C语言下的封装继承与多态.docx

C语言下的封装、继承与多态 上次课，钱SIR提到，Liux下面也有很多用C实现的面向对象的结构。比较感觉兴趣，就在网上查了一些资料，原来C语言模拟实现面向对象语言所具有的特性：多态，继承，封装，也是一件很简单的事儿。并且现在很多开源软件都了用C语言实现了这几个特性，包括大型开源数据库系统postgreSQL，可移植的C语言面向对象框架GObject。在自己机器上实践了下，感叹C语言的灵活与强大！总结一下，以便交流：一、基础知识（1）结构体结构体可以嵌套,因而可以把一个结构体当成另一个结构体的成员，如：cpp view plaincopyprint?1. struct Point 2. int x; 3. int y; 4. ; cpp view plaincopyprint?1. struct Circle 2. struct Point point_; 3. int radius; 4. ; 该结构体与以下定义完全一样（包括内存布置都一样cpp view plaincopyprint?1. struct Circle 2. int x; 3. int y; 4. int radius; 5. ; （2）void *指针是整个 C 语言的精髓所在。而你也一直敬畏着指针，又爱又恨地使用着它。许多教材都告诉你，int *叫做指向整型的指针，而 char *是指向字符型的指针，等等等等不一而足。然而这里有一个另类的指针家族成员void *。不要按照通常的命名方式叫它做指向void 类型的指针，它的正式的名字叫做：可以指向任意类型的指针。（3）C中的参数个数可变函数 可变参数函数的原型声明：cpp view plaincopyprint?1. type VAFunction(type arg1, type arg2, ); 参数可以分为两部分：个数确定的固定参数和个数可变的可选参数。函数至少需要一个固定参数，固定参数的声明和普通函数一样；可选参数由于个数不确定，声明时用.表示。固定参数和可选参数公同构成一个函数的参数列表。标准C/C+包含头文件stdarg.h，该头文件中定义了操作不定变量的相关宏：cpp view plaincopyprint?1. void va_start ( va_list arg_ptr, prev_param ); /* ANSI version */ 2. type va_arg ( va_list arg_ptr, type ); 3. void va_end ( va_list arg_ptr ); 在这些宏中，va就是variable argument(可变参数)的意思;arg_ptr 是指向可变参数表的指针；prev_param 指可变参数表的前一个固定参数；type 为可变参数的类型。va_list 也是一个宏，其定义为typedef char * va_list，实质上是一char型指针。具体用法可以参考：/space.php?uid=9174178&do=blog&cuid=484548二、封装封装的主要含义是隐藏内部的行为和信息，使用者只用看到对外提供的接口和公开的信息。在C语言中的实现方法：把私有数据信息放在一个不透明的priv变量或者结构体中，只有类的实现代码才知道priv或者结构体的真正定义。例如：头文件：cpp view plaincopyprint?1. /=头文件：Point.h文件= 2. #ifndef POINT_H 3. #define POINT_H 4. typedef struct Point point; 5. typedef struct pointPrivate pointPrivate; 6. struct Point 7.8. 9. struct pointPrivate *pp; 10. int get_x(point *point_); 11. int get_y(point *point_); 12. point * new_point(int x,int y); 13. 14. #endif 源文件cpp view plaincopyprint?1. /=C文件:Point.c文件= 2. #include Point.h 3. #include 4. struct pointPrivate; 5. int x; 6. int y; 7. ; 8.9. int get_x(point *point_) 10. return point_-pp-x; 11. 12.13. int get_y(point *point_) 14. return point_-pp-y; 15. 16.17. point* new_point(int x,int y) 18. point* p=(point*)malloc(sizeof(point); 19. p-pp=(pointPrivate*)malloc(sizeof(pointPrivate); 20. p-pp-x=x; 21. p-pp-y=y; 22. return p; 23. 测试文件：cpp view plaincopyprint?1. int main() 2. 3. point* p = new_point(1,2); 4. /printf(x:%d,y:%dn,p-pp-x,p-pp-y); 5. printf(x:%d,y:%dn,get_x(p),get_y(p); 6. 在测试代码中，注释掉的一部分是编译不过的，因为我们已经把pointPrivate结构体的定义隐藏了。而且必须使用new_point来创建point结构对象，否则无法初始化point结构体中的pp成员变量。有意思的是：这段代码生成的exe文件可能会被360误认为病毒。三、继承在C语言中，可以利用“结构在内存中的布局与结构的声明具有一致的顺序”这一事实实现继承。 比如我们要设计一个作图工具，其中可能涉及到的对象有Point(点)，Circle(圆)，由于圆是由点组成的，所有可以看成Circle继承自Point。另外，Point和Circle都需要空间申请，空间释放等操作，所有他们有共同的基类Base。