如摘要所说,C语言不支持OOP(面向对象的编程)。并这不意味着我们就不能对C进行面向对象的开发,只是过程要复杂许多。原来以C++的许多工作,在C语言中需我们手动去完成。

博主将与大家一起研究一下如下用C语言实现面象对象的编程。

面向对象的三大特性:封装、继承、多态

我们要达到的目的如下:

Animal是动物,有两个方法:Eat()吃,Breed()繁衍。

Bird与Mammal都是Animal,Mammal是哺乳动物。

Penguin是企鹅,企鹅是Bird,企鹅不会飞。

Swallow是燕子,是Bird,会飞。

Bat是蝙蝠,是Mammal,会飞。

Tiger是老虎,是Mammal,不会飞。

Plane是飞机,会飞。它不是动物。

从上面的类继承关系来看,由于Swallow, Bat, Plane会飞,所以它们都继承了IFly接口。

首先我们用C++的类来实现上面的关系:

class Animal {
public:
virtual void Eat() = 0;
virtual void Breed() = 0;
}; class Bird : public Animal {
public:
virtual void Breed() {
cout << "蛋生" << endl;
}
}; class Mammal : public Animal {
public:
virtual void Breed() {
cout << "胎生" << endl;
}
}; class IFly {
public:
virtual void Fly() = 0;
}; class Penguin : public Bird {
public:
virtual void Eat() {
cout << "企鹅吃鱼" << endl;
}
}; class Swallow : public Bird , public IFly {
public:
virtual void Eat() {
cout << "燕子吃虫子" << endl;
}
virtual void Fly() {
cout << "燕子飞呀飞" << endl;
}
}; class Bat : public Mammal, public IFly {
public:
virtual void Eat() {
cout << "蝙蝠吃飞虫" << endl;
}
virtual void Fly() {
cout << "蝙蝠飞呀飞" << endl;
}
}; class Tiger : public Mammal {
virtual void Eat() {
cout << "老虎吃肉" << endl;
}
}; class Plane : public IFly {
public:
virtual void Fly() {
cout << "飞机飞过天空" << endl;
}
};

用下面的main.cpp来测试它们的继承效果:

int main()
{
Penguin *penguin = new Penguin;
Swallow *swallow = new Swallow;
Bat *bat = new Bat;
Tiger *tiger = new Tiger;
Plane *plane = new Plane; Animal* animals[4] = {penguin, swallow, bat, tiger};
IFly* flies[3] = {swallow, bat, plane}; for (int i = 0; i < 4; ++i) {
animals[i]->Eat();
animals[i]->Breed();
} cout << "-------------" << endl;
for (int i = 0; i < 3; ++i)
flies[i]->Fly(); delete penguin;
delete swallow;
delete bat;
delete tiger;
delete plane; return 0;
}

执行的效果是:

企鹅吃鱼
蛋生
燕子吃虫子
蛋生
蝙蝠吃飞虫
胎生
老虎吃肉
胎生
-------------
燕子飞呀飞
蝙蝠飞呀飞
飞机飞过天空

上面演示的就是C++的多态功能。


多态这个特性给我们软件灵活性带来了很大的便利。由于某此限制,如硬件资源不够充裕、开发环境不支持C++等原理,我们不能使用C++。

那么我们下面要讨论的是用C来重新实现上面的多态功能。

main.c大致是这样子的:

int main()
{
Object* penguin = Penguin_New();
Object* swallow = Swallow_New();
Object* bat = Bat_New();
Object* tiger = Tiger_New();
Object* plane = Plane_New(); Object* animal[4] = {penguin, swallow, bat, tiger}; IFly* flies[3] = {NULL};
flies[0] = Swallow_AsIFly(swallow);
flies[1] = Bat_AsIFly(bat);
flies[2] = Plane_AsIFly(plane); for (int i = 0; i < 4; ++i) {
Animal_Eat(animal[i]);
Animal_Breed(animal[i]);
} for (int i = 0; i < 4; ++i) {
IFly_Fly(flies[i]);
} Penguin_Delete(penguin);
Swallow_Delete(swallow);
Bat_Delete(bat);
Tiger_Delete(tiger);
Plane_Delete(plane); return 0;
}

上面编译时需要加 "-std=c99" 才能通过编译。


博主已实现了上面的Demo,代码已提交到:http://git.oschina.net/hevake_lcj/C_OOP_DEMO

该Demo实现了OOP的类继承、多态的特性。继承只支持单继承,还没有实现接口功能。

每个对象由三部分组成:info, data, func

  • info,类信息,存储该对象的:类型ID、虚函数表地址

  • data,对象的数据

  • func,虚函数指针

如下为 info 的定义:

typedef struct {
uint32_t tag; //! 高16位为TAG,低16位为class_id
void* vfun; //! 虚函数结构体地址
} class_info_t;

例如 Animal 类的定义,见 animal_def.h :

typedef struct {
int health;
} Animal_Data; typedef struct {
void (*Eat)();
void (*Breed)();
} Animal_Func; typedef struct {
class_info_t info;
Animal_Data data;
Animal_Func func;
} Animal;

结构图:

<明天再写>

即将讨论话题:

- 如何表述类的继承关系?

- 为什么要将data与func分开?

博主自己测试了一下,结果是:

$ ./c_oop_demo
start
企鹅吃鱼
蛋生
燕子吃虫子
蛋生
蝙蝠吃飞虫
胎生
老虎要吃肉
胎生
end

从上看来,已达到了预期的多态效果。

C++与C的比较

居说C++编译出来的可执行文件远多于C。于是博主对比了一下c_oop_demo与C++编译的同功能的可执行文件cpp_demo。博主惊讶地发现 c_oop_demo 的文件大小既还比 cpp_demo大一点。况且上面的 c_oop_demo 还没有实现接口功能呢,要是实现了,那不更大?这不由令博主对用C实现OOP,以为可以节省空间的想法大为失望。

看来,在实现同样的oop功能下,C++编译出的输出文件比自己手把手写的c_oop_demo要小,说明C++在这方便做了不少的优化。相比之下,C++用50多行的代码实现的功能,用C(博主亲自统计的)居然要写近1000行代码。代码的可维护性远不及C++。说C++生成的文件庞大,真是冤枉了C++。用C完成同等功还不如C++干得漂亮。

https://yq.aliyun.com/articles/33326?spm=5176.100239.blogrightarea33100.17.9NBJrk

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