真的可以,用C语言实现面向对象编程OOP

开发 后端
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。

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: 

  1. struct Bird{  
  2.     char name[20];//姓名  
  3.     char color;    //颜色     
  4.     char addr[30];    //栖息地  
  5.     int weight;        //体重  
  6.     int other;      //属性  
  7. }; 

当我们要像OOP那样新建一个对象时,我们就可以: 

  1. struct Bird p; 

我们就可以直接对p进行赋值: 

  1. p.name = "bird" 
  2. p.color = 'b';  //'b' = black; 'g' = green  
  3. p.addr = 'w';    
  4. p.weight = 175 
  5. 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: 

  1. struct fBird{  
  2.     struct Bird p;  
  3.     char fly[20]; //飞翔  
  4.     int scream;        //鸣叫  
  5. }; 

对Bird进行创建对象,并赋值: 

  1. struct fBird s;  
  2. s.p.name = "bird" 
  3. s.p.color = 'b' 
  4. s.p.other = 25 
  5. s.p.weight = 65 
  6. s.fly = "0618" 
  7. 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。 

  1. struct Bird{  
  2.     void (*print)(void *p);  
  3. };  
  4. struct fBird{  
  5.     struct Bird p;  
  6. }; 

而Bird和fBird这两个结构体的print函数实现如下: 

  1. void printBird(void *Bird){  
  2.     if(NULL == Bird)  
  3.         return ;  
  4.     struct Bird *p = (struct Bird *)Bird;  
  5.     printf("run in the Bird!!\n");  
  6.  
  7. void printfBird(void *Bird){  
  8.     if(NULL == Bird)  
  9.         return ;  
  10.     struct Bird *p = (struct Bird *)Bird;  
  11.     printf("run in the fBird!!\n");  

我们写一个函数来调用他们: 

  1. void print(void *Bird){  
  2.     if(NULL == Bird)  
  3.         return ;  
  4.     struct Bird *p = (struct Bird *)Bird;  
  5.     p->print(Bird);  
  6.  
  7. int main(){  
  8.     struct Bird bird;  
  9.     struct fBird fbird;  
  10.     Bird.print = printBird 
  11.     fBird.p.print = printfBird 
  12.     print(&bird);    //实参为Bird的对象  
  13.     print(&fbird);  //实参为fBird的对象  
  14.     return 0;  

他们的输出为: 

  1. run in the Bird!!  
  2. 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。 

  1. //| INTERFACE                 | 接口  
  2. //----------------------------------------------------------------------  
  3. //| CLASS                     | 类  
  4. //----------------------------------------------------------------------  
  5. //| CTOR                      | 构造器开始  
  6. //----------------------------------------------------------------------   
  7. //| END_CTOR                  | 构造器截止  
  8. //----------------------------------------------------------------------  
  9. //| FUNCTION_SETTING          | 关联成员函数指针  
  10. //----------------------------------------------------------------------  
  11. //| IMPLEMENTS                | 继承  
  12. //----------------------------------------------------------------------  
  13. //| DTOR                      | 为了支持析构函数的概念  
  14. //| END_DTOR                  |                                                
  15. //----------------------------------------------------------------------  
  16. //| ABS_CLASS                 | 为了支持抽象类的概念     
  17. //----------------------------------------------------------------------  
  18. //| ABS_CTOR                  | 为了支持可继承的抽象类的构造函数  
  19. //| END_ABS_CTOR              |                           
  20. //----------------------------------------------------------------------  
  21. //| EXTENDS                   | 为了让熟悉Java的人容易理解(与IMPLEMENTS宏等同)    
  22. //----------------------------------------------------------------------  
  23. //| SUPER_CTOR                | 为了支持子类调用父类的构造函数  
  24. //----------------------------------------------------------------------  
  25. //| SUPER_PTR                 | 为了支持向上转型       
  26. //| SUPER_PTR_2               |       
  27. //| SUPER_PTR_3               |   
  28. //----------------------------------------------------------------------  
  29. //| SUB_PTR                   | 为了支持向下转型     
  30. //| SUB_PTR_2                 |                         
  31. //| SUB_PTR_3                 |                                          
  32. //----------------------------------------------------------------------  
  33. //| INHERIT_FROM              | 为了支持访问直接父类的数据成员  
  34. //---------------------------------------------------------------------- 

