1、 概述
C语言是一种面向过程的程序设计语言,而C++是在C语言基础上衍生来了的面向对象的语言,实际上,很多C++实现的底层是用C语言实现的,如在Visual C++中的Interface其实就是struct,查找Interface的定义,你可以发现有这样的宏定义:
#ifndef Interface
#define Interface struct
#endif
C++在语言级别上添加了很多新机制(继承,多态等),而在C语言中,我们也可以使用这样的机制,前提是我们不得不自己实现。
本文介绍了用C语言实现封装,继承和多态的方法。
2、 基本知识
在正式介绍C语言实现封装,继承和多态事前,先介绍一下C语言中的几个概念和语法。
(1) 结构体
在C语言中,常把一个对象用结构体进行封装,这样便于对对象进行操作,比如:
- strcut Point{
-
- int x;
-
- int y;
-
- };
结构体可以嵌套。因而可以把一个结构体当成另一个结构体的成员,如:
- struct Circle {
-
- struct Point point_;
-
- int radius;
-
- };
该结构体与以下定义完全一样(包括内存布置都一样):
- struct Circle {
-
- int x;
-
- int y;
-
- int radius;
-
- };
(2) 函数指针
函数指针是指针的一种,它指向函数的首地址(函数的函数名即为函数的首地址),可以通过函数指针来调用函数。
如函数:
int func(int a[], int n);
可以这样声明函数指针:
int (*pFunc)(int a[], int n);
这样使用:
pFunc = func;
(*pFunc)(a, n);【或者PFunc(a, n)】
可以用typedef定义一个函数指针类型,如:
typdef int (*FUNC)(int a[], int n)
可以这样使用:
int cal_a(FUNC fptr, int a[], int n)
{
//实现体
}
(3) extern与static
extern和static是C语言中的两个修饰符,extern可用于修饰函数或者变量,表示该变量或者函数在其他文件中进行了定义;static也可用于修饰函数或者变量,表示该函数或者变量只能在该文件中使用。可利用它们对数据或者函数进行隐藏或者限制访问权限。
3、 封装
在C语言中,可以用结构+函数指针来模拟类的实现,而用这种结构定义的变量就是对象。
封装的主要含义是隐藏内部的行为和信息,使用者只用看到对外提供的接口和公开的信息。有两种方法实现封装:
(1) 利用C语言语法。在头文件中声明,在C文件中真正定义它。
这样可以隐藏内部信息,因为外部不知道对象所占内存的大小,所以不能静态的创建该类的对象,只能调用类提供的创建函数才能创建。这种方法的缺陷是不支持继承,因为子类中得不到任何关于父类的信息。如:
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-
- #ifndef POINT_H
-
- #define POINT_H
-
- struct Point;
-
- typedef struct Point point;
-
- point * new_point();
-
- void free_point(point *point_);
-
- #endif
-
-
-
- #include””
-
- strcut Point
-
- {
-
- int x;
-
- int y;
-
- };
-
- point * new_point()
-
- {
-
- point * new_point_ = (point *) malloc(sizeof(point));
-
- return new_point_;
-
- }
-
- void free_point(point *point_)
-
- {
-
- if(point_ == NULL)
-
- return;
-
- free(point_);
-
- }
(2) 把私有数据信息放在一个不透明的priv变量或者结构体中。只有类的实现代码才知道priv或者结构体的真正定义。如:
- #ifndef POINT _H
-
- #define POINT_H
-
- typedef struct Point point;
-
- typedef struct pointPrivate pointPrivate;
-
- strcut Point
-
- {
-
- Struct pointPrivate *pp;
-
- };
-
- int get_x(point *point_);
-
- int get_y(point *point_);
-
- point * new_point();
-
- void free_point(point *point_);
-
- #endif
-
-
-
- #include””
-
- struct pointPrivate
-
- {
-
- int x;
-
- int y;
-
- }
-
- int get_x(point *point_)
-
- {
-
- return point_->pp->x;
-
- }
-
- int get_y(point *point_)
-
- {
-
- return point_->pp->y;
-
- }
-
-
4、 继承
在C语言中,可以利用“结构在内存中的布局与结构的声明具有一致的顺序”这一事实实现继承。
比如我们要设计一个作图工具,其中可能涉及到的对象有Point(点),Circle(圆),由于圆是由点组成的,所有可以看成Circle继承自Point。
另外,Point和Circle都需要空间申请,空间释放等操作,所有他们有共同的基类Base。
-
-
- #ifndef NEW_H
-
- #define NEW_H
-
- void * new (const void * class, ...);
-
- void delete (void * item);
-
- void draw (const void * self);
-
- #endif
-
-
-
- #include “”
-
- #include “”
-
- void * new (const void * _base, ...)
