真的可以，用C語言實現面向對象編程OOP

2020 年 7 月 2 日
筆記
C/C++

ID：技術讓夢想更偉大

作者:李肖遙

解釋區分一下C語言和OOP

我們經常說C語言是面向過程的，而C＋＋是面向對象的，然而何為面向對象，什麼又是面向過程呢？不管怎麼樣，我們最原始的目標只有一個就是實現我們所需要的功能，從這一點說它們是殊途同歸的。過程與對象只是側重點不同而已。

舉個例子吧，我現在有個計劃，要去北京，OOP語言是直接給你一個車，然後你自己設定路線去北京就好，而C語言是需要你自己製造零件，自己組裝好車，然後再自己設定路線，最後到達北京。C語言比較費勁，但是程式的效率很高。

過程&對象？

一個對象就是由或多或少的針對這個對象的過程構成的，當然其中是少不了必要的屬性。

一個過程是針對一個或者是多個對象所進行的操作。兩者是可以互相轉換的，關鍵是哪一種方式更能適合你現在的需求，更能讓你的軟體開發錦上添花。

我個人認為一般情況下，一個更容易擴展、維護的軟體通常採用的是OOP的思想，添加一個原本不存在的相對無關單獨的個體，總比在一個已經存在的過程內硬塞進去一個對象要簡單；而且面向過程更容易導致混亂的維護。

舉個例子，同樣是一條河與一個湖泊，哪一個更容管理維護呢？我想答案是顯而易見的。當然不管怎麼樣，軟體本身設計架構的好壞也是非常重要的。

C語言的特性，實現OOP

C是一門面向過程的語言，但它依舊可以實現大多數面向對象所能完成的工作。比如面向對象的三大特性：封裝、繼承、多態。我們以下圖來寫程式碼舉例子

封裝

由於面象向對象是將數據與方法封裝到一個類里。使用者無需關心類是怎麼實現的。在 C_OOP 中貫徹了這一思想，C中有一種複雜的數據結構叫做struct。struct是C裡面的結構體。

如上圖假如我們要對鳥bird進行封裝，bird可能包括姓名、顏色、棲息地、重量、屬性等資訊。我們就可以對它封裝如下：

struct Bird{
    char name[20];//姓名
    char color;    //顏色   
    char addr[30];    //棲息地
    int weight;        //體重
    int other;      //屬性
};

當我們要像OOP那樣新建一個對象時，我們就可以：

struct Bird p;

我們就可以直接對p進行賦值：

p.name = "bird";
p.color = 'b';  //'b' = black; 'g' = green
p.addr = 'w';  
p.weight = 175;
p.other = 1;

繼承

在常見用C語言實現繼承的機制中，多半是用結構體組合實現的，同樣利用struct，我們來創建一個Bird結構，同時繼承結構體Bird，如下：

struct fBird{
    struct Bird p;
    char fly[20]; //飛翔
    int scream;        //鳴叫
};

對Bird進行創建對象，並賦值：

struct fBird s;
s.p.name = "bird";
s.p.color = 'b';
s.p.other = 25;
s.p.weight = 65;
s.fly = "0618";
s.scream = 90;

多態

C_OOP中的一個核心就是多態，C中對於多態的實現可以藉助函數指針來實現。為了簡單起見，我們假設Bird這個結構體中，只有一個函數指針。

struct Bird{
    void (*print)(void *p);
};

struct fBird{
    struct Bird p;
};

而Bird和fBird這兩個結構體的print函數實現如下：

void printBird(void *Bird){
    if(NULL == Bird)
        return ;
    struct Bird *p = (struct Bird *)Bird;
    printf("run in the Bird!!\n");
}
void printfBird(void *Bird){
    if(NULL == Bird)
        return ;
    struct Bird *p = (struct Bird *)Bird;
    printf("run in the fBird!!\n");
}

我們寫一個函數來調用他們：

void print(void *Bird){
    if(NULL == Bird)
        return ;
    struct Bird *p = (struct Bird *)Bird;
    p->print(Bird);
}
int main(){
    struct Bird bird;
    struct fBird fbird;
    Bird.print = printBird;
    fBird.p.print = printfBird;

    print(&bird);    //實參為Bird的對象
    print(&fbird);  //實參為fBird的對象

    return 0;
}

他們的輸出為：

run in the Bird!!
run in the fBird!!

其實這個也不難理解，無論是fBird還是Bird，他們在記憶體中只有一個變數，就是那個函數指針，而void表示任何類型的指針，當我們將它強制轉換成struct Bird類型時，p->print指向的自然就是傳入實參的print地址。

OOP真的那麼重要？

從大學到工作至今，在嵌入式領域中一直是使用C語言，而我在學習C＋＋的過程中，看的程式碼越多，程式碼量越大，越來越覺得C＋＋對於大型軟體架構的良好可控性，和對以後程式設計師維護程式碼時良好的可讀性；

個人認為：C語言中最大的成功在於它的指針，但是也是最容易出錯的，想要理解C，必須要掌握指針。雖然說，語言只是一門工具，但是這是基礎

或者你可以說C太底層，現在都是OOP的時代了，誰還會用面向過程的,你們不要忘了作業系統是用什麼寫的？是C；C實現的nginx的並發量是C++實現的apache的幾十倍,關鍵是要理解語言背後的思想。

當然這不是為了OOP而OOP，實在是OOP的一些特徵，例如封裝，多態其實是軟體工程思想，這些思想不分語言，遵循了這些思想可以使得程式更有彈性，更易修改和維護，避免僵化，脆弱的性質。

