优斗士网站建设,海南建设局相关网站,黑马程序员视频,asp.net网站开发教程下载点击蓝字关注我们不知道有多少人去了解过语言的发展史#xff0c;早期C语言的语法功能其实比较简单。随着应用需求和场景的变化#xff0c;C语言的语法功能在不断升级变化。虽然我们的教材有这么一个结论#xff1a;C语言是面向过程的语言#xff0c;C是面向对象的编程语言… 点击蓝字关注我们不知道有多少人去了解过语言的发展史早期C语言的语法功能其实比较简单。随着应用需求和场景的变化C语言的语法功能在不断升级变化。虽然我们的教材有这么一个结论C语言是面向过程的语言C是面向对象的编程语言但面向对象的概念是在C语言阶段就有了而且应用到了很多地方比如某些操作系统内核、通信协议等。面向对象编程也就是大家说的OOPObject Oriented Programming并不是一种特定的语言或者工具它只是一种设计方法、设计思想它表现出来的三个最基本的特性就是封装、继承与多态。1、为什么用C语言实现OOP 阅读文本之前肯定有读者会问这样的问题我们有C面向对象的语言为什么还要用C语言实现面向对象呢C语言这种非面向对象的语言同样也可以使用面向对象的思路来编写程序的。只是用面向对象的C语言来实现面向对象编程会更简单一些但是C语言的高效性是其他面向对象编程语言无法比拟的。当然使用C语言来实现面向对象的开发相对不容易理解这就是为什么大多数人学过C语言却看不懂Linux内核源码。所以这个问题其实很好理解只要有一定C语言编程经验的读者都应该能明白面向过程的C语言和面向对象的C语言相比代码运行效率、代码量都有很大差异。在性能不是很好、资源不是很多的MCU中使用C语言面向对象编程就显得尤为重要。2、所具备的条件 要想使用C语言实现面向对象首先需要具备一些基础知识。比如C语言中的结构体、函数、指针以及函数指针等C中的基类、派生、多态、继承等。首先不仅仅是了解这些基础知识而是有一定的编程经验因为上面说了“面向对象是一种设计方法、设计思想”如果只是停留在字面意思的理解没有这种设计思想肯定不行。因此不建议初学者使用C语言实现面向对象特别是在真正项目中。建议把基本功练好再使用。利用C语言实现面向对象的方法很多下面就来描述最基本的封装、继承和多态。3、封装 封装就是把数据和函数打包到一个类里面其实大部分C语言编程者都已近接触过了。C 标准库中的 fopen(), fclose(), fread(), fwrite()等函数的操作对象就是 FILE。数据内容就是 FILE数据的读写操作就是 fread()、fwrite()fopen() 类比于构造函数fclose() 就是析构函数。这个看起来似乎很好理解那下面我们实现一下基本的封装特性。#ifndef SHAPE_H
#define SHAPE_H#include stdint.h// Shape 的属性
typedef struct {
int16_t x;
int16_t y;
} Shape;// Shape 的操作函数接口函数
void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y);
void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy);
int16_t Shape_getX(Shape const * const me);
int16_t Shape_getY(Shape const * const me);#endif /* SHAPE_H */这是 Shape 类的声明非常简单很好理解。一般会把声明放到头文件里面 “Shape.h”。来看下 Shape 类相关的定义当然是在 “Shape.c” 里面。#include shape.h// 构造函数
void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y)
{me-x x;me-y y;
}void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy)
{me-x dx;me-y dy;
}// 获取属性值函数
int16_t Shape_getX(Shape const * const me)
{
return me-x;
}
int16_t Shape_getY(Shape const * const me)
{
return me-y;
}再看下 main.c#include shape.h /* Shape class interface */
#include stdio.h /* for printf() */int main()
{Shape s1, s2; /* multiple instances of Shape */Shape_ctor(s1, 0, 1);Shape_ctor(s2, -1, 2);printf(Shape s1(x%d,y%d)\n, Shape_getX(s1), Shape_getY(s1));
printf(Shape s2(x%d,y%d)\n, Shape_getX(s2), Shape_getY(s2));Shape_moveBy(s1, 2, -4);Shape_moveBy(s2, 1, -2);printf(Shape s1(x%d,y%d)\n, Shape_getX(s1), Shape_getY(s1));
printf(Shape s2(x%d,y%d)\n, Shape_getX(s2), Shape_getY(s2));return 0;
}编译之后看看执行结果Shape s1(x0,y1)
Shape s2(x-1,y2)
Shape s1(x2,y-3)
Shape s2(x0,y0)整个例子非常简单非常好理解。以后写代码时候要多去想想标准库的文件IO操作这样也有意识的去培养面向对象编程的思维。4、继承 继承就是基于现有的一个类去定义一个新类这样有助于重用代码更好的组织代码。在 C 语言里面去实现单继承也非常简单只要把基类放到继承类的第一个数据成员的位置就行了。例如我们现在要创建一个 Rectangle 类我们只要继承 Shape 类已经存在的属性和操作再添加不同于 Shape 的属性和操作到 Rectangle 中。下面是 Rectangle 的声明与定义#ifndef RECT_H
#define RECT_H#include shape.h // 基类接口// 矩形的属性
typedef struct {Shape super; // 继承 Shape// 自己的属性
uint16_t width;
uint16_t height;
} Rectangle;// 构造函数
void Rectangle_ctor(Rectangle * const me, int16_t x, int16_t y,
