如何用C語言實現(xiàn)OOP

我們知道面向?qū)ο蟮娜筇匦苑謩e是：封裝、繼承、多態(tài)。很多語言例如：C 和 Java 等都是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，而我們通常說 C 是面向過程的語言，那么是否可以用 C 實現(xiàn)簡單的面向?qū)ο竽?？答案是肯定的！C 有一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)叫做結(jié)構(gòu)體(struct)和函數(shù)指針，使用結(jié)構(gòu)體和函數(shù)指針便可實現(xiàn)面向?qū)ο蟮娜筇匦浴?/p>

C語言實現(xiàn)封裝

首先我們先簡單了解一下什么是封裝，簡單的說封裝就是類將屬性和屬性操作封裝在一個不可分割的獨立實體，只提供對外訪問屬性的操作方法。用戶無需知道對象的內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)，但能通過對外提供的接口訪問內(nèi)部屬性數(shù)據(jù)。

由于 C 沒有像 C 一樣可以設(shè)置類內(nèi)部數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限，所以 C 的屬性和操作都是公有的，但是我們可以用 C 的函數(shù)指針模仿 C 實現(xiàn)簡單的封裝。后續(xù)的多態(tài)實現(xiàn)也用到 C 的函數(shù)指針。我們知道 C 所有的非靜態(tài)成員函數(shù)會有一個 this 指針，通過 this 指針可以訪問所有的成員變量和成員函數(shù)。而 C 可以通過傳入成員變量所在的結(jié)構(gòu)體指針，達到 C this 指針的效果。現(xiàn)在我們構(gòu)建一個簡單的 Bird 類，Bird 有名稱（Name），顏色（Color），重量（Weight），棲居地（Addr）屬性和對應(yīng)的操作方法。

enum{
????INVALID_COLOR?=?0,
????RED?=?1,
????GREEN?=?2,
};

struct?Bird{
????char?*Name;
????char?*Addr;
????int?Color;
????int?Weight;

????void?(*SetName)(struct?Bird?*Bird,?char?*Name);
????void?(*SetAddr)(struct?Bird?*Bird,?char?*Addr);
????void?(*SetColor)(struct?Bird?*Bird,?const?int?Color);
????void?(*SetWeight)(struct?Bird?*Bird,?const?int?Weight);

????char?*(*GetName)(struct?Bird?*Bird);
????int?(*GetColor)(struct?Bird?*Bird);
};
代碼中 SetName, SetAddr, SetColor, SetWeight 函數(shù)指針相當于 C 類的成員函數(shù)，是 Bird 類內(nèi)部數(shù)據(jù)與外部交互的接口。在 C 中 this 指針是在編譯的時候由編譯器自己加上去的，所以每個接口都有一個 struct Bird* 類型形參，該指針的作用相當于 C 的 this 指針，通過該指針可以訪問類內(nèi)部的所有成員變量和成員函數(shù)。接下來就需要實現(xiàn)具體的函數(shù)，再在執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)時手動將函數(shù)指針指向最終的實現(xiàn)函數(shù)。

具體成員函數(shù)實現(xiàn)源碼如下：

void?SetBirdName(struct?Bird?*Bird,?const?char?*?const?Name)
{
????if(Bird?==?NULL){
????????return;
????}
????Bird->Name?=?Name;
}

void?SetBirdAddr(struct?Bird?*Bird,?const?char?*?const?Addr)
{
????if(Bird?==?NULL){
????????return;
????}
????Bird->Addr?=?Addr;
}

void?SetBirdColor(struct?Bird?*Bird,?const?int?Color)
{
????if(Bird?==?NULL){
????????return;
????}
????Bird->Color?=?Color;
}

void?SetBirdWeight(struct?Bird?*Bird,?const?int?Weight)
{
????if(Bird?==?NULL){
????????return;
????}
????Bird->Weight?=?Weight;
}

char?*GetName(struct?Bird?*Bird)
{
????if(Bird?==?NULL){
????????return?NULL;
????}
????
????return?Bird->Name;
}

int?GetColor(struct?Bird?*Bird)
{
????if(Bird?==?NULL){
????????return?INVALID_COLOR;
????}