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。 

  1. //lw_oopc.h : MISOO团队设计的C宏  
  2. #include  
  3. #ifndef LW_OOPC  
  4. #define LW_OOPC  
  5. #define CLASS(type)       /  
  6. typedef struct type type; /  
  7. struct type  
  8. #define CTOR(type)        /  
  9. void* type##New()         /  
  10. {                         /  
  11.   struct type *t;        /  
  12.   t = (struct type*)malloc(sizeof(struct type));  
  13. #define CTOR2(type, type2)     /  
  14. void* type2##New()             /  
  15. {                              /  
  16.   struct type *t;             /  
  17.   t = (struct type*)malloc(sizeof(struct type));    
  18. #define END_CTOR return (void*)t; }  
  19. #define FUNCTION_SETTING(f1, f2) t->f1 = f2 
  20. #define IMPLEMENTS(type) struct type type  
  21. #define INTERFACE(type) struct type  
  22. #endif  
  23. /*          lw_oopc.h               */ 

下面一段代码是简单的OOPC的应用: 

  1. // Circle.c     
  2. #include  
  3. #include "lw_oop.h"  
  4. #define PI 3.1415926  
  5. CLASS(Circle)  
  6.  
  7.   double (*cal_area)(double);  
  8.  
  9. double circle_cal_area(double radius)  
  10.  
  11.   return PI*r*r;  
  12.  
  13. CTOR(Circle) 
  14.   FUNCTION_SETTING(cal_area, circle_cal_area)  
  15. END_CTOR  
  16. int main()  
  17.  
  18.      double area = 0.0;  
  19.      Circle *pc;   
  20.       pc = (Circle*)CircleNew();  
  21.      area = pc->cal_area(10);  
  22.      printf("area = %f/n", area);  
  23.      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。 

  1. //IA.h    
  2. #include "lw_oopc.h"  
  3. INTERFACE(IA)  
  4.  
  5.    void   (*init)(void*, double);  
  6.    double (*cal_area)(void*);  
  7.    double (*cal_permimeter)(void*);  
  8.  
  1. //circle.c   
  2. #include "IA.h"  
  3. #define PI 3.1415926  
  4. CLASS(Circle)  
  5.  
  6.   IMPLEMENTS(IA);  
  7.   double radius;  
  8.  
  9. static void circle_init(void* circle, double radius) 
  10.  
  11.   Circle *_this = (Circle*)circle;  
  12.   _this->radiusradius = radius;  
  13.  
  14. static double circle_cal_area(void* circle)  
  15.  
  16.   Circle *_this = (Circle*)circle;  
  17.   return PI*_this->radius*_this->radius;  
  18.  
  19. static double circle_cal_permimeter(void* circle)  
  20.  
  21.   Circle *_this = (Circle*)circle;  
  22.   return 2*PI*_this->radius;  
  23.  
  24. CTOR(Circle)  
  25.   FUNCTION_SETTING(IA.init, circle_init)  
  26.   FUNCTION_SETTING(IA.cal_area, circle_cal_area)  
  27.   FUNCTION_SETTING(IA.cal_permimeter, circle_cal_permimeter)  
  28. END_CTOR  
  1. //main.c  
  2. #include  
  3. #include “IA.h”  
  4. void print_area(IA* pi)  
  5.  
  6.     printf("area = %f/n", pi->cal_area(pi));  
  7.  
  8. int main()  
  9.  
  10.   IA *pc = NULL 
  11.   pc = (IA*)CircleNew();  
  12.   pc->init(pc, 10.0);  
  13.   print_area();  
  14.   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。 

 

责任编辑:庞桂玉 来源: C语言与C++编程
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