uint16_t width, uint16_t height);#endif /* RECT_H */#include rect.h// 构造函数
void Rectangle_ctor(Rectangle * const me, int16_t x, int16_t y,
uint16_t width, uint16_t height)
{
/* first call superclass’ ctor */Shape_ctor(me-super, x, y);/* next, you initialize the attributes added by this subclass... */me-width width;me-height height;
}我们来看一下 Rectangle 的继承关系和内存布局因为有这样的内存布局所以你可以很安全的传一个指向 Rectangle 对象的指针到一个期望传入 Shape 对象的指针的函数中就是一个函数的参数是 “Shape *”你可以传入 “Rectangle *”并且这是非常安全的。这样的话基类的所有属性和方法都可以被继承类继承#include rect.h
#include stdio.h int main()
{Rectangle r1, r2;// 实例化对象Rectangle_ctor(r1, 0, 2, 10, 15);Rectangle_ctor(r2, -1, 3, 5, 8);printf(Rect r1(x%d,y%d,width%d,height%d)\n,Shape_getX(r1.super), Shape_getY(r1.super),r1.width, r1.height);
printf(Rect r2(x%d,y%d,width%d,height%d)\n,Shape_getX(r2.super), Shape_getY(r2.super),r2.width, r2.height);// 注意这里有两种方式一是强转类型二是直接使用成员地址Shape_moveBy((Shape *)r1, -2, 3);Shape_moveBy(r2.super, 2, -1);printf(Rect r1(x%d,y%d,width%d,height%d)\n,Shape_getX(r1.super), Shape_getY(r1.super),r1.width, r1.height);
printf(Rect r2(x%d,y%d,width%d,height%d)\n,Shape_getX(r2.super), Shape_getY(r2.super),r2.width, r2.height);return 0;
}输出结果Rect r1(x0,y2,width10,height15)
Rect r2(x-1,y3,width5,height8)
Rect r1(x-2,y5,width10,height15)
Rect r2(x1,y2,width5,height8)5、多态 C 语言实现多态就是使用虚函数。在 C 语言里面也可以实现多态。现在我们又要增加一个圆形并且在 Shape 要扩展功能我们要增加 area() 和 draw() 函数。但是 Shape 相当于抽象类不知道怎么去计算自己的面积更不知道怎么去画出来自己。而且矩形和圆形的面积计算方式和几何图像也是不一样的。下面让我们重新声明一下 Shape 类#ifndef SHAPE_H
#define SHAPE_H#include stdint.hstruct ShapeVtbl;
// Shape 的属性
typedef struct {
struct ShapeVtbl const *vptr;
int16_t x;
int16_t y;
} Shape;// Shape 的虚表
struct ShapeVtbl {
uint32_t (*area)(Shape const * const me);
void (*draw)(Shape const * const me);
};// Shape 的操作函数接口函数
void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y);
void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy);
int16_t Shape_getX(Shape const * const me);
int16_t Shape_getY(Shape const * const me);static inline uint32_t Shape_area(Shape const * const me)
{
return (*me-vptr-area)(me);
}static inline void Shape_draw(Shape const * const me)
{(*me-vptr-draw)(me);
}Shape const *largestShape(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes);
void drawAllShapes(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes);#endif /* SHAPE_H */看下加上虚函数之后的类关系图1、虚表和虚指针虚表Virtual Table是这个类所有虚函数的函数指针的集合。虚指针Virtual Pointer是一个指向虚表的指针。这个虚指针必须存在于每个对象实例中会被所有子类继承。在《Inside The C Object Model》的第一章内容中有这些介绍。2、在构造函数中设置vptr在每一个对象实例中vptr 必须被初始化指向其 vtbl。最好的初始化位置就是在类的构造函数中。事实上在构造函数中C 编译器隐式的创建了一个初始化的vptr。在 C 语言里面 我们必须显示的初始化vptr。下面就展示一下在 Shape 的构造函数里面如何去初始化这个 vptr。#include shape.h
#include assert.h// Shape 的虚函数
static uint32_t Shape_area_(Shape const * const me);
static void Shape_draw_(Shape const * const me);// 构造函数
void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y)
{
// Shape 类的虚表
static struct ShapeVtbl const vtbl {Shape_area_,Shape_draw_};me-vptr vtbl; me-x x;me-y y;
}void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy)