????return?Bird->Color;
}
那么 C 的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)如何使用 C 來實現(xiàn)呢？構(gòu)造函數(shù)在創(chuàng)建一個對象實例時自動調(diào)用，析構(gòu)函數(shù)則在銷毀對象實例時自動調(diào)用，實際上 C 的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)在編譯期間由編譯器插入到源碼中。但是編譯 C 源碼時，編譯器沒有這種操作，需要我們手動去調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。而且在調(diào)用 C 的構(gòu)造函數(shù)時，需要我們手動將函數(shù)指針指向最終的實現(xiàn)函數(shù)。在調(diào)用 C 的析構(gòu)函數(shù)時，需要我們手動的釋放資源。

構(gòu)造函數(shù)源碼如下：

void?BirdInit(struct?Bird?*Bird)
{
????if(Bird?==?NULL){
????????return;
????}
????Bird->SetAddr?=?SetBirdAddr;
????Bird->SetColor?=?SetBirdColor;
????Bird->SetName?=?SetBirdName;
????Bird->SetWeight?=?SetBirdWeight;

????Bird->GetColor?=?GetColor;
????Bird->GetName?=?GetName;

????Bird->SetAddr(Bird,?"Guangzhou");
????Bird->SetColor(Bird,?RED);
????Bird->SetWeight(Bird,?10);
????Bird->SetName(Bird,?"Xiaoming");
}
析構(gòu)函數(shù)源碼如下：

void?BirdDeinit(struct?Bird?*Bird)
{
????if(Bird?==?NULL){
????????return;
????}

????memset(Bird,?0,?sizeof(struct?Bird));
}
至此，C 如何實現(xiàn)面向?qū)ο蟮姆庋b特性已講完，下面看看我們實際運用的效果。

int?main(int?argc,?char?*argv[])
{
????struct?Bird?*Bird?=?(struct?Bird?*)malloc(sizeof(struct?Bird));

????BirdInit(Bird);?//調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
????Bird->SetName(Bird,?"Lihua");?//更改Bird的名稱
????Bird->SetColor(Bird,?GREEN);?//更改Bird的顏色
????printf("Bird?name:?%s,?color:?%d\n",?Bird->GetName(Bird),?Bird->GetColor(Bird));
????BirdDeinit(Bird);?//調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
????free(Bird);
????Bird?=?NULL;

????return?0;
}
在 mac 上編譯執(zhí)行結(jié)果如下：

C語言實現(xiàn)繼承

我們繼續(xù)簡單了解一下什么是繼承，繼承就是使用已存在的類的定義基礎(chǔ)建立新類的技術(shù)。新類可以增加新的數(shù)據(jù)和方法，但不能選擇性的繼承父類。而且繼承是“is a”的關(guān)系，比如老鷹是鳥，但是你不能說鳥就是老鷹，因為還有其他鳥類動物也是鳥。因為 C 語言本身的限制，只能用 C 實現(xiàn) C 的公有繼承（除非使用 C 開發(fā)新的計算機語言）。在 C 使用公有繼承（沒有虛函數(shù)），編譯器會在編譯期間將父類的成員變量插入到子類中，通常是按照順序插入（具體視編譯器決定）。說到這里，我們很容易就能想到如何使用 C 語言實現(xiàn) C 的公有繼承了（不帶虛函數(shù)），就是在子類中定義一個父類的成員變量，而且父類的成員變量只能放在最開始的位置。依舊使用上面建立的 Bird 類作為父類，我們建立一個新的子類Eagle（老鷹），老鷹可以飛翔也吃肉（其他鳥類不一定會飛和吃肉），所以我們建立的子類如下：

struct?Eagle
{
????struct?Bird?Bird;
????BOOL?Fly;
????BOOL?EateMeat;

????void?(*CanFly)(struct?Bird?*Bird,?const?BOOL?Fly);
????void?(*CanEateMeat)(struct?Bird?*Bird,?const?BOOL?EateMeat);
????BOOL?(*IsFly)(struct?Bird?*Bird);
????BOOL?(*IsEateMeat)(struct?Bird?*Bird);
};
extern?void?EagleInit(struct?Eagle?*Eagle);
extern?void?EagleDeinit(struct?Eagle?*Eagle);
在 C 中 new 一個子類對象，構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序則是從繼承鏈的最頂端到最底端，依次調(diào)用構(gòu)造函數(shù)。而 delete 一個子類對象時，析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用順序則是從繼承鏈的最底端到最頂端依次調(diào)用。按照這個模式，我們子類（Eagle）的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)就很容易寫了，構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)源碼如下所示：

void?EagleInit(struct?Eagle?*Eagle)
{
????if(Eagle?==?NULL){
????????return;
????}
????BirdInit(