在C语言中实现面向对象（2）

C语言是结构化和模块化的语言，它是面向过程的。但它也可以模拟C++实现面向对象的功能。那么什么是对象呢？对象就是一个包含数据以及于这些数据有关的操作的集合，也就是包含数据成员和操作代码（即成员函数）。用C语言实现面向对象功能主要就是实现拟“类”的继承，函数的重载等操作，这些主要是通过结构体和指针函数实现的。

在C++和Java中，多态行为是由一种动态连接机实现的，比如，在C++中定义如下的类 Base 和它的子类 Sub：

class Base {
        int data;
public:
        Base() : data(3) {}
        virtual int getData() const {
                return data;
        }
};

class Sub:public Base {
        int data;
public:
        Sub() : data(5) {}
        int getData() const {
                return data;
        }
};

　 　那么如果有一个Base 类型的指针指向了一个Sub类，通过这个指针调用getData()时将返回子类Sub中的data：初始值5。这样，如果有一个储存基类型指针的数组， 但这些指针有的指向基类，有的指向子类，那么我就可以通过指针统一地调用 getData() 函数，依然能够得到正确的值。
怎么在C中也实现类似的功能呢？

要想根据基类的指针正确地选择应该调用的函数，一个合适的备选方案是用函数指针，即在基类的结构中定义一个函数指针，这个函数指针的值将根据具体对象的类别设置，比如上面的C++代码可以用C写成这样：

struct Base {
        int data;
        int (*getData)( struct Base * );
};

struct Sub {
        struct Base base;
        int data;
};

　 　这样，如果有一个struct Base 型的指针 base，通过 base->getData(base) 就可以得到正确的值，这样就实现了我们刚才的目的。但是如果有一个真正的 struct Sub 型的指针 sub，要想通过 sub 来调用正确的 getData，则至少要经过两次强制类型转换（如果不想让编译器发出警告的话）。这在写代码时是比较麻烦的。我们可以在sub中也添加一个函数指针，它 指向专门为 struct Sub 写的函数，这样就可以解决这种不便之处：

struct Base {
        int data;
        int (*getData)( struct Base * );
};

struct Sub {
        struct Base base;
        int (*getData)( struct Sub * );
        int data;
};

　　这样一来，我们需要适当地初始化这些指针，让它们指向合适的值。那么这种初始化的工作由谁来做呢？我们可以分别为两个类写初始化函数，类似于C++和Java中的构造函数，同时，在必要的时候我们也可以写出它们的析构函数用来释放内存空间。完整的例子如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct Base {
        int data;
        int (*getData)( struct Base * );
};

struct Sub {
        struct Base base;
        int (*getData)( struct Sub * );
        int data;
};

int getDataForBase( struct Base * base ) {
        return base->data;
}

int getDataForSubBase( struct Base * base ) {
        return ((struct Sub *)base)->data;
}
int getDataForSub( struct Sub * sub ) {
        /*这个函数和上面的函数只有参数类型不同。
         * 如果代码太长我们可以直接调用上面的函数。
         * 我们也可以省略这个函数而把 sub 中的函数指针
         * 设成和 Base 类相同，这样在调用时如果传递 sub 
         * 指针，那么编译器会发出警告。*/
        return sub->data;
}

/* Base 的“构造函数” */
void Base_init( struct Base * base ) {
        base->data = 3;
        base->getData = getDataForBase;
}

/* Sub 的“构造函数” */
void Sub_init( struct Sub * sub ) {
        Base_init( (struct Base*)sub );        /* 在C++中，子类的构造方法默认将调用父类的无参数构造方法。*/
        ((struct Base*)sub)->getData = getDataForSubBase;/* 设置函数指针 */
        sub->getData = getDataForSub;        /* 设置函数指针 */
        sub->data = 5;
}

/* Base 和 Sub 的析构函数： */
void Base_destroy( struct Base * base) {}
void Sub_destroy( struct Sub * sub) {}

int main()
{
        struct Base * base = (struct Base*)malloc(sizeof(struct Base));
        Base_init(base);
        struct Sub * sub = (struct Sub*)malloc(sizeof(struct Sub));
        Sub_init(sub);
        struct Base * subbase = (struct Base*)sub;
        /*从下面的语句可以看出，不论是 Base 型的指针指向 Base 型，Base 型指针指向 Sub 型，还是 Sub 型指针指向 Sub 型，调用函数的格式都是统一的。*/
        printf( "%d\n%d\n%d\n", base->getData(base), sub->getData(sub), subbase->getData(subbase) );
        free(base);        /*适当地换成析构函数*/
        free(sub);        /*适当地换成析构函数*/
}

　　这样实现动态连接的类显然就不能通过切割内存来实现类型转换了，如果试图把一个Sub类强行切割成Base类，那么得到的Base类中的函数指针就可能指向错误的函数。我们必须在切割之后重新设置Base中函数指针的值。

　　讨论过这些之后，我们设想一下在C语言中可不可以实现数据结构和算法的通用函数。在以前学习C语言的时候，即使是简单的单链表操作，在一个程序中实现的操作函数也不能直接拿到另一个程序中使用，因为链表的节点结构不同。而现在，只要定义一个基本的节点模板：
struct listNode {
        struct listNode * next;
};
我们就可以写出针对它的操作函数。而在使用时，我们定义一个继承它的类：
struct myListNode {
        struct listNode node;
        int data;
};
通过强制类型转换，就可以使用通用函数了。用这种方法可以实现链表的创建、插入、删除等操作的通用函数。如果要在链表中查找指定的节点呢？运用函数指针将判别函数传入通用函数，这样查找也实现了。