cpp view plaincopyprint?1. /基类Base的内部头文件Base.r，对外隐藏 2. #ifndef BASE_R 3. #define BASE_R 4. #include 5. struct Base 6. size_t size; 7. void * (* ctor) (void * self, va_list * app);/构造函数 8. void * (* dtor) (void * self); /析构函数 9. void (* draw) (const void * self);/作图函数 10. ; 11. #endif 12.13. /Point的内部头文件Point.r，对外隐藏 14. #ifndef POINT_R 15. #define POINT_R 16. struct Point 17. const void * base; /继承Base类，基类指针，放在第一个位置，const是防止修改 18. int x, y; /坐标 19. ; 20. #define x(p) (const struct Point *)(p) - x) 21. #define y(p) (const struct Point *)(p) - y) 22. #endif 23.24. /Point的头文件Point.h（对外提供接口） 25. #ifndef POINT_H 26. #define POINT_H 27. extern const void * Point; /* new(Point, x, y); */ 28. void move (void * point, int dx, int dy); 29. #endif 30.31. /Point的源文件Point.c 32. #include 33. #include Point.h 34. #include Point.r 35. #include new.h 36. #include Base.r 37. /*Point类自己的构造函数*/ 38. static void * Point_ctor (void * _self, va_list * app) 39. struct Point * self = _self; 40. self - x = va_arg(* app, int); 41. self - y = va_arg(* app, int); 42. return self; 43. 44. /*Point类自己的绘图函数*/ 45. static void Point_draw (const void * _self) 46. const struct Point * self = _self; 47. printf(Point at %d,%dn, self - x, self - y); 48. 49. static const struct Base _Point = 50. sizeof(struct Point), Point_ctor, 0, Point_draw 51. ; 52. const void * Point = & _Point; 53. void move (void * _self, int dx, int dy) 54. struct Point * self = _self; 55. self - x += dx, self - y += dy; 56. 57.58. /Circle内部头文件Circle.r，对外隐藏 59. #ifndef CIRCLE_R 60. #define CIRCLE_R 61. #include Point.r 62. struct Circle 63. const struct Point _; /继承Point类，需放在第一位 64. int rad; 65. ; 66. #endif 67.68. /Circle的头文件Circle.h（对外提供接口） 69. #ifndef CIRCLE_H 70. #define CIRCLE_H 71. #include Point.h 72. extern const void * Circle; /* new(Circle, x, y, rad) */ 73. #endif 74.75. /Circle的源文件Circle.c 76. #include 77. #include Circle.h 78. #include Circle.r 79. #include new.h 80. #include Base.r 81. /*Circle类自己的构造函数*/ 82. static void * Circle_ctor (void * _self, va_list * app) 83. struct Circle * self = (const struct Base *) Point) - ctor(_self, app); 84. self - rad = va_arg(* app, int); 85. return self; 86. 87. /*Circle类自己的绘图函数*/ 88. static void Circle_draw (const void * _self) 89. const struct Circle * self = _self; 90. printf(circle at %d,%d rad %dn,x(self), y(self), self - rad); 91. 92. static const struct Base _Circle = 93. sizeof(struct Circle), Circle_ctor, 0, Circle_draw 94. ; 95. const void * Circle = & _Circle; 96.97. /内存管理类头文件new.h（对外提供接口） 98. #ifndef NEW_H 99. #define NEW_H 100. void * new (const void * base, .); 101. void delete (void * item); 102. void draw (const void * self); 103. #endif 104.105. /内存管理类的源文件：new.c 106. #include 107. #include 108. #include 109. #include Base.r 110. void * new (const void * _class, .) 111. const struct Base * base = _class; 112. void * p = calloc(1, base - size); 113. assert(p); 114. * (const struct Base *) p = base; 115. if (base - ctor) 116. va_list ap; 117. va_start(ap, _class); 118. p = base - ctor(p, & ap); 119. va_end(ap); 120. 121. return p; 122. 123. void delete (void * self) 124. const struct Base * cp = self; 125. if (self & * cp & (* cp) - dtor) 126. self = (* cp) - dtor(self); 127. free(self); 128. 129. void draw (const void * self) 130. const struct Base * const * cp = self; 131. assert(s