C實現類封裝、繼承、多態

一、  概述

 

C語言是一種面向過程的程序設計語言，而C++是在C語言基礎上衍生來了的面向對象的語言，實際上，不少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，查找Interface的定義，你能夠發現有這樣的宏定義：

#ifndef Interface

#define Interface struct

#endif

C++在語言級別上添加了不少新機制（繼承，多態等），而在C語言中，咱們也可使用這樣的機制，前提是咱們不得不本身實現。

本文介紹了用C語言實現封裝，繼承和多態的方法。

二、  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語法。

（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做，好比：

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strcut Point{   int x;   int y;   };

結構體能夠嵌套。於是能夠把一個結構體當成另外一個結構體的成員，如：

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struct Circle {   struct Point point_;   int radius;   };

該結構體與如下定義徹底同樣（包括內存佈置都同樣）：

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struct Circle {   int x;   int y;   int radius;   };

（2）    函數指針

函數指針是指針的一種，它指向函數的首地址（函數的函數名即爲函數的首地址），能夠經過函數指針來調用函數。

如函數：

int func(int a[], int n);

能夠這樣聲明函數指針：

int (*pFunc)(int a[], int n);

這樣使用：

pFunc = func;

(*pFunc)(a, n);【或者PFunc(a, n)】

能夠用typedef定義一個函數指針類型，如：

typdef int (*FUNC)(int a[], int n)

能夠這樣使用：

int cal_a(FUNC fptr, int a[], int n)

{

//實現體

}

（3）    extern與static

extern和static是C語言中的兩個修飾符，extern可用於修飾函數或者變量，表示該變量或者函數在其餘文件中進行了定義；static也可用於修飾函數或者變量，表示該函數或者變量只能在該文件中使用。可利用它們對數據或者函數進行隱藏或者限制訪問權限。

三、  封裝

在C語言中，能夠用結構+函數指針來模擬類的實現，而用這種結構定義的變量就是對象。

封裝的主要含義是隱藏內部的行爲和信息，使用者只用看到對外提供的接口和公開的信息。有兩種方法實現封裝：

(1)    利用C語言語法。在頭文件中聲明，在C文件中真正定義它。

這樣能夠隱藏內部信息，由於外部不知道對象所佔內存的大小，因此不能靜態的建立該類的對象，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持繼承，由於子類中得不到任何關於父類的信息。如：

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//頭文件：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文件: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)    把私有數據信息放在一個不透明的priv變量或者結構體中。只有類的實現代碼才知道priv或者結構體的真正定義。如:

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#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文件: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…..

四、  繼承

在C語言中，能夠利用「結構在內存中的佈局與結構的聲明具備一致的順序」這一事實實現繼承。

好比咱們要設計一個做圖工具，其中可能涉及到的對象有Point(點)，Circle(圓)，因爲圓是由點組成的，全部能夠當作Circle繼承自Point。另外，Point和Circle都須要空間申請，空間釋放等操做，全部他們有共同的基類Base。

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//內存管理類new.h   #ifndef NEW_H   #define NEW_H   void * new (const void * class, ...);   void delete (void * item);   void draw (const void * self);   #endif   //內存管理類的C文件：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); //構造函數   void * (* dtor) (void * self); //析構函數   void (* draw) (const void * self); //做圖   };   #endif   //Point頭文件(對外提供的接口)：point.h   #ifndef   POINT_H   #define  POINT_H   extern const void * Point;                /* 使用方法：new (Point, x, y); */   #endif   //Point內部頭文件(外面看不到)：point.r   #ifndef POINT_R   #define POINT_R   struct Point   {   const void * base; //繼承，基類指針，放在第一個位置，const是防止修改   int x, y;        //座標   };   #endif   //Point的C文件：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;   //測試程序：main.c   #include 「point.h」   #include 「new.h」   int main (int argc, char ** argv)   {   void * p = new(Point, 1, 2);   draw(p);   delete(p);   }

一樣，Circle要繼承Point，則能夠這樣：

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struct Circle   {   const struct Point point; //放在第一位，可表繼承   int radius;   };

五、  多態

能夠是用C語言中的萬能指針void* 實現多態，接上面的例子：

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//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);

六、  總結

C語言可以模擬實現面嚮對象語言具備的特性，包括：多態，繼承，封裝等，如今不少開源軟件都了用C語言實現了這幾個特性，包括大型開源數據庫系統postgreSQL，可移植的C語言面向對象框架GObject，無線二進制運行環境BREW。採用C語言實現多態，繼承，封裝，可以讓軟件有更好的可讀性，可擴展性。

七、  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)        《3、使用GObject——私有成員和靜態變量》:

http://blog.csdn.net/wormsun/archive/2009/11/25/4874465.aspx

(3)        《技巧：用 C 語言實現程序的多態性》：

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-cpolym/index.html?ca=drs-

(4)        書籍《Object-Oriented Programming With ANSI-C》

八、  代碼下載

本文中的代碼能夠在此處下載：代碼下載

分類: 編程語言