C语言一点五编程实战：纯 C 的模块化×继承×多态框架

本文将大量涉及C语言高级操作，如函数指针、结构体指针、二级指针、指针频繁引用解引用、typedef、static、inline和C语言项目结构等知识，请确保自己不会被上述知识冲击，如果没有这顾虑，请尽情享受~

摘要：

本文探讨在C语言中模拟面向对象编程（OOP）的"一点五编程"技术，通过函数指针、结构体嵌套和二级指针强制转换实现类、接口与多态。开发流程分声明（接口/类结构体、类型转换函数）、实现（方法绑定、初始化）和使用三阶段，强调方法集指针必须位于类结构体首地址以实现动态绑定。该方法将硬件驱动与业务逻辑解耦，结合嵌入式场景展示模块化设计，附伪实现循迹小车项目验证继承特性，为C语言赋予OOP的封装性、扩展性，提升嵌入式代码可维护性。

渊源

一开始时候，我是不知道这个技术的。在某一天我在刷B站的时候，看到一个作者为“一点五编程”的视频。他提出了一种编程思想，命名为“一点五编程”。其中：

"一"指的是模块化思想

“点五”指的是(*p)->f(p)技巧

我一看，好像是一种高端的技巧哇，于是开始看他的视频，发现讲解这一技术核心的视频全都是充电的！！！好吧，那我只好翻你文档看了，找到了他的个人博客。唔，好像什么都写了，但好像少点什么，，，哦，没教我到底怎么组织文件。

然后我继续翻网页，在CSDN上发现三篇文章，讲的是对“一点五编程”的解读。但是后来在自己实操过程中，还是发现了其中的错误。

看了这么多文章和视频，脑子一拍，这不就是面向对象的编程范式吗，只不过C语言是面向过程的语言，没有现成的面向对象的组件，但是思想上完全就是OOP那套嘛！

于是我开始自己扒，终于，也是让我扒出来了~

在文章的最后我会放上一个循迹小车的项目，当然，功能上伪实现（狗头），那接下来先讲下这门技术的基本理论和开发流程吧

理论

面向对象编程

我们先来说一下面向对象编程是什么：

面向对象编程是一种编程范式，它通过定义类和对象来组织和设计程序。

在面向对象编程中，程序猿通过创建类来定义数据结构和行为，通过创建对象来实例化这些类，并通过对象之间的交互来实现程序的功能。这种方法使得程序的结构更加清晰和易于维护。

面向对象编程有几个特性，分别是：封装、继承、多态、抽象，这里就不再说了，只要知道本文会体现就行，（纠结）因为毕竟还是挺难理解的，我也讲不明白，可以看看别的大佬的文章。

为什么要把面向对象编程拉出来说呢？众所众知，嵌入式是一个软硬件结合的学科，这就会存在一个问题，就是我们会非常在乎硬件的实现，上层的功能实现就实现了，也不会在乎开发的结构、后期的维护等，这一点在初学者身上体现的淋漓尽致。

而面向对象编程就致力于让程序更加模块化，通过继承和多态，使得大量代码复用，它还有模拟现实世界中对象和关系的能力。这样，就为开发者提供了一种自顶向下的开发思路。同时，它将上层实现与下层驱动相隔离，让更换开发平台变得简单。

流程

我将整个C语言面向对象编程的开发分为三个阶段，分别是声明、实现和使用。

声明

声明阶段又可以分为五个步骤，这些都是在头文件中写入的，分别是：

1. 声明接口函数
2. 定义接口结构体
3. 定义类结构体
4. 定义类型转换内联函数
5. 声明方法实例
   
   其中，声明接口函数、定义接口结构体和定义类型转换内联函数仅需书写一次，另外两个步骤可以根据实际需求定义更多的类和方法实例。

声明接口函数

在这里，接口就是类的行为方法集，控制整个类的行为方式。以循迹模块为例，读取循迹信息就是它的一个行为；以电机驱动模块为例，控制电机停转、正转、反转和控制转动速度就是它的一系列行为。我们首先要思考我们所抽象出的类有哪些行为方法，写成下面形式：

typedef int (*Method0FnT)(void* self, ...);
typedef int (*Method1FnT)(void* self, ...);
  .
  .
  .
typedef int (*MethodnFnT)(void* self, ...);

