面向对象思想
面向对象编程(OOP)并不是一种特定的语言或者工具,它只是一种设计方法、设计思想。它表现出来的三个最基本的特性就是封装、继承与多态。
如果用C语言来模拟这样的编程方式,需要解决3个问题:
数据的封装
继承
多态
封装
对于c的实现就是写一个结构体,如果封装就是放进结构体里面,那么并没有实现封装要达到的效果,因为对于c++的封装,存在成员属性的区别。public和private。
所以对于封装,还是有每个公司自己的约定。比如以下划线开头的变量,默认为私有成员。
继承
继承就是基于现有的一个类去定义一个新类,这样有助于重用代码,更好的组织代码。
对于c语言的实现就是将结构体进行一个嵌套,将基类放到继承类的第一个数据成员的位置。
多态
c++实现多态是使用虚函数。在C++中,只有通过基类引用或者指针,去调用虚函数的时候才发生多态,也就是说多态是发生在运行期间的,C++内部通过一个虚表来实现多态。
虚表(Virtual Table)是这个类所有虚函数的函数指针的集合。
虚指针(Virtual Pointer)是一个指向虚表的指针。这个虚指针必须存在于每个对象实例中,会被所有子类继承。
代码实现
这个代码还有一些小难看(明白),可以看知乎的一个代码实现传送门,很简单易懂。
shape.h 里面是shape类的声明
#ifndef SHAPE_H #define SHAPE_H #include <stdint.h> // Shape 的属性 typedef struct { int16_t x; int16_t y; } Shape; //int_t为一个结构的标注,通过typedef定义,利用预编译和typedef可以最有效的维护代码。 //int16_t : typedef signed short ; // Shape 的操作函数,接口函数 void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y); void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy); int16_t Shape_getX(Shape const * const me); int16_t Shape_getY(Shape const * const me); //shape const * a,相当于const 修饰 *a,*a是shape类型,所以地址a指向的那块空间不可变 //shape *const a相当于const修饰a,a是shape *类型,所以a本身不可变 #endif /* SHAPE_H */
shape.c相关函数定义
#include "shape.h" /* Shape class interface */ #include <stdio.h> /* for printf() */ // 构造函数 void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y) { me->x = x; me->y = y; } void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy) { me->x += dx; me->y += dy; } // 获取属性值函数 int16_t Shape_getX(Shape const * const me) { return me->x; } int16_t Shape_getY(Shape const * const me) { return me->y; }
#include "shape.h" /* Shape class interface */ #include <stdio.h> int main() { Shape s1, s2; /* multiple instances of Shape */ Shape_ctor(&s1, 0, 1); Shape_ctor(&s2, -1, 2); printf("Shape s1(x=%d,y=%d)\n", Shape_getX(&s1), Shape_getY(&s1)); printf("Shape s2(x=%d,y=%d)\n", Shape_getX(&s2), Shape_getY(&s2)); Shape_moveBy(&s1, 2, -4); Shape_moveBy(&s2, 1, -2); printf("Shape s1(x