如何在C語言裡實現“物件導向編程”

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有人認為物件導向是C++/Java這種進階語言的專利，實際不是這樣，物件導向作為一種設計方法，是不限制語言的。只能說，用C++/Java這種文法來實現物件導向會更容易、更自然一些。

在本節中，就展示如何在C語言中實現物件導向編程，這是一件吃力的工作。寫這些的目的有兩個：

① 更好的掌握C++中的class的概念。學習了本章，就知道C程式員的無耐，就知道為什麼要發明一個class的概念、為什麼要有成員函數等等。

② 為C程式員提供一個參考設計。由在存在某些場合，只允許用C語言來編程，不允許用C++來編程。這時候，可以參考本篇的代碼，用C的文法來類比C++的類來實現物件導向編程。

本篇按從易到難的順序，提供幾種基於C struct的物件導向的寫法。在本節的展示中，統一以.c尾碼命名檔案，也就是說，是以C語言的文法來書寫代碼。C語言和C++的struct寫法略有區別，請參考附錄《C++與C的區別》。

 

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1.1         第1種方法

這種方法只適合單一執行個體的對象。以印表機Print對象為例，系統中只存在一台印表機，此時按以下方法提供介面，

首先，給出printer.h，裡面寫明對外的介面，

/////////////////// printer.h begin ///////////////

#ifndef _PRINTER_H

#define _PRINTER_H

 

int pr_open();   // 開啟印表機

void pr_close();  // 關閉印表機

void pr_print(const char* text); // 列印文本

 

#endif

/////////////////////////////////////////////////////

 

其次，給出printer.c，給出函數介面的實現。由於沒有辦法操縱一台真實的印表機，那樣代碼太複雜，作者不容易理解。所以這裡使用“虛擬印表機”的概念，所謂“列印”，只是將檔案寫到指定的檔案c:\printer.txt裡，

/////////////////// printer.c ///////////////

#include <stdio.h>

#include "printer.h"

// 定義

typedef struct 

{

      FILE* outfile;

}printer_t;

 

// 定義唯一執行個體

static printer_t pr = { NULL };

// 開啟印表機

int pr_open() 

{

      pr.outfile = fopen("c:/printer.txt", "ab");

      if(pr.outfile == NULL)

             return -1;

      return 0;

}

// 關閉印表機

void pr_close() 

{

      if(pr.outfile)

      {

             fclose(pr.outfile);

             pr.outfile = NULL;

      }

}

// 列印文本

void pr_print(const char* text)

{

      fprintf(pr.outfile, text);

}

/////////////////// ///////////////

 

在main.c中這麼調用

/////////////////// main.c  ///////////////

#include "printer.h"

void main()

{

      pr_open();  // 開啟

      pr_print("aaabbbccc\n"); // 輸出文本

      pr_close(); // 關閉

}

 

可以總結出這種寫法的特點：

(1) 雖然是物件導向，但只有一個對象，該對象外部不可見；

(2) 外界只能通過函數介面該對象的功能。可以發現，函數中並沒有傳入對象的指標。

 

1.2         第2種方法

當可以建立多個對象時，使用此種方法來實現。仍然前面的printer為例，其實這個printer只是一個“虛擬”的印表機，最終目標是輸出到一個本地的檔案。那麼，可以允許建立多個printer對象的。

標頭檔printer.h中定義對象，在提供的介面函數都有對象指標，其中~open函數用於建立一個對象，~close用於銷毀對象，

///////////////////printer.h  ///////////////

#ifndef _PRINTER_H

#define _PRINTER_H

 

#include <stdio.h>

typedef struct 

{

      FILE* outfile;

}printer_t;

 

printer_t* pr_open(const char* filename);   // 開啟印表機

void pr_close(printer_t* pr);  // 關閉印表機

void pr_print(printer_t* pr, const char* text); // 列印文本

 

#endif

 

下面是它的實現，

///////////////////printer.c ///////////////

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include "printer.h"

 

// 開啟印表機

printer_t* pr_open(const char* filename) 

{

      printer_t* pr = (printer_t*)malloc(sizeof(printer_t));

      pr->outfile = fopen(filename, "ab");

      if(!pr->outfile)

      {

             free(pr);

             return NULL;

      }

      return pr;

}

// 關閉印表機

void pr_close(printer_t* pr) 

{

      fclose(pr->outfile);

      free(pr);

}

// 列印文本

void pr_print(printer_t* pr, const char* text)

{

      fprintf(pr->outfile, text);

}

 

在main.c的調用這個對象，

///////////////////main.c ///////////////

#include "printer.h"

void main()

{

      printer_t* pr = pr_open("c:/1.txt");

      pr_print(pr, "aaabbbccc\n");

      pr_close(pr);

}

 

至此，物件導向已經比較完整，它有3個要素：

① 對象的建立：使用pr_open函數來建立一個對象，允許建立多個對象；

② 對象的銷毀： 使用pr_close來銷毀對象

③ 對象的功能介面： pr_print是其功能介面，注意這個函數的第一個參數就是指向了一個對象

 

1.3         第3種方法

這種方法是對方法2的升級，理念和方法2一樣。它是在形式上和C++的class基本一致，或許可以說，C++的class是從這種方法演化而來的。

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如何在C語言裡實現“物件導向編程”