C實現類封裝繼承多型

1、概述

c語言是一種面向過程的程式語言，而c++是在c語言基礎上衍生來了的物件導向的語言，實際上，很多c++實現的底層是用c語言實現的，如在visual c++中的inte***ce其實就是struct，查詢inte***ce的定義，你可以發現有這樣的巨集定義：

#ifndef inte***ce

#define inte***ce struct

#endif

c++在語言級別上新增了很多新機制（繼承，多型等），而在c語言中，我們也可以使用這樣的機制，前提是我們不得不自己實現。

本文介紹了用c語言實現封裝，繼承和多型的方法。

2、基本知識

在正式介紹c語言實現封裝，繼承和多型事前，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，常把乙個物件用結構體進行封裝，這樣便於對物件進行操作，比如：

strcut point;

結構體可以巢狀。因而可以把乙個結構體當成另乙個結構體的成員，如：

struct circle ;

該結構體與以下定義完全一樣（包括記憶體布置都一樣）：

struct circle ;

（2）函式指標

函式指標是指標的一種，它指向函式的首位址（函式的函式名即為函式的首位址），可以通過函式指標來呼叫函式。

如函式：

int func(int a, int n);

可以這樣宣告函式指標：

int (*pfunc)(int a, int n);

這樣使用：

pfunc = func;

(*pfunc)(a, n);【或者pfunc(a, n)】

可以用typedef定義乙個函式指標型別，如：

typdef int (*func)(int a, int n)

可以這樣使用：

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可用於修飾函式或者變數，表示該變數或者函式在其他檔案中進行了定義；static也可用於修飾函式或者變數，表示該函式或者變數只能在該檔案中使用。可利用它們對資料或者函式進行隱藏或者限制訪問許可權。

3、封裝

在c語言中，可以用結構+函式指標來模擬類的實現，而用這種結構定義的變數就是物件。

封裝的主要含義是隱藏內部的行為和資訊，使用者只用看到對外提供的介面和公開的資訊。有兩種方法實現封裝：

(1) 利用c語言語法。在標頭檔案中宣告，在c檔案中真正定義它。

這樣可以隱藏內部資訊，因為外部不知道物件所佔記憶體的大小，所以不能靜態的建立該類的物件，只能呼叫類提供的建立函式才能建立。這種方法的缺陷是不支援繼承，因為子類中得不到任何關於父類的資訊。如：

//標頭檔案：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檔案:point.c
#include」point.h」
strcut point
;point * new_point()
void free_point(point *point_)

(2) 把私有資料資訊放在乙個不透明的priv變數或者結構體中。只有類的實現**才知道priv或者結構體的真正定義。如:

#ifndef point _h
#define point_h
typedef struct point point;
typedef struct pointprivate pointprivate;
strcut point
;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檔案:point.c
#include」point.h」
struct pointprivate
int get_x(point *point_)
int get_y(point *point_)
//others…..

4、繼承

在c語言中，可以利用「結構在記憶體中的布局與結構的宣告具有一致的順序」這一事實實現繼承。

比如我們要設計乙個作圖工具，其中可能涉及到的物件有point(點)，circle(圓)，由於圓是由點組成的，所有可以看成circle繼承自point。另外，point和circle都需要空間申請，空間釋放等操作，所有他們有共同的基類base。

//記憶體管理類new.h
#ifndef new_h
#define new_h
void * new (const void * class, ...);
void delete (void * item);
void draw (const void * self);
#endif
//記憶體管理類的c檔案：new.c
#include 「new.h」
#include 「base.h」
void * new (const void * _base, ...)
return p;
}void delete (void * self)
void draw (const void * self)
//基類：base.h
#ifndef base_h
#define base_h
struct base
;#endif
//point標頭檔案(對外提供的介面)：point.h
#ifndef   point_h
#define  point_h
extern const void * point;                /* 使用方法：new (point, x, y); */
#endif
//point內部標頭檔案(外面看不到)：point.r
#ifndef point_r
#define point_r
struct point
;#endif
//point的c檔案：point.c
#include 「point.h」
#include 「new.h」
#include 「point.h」
#include 「point.r」
static void point_draw (const void * _self)
static const struct base _point = ;
const void * point = & _point;
//測試程式：main.c
#include 「point.h」
#include 「new.h」
int main (int argc, char ** argv)

同樣，circle要繼承point，則可以這樣：

struct circle
;

5、多型

可以是用c語言中的萬能指標void* 實現多型，接上面的例子：

//測試main.c
void * p = new(point, 1, 2);
void * pp = new(circle, 1, 2);
draw(p); //draw函式實現了多型
draw(pp);
delete(p);
delete(pp);

6、總結

c語言能夠模擬實現物件導向語言具有的特性，包括：多型，繼承，封裝等，現在很多開源軟體都了用c語言實現了這幾個特性，包括大型開源資料庫系統postgresql，可移植的c語言物件導向框架gobject，無線二進位制執行環境brew。採用c語言實現多型，繼承，封裝，能夠讓軟體有更好的可讀性，可擴充套件性。

7、參考資料

(1) 《c語言中extern和static用法》：

(2) 《三、使用gobject——私有成員和靜態變數》:

(3) 《技巧：用 c 語言實現程式的多型性》：

(4) 書籍《object-oriented programming with ansi-c》

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