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真的可以,用C语言实现面向对象编程OOP
 
作者:李肖遥
  5941  次浏览      12
 2020-8-24 
 
编辑推荐:
本文主要讲解了面向对象的三大特性以及如何用C语言实现面向对象编程OOP,希望本文对大家有帮助。
文章来自于博客园,由火龙果Alice编辑推荐。

解释区分一下C语言和OOP

我们经常说C语言是面向过程的,而C++是面向对象的,然而何为面向对象,什么又是面向过程呢?不管怎么样,我们最原始的目标只有一个就是实现我们所需要的功能,从这一点说它们是殊途同归的。过程与对象只是侧重点不同而已。

举个例子吧,我现在有个计划,要去北京,OOP语言是直接给你一个车,然后你自己设定路线去北京就好,而C语言是需要你自己制造零件,自己组装好车,然后再自己设定路线,最后到达北京。C语言比较费劲,但是程序的效率很高。

过程&对象?

一个对象就是由或多或少的针对这个对象的过程构成的,当然其中是少不了必要的属性。

一个过程是针对一个或者是多个对象所进行的操作。两者是可以互相转换的,关键是哪一种方式更能适合你现在的需求,更能让你的软件开发锦上添花。

我个人认为一般情况下,一个更容易扩展、维护的软件通常采用的是OOP的思想,添加一个原本不存在的相对无关单独的个体,总比在一个已经存在的过程内硬塞进去一个对象要简单;而且面向过程更容易导致混乱的维护。

举个例子,同样是一条河与一个湖泊,哪一个更容管理维护呢?我想答案是显而易见的。当然不管怎么样,软件本身设计架构的好坏也是非常重要的。

C语言的特性,实现OOP

C是一门面向过程的语言,但它依旧可以实现大多数面向对象所能完成的工作。比如面向对象的三大特性:封装、继承、多态。我们以下图来写代码举例子

封装

由于面象向对象是将数据与方法封装到一个类里。使用者无需关心类是怎么实现的。在 C_OOP 中贯彻了这一思想,C中有一种复杂的数据结构叫做struct。struct是C里面的结构体。

如上图假如我们要对鸟bird进行封装,bird可能包括姓名、颜色、栖息地、重量、属性等信息。我们就可以对它封装如下:

struct Bird{
char name[20];//姓名
char color; //颜色
char addr[30]; //栖息地
int weight; //体重
int other; //属性
};

当我们要像OOP那样新建一个对象时,我们就可以:

struct Bird p;

我们就可以直接对p进行赋值:

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

继承

在常见用C语言实现继承的机制中,多半是用结构体组合实现的,同样利用struct,我们来创建一个Bird结构,同时继承结构体Bird,如下:

struct fBird{
struct Bird p;
char fly[20]; //飞翔
int scream; //鸣叫
};

对Bird进行创建对象,并赋值:

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;

多态

C_OOP中的一个核心就是多态,C中对于多态的实现可以借助函数指针来实现。为了简单起见,我们假设Bird这个结构体中,只有一个函数指针。

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

而Bird和fBird这两个结构体的print函数实现如下:

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");
}

我们写一个函数来调用他们:

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); //实参为Bird的对象
print(&fbird); //实参为fBird的对象

return 0;
}

他们的输出为:

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

其实这个也不难理解,无论是fBird还是Bird,他们在内存中只有一个变量,就是那个函数指针,而void表示任何类型的指针,当我们将它强制转换成struct Bird类型时,p->print指向的自然就是传入实参的print地址。

OOP真的那么重要?

从大学到工作至今,在嵌入式领域中一直是使用C语言,而我在学习C++的过程中,看的代码越多,代码量越大,越来越觉得C++对于大型软件架构的良好可控性,和对以后程序员维护代码时良好的可读性;

个人认为:C语言中最大的成功在于它的指针,但是也是最容易出错的,想要理解C,必须要掌握指针。虽然说,语言只是一门工具,但是这是基础

或者你可以说C太底层,现在都是OOP的时代了,谁还会用面向过程的,你们不要忘了操作系统是用什么写的?是C;C实现的nginx的并发量是C++实现的apache的几十倍,关键是要理解语言背后的思想。

当然这不是为了OOP而OOP,实在是OOP的一些特征,例如封装,多态其实是软件工程思想,这些思想不分语言,遵循了这些思想可以使得程序更有弹性,更易修改和维护,避免僵化,脆弱的性质。

嵌入式C语言使用OOP的一些思考

然而就目前来说,在嵌入式领域广泛的使用C++显然是不现实的事情。在一个到处是OOP的年代,为何面向过程的C语言依然可以如此活跃?

我们可以用它来开发一系列的小工具,Unix/Linux就是由这些小工具组成的操作系统;同时用C语言可以开发高性能的应用程序。

C语言良好的可移植性,小巧灵活,而且还有一个直接与硬件打交道的指针的存在,对内存等良好的操作性以及执行之速度快,是嵌入式开发唯有的高级语言,均是一般嵌入式产品的不二首选。

LW_OOPC->C语言的面对对象

LW_OOPC是台湾的MISOO团队根据多年研发经验,总结出来的一种轻便的面向对象的C语言。虽然不足以提供足够的能力使我们实现面向对象所有的概念,但是我们依然可以应用它们完成我们简单的面向对象思想的构建。

lw_oopc仅用了2个文件,.h及.c文件就实现了面向对象的三大因素,实现过程极为简洁又富含技巧。lw_oopc说白了,就是定义了一堆宏,使用起来也就是调用这些宏。

//| INTERFACE | 接口
//----------------------------------------------------------------------
//| CLASS | 类
//----------------------------------------------------------------------
//| CTOR | 构造器开始
//----------------------------------------------------------------------
//| END_CTOR | 构造器截止
//----------------------------------------------------------------------
//| FUNCTION_SETTING | 关联成员函数指针
//----------------------------------------------------------------------
//| IMPLEMENTS | 继承
//----------------------------------------------------------------------
//| DTOR | 为了支持析构函数的概念
//| END_DTOR |
//----------------------------------------------------------------------
//| ABS_CLASS | 为了支持抽象类的概念
//----------------------------------------------------------------------
//| ABS_CTOR | 为了支持可继承的抽象类的构造函数
//| END_ABS_CTOR |
//----------------------------------------------------------------------
//| EXTENDS | 为了让熟悉Java的人容易理解(与IMPLEMENTS宏等同)
//----------------------------------------------------------------------
//| SUPER_CTOR | 为了支持子类调用父类的构造函数
//----------------------------------------------------------------------
//| SUPER_PTR | 为了支持向上转型
//| SUPER_PTR_2 |
//| SUPER_PTR_3 |
//----------------------------------------------------------------------
//| SUB_PTR | 为了支持向下转型
//| SUB_PTR_2 |
//| SUB_PTR_3 |
//----------------------------------------------------------------------
//| INHERIT_FROM | 为了支持访问直接父类的数据成员
//----------------------------------------------------------------------

下面是对LW_OOPC的简单的分析。

LW_OOPC概述

简单来说它主要是一个头文件,我们通过对这个头文件的使用来实现面向对象。

//lw_oopc.h : MISOO团队设计的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 */

下面一段代码是简单的OOPC的应用:

// 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;
}

 

接口的实现

在OOP程序中,通常是通过类定义和接口定义来实现的。

//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;
}

总结

语言只是一种工具,任何语言之间都是相通的,一通则百通,关键是要理解语言背后的思想,理解其思想,任何语言,拿来用就行了。语言没有好坏之分,任何语言既然存在自然有它存在的

   
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