C语言中的面向对象思想

kj501

来源：CSDN
    经常听见别人说面向对象的程序设计，以前在学校上课的时候，也有开面向对象程序设计这门课。可是不幸的是，这些都是以C＋＋，甚至VC＋＋为基础的。而更加不幸的是，多年以来我一直是一个C的使用者。在学校的时候，我主要做的是硬件上的驱动层，和底层功能层。

　　在工作以后，又做的是手机上的软件开发，所有这些都是和C离不开的。虽然我不得不说，C＋＋是一门很好的语言，但是它的编译速度，代码效率，编译后的代码大小都限制了它在嵌入式上的应用。（但现在的嵌入式CPU越来越快，内存容量变大。
　　
　　我觉得用C＋＋也应该没有什么问题。这使我觉得似乎是嵌入式编译器的限制。虽然菲利普和TI好像都有C＋＋的编译器，但是似乎没人用这个。难道是太贵了？ 但不管怎么说，嵌入式应用中，C语言的普遍使用是肯定的）

　　那么在面向过程的时代产生的C语言能否使用面向对象的思想呢？我认为是肯定可以的，C＋＋不过是在语言级别上加入了对对象的支持，同时提供了丰富的对象库。而在C语言下，我们只好自力更生了。
　　
　　一、 面向对象思想的目的是框架化，手段是抽象
　　
　　相信很多人都明白面向对象讲了什么：类，抽象类，继承，多态。但是是什么原因促使这些概念的产生呢？
　　
　　打个比方说：你去买显示器，然而显示器的品牌样式是多种多样的，你在买的过程中发生的事情也是不可预测的。对于这样的事情，我们在程序语言中如何去描述呢。面向对象的思想就是为了解决这样的问题。编写一个程序（甚至说是一个工程），从无到用是困难的，从有到丰富是更加困难的。面向对象将程序的各个行为化为对象，而又用抽象的办法将这些对象归类（抽象），从而将错综复杂的事情简化为几个主要的有机组合（框架化）。
　　
　　其实我们的身边很多东西都是这样组成的：比如说电脑：电脑是由主板，CPU加上各种卡组成的。这就是一个框架化。而忽略不同的CPU，不同的主板，不同的声卡，网卡，显卡的区别，这就是抽象。再比如说现在的教育网：是由主核心节点：清华，北大，北邮等几个，然后是各个子节点，依次组成了整个教育网网络。
　　
　　所以我觉得面向对象的编程思想就是：一个大型工程是分层次结构的，每层又由抽象的结构连接为整体（框架化），各个抽象结构之间是彼此独立的，可以独立进化（继承，多态）。层次之间，结构之间各有统一的通讯方式（通常是消息，事件机制）。
　　
　　二、以前C语言编程中常用的“面向对象”方法
　　
　　其实C语言诞生以来，人们就想了很多办法来体现“面向对象”的思想。下面就来说说我所知道的方法。先说一些大家熟悉的东东，慢慢再讲诡异的。呵呵
　　
　　1.宏定义：
　　 有的人不禁要问，宏定义怎么扯到这里来了，我们可以先看一个简单的例子：
　　＃define MacroFunction Afunction
　　然后在程序里面你调用了大量的AFunction，但是有一天，你突然发现你要用BFunction了，（不过AFunction又不能不要，很有可能你以后还要调用），这个时候，你就可以＃define MacroFunction Bfunction来达到这样的目的。
　　 当然，不得不说这样的办法是too simple，sometime na?ve的，因为一个很滑稽的问题是如果我一般要改为BFunction，一半不变怎么办？ 那就只好查找替换了。
　　
2.静态的入口函数，保证函数名相同，利用标志位调用子函数：
　　 这样的典型应用很多，比如说网卡驱动里面有一个入口函数Nilan（int FunctionCode，Para*）。具体的参数是什么记不清楚了。不过NiLan的主体是这样的：
　　Long Nilan（int FunctionCode，Para*）{
　　
　　Switch(FunctionCode){
　　
　　 Case SendPacket: send(….)
　　
　　 Case ReceivePacket: receive(…)
　　
　　 …..
　　}
　　
　　写到这里大家明白什么意思了吧。保证相同的函数名就是说：网卡驱动是和pNA+协议栈互连的，那么如何保证pNA+协议栈和不同的驱动都兼容呢，一个简单的办法就是仅仅使用一个入口函数。通过改变如果函数的参数值，来调用内部的各个函数。这样的做法是可以进化的：如果以后想调用新的函数，增加相应的函数参数值就好了。如果我们将网卡驱动和pNA+协议栈看作两个层的话，我们可以发现：
　　
　　层与层之间的互连接口是很小的（这里是一个入口函数），一般是采用名字解析的办法而不是具体的函数调用（利用FunctionCode调用函数，Nilan仅仅实现名字解析的功能）――！接口限制和名字解析
　　
　　接口限制：层与层之间仅仅知道有限的函数
　　
　　名字解析：层与层之间建立共同的名字与函数的对应关系，之间利用名字调用功能。

kj501

3．CALLBACK函数。
　　
　　我觉得这是C语言的一个创举，虽然它很简单，就象如何把鸡蛋竖起来一样，但是你如果没想到的话，嘿嘿。如果说静态入口函数实现了一个可管理的宏观的话， CallBack就是实现了一个可进化的微观：它使得一个函数可以在不重新编译的情况下实现功能的添加！但是在最最早期的时候，也有蛮多人持反对态度，因为它用了函数指针。