{me-x dx;me-y dy;
}int16_t Shape_getX(Shape const * const me)
{
return me-x;
}
int16_t Shape_getY(Shape const * const me)
{
return me-y;
}// Shape 类的虚函数实现
static uint32_t Shape_area_(Shape const * const me)
{assert(0); // 类似纯虚函数
return 0U; // 避免警告
}static void Shape_draw_(Shape const * const me)
{assert(0); // 纯虚函数不能被调用
}Shape const *largestShape(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes)
{Shape const *s (Shape *)0;
uint32_t max 0U;
uint32_t i;
for (i 0U; i nShapes; i) {
uint32_t area Shape_area(shapes[i]);// 虚函数调用
if (area max) {max area;s shapes[i];}}
return s;
}void drawAllShapes(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes)
{
uint32_t i;
for (i 0U; i nShapes; i) {Shape_draw(shapes[i]); // 虚函数调用}
}3、继承 vtbl 和 重载 vptr上面已经提到过基类包含 vptr子类会自动继承。但是vptr 需要被子类的虚表重新赋值。并且这也必须发生在子类的构造函数中。下面是 Rectangle 的构造函数。#include rect.h
#include stdio.h // Rectangle 虚函数
static uint32_t Rectangle_area_(Shape const * const me);
static void Rectangle_draw_(Shape const * const me);// 构造函数
void Rectangle_ctor(Rectangle * const me, int16_t x, int16_t y,
uint16_t width, uint16_t height)
{
static struct ShapeVtbl const vtbl {Rectangle_area_,Rectangle_draw_};Shape_ctor(me-super, x, y); // 调用基类的构造函数me-super.vptr vtbl; // 重载 vptrme-width width;me-height height;
}// Rectangles 虚函数实现
static uint32_t Rectangle_area_(Shape const * const me)
{Rectangle const * const me_ (Rectangle const *)me; //显示的转换
return (uint32_t)me_-width * (uint32_t)me_-height;
}static void Rectangle_draw_(Shape const * const me)
{Rectangle const * const me_ (Rectangle const *)me; //显示的转换
printf(Rectangle_draw_(x%d,y%d,width%d,height%d)\n,Shape_getX(me), Shape_getY(me), me_-width, me_-height);
}4虚函数调用有了前面虚表Virtual Tables和虚指针Virtual Pointers的基础实现虚拟调用后期绑定就可以用下面代码实现了。uint32_t Shape_area(Shape const * const me)
{
return (*me-vptr-area)(me);
}这个函数可以放到.c文件里面但是会带来一个缺点就是每个虚拟调用都有额外的调用开销。为了避免这个缺点如果编译器支持内联函数C99。我们可以把定义放到头文件里面类似下面static inline uint32_t Shape_area(Shape const * const me)
{
return (*me-vptr-area)(me);
}如果是老一点的编译器C89我们可以用宏函数来实现类似下面这样#define Shape_area(me_) ((*(me_)-vptr-area)((me_)))看一下例子中的调用机制5main.c#include rect.h
#include circle.h
#include stdio.h int main()
{Rectangle r1, r2; Circle c1, c2; Shape const *shapes[] { c1.super,r2.super,c2.super,r1.super};Shape const *s;// 实例化矩形对象Rectangle_ctor(r1, 0, 2, 10, 15);Rectangle_ctor(r2, -1, 3, 5, 8);// 实例化圆形对象Circle_ctor(c1, 1, -2, 12);Circle_ctor(c2, 1, -3, 6);s largestShape(shapes, sizeof(shapes)/sizeof(shapes[0]));
printf(largetsShape s(x%d,y%d)\n, Shape_getX(s), Shape_getY(s));drawAllShapes(shapes, sizeof(shapes)/sizeof(shapes[0]));return 0;
}输出结果largetsShape s(x1,y-2)
Circle_draw_(x1,y-2,rad12)
Rectangle_draw_(x-1,y3,width5,height8)
Circle_draw_(x1,y-3,rad6)
Rectangle_draw_(x0,y2,width10,height15)6、总结 还是那句话面向对象编程是一种方法并不局限于某一种编程语言。用 C 语言实现封装、单继承理解和实现起来比较简单多态反而会稍微复杂一点如果打算广泛的使用多态还是推荐转到 C 语言上毕竟这层复杂性被这个语言给封装了你只需要简单的使用就行了。但并不代表C 语言实现不了多态这个特性。*声明本文于网络整理版权归原作者所有如来源信息有误或侵犯权益请联系我们删除或授权事宜。戳“阅读原文”我们一起进步
