Question

我想在ruby中创建自己的动态数组类（作为培训）。这个想法是要创建一个DynamicArray类，它具有一个容量（在给定时刻它可以容纳的元素数量），一个大小（在给定时刻实际被推入数组的元素数量）和一个static_array，它是固定大小的int静态数组。每当此static_array满时，我们将创建一个容量为原始static_array两倍的新静态数组，并复制新static_array内部的每个元素。由于ruby中没有静态数组，所以我的想法是使用FFI https://github.com/ffi/ffi。在c中创建一个函数，该函数创建一个大小为n的int静态数组，然后可以在我的ruby程序中使用它。我对C的知识很少，并且很难理解FFI的文档到目前为止，这就是我创建的create_array.c文件，该文件定义了我的c函数以创建数组。

#include<stdio.h>
int * createArray ( int size )
{
  int array[size];
  return 0;

}

一个create_array.h文件（据我对FFI的了解，您需要将c函数放入c库中。）：

int * createArray ( int size )

这是我的dynamic_array.rb文件，可以按照以下方式进行操作：

require 'ffi'
class DynamicArray
  extend FFI::Library
  ffi_lib "./create_array.h"
  attach_function :create_array, [:int], :int
  def initialize
    @size = 0
    @capacity = 1
    @current_index = 0
    @static_array = create_array(@capacity)
  end

  def add(element)
    @size += 1
    resize_array if @size > @capacity
    @static_array[@current_index] = element
    @current_index += 1
  end

  private

  def resize_array
    @capacity = @capacity*2
    new_arr = create_array(@capacity)
    @static_array.each_with_index do |val, index|
      new_arr[index] = val
    end
    @static_array = new_arr
  end
end

这里有一些添加和调整大小的测试：

  def test_add
    dynamic_arr = DynamicArray.new
    dynamic_arr.add(1)
    dynamic_arr.add(2)
    assert_equal(1, dynamic_arr.static_array[0])
    assert_equal(2, dynamic_arr.static_array[1])
  end

  def test_resize_array
    dynamic_arr = DynamicArray.new
    dynamic_arr.add(1)
    dynamic_arr.add(2)
    assert_equal(2, dynamic_arr.capacity)
    dynamic_arr.resize_array
    assert_equal(4, dynamic_arr.capacity)
    assert_equal
  end

你能解释一下我应该做些什么吗？

Answer 1

似乎您没有正确使用C代码。

在create_array C函数中：

您没有返回数组，因此ruby代码无法与新创建的数组一起使用，您需要将其返回
如果要返回数组，则实际上需要返回它的指针
在C语言中，为了创建一个数组并且在编译之前不知道大小，您需要使用malloc（或alloc系列中的其他函数）分配它的内存

将所有内容放在一起，这就是您的create_array.c文件的样子：

#include <stdlib.h> /* in order to use malloc */

int * create_array (int size){
  int *a = malloc(size * sizeof(int));
  return a; /* returning the pointer to the array a*/
}

和您的头文件create_array.h：

int * create_array(int);

要封装所有内容，您仍然需要先进行编译，然后才能使ruby接触到它：

gcc -shared -o create_array.so -fPIC create_array.c

此命令正在使用gcc将C代码从create_array.so源文件编译到名为create_array.c的共享库中。需要安装gcc才能使其正常工作。

最后，您可以在ruby中使用C函数，并在dynamic_array.rb中进行一些修改：

require 'ffi'
class DynamicArray
  extend FFI::Library
  ffi_lib "./create_array.so" # using the shared lib
  attach_function :create_array, [:int], :pointer # receiving a pointer to the array
  # rest of your code

现在，这应该可以工作！但是您的ruby代码仍然存在一些问题：

执行@static_array = create_array(@capacity)时，您将收到指向分配的数组的C指针，而不是数组本身，至少不是在ruby中。
编写@static_array[@current_index] = element无效NoMethodError: undefined method '[]=' for #<FFI::Pointer address=0x000055d50e798600>
如果要将元素添加到数组，则C代码必须执行此操作。像这样：

void add_to_array (int * array, int index, int number){
  array[index] = number;
}

attach_function :add_to_array, [:pointer, :int, :int], :void
add_to_array(@static_array, @current_index, element)

@static_array.each_with_index也一样，您需要用C编写代码。

Answer 2

问题中的以下函数不分配您想要的数组：

#include<stdio.h>
int * createArray ( int size )
{
  int array[size];
  return 0;

}

您编写的函数中的数组对象会自动分配到堆栈上，一旦函数返回，它将自动销毁。实际上，由于不使用它，C编译器可能会优化数组。

您可能希望做的是：

VALUE * create_array(size_t size) {
   VALUE * a = calloc(size, sizeof(*a));
   return a;
}

现在，返回的a是VALUE的数组（或者从技术上讲，是指向数组第一个成员的指针）。

VALUE是Ruby对象的C等效项（通常将映射到转换为unsigned long的标记指针）。

调整大小可以使用realloc，它会自动将现有数据复制到新的内存（或数组）中：

VALUE * tmp = realloc(tmp, new_size * sizeof(*a));
if(!tmp) {
   /* deal with error, print message, whatever... */
   free(a);
   exit(-1);
}
a = tmp;

您仍然需要通过FFI将C代码连接到Ruby层，但这应该回答您有关如何调整数组大小（并纠正有关创建数组的错误）的问题。

注意：对于较大的分配，重新分配可以优化复制阶段，这在大型阵列中非常有好处，并且对性能有很大的积极影响。这可以通过利用以下事实来执行：内存地址是虚拟的，不必映射到连续的内存段。也就是说，同一内存页可能会在新分配中收到新地址。

使用FFI和C函数在ruby中创建一个动态数组类

2 个答案: