
    b.Real = 1;
    b.Imag = -5;

    c = complexAdd(a,b);
    printf("complexAdd: c.Real %f, c.Imag %f \r\n",c.Real,c.Imag);
    c = complexSubtract(a,b);
    printf("complexSubtract: c.Real %f, c.Imag %f \r\n",c.Real,c.Imag);
    c = complexMultiply(a,b);
    printf("complexMultiply: c.Real %f, c.Imag %f \r\n",c.Real,c.Imag);
    c = complexDivision(a,b);
    printf("complexDivision: c.Real %f, c.Imag %f \r\n",c.Real,c.Imag);
    printf("Abs(c): %f\r\n",complexAbs(a));
    printf("Angle(c): %f\r\n",complexAngle(a));
    c = complexByAbsAngle(complexAbs(a),complexAngle(a));
    printf("complexByAbsAngle: a.Real %f, a.Imag %f \r\n",c.Real,c.Imag);

    while(1);
}

 

 

 

下面是運行結果，在VS2012上運行的。

 

歡迎一起交流！

 

后面博客中我會寫一些數字信號處理運算的C語言實現。