-
- {
-
- const struct Base * base = _base;
-
- void * p = calloc(1, base->size);
-
- assert(p);
-
- * (const struct Base **) p = base;
-
- if (base ->ctor)
-
- {
-
- va_list ap;
-
- va_start(ap, _base);
-
- p = base ->ctor(p, &ap);
-
- va_end(ap);
-
- }
-
- return p;
-
- }
-
- void delete (void * self)
-
- {
-
- const struct Base ** cp = self;
-
- if (self && * cp && (* cp) —> dtor)
-
- self = (* cp) —>dtor(self);
-
- free(self);
-
- }
-
- void draw (const void * self)
-
- {
-
- const struct Base * const * cp = self;
-
- assert(self &&* cp && (* cp)->draw);
-
- (* cp) ->draw(self);
-
- }
-
-
-
- #ifndef BASE_H
-
- #define BASE_H
-
- struct Base
-
- {
-
- size_t size;
-
- void * (* ctor) (void * self, va_list * app);
-
- void * (* dtor) (void * self);
-
- void (* draw) (const void * self);
-
- };
-
- #endif
-
-
-
- #ifndef POINT_H
-
- #define POINT_H
-
- extern const void * Point;
-
- #endif
-
-
-
- #ifndef POINT_R
-
- #define POINT_R
-
- struct Point
-
- {
-
- const void * base;
-
- int x, y;
-
- };
-
- #endif
-
-
-
- #include “”
-
- #include “”
-
- #include “”
-
- #include “”
-
- static void * Point_ctor (void * _self, va_list * app)
-
- {
-
- struct Point * self = _self;
-
- self ->x = va_arg(* app, int);
-
- self ->y = va_arg(* app, int);
-
- return self;
-
- }
-
- static void Point_draw (const void * _self)
-
- {
-
- const struct Point * self = _self;
-
- printf(“draw (%d,%d)”, self -> x, self -> y);
-
- }
-
- static const struct Base _Point = {
-
- sizeof(struct Point), Point_ctor, 0, Point_draw
-
- };
-
- const void * Point = & _Point;
-
-
-
- #include “”
-
- #include “”
-
- int main (int argc, char ** argv)
-
- {
-
- void * p = new(Point, 1, 2);
-
- draw(p);
-
- delete(p);
-
- }
同样,Circle要继承Point,则可以这样:
- struct Circle
-
- {
-
- const struct Point point;
-
- int radius;
-
- };
5、 多态
可以是用C语言中的万能指针void* 实现多态,接上面的例子:
-
-
- void * p = new(Point, 1, 2);
-
- void * pp = new(Circle, 1, 2);
-
- draw(p);
-
- draw(pp);
-
- delete(p);
-
- delete(pp);
6、 总结
C语言能够模拟实现面向对象语言具有的特性,包括:多态,继承,封装等,现在很多开源软件都了用C语言实现了这几个特性,包括大型开源数据库系统postgreSQL,可移植的C语言面向对象框架GObject,无线二进制运行环境BREW。采用C语言实现多态,继承,封装,能够让软件有更好的可读性,可扩展性。