　　函数指针虽然灵活，但是由于它要访问内存两次才可以调用到函数，第一次访问函数指针，第二次才是真正的函数调用。它的效率是不如普通函数的。但是在一个不太苛刻的环境下，函数调用本身就不怎么耗时，函数指针的性能又不是特别糟糕，使用函数指针其实是一个最好的选择。但是函数指针除了性能，最麻烦的地方就是会导致程序的“支离破碎”。试想：在程序中，你读到一个函数指针的时候，如果你愣是不知道这个函数指针指向的是哪个函数，那个感觉真的很糟糕。（可以看后面的文章，要使用先进的程序框架，避免这样的情况）
　　
　　三、Event和Message
　　
　　看了上面的描述，相信大家多少有些明白为什么要使用Event和Message了。具体的函数调用会带来很多的问题（虽然从效率上讲，这样做是很好的）。为了提高程序的灵活性，Event和Message的办法产生了。用名字解析的办法代替通常的函数调用，这样，如果双方对这样的解析是一致的话，就可以达到一个统一。不过Event和Message的作用还不仅仅是如此。
　　
　　Event和Message还有建立进程间通信的功能。进程将自己的消息发给“控制中心”（简单的就是一个消息队列，和一个while循环不断的取消息队列的内容并执行），控制程序得到消息，分发给相应的进程，这样其他进程就可以得到这个消息并进行响应。
　　
　　Event和Message是很灵活的，因为你可以随时添加或者关闭一个进程，（仅仅需要添加分发消息的列表就可以了）Event和Message从程序实现上将我觉得是一样的，只不过概念不同。Event多用于指一个动作，比如硬件发生了什么事情，需要调用一个什么函数等等。Message多用于指一个指示，比如什么程序发生了什么操作命令等等。
　　
　　四、小结
　　
　　其实编程序和写文章一样，都是先有一个提纲，然后慢慢的丰富。先抽象化得到程序的骨架，然后再考虑各个方面的其他内容：程序极端的时候会发生什么问题？程序的这个地方的功能现在还不完善，以后再完善会有什么问题？程序是不是可以扩展的？
　　
　　本系列文章是我这些阶段的一些心得，目的是抛砖引玉，希望能和大家交流，得到更多的知识。Liyuming1978@163.com （这个信箱以前发了一个文章 C优化之路，现在都快成垃圾信箱了，呵呵，网络的力量真是强大呀）

terminator

我对面向对象的理解很简单：整个世界由物体(对象，Objects)组成，物体是怎么构成的？其实就是物体内部的数据结构和操作物体的方法(Method)。面向对象程序设计最重要的就是隐藏物体内部的数据结构，其他物体只能通过指定(well defined)的方法来操作这个物体。

只要明白了这个，你就会发现用C来实现面向对象程序设计的例子比比皆是。例如文件指针和文件描述符，你根本不知道文件对象的内部结构，只能通过open, read, close, fopen, fread, fclose去操作文件。编过Xlib和Win32 SDK程序的都知道窗口(Window)对象的内部结构是包装起来的，只能通过指定的函数来操作这些窗口对象。

至于抽象类，继承，多态这些东西，都是把面向对象概念再拔高而产生的东东，其核心的东西还是离不开对象和操作对象的方法。Linux内核的VFS的实现体现了这些继承，多态这些概念，核心的东西其实还是对象和操作对象的方法。

所以实现面向对象程序设计并不在乎你用什么语言，汇编语言一样可以实现。只是C++，Java可能让你写起面向对象程序程序来更方便一些而已。就我的经验而言，我倒是更喜欢用C来写面向对象程序，因为信息隐藏更彻底。例如下面的例子，internal.h定义了一个对象内部实现的细节和操作方法，这个header文件是要使用这个对象编成的外部程序员所看不见的，外部程序员看到的只是external.h。如果用C++，internal.h往往和external.h就是一样的，但是mystruct里的a, b, c都会被定义为private变量，以使外部程序员不能直接访问到它们。但是mystruct的结构外部程序员还是知道的。外部程序员其实可以使用offsetof宏来访问这些private变量，绕过C++编译器所设置的限制。

internal.h
typedef struct {
   int a, b, c;
   ...
} mystruct;
mystruct* alloc_myobj ();
int op_myobj (mystruct*);
void free_myobj (mystruct*);

external.h
typedef void*    objid;
objid alloc_myobj ();
int op_myobj (objid);
void free_myobj (objid);

kj501

面向对象最重要的其实是信息隐藏和接口。然后在这个基础上，你能玩出什么花样就看你的能耐了。

herberteuler

http://www.planetpdf.com/codecuts/pdfs/ooc.pdf

kj501

Post by herberteuler
http://www.planetpdf.com/codecuts/pdfs/ooc.pdf

你看过这本书啦，觉得怎么样？

herberteuler

Post by kj501
你看过这本书啦，觉得怎么样？

我刚看了两章，感觉书上的代码无法令我满意。比如，第一章里面的 new 函数使用了一个固定数组 heap 来维护已分配的对象的地址，而且 add 中加入对这些地址的验证，这种方法我是不太喜欢（我宁愿用一个从堆中分配的可变大小的数组）。不过，书中的想法我会仔细去体会。

用 C 实现面向对象的编程实在是不如 C++ 自然，然而对于像我这样对系统编程和编译器设计比较感兴趣的人来说，用 C 的频率比 C++ 高（这也是我现在还不会 C++ 的原因），所以我觉得这本书确实是非常好的。

lilyerr

整个gtk不就是用c语言来实现面向对象的思想吗

taurusivy

其实用c的struct可以模拟类实现对数据的封装，只是没有构造函数/虚函数/重载吧。
模拟类和一系列对其进行操作的函数(内部和外部)组成对象库。
然后用类型定义和api函数接口为库外部使用对象提供服务。
这就是我对c中实现面向对象实质的理解，不知道对不对。。
其实也可以对函数进行封装，但是我觉得函数指针用的太多开销上不化算：P

elais

用C来OO有点累的。。。。。。。。。。