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用C实现面向对象
时间:2015-03-20 22:05 来源:www.stuhack.com 作者:学盟网
很多开发工程师都是从学习C语言的Hello world!开始的,都知道C语言中的指针是一把利剑,一不留意就伤了自个。但其C语言绝对是一个宗师级语言,这是不可否认的。 由于我们开发的需要在多个平台上运行且需要面向对象的一些特性、所以特写此文章。权当抛砖引玉

很多开发工程师都是从学习C语言的Hello world!开始的,都知道C语言中的指针是一把利剑,一不留意就伤了自个。但其C语言绝对是一个宗师级语言,这是不可否认的。
由于我们开发的需要在多个平台上运行且需要面向对象的一些特性、所以特写此文章。权当抛砖引玉。

一、概述
C语言是一种面向过程的程序设计语言、而C++在语言级别上添加了很多新机制(继承,多态等)
因此这里说说使用C语言实现封装,继承和多态的方法。 内容来自学生黑客联盟


二、基本知识


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:1
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:
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:

www.stuhack.com




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。


三、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:
学盟网



/**
* Point的头文件Point.h(对外提供接口)
*/
#ifndef POINT_H
#define POINT_H


extern const void * Point; /* new(Point, x, y); */


void move(void * point, int dx, int dy);


struct Point {
const void * base; //继承Base类,基类指针,放在第一个位置,const是防止修改
int x, y; //坐标
};


#define point_x(p)(((const struct Point *)(p)) -> x)
#define point_y(p)(((const struct Point *)(p)) -> y)


#endif



//Point的源文件Point.c
#include
#include Point.h
#include cnew.h
#include Base.h


/**********Point类自己的构造函数***********/
static void * Point_New(void * _self, va_list * app) {
struct Point * self = _self;
self->x = va_arg(*app, int);
self->y = va_arg(*app, int);
printf(Point_New self = %p , self);
return self;
}

学盟网

/**********Point类自己的析构函数***********/
static void* Point_Delete(void * _self) {
printf(call Point_Delete self =%p , _self);
printf(@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ );
return NULL;
}


/**********Point类自己的绘图函数***********/
static void Point_Draw(const void * _self) {
const struct Point * self = _self;
printf(Point_Draw at %d,%d , self->x, self->y);
}


void move(void * _self, int dx, int dy) {
struct Point * self = _self;
printf(call move self =%p , _self);
self->x += dx;
self->y += dy;
}


static const struct Base _Point = { sizeof(struct Point), Point_New, Point_Delete, Point_Draw };
const void * Point = &_Point;


四、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。 www.stuhack.com


#ifndef C_NEW_H
#define C_NEW_H


/**
* 内存管理类头文件cnew.h(对外提供接口)
*/


void * cnew(const void * base, ...);


void cdelete(void * item);


void draw(const void * self);


#endif /* C_NEW_H */



/**
* 内存管理类的源文件:cnew.c
*/
#include
#include
#include
#include
#include cnew.h
#include Base.h


void * cnew(const void * _class, ...) {
const struct Base * base = _class;
void * p = calloc(1, base->size);
assert(p);
*(const struct Base **) p = base;
if (base->constructor) {
va_list ap;
va_start(ap, _class);
p = base->constructor(p, &ap);
va_end(ap);
}
return p;
}


void cdelete(void * self) {
const struct Base ** cp = self;
if (self && *cp && (*cp)->destroy)
copyright www.stuhack.com

self = (*cp)->destroy(self);
free(self);
}


void draw(const void * self) {
const struct Base * const * cp = self;
assert(self && *cp && (*cp)->draw);
(*cp)->draw(self);
}

/**
* 基类Base的内部头文件Base.r,对外隐藏
*/
#ifndef BASE_R
#define BASE_R


#include


struct Base {
size_t size;
void * (*constructor)(void * self, va_list * app); //构造函数
void * (*destroy)(void * self); //析构函数
void (*draw)(const void * self);//作图函数
};


#endif


/**
* Point的头文件Point.h(对外提供接口)
*/
#ifndef POINT_H
#define POINT_H


extern const void * Point; /* new(Point, x, y); */


void move(void * point, int dx, int dy);


struct Point {
const void * base; //继承Base类,基类指针,放在第一个位置,const是防止修改

本文来自学盟网(www.stuhack.com)


int x, y; //坐标
};