定义接口结构体

接下来，我们要将上面的接口函数放到一个接口结构体中，方便由各个类使用：

typedef struct
{
	Method0FnT method0Fn;
	Method1FnT method1Fn;
	  .
	  .
	  .
	MethodnFT methodnFn;
} MethodsT;

定义类结构体

完成上面步骤后，一个类的方法集就总结好了，再由方法集和类的各个属性组成完整的类，这里一定要注意，方法集指针一定要放在类结构体的第一个，否则会出现错误：

typedef struct
{
	MethodsT* methods;
	Type attribute0;
	Type attribute1;
	  .
	  .
	  .
	Type attributen;
} Class;

定义类型转换内联函数

这里是我们实现多态这一特性最核心的步骤，写成如下格式：

static inline int method0Fn(void* self, ...)
{
	return (*(MethodsT**)self)->method0Fn(self, ...);
}

static inline int method1Fn(void* self, ...)
{
	return (*(MethodsT**)self)->method1Fn(self, ...);
}

  .
  .
  .

static inline int methodnFn(void* self, ...)
{
	return (*(MethodsT**)self)->methodnFn(self, ...);
}

使用上面的语句，我们能够将(*p)->f(p)改写为f(p)的形式，而且不需要管类的具体函数实现。这里我们将指向类的一级指针强制类型转换为指向接口的二级指针，再解引用就得到了一个仅指向接口的一级指针，再用成员访问符使用接口函数。

这个过程中，要将指向类的一级指针强制类型转换为指向接口的二级指针，就需要类的起始地址与接口的起始地址相同，也就是为什么上面说方法集的指针一定要放在类结构体的第一个，这样指向接口的二级指针解引用后才会指向接口。

声明方法实例

上面定义了抽象的接口和类，该到这个接口函数的具体实现了，当然，还要写上类初始化函数的声明：

int classMethod0(void* self, ...);
int classMethod1(void* self, ...);
  .
  .
  .
int classMethodn(void* self, ...);

int classInit(void* self, ...);

实现

头文件内容就完成了，下面是具体的相关函数的实现了，下面部分都在源文件中写入，分为三个步骤：

1. 定义方法实例
2. 定义接口实例
3. 定义类初始化函数
   
   三个步骤的内容均由头文件中的声明限制。

定义方法实例

方法的实例我们已经在头文件中声明过了，在这里我们进行这些方法实例的定义：

int classMethod0(void* self, ...);
{
	Class* pClass= (Class*)self;

	//具体内容实现
	//异常处理

	return 1;
}

int classMethod1(void* self, ...)
{
	Class* pClass= (Class*)self;
	...
	return 1;
}

  .
  .
  .

int classMethodn(void* self, ...)
{
	Class* pClass= (Class*)self;
	...
	return 1;
}

定义接口实例

具体的方法已经有了，接下来我们要实现具体的接口了，将方法实例的函数指针传入到接口结构体中：

static MethodsT classMethods=
{
	.method0Fn= classMethod0,
	.method1Fn= classMethod1,
	  .
	  .
	  .
	.methodnFn= classMethodn
}

定义类的初始化函数

最后我们编写所需类的初始化的函数，类的属性值将通过初始化函数传入：

int classInit(void* self, ...)
{
	Class* pClass= (Class*)self;

	pClass->methods= &classMethods;
	pClass->attribute0= ...;
	pClass->attribute1= ...;
	  .
	  .
	  .
	pClass->attributen= ...;

	//其他初始化内容
	//异常处理

	return 1;
}

使用

使用起来就简单了，首先我们要生成类的实例，然后使用初始化函数进行类初始化，然后，使用！

//生成实例可以放在main.h中或者主函数前或者主函数开头
Class class
//初始化要放在开头
classInit(&class, ...);
//使用方法就放在任何你需要其执行的地方即可
method0Fn(&class, ...);
method1Fn(&class, ...);
  .
  .
  .
methodnFn(&class, ...);

就这样，我们的所有功能就实现啦，我相信你一定学会了！（狗头）

附录

循迹小车的伪实现，会体现出上面没有提及的继承特性，见本仓库:

https://github.com/swfeiyu/coop

关于我们更多介绍可以查看云文档：Freak嵌入式工作室云文档，或者访问我们的wiki：https://github.com/leezisheng/Doc/wik