C 語言泛型編程實戰：利用 void* 與函數指針實現類型無關算法

為什麼需要泛型？

C 語言無模板、無泛型關鍵字，但通過 void*（無類型指針）+ 顯式傳遞類型大小 + 函數指針回調，可實現類型無關的算法復用，效率接近專用版本。

從交換兩個 int 到通用 swap

專用版

void swap_int(int *a, int *b) {
    int tmp = *a; *a = *b; *b = tmp;
}

嘗試 void* 失敗版

// 錯誤：void* 無法解引用，編譯器不知大小
void swap_void(void *a, void *b) {
    void tmp = *a; // error: void value not ignored
    *a = *b;
    *b = tmp;
}

正確通用版：傳遞大小 + memcpy

#include <string.h>

void swap(void *a, void *b, size_t size) {
    char *tmp = malloc(size);
    memcpy(tmp, a, size);
    memcpy(a, b, size);
    memcpy(b, tmp, size);
    free(tmp);
}

// 調用
int x = 1, y = 2;
swap(&x, &y, sizeof(int));

double u = 3.14, v = 2.71;
swap(&u, &v, sizeof(double));

通用線性查找 lsearch

固定類型版

int lsearch_int(int key, int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n; i++)
        if (arr[i] == key) return i;
    return -1;
}

通用版：void* + 元素大小 + 比較函數指針

void* lsearch(void *key, void *base, int n, size_t elemSize,
              int (*cmp)(const void*, const void*, size_t)) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        void *elem = (char*)base + i * elemSize;
        if (cmp(key, elem, elemSize) == 0) return elem;
    }
    return NULL;
}

// int 比較器
int cmp_int(const void *a, const void *b, size_t sz) {
    return *(int*)a - *(int*)b;
}

// 調用
int arr[] = {5, 2, 9, 1, 7};
int key = 9;
int *found = lsearch(&key, arr, 5, sizeof(int), cmp_int);

關鍵點總結

標準庫中的泛型實踐

• qsort：void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*))
• bsearch：二分查找，同樣接口。
• stdlib.h 中的 lfind、lsearch（POSIX）。

進階：類型安全的宏封裝

#define SWAP(a, b) do { \
    typeof(a) _tmp = (a); \
    (a) = (b); \
    (b) = _tmp; \
} while(0)  // GCC 擴展，編譯期類型安全

結語

C 語言泛型編程的核心是「數據與操作分離」：用 void* 擦除數據類型，用函數指針參數化操作語義，用 sizeof 保留大小信息。這種思想正是 C++ 模板、Java 泛型、Go 接口的底層邏輯雛形。