#define point_x(p)(((const struct Point *)(p)) -> x)
#define point_y(p)(((const struct Point *)(p)) -> y)


#endif


//Point的源文件Point.c
#include
#include Point.h
#include cnew.h
#include Base.h


/**********Point类自己的构造函数***********/
static void * Point_New(void * _self, va_list * app) {
struct Point * self = _self;
self->x = va_arg(*app, int);
self->y = va_arg(*app, int);
printf(Point_New self = %p , self);
return self;
}


/**********Point类自己的析构函数***********/
static void* Point_Delete(void * _self) {
printf(call Point_Delete self =%p , _self);
printf(@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ );
return NULL;
}


/**********Point类自己的绘图函数***********/
static void Point_Draw(const void * _self) {
const struct Point * self = _self;

内容来自学生黑客联盟


printf(Point_Draw at %d,%d , self->x, self->y);
}


void move(void * _self, int dx, int dy) {
struct Point * self = _self;
printf(call move self =%p , _self);
self->x += dx;
self->y += dy;
}


static const struct Base _Point = { sizeof(struct Point), Point_New, Point_Delete, Point_Draw };
const void * Point = &_Point;


/**
* Circle的头文件Circle.h(对外提供接口)
*/


#ifndef CIRCLE_H
#define CIRCLE_H


#include Point.h


extern const void * Circle; /* new(Circle, x, y, rad) */


struct Circle {
const struct Point pbase; //继承Point类,需放在第一位
int radius;
int (*area)(void *self);// 面积,扩展方法
};


#define circle_area(p) (((const struct Circle *)(p)) -> area(p))


#endif




/**
* Circle的源文件Circle.c
www.stuhack.com

*/
#include
#include Circle.h
#include cnew.h
#include Base.h


/**********Circle类自己的扩展函数***********/
static int Circle_Area(void * _self) {
const struct Circle * self = _self;
printf(call Circle_Area self =%p , _self);
return self->radius * self->radius;
}


/**********Circle类自己的构造函数***********/
static void * Circle_New(void * _self, va_list * app) {
struct Circle * self = ((const struct Base *) Point)->constructor(_self, app);
self->radius = va_arg(*app, int);
self->area = Circle_Area;
printf(call Circle_New self =%p , _self);
return self;
}


/**********Circle类自己的构造函数***********/
static void* Circle_Delete(void * _self) {
printf(call Circle_Delete self =%p , _self);
printf(@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ );
return NULL;
}


/**********Circle类自己的绘图函数***********/

学盟网


static void Circle_Draw(const void * _self) {
const struct Circle * self = _self;
int x = point_x(self);
int y = point_y(self);
printf(Circle_Draw at %d,%d rad %d , x, y, self->radius);
}


static const struct Base _Circle = { sizeof(struct Circle), Circle_New, Circle_Delete, Circle_Draw };
const void * Circle = &_Circle;






/**
* 测试函数
*/


#include Circle.h
#include cnew.h


int oo_main(int argc, char ** argv) {
void * p;
int i;
for (i = 0; i < 2; i++) {
if (i == 0) {
p = cnew(Circle, 1, 2, 3);
circle_area(p);
} else {
p = cnew(Point, 1, 2);
}
draw(p);
move(p, 10, 20);
draw(p);
cdelete(p);
}
return 0;
}


/***********************************
* 测试结果:
*
* Point_New self = 0x50a1d8
* call Circle_New self =0x50a1d8

内容来自学生黑客联盟


* Circle_Draw at 1,2 rad 3
* call move self =0x50a1d8
* Circle_Draw at 11,22 rad 3
* call Circle_Delete self =0x50a1d8
*
* Point_New self = 0x5096a0
* Point_Draw at 1,2
* call move self =0x5096a0
* Point_Draw at 11,22
* call Point_Delete self =0x5096a0
*
************************************/


五、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:


//测试main.c

int oo_main(int argc, char ** argv) {
void * p;
int i;
for (i = 0; i < 2; i++) {
if (i == 0) {
p = cnew(Circle, 1, 2, 3);
circle_area(p);
} else {
p = cnew(Point, 1, 2);
}
draw(p);
move(p, 10, 20);
draw(p);
cdelete(p);
}
return 0;
}


六、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。 copyright www.stuhack.com

 


  本文来自学盟网(www.stuhack.com)




本文标题:用C实现面向对象

本文地址:http://www.stuhack.com/bc/ware/032014231.html

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