嵌入式C語言使用OOP的一些思考

然而就目前來說，在嵌入式領域廣泛的使用C＋＋顯然是不現實的事情。在一個到處是OOP的年代，為何面向過程的C語言依然可以如此活躍？

我們可以用它來開發一系列的小工具，Unix/Linux就是由這些小工具組成的作業系統；同時用C語言可以開發高性能的應用程式。

C語言良好的可移植性，小巧靈活，而且還有一個直接與硬體打交道的指針的存在，對記憶體等良好的操作性以及執行之速度快，是嵌入式開發唯有的高級語言，均是一般嵌入式產品的不二首選。

LW_OOPC->C語言的面對對象

LW_OOPC是台灣的MISOO團隊根據多年研發經驗，總結出來的一種輕便的面向對象的C語言。雖然不足以提供足夠的能力使我們實現面向對象所有的概念，但是我們依然可以應用它們完成我們簡單的面向對象思想的構建。

lw_oopc僅用了2個文件，.h及.c文件就實現了面向對象的三大因素，實現過程極為簡潔又富含技巧。lw_oopc說白了，就是定義了一堆宏，使用起來也就是調用這些宏。

//| INTERFACE                 | 介面
//----------------------------------------------------------------------
//| CLASS                     | 類
//----------------------------------------------------------------------
//| CTOR                      | 構造器開始
//---------------------------------------------------------------------- 
//| END_CTOR                  | 構造器截止
//----------------------------------------------------------------------
//| FUNCTION_SETTING          | 關聯成員函數指針
//----------------------------------------------------------------------
//| IMPLEMENTS                | 繼承
//----------------------------------------------------------------------
//| DTOR                      | 為了支援析構函數的概念 
//| END_DTOR                  |                                                    
//----------------------------------------------------------------------
//| ABS_CLASS                 | 為了支援抽象類的概念   
//----------------------------------------------------------------------
//| ABS_CTOR                  | 為了支援可繼承的抽象類的構造函數 
//| END_ABS_CTOR              |                         
//----------------------------------------------------------------------
//| EXTENDS                   | 為了讓熟悉Java的人容易理解（與IMPLEMENTS宏等同）  
//----------------------------------------------------------------------
//| SUPER_CTOR                | 為了支援子類調用父類的構造函數

//----------------------------------------------------------------------
//| SUPER_PTR                 | 為了支援向上轉型     
//| SUPER_PTR_2               |     
//| SUPER_PTR_3               | 
//----------------------------------------------------------------------
//| SUB_PTR                   | 為了支援向下轉型   
//| SUB_PTR_2                 |                       
//| SUB_PTR_3                 |                                           
//----------------------------------------------------------------------
//| INHERIT_FROM              | 為了支援訪問直接父類的數據成員
//----------------------------------------------------------------------

下面是對LW_OOPC的簡單的分析。

LW_OOPC概述

簡單來說它主要是一個頭文件，我們通過對這個頭文件的使用來實現面向對象。

//lw_oopc.h : MISOO團隊設計的C宏
#include

#ifndef LW_OOPC
#define LW_OOPC

#define CLASS(type)       /
typedef struct type type; /
struct type

#define CTOR(type)        /
void* type##New()         /
{                         /
  struct type *t;        /
  t = (struct type*)malloc(sizeof(struct type));

#define CTOR2(type, type2)     /
void* type2##New()             /
{                              /
  struct type *t;             /
  t = (struct type*)malloc(sizeof(struct type));  

#define END_CTOR return (void*)t; }
#define FUNCTION_SETTING(f1, f2) t->f1 = f2;
#define IMPLEMENTS(type) struct type type
#define INTERFACE(type) struct type

#endif
/*          lw_oopc.h               */

下面一段程式碼是簡單的OOPC的應用:

// Circle.c   
#include
#include "lw_oop.h"

#define PI 3.1415926

CLASS(Circle)
{
  double (*cal_area)(double);
}

double circle_cal_area(double radius)
{
  return PI*r*r;
}

CTOR(Circle)
 FUNCTION_SETTING(cal_area, circle_cal_area)
END_CTOR

int main()
{
     double area = 0.0;
     Circle *pc;
    
     pc = (Circle*)CircleNew();
     area = pc->cal_area(10);

     printf("area = %f/n", area);

     return 0;
}

介面的實現

在OOP程式中，通常是通過類定義和介面定義來實現的。

//IA.h  
#include "lw_oopc.h"

INTERFACE(IA)
{
   void   (*init)(void*, double);
   double (*cal_area)(void*);
   double (*cal_permimeter)(void*);
}

//circle.c 
#include "IA.h"

#define PI 3.1415926

CLASS(Circle)
{
  IMPLEMENTS(IA);
  double radius;
}

static void circle_init(void* circle, double radius)
{
  Circle *_this = (Circle*)circle;

  _this->radius = radius;
}

static double circle_cal_area(void* circle)
{
  Circle *_this = (Circle*)circle;

  return PI*_this->radius*_this->radius;
}

static double circle_cal_permimeter(void* circle)
{
  Circle *_this = (Circle*)circle;

  return 2*PI*_this->radius;
}

CTOR(Circle)
  FUNCTION_SETTING(IA.init, circle_init)
  FUNCTION_SETTING(IA.cal_area, circle_cal_area)
  FUNCTION_SETTING(IA.cal_permimeter, circle_cal_permimeter)
END_CTOR

//main.c
#include
#include 「IA.h」

void print_area(IA* pi)
{
    printf("area = %f/n", pi->cal_area(pi));
}

int main()
{
  IA *pc = NULL;

  pc = (IA*)CircleNew();
  pc->init(pc, 10.0);

  print_area();
  return 0;
}

總結

語言只是一種工具，任何語言之間都是相通的，一通則百通，關鍵是要理解語言背後的思想，理解其思想，任何語言，拿來用就行了。語言沒有好壞之分，任何語言既然存在自然有它存在的

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Tags: C/C++