C語言中的面向對象-C語言的多態實現

相信很多人都看過設計模式方面的書,大家有什麼體會呢?Bridge,Proxy,Factory這些設計模式都是基於抽象類的。使用抽象對象是這裏的一個核心。

其實我覺得框架化編程的一個核心問題是抽象,用抽象的對象構建程序的主體框架,這是面向對象編程的普遍思想。用抽象構建骨架,再加上多態就形成了一個完整的程序。由於C++語言本身實現了繼承和多態,使用這樣的編程理念(理念啥意思?跟個風,嘿嘿)在C++中是十分普遍的現象,可以說Virtual(多態)是VC的靈魂。

但是,使用C語言的我們都快把這個多態忘光光了。我常聽見前輩說,類?多態?我們用的是C,把這些忘了吧。很不幸的是,我是一個固執的人。這麼好的東西,爲啥不用呢。很高興的,在最近的一些純C代碼中,我看見了C中的多態!下面且聽我慢慢道來。

1. VC中的Interface是什麼
Interface:中文解釋是接口,其實它表示的是一個純虛類。不過我所要說的是,在VC中的Interface其實就是struct,查找Interface的定義,你可以發現有這樣的宏定義:
#Ifndef Interface
#define Interface struct
#endif
而且,實際上在VC中,如果一個類有Virtual的函數,則類裏面會有vtable,它實際上是一個虛函數列表。實際上C++是從C發展而來的,它不過是在語言級別上支持了很多新功能,在C語言中,我們也可以使用這樣的功能,前提是我們不得不自己實現。

2.C中如何實現純虛類(我稱它爲純虛結構)
比較前面,相信大家已經豁然開朗了。使用struct組合函數指針就可以實現純虛類。
例子: typedef struct {
void (*Foo1)();
char (*Foo2)();
char* (*Foo3)(char* st);
}MyVirtualInterface;

這樣假設我們在主體框架中要使用橋模式。(我們的主類是DoMyAct,接口具體實現類是Act1,Act2)下面我將依次介紹這些“類”。(C中的“類”在前面有說明,這裏換了一個,是使用早期的數組的辦法)

主類DoMyAct: 主類中含有MyVirtualInterface* m_pInterface; 主類有下函數:
DoMyAct_SetInterface(MyVirtualInterface* pInterface)
{
m_pInterface= pInterface;
}
DoMyAct_Do()
{
if(m_pInterface==NULL) return;
m_pInterface->Foo1();
c=m_pInterface->Foo2();
}
子類Act1:實現虛結構,含有MyVirtualInterface st[MAX]; 有以下函數:
MyVirtualInterface* Act1_CreatInterface()
{
index=FindValid() //對象池或者使用Malloc !應該留在外面申請,實例化
if(index==-1) return NULL;
St[index].Foo1=Act1_Foo1; // Act1_Foo1要在下面具體實現
St[index].Foo2=Act1_Foo2;
St[index].Foo3=Act1_Foo3;
Return &st [index];
}
子類Act2同上。

在main中,假設有一個對象List。List中存貯的是MyVirtualInterface指針,則有:
if( (p= Act1_CreatInterface()) != NULL)
List_AddObject(&List, p); //Add All

While(p=List_GetObject()){
DoMyAct_SetInterface(p);//使用Interface代替了原來大篇幅的Switch Case
DoMyAct_Do();//不要理會具體的什麼樣的動作,just do it
}

FREE ALL。
在微系統裏面,比如嵌入式,通常使用對象池的技術,這個時候可以不用考慮釋放的問題(對象池預先沒有空間,使用Attach,在某個函數中申請一個數組並臨時爲對象池分配空間,這樣函數結束,對象池就釋放了)

但是在Pc環境下,由於程序規模比較大,更重要的是一些特殊的要求,使得對象的生命週期必須延續到申請的那個函數體以外,就不得不使用malloc,實際上即使在C++中,new對象的自動釋放始終是一個令人頭疼的問題,新的標準引入了智能指針。但是就我個人而言,我覺得將內存釋放的問題完全的交給機器是不可信任的,它只能達到準最佳。

你知道設計Java的垃圾回收算法有多困難嗎?現實世界是錯綜複雜的,在沒有先驗條件下,要想得到精確的結果及其困難。所以我說程序員要時刻將free記在心上,有關程序的健壯性和自我防禦將在另外一篇文章中講述。

3.純虛結構的退化
下面我們來看看如果struct裏面僅僅有一個函數是什麼? 這個時候如果我們不使用struct,僅僅使用函數指針又是什麼? 我們發現,這樣就退化爲普通的函數指針的使用了。

所以說,有的時候我覺得面向對象僅僅是一種形式,而不是一種技術。是一種觀點,而不是一種算法。但是,正如炭,石墨和鑽石的關係一樣,雖然分子式都是C,但是組成方法不一樣,表現就完全不一樣了!
有的時候,我們經常被編程中瑣碎的事情所煩惱,而偏離了重心,其實程序可進化的特性是很重要的。有可能,第一次是不成功的,但是隻要可進化,就可以發展。

4.進階――類結構樹,父類不是純虛類的類
前面僅僅講的是父類是純虛結構的情況 (面向對象建議的是所有類的基類都是從純虛類開始的), 那麼當類層次比較多的情況下,出現父類不是純虛結構怎麼辦呢。嘿嘿,其實在C中的實現比C++要簡單多了。因爲C中各個函數是分散的。

在這裏使用宏定義是一個很好的辦法:比如兩個類Act1,ActByOther1“繼承”Act1:
MyVirtualInterface* ActByOther1_CreatInterface()
{
index=FindValid() //對象池或者使用Malloc
if(index==-1) return NULL;
St[index].Foo1= ActByOther1_Foo1; // Act1_Foo1要在下面具體實現
St[index].Foo2= ActByOther1_Foo2;
St[index].Foo3= ActByOther1_Foo3;
Return &st [index];
}

#define ActByOther1_Foo1 Act1_Foo1 //這就是繼承 嘿嘿
ActByOther1_Foo2(){} // 可以修改其實現
ActByOther1_DoByOther() {} //當然就可以添加新的實現咯

5.實例――可以參見H264的源碼,其中NalTool就是這樣的一個純虛結構。

作者Blog:http://blog.csdn.net/liyuming1978/
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