一些复数运算的C语言实现

　　很久不写博客了。第一次写博客是在04年，最近的一次还是在大学时，在学校时，甚至还有过自己去买虚拟主机搭WordPress写博客的经历。现在工作时间越长，越发现积累的重要性。那么就从这里开始吧，重新开始写博客。

　　最近打算写小算法，里面需要用到一些复数运算。贴一点复数运算的C语言实现代码。都是些很简单的东西。

　　包括以下运算：

　　复数加法、复数减法、复数乘法、复数除法、复数取模、复指数运算、复数取相角、模与相角合成复位。本人专业本职做硬件的，写程序没受过专业训练，勿吐槽。

/*file        ComplexCalculation.h
 *author    Vincent Cui
 *e-mail    whcui1987@163.com
 *version    0.1
 *data        20-Oct-2014
 *brief        用于复数运算的一些函数头和定义
*/



#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    whcui1987@163.com
 *version    0.1
 *data        20-Oct-2014
 *brief        用于复数运算的一些函数
*/


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


/*函数名：complexAdd
 *说明：复数加法
 *输入：a,b两个复数
 *输出：
 *返回：a + b 
 *调用：
 *其它：
 */
complexType    complexAdd(complexType a, complexType b)
{
    complexType result;

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

    return result;
}

/*函数名：complexSubtract
 *说明：复数减法
 *输入：minuend被减数，subtrahend减数
 *输出：
 *返回：a － b 
 *调用：
 *其它：
 */
complexType    complexSubtract(complexType minuend, complexType subtrahend)
{
    complexType result;

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

    return result;
}

/*函数名：complexMultiply
 *说明：复数乘法
 *输入：a,b两个复数
 *输出：
 *返回：a * b 
 *调用：
 *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;
}


/*函数名：complexDivision
 *说明：复数除法
 *输入：dividend被除数，divisor除数
 *输出：
 *返回：a / b 
 *调用：
 *其它：divisor的实部和虚部不能同时为0
 */
complexType complexDivision(complexType dividend, complexType divisor)
{
    complexType result;

    /*断言，被除数的实部和虚部不能同时为零*/
    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;
}

/*函数名：complexAbs
 *说明：复数取模
 *输入：a复数
 *输出：
 *返回：复数的模
 *调用：
 *其它：
 */
mathDouble    complexAbs(complexType a)
{
    return (sqrt( pow(a.Real,2) + pow(a.Imag,2) ));
}


/*函数名：complexAngle
 *说明：复数取相角
 *输入：a复数
 *输出：
 *返回：复数的相角
 *调用：
 *其它：
 */
mathDouble    complexAngle(complexType a)
{
    /*是atan2而非atan，（-PI,PI] */
    return (atan2(a.Imag, a.Real));
}

/*函数名：complexByAbsAngle
 *说明：通过模和相角合成复数
 *输入：r 模， theta 相角
 *输出：
 *返回：复数
 *调用：
 *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;
}

/*函数名：complexExp
 *说明：复指数运算
 *输入：a 复指数
 *输出：
 *返回：e的a次方
 *调用：
 *其它：使用欧拉公式 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
/*函数名：assert_failed
 *说明：断言函数
 *输入：
 *输出：打印出错的位置
 *返回：
 *调用：
 *其它：
 */
void assert_failed(mathUint_8* file, mathUint_32 line)
{
    printf("Assert Error in File: %s 
Line: %d 
",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 
",c.Real,c.Imag);
    c = complexSubtract(a,b);
    printf("complexSubtract: c.Real %f, c.Imag %f 
",c.Real,c.Imag);
    c = complexMultiply(a,b);
    printf("complexMultiply: c.Real %f, c.Imag %f 
",c.Real,c.Imag);
    c = complexDivision(a,b);
    printf("complexDivision: c.Real %f, c.Imag %f 
",c.Real,c.Imag);
    printf("Abs(c): %f
",complexAbs(a));
    printf("Angle(c): %f
",complexAngle(a));
    c = complexByAbsAngle(complexAbs(a),complexAngle(a));
    printf("complexByAbsAngle: a.Real %f, a.Imag %f 
",c.Real,c.Imag);

    while(1);
}

下面是运行结果，在VS2012上运行的。

欢迎一起交流！

后面博客中我会写一些数字信号处理运算的C语言实现。