1、引語
編程語言發展到今天，已經有相當多種了，有些甚至都沒有聽說過和接觸過。對於一個程序員來說，C語言都是基礎，C語言是一個面向過程的程序設計語言，那麼如何使用C語言來寫出面向對象的程序呢？
面向對象編程的三個基本特徵是封裝、繼承和多態。
先使用一個C++的例子，然後把例子轉成C語言。
////////////////////////////Object.h/////////////////////////
//基類
class Object
{
public:
Object(double h);
~Object(){}
virtual double calcuArae() = 0; //計算表面積
virtual double calcuVolume() = 0;//計算體積
//有一個共同的屬性
double height;
};
//圓柱體
class Cylinder :public Object
{
public:
Cylinder(double h,double r);
~Cylinder(){}
virtual double calcuArae();
virtual double calcuVolume();
double radius;
};
//長方體
class Cuboid :public Object
{
public:
Cuboid(double h,double w,double l);
~Cuboid(){}
virtual double calcuArae();
virtual double calcuVolume();
double weith;
double length;
};實現：
///////////////////////////Object.cpp///////////////////////
//基類構造函數
Object::Object(double h)
:height(h)
{
}
/////////////////////////////////////////////////////////
Cylinder::Cylinder(double h, double r)
:Object(h)
,radius(r)
{
}
double Cylinder::calcuArae()
{
return 2*PI*radius*radius + 2*PI*radius*height;
}
double Cylinder::calcuVolume()
{
return (PI*(radius*radius)/4)*height;
}
/////////////////////////////////////////////////////////
Cuboid::Cuboid(double h, double w, double l)
:Object(h)
,weith(w)
,length(l)
{
}
double Cuboid::calcuArae()
{
return length*weith*height;
}
double Cuboid::calcuVolume()
{
return 2*(length*weith+weith*height+length*height);
}
多態：
QVector<Object*> vec;
vec<< new Cylinder(2,3);
vec<< new Cuboid(2,3,4);
for(int i = 0 ; i < vec.size();i++)
{
qDebug()<<vec.at(i)->calcuArae();
qDebug()<<vec.at(i)->calcuVolume();
}
C++的多態是依靠虛函數來實現的。
2、封裝
在C++中使用class來封裝數據與方法的 在C語言中使用的struct來封裝數據與方法的，在標準的C運行庫裏一組函數fopen(), fclose(),fread(), and fwrite() ，就是在操作FILE結構的，每個函數都會傳入一個FILE的指針。
封裝比較好辦
//抽象對象
typedef struct
{
int16_t x;
int16_t y;
} Shape;
//構造函數
Shape *Shape_new(int16_t x, int16_t y)
{
Shape * obj = (Shape*)malloc(sizeof(Shape));
obj->x = x;
obj->y = y;
return obj;
}
//方法
void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy)
{
me->x += dx;
me->y += dy;
}3、繼承
C語言裏的繼承有點像C++的組合，子類包函父類的對象。
//具體對象
typedef struct
{
Shape super; //這裏一定要放在最前面
uint16_t width;
uint16_t height;
} Rectangle;
//構造函數
Rectangle*Rectangle_new(int16_t x, int16_t y,uint16_t width, uint16_t height)
{
Rectangle* r = (Rectangle*)malloc(sizeof(Rectangle));
r->super.x = x;
r->super.y = y;
r->width = width;
r->height = height;
return r;
}
//方法，使用基類的方法
應用：
Rectangle* r1 = Rectangle_new(1,1,2,3);
Shape_moveBy((Shape *)r1, -2, 3);//向上類型轉換，upcasting在C++裏是安全的4、多態
- 多態的實現就是建立一張虛表，然後實現後綁定。對於C語言來說就是使用函數指針的方法。
先封裝：
//基類
typedef struct
{
struct ObjectVtbl const *vptr;//虛表，這個也得放在最前面
double height;
}Object;
//虛表類
struct ObjectVtbl
{
double (*area)(Object * const o);
double (*volume)(Object * const o);
};
//Cylinder子類
typedef struct
{
Object super;
double radius;
}Cylinder;
//Cuboid子類
typedef struct
{
Object super;
double width;
double length;
}Cuboid;
再把所有的方法實現了：
這些方法只在模塊內使用不expouse給用戶
static double cylinder_area(Object * const o)
{
Cylinder * const me = (Cylinder *)o;
double r = (uint)me->radius;
double h = (uint)o->height;
return 2*PI*r*r + 2*PI*r*h;
}
static double cylinder_volume(Object * const o)
{
Cylinder * const me = (Cylinder *)o;
double r = (uint)me->radius;
double h = (uint)o->height;
return (PI*(r*r)/4)*h;
}
/////////////////////////////////////////////////////////////
static double cuboid_volume(Object * const o)
{
Cuboid * const me = (Cuboid *)o;
double w = (uint)me->width;
double h = (uint)o->height;
double l = (uint)me->length;
return l*w*h;
}
static double cuboid_area(Object * const o)
{
Cuboid * const me = (Cuboid *)o;
double w = (uint)me->width;
double h = (uint)o->height;
double l = (uint)me->length;
return 2*(l*w+w*h+l*h);
}
再把構造函數給實現了：
Cuboid * new_Cuboid(double l,double w,double h)
{
//這裏要使用static、const，因爲所有的實例都使用同一套函數
//而且這裏應該要在rom上分配空間
static struct ObjectVtbl const vtbl = { &cuboid_area,
&cuboid_volume,
};
Cuboid * c = (Cuboid *)malloc(sizeof(Cuboid));
c->super.vptr = &vtbl;
c->super.height = h;
c->length = l;
c->width = w;
return c;
}
Cylinder * new_Cylinder(double r,double h)
{
static struct ObjectVtbl const vtbl = { &cylinder_area,
&cylinder_volume,
};
Cylinder * c = (Cylinder *)malloc(sizeof(Cylinder));
c->super.vptr = &vtbl;
c->super.height = h;
c->radius = r;
return c;
}最後把要後綁定的方法實現了：
static double calcu_area(Object * const o)
{
return (*o->vptr->area)(o);
}
static double calcu_volume(Object * const o)
{
return (*o->vptr->volume)(o);
}
使用：
Cylinder *cylinder = new_Cylinder(2,6);
Cuboid *cuboid = new_Cuboid(2,6,5);
Object *table[2];
table[0] = (Object *)cylinder;
table[1] = (Object *)cuboid;
for(int i = 0 ; i < 2 ;i++)
{
qDebug()<<calcu_area(table[i]);
qDebug()<<calcu_volume(table[i]);
}5、總結
- Object Oriented Programming 是一種設計方法而非一種語言
- 封裝與繼承，C語言可以輕鬆的handle，但是多態的話相對複雜，而且沒有帶來任何性能上的提升。
- 如果是寫框架之類的可以考慮使用多態來隱藏細節，一般的應用不要使用。
6、參考
https://www.cs.rit.edu/~ats/books/ooc.pdf
https://www.state-machine.com/doc/AN_OOP_in_C.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=d5k_HBPFm0M
https://stackoverflow.com/questions/415452/object-orientation-in-c
http://ldeniau.web.cern.ch/ldeniau/html/oopc.html
https://sourceforge.net/projects/lwoopc/