OOC-用C實現物件導向

1、  概述C語言是一種面向過程的程式設計語言，而C++是在C語言基礎上衍生來了的物件導向的語言，實際上，很多C++實現的底層是用C語言實現的，如在Visual C++中的Interface其實就是struct，尋找Interface的定義，你可以發現有這樣的宏定義：#ifndef Interface#define Interface struct#endifC++在語言層級上添加了很多新機制（繼承，多態等），而在C語言中，我們也可以使用這樣的機制，前提是我們不得不自己實現。本文介紹了用C語言實現封裝，繼承和多態的方法。2、  基本知識在正式介紹C語言實現封裝，繼承和多態事前，先介紹一下C語言中的幾個概念和文法。（1）    結構體在C語言中，常把一個對象用結構體進行封裝，這樣便於對對象進行操作，比如：1strcut Point{ int x; int y; };結構體可以嵌套。因而可以把一個結構體當成另一個結構體的成員，如：1struct Circle { struct Point point_; int radius; };該結構體與以下定義完全一樣（包括記憶體布置都一樣）：1struct Circle { int x; int y; int radius; };（2）    函數指標函數指標是指標的一種，它指向函數的首地址（函數的函數名即為函數的首地址），可以通過函數指標來調用函數。如函數：int func(int a[], int n);可以這樣聲明函數指標：int (*pFunc)(int a[], int n);這樣使用：pFunc = func;(*pFunc)(a, n);【或者PFunc(a, n)】可以用typedef定義一個函數指標類型，如：typdef int (*FUNC)(int a[], int n)可以這樣使用：int cal_a(FUNC fptr, int a[], int n){//實現體}（3）    extern與staticextern和static是C語言中的兩個修飾符，extern可用於修飾函數或者變數，表示該變數或者函數在其他檔案中進行了定義；static也可用於修飾函數或者變數，表示該函數或者變數只能在該檔案中使用。可利用它們對資料或者函數進行隱藏或者限制存取權限。3、  封裝在C語言中，可以用結構+函數指標來類比類的實現，而用這種結構定義的變數就是對象。封裝的主要含義是隱藏內部的行為和資訊，使用者只用看到對外提供的介面和公開的資訊。有兩種方法實現封裝：(1)    利用C語言文法。在標頭檔中聲明，在C檔案中真正定義它。這樣可以隱藏內部資訊，因為外部不知道對象所佔記憶體的大小，所以不能靜態建立該類的對象，只能調用類提供的建立函數才能建立。這種方法的缺陷是不支援繼承，因為子類中得不到任何關於父類的資訊。如：//標頭檔：point.h #ifndef POINT_H #define POINT_H struct Point; typedef struct Point point; point * new_point(); //newer a point object void free_point(point *point_);// free the allocated space #endif //C檔案:point.c #include”point.h” 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)    把私人資料資訊放在一個不透明的priv變數或者結構體中。只有類的實現代碼才知道priv或者結構體的真正定義。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(); //newer a point object void free_point(point *point_);// free the allocated space #endif //C檔案:point.c #include”point.h” struct pointPrivate { int x; int y; } int get_x(point *point_) { return point_->pp->x; } int get_y(point *point_) { return point_->pp->y; } //others…..4、  繼承在C語言中，可以利用“結構在記憶體中的布局與結構的聲明具有一致的順序”這一事實實現繼承。比如我們要設計一個作圖工具，其中可能涉及到的對象有Point(點)，Circle(圓)，由於圓是由點組成的，所有可以看成Circle繼承自Point。另外，Point和Circle都需要空間申請，空間釋放等操作，所有他們有共同的基類Base。//記憶體管理類new.h #ifndef NEW_H #define NEW_H void * new (const void * class, ...); void delete (void * item); void draw (const void * self); #endif //記憶體管理類的C檔案：new.c #include “new.h” #include “base.h” 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); } //基類：base.h #ifndef BASE_H #define BASE_H struct Base { size_t size; //類所佔空間 void * (* ctor) (void * self, va_list * app); //建構函式 void * (* dtor) (void * self); //解構函式 void (* draw) (const void * self); //作圖 }; #endif //Point標頭檔(對外提供的介面)：point.h #ifndef   POINT_H #define  POINT_H extern const void * Point;                /* 使用方法：new (Point, x, y); */ #endif //Point內部標頭檔(外面看不到)：point.r #ifndef POINT_R #define POINT_R struct Point { const void * base; //繼承，基類指標，放在第一個位置，const是防止修改 int x, y;        //座標 }; #endif //Point的C檔案：point.c #include “point.h” #include “new.h” #include “point.h” #include “point.r” 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; //測試程式：main.c #include “point.h” #include “new.h” int main (int argc, char ** argv) { void * p = new(Point, 1, 2); draw(p); delete(p); }同樣，Circle要繼承Point，則可以這樣：1struct Circle { const struct Point point; //放在第一位，可表繼承 int radius; };5、  多態可以是用C語言中的萬能指標void* 實現多態，接上面的例子：1//測試main.c void * p = new(Point, 1, 2); void * pp = new(Circle, 1, 2); draw(p); //draw函數實現了多態 draw(pp); delete(p); delete(pp);6、  總結C語言能夠類比實現物件導向語言具有的特性，包括：多態，繼承，封裝等，現在很多開源軟體都了用C語言實現了這幾個特性，包括大型開來源資料庫系統postgreSQL，可移植的C語言物件導向架構GObject，無線二進位運行環境BREW。採用C語言實現多態，繼承，封裝，能夠讓軟體有更好的可讀性，可擴充性。7、  參考資料(1)        《C語言中extern和static用法》：http://www.cnblogs.com/hishope/archive/2008/08/28/1278822.html(2)        《三、使用GObject——私人成員和靜態變數》:http://blog.csdn.net/wormsun/archive/2009/11/25/4874465.aspx(3)        《技巧：用 C 語言實現程式的多態性》：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-cpolym/index.html?ca=drs-(4)        書籍《Object-Oriented Programming With ANSI-C》8、  代碼下載http://code.google.com/p/cppdatastructurelib/source/browse/#svn%2Ftrunk%2Fooc%253Fstate%253Dclosed