数据结构

本章介绍 Auto 如何使用 type、enum 和 spec 来组织数据，以及它们如何映射到 C 的 struct、union、typedef 和函数指针模式。你将构建真实的数据结构，并了解 Auto 的 设计如何防止常见错误。

31. 结构体

C 使用 struct 将相关字段组合在一起：

struct Point {
    int x;
    int y;
};
struct Point p = {3, 4};

Auto 使用 type 定义结构体。字段以逗号分隔，构造函数使用命名初始化：

Auto 的 Point(3, 4) 转译为 C 的 (struct Point){.x = 3, .y = 4}，使用 指定初始化器。方法如 Point.modulus() 在 C 中变为独立函数 Point_Modulus(struct Point *self)。

32. 联合体

C 联合体允许不同类型共享同一块内存：

union Value {
    int i;
    float f;
};

普通的 C 联合体是不安全的——没有标签来指示哪个变体是活动的。Auto 的 enum 创建带标签的联合体，同时携带标签和值：

在 C 中，enum Shape 变为一个包含 tag 字段和 union as 字段的结构体。 is 表达式转译为对标签的 switch 语句。

33. Typedef 与 Auto type

C 使用 typedef 创建类型别名：

typedef int UserId;
typedef float Score;

Auto 的 type 携带单个字段时可以达到相同效果，无需 typedef 关键字：

Auto 的包装类型比 C 的 typedef 更具表达力，因为它们创建不同的类型——你不会 意外地将 UserId 传递给需要普通 int 的地方。

34. 位域

C 允许指定结构体字段的位宽：

struct Flags {
    unsigned int is_active : 1;
    unsigned int priority : 3;
};

位域是 C 独有的特性，用于内存受限的环境。Auto 不提供位域。请使用 bool 和 int 字段代替；编译器会在可能的情况下进行优化。

35. 枚举

C 的 enum 赋予整数常量：

enum Color { RED, GREEN, BLUE };
enum Color c = GREEN;

Auto 的 enum（无负载时）映射到 C 的 enum，使用 NAME_VARIANT 前缀 避免名称冲突：

enum Color { RED, GREEN, BLUE }

变为：

enum Color { COLOR_RED, COLOR_GREEN, COLOR_BLUE };

36. 链表

链表是一种基础数据结构。每个节点保存一个值和指向下一个节点的引用。Auto 的 ?T 可选类型自然地表示"下一个或无"的链接。

在 C 中，?Node 变为 struct Node*（可为空的指针）。nil 字面量映射为 NULL。

37. 栈与队列

栈是一种后进先出（LIFO）数据结构。用数组和一个顶部索引来实现。

队列会使用两个索引（前端和后端）或环形缓冲区。原理相同：将数组封装在 type 中并提供 push/pop 方法。

38. 哈希表

简单的哈希表使用桶数组和一个哈希函数。在 C 中，你需要为哈希和相等性策略 使用函数指针。在 Auto 中，spec 系统可以优雅地实现这一点：

spec Hasher {
    fn hash(key str) int
}

每个桶可以是链表（用于冲突链接）。完整实现超出了本章范围，但模式遵循与 第 2 章函数指针相同的 spec + type 方法。

39. C 中的 OOP 与 Auto 的 spec/type

C 没有类，但可以用结构体和函数指针模拟面向对象编程。Auto 的 spec 和 type 系统使这种方式变得惯用且类型安全。

spec Drawable 在 C 中生成一个包含函数指针的虚表结构体。每个实现的类型 （CircleObj、SquareObj）获得一个虚表实例和具体的方法函数。

40. 练习：图书管理系统

使用类型、方法和状态管理构建一个小型图书管理系统。

这个练习结合了 type 定义、方法、状态修改和条件逻辑——本章所有概念的 综合运用。

快速参考

概念	Auto	C
结构体	type Name { fields }	struct Name { fields };
构造函数	Name(v1, v2)	(struct Name){.f1=v1, .f2=v2}
方法	fn Name.method()	void Name_method(struct Name *self)
标签联合	enum Tag { Variant fields }	struct Tag { tag; union as; }
类型别名	type Name BaseType	typedef BaseType Name;
枚举	enum Color { RED }	enum Color { COLOR_RED };
可选类型	?T	T*（可为空）
链表节点	type Node { val, ?Node }	struct Node { val; Node* next; }
接口	spec Name { fn ... }	带函数指针的虚表
实现	type Foo as Spec { }	虚表实例 + 方法
空值	nil	NULL
字段访问	self.field	self->field