C语言实现面向对象编程OOP

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gaosmile 发布时间：2020-12-14 23:29

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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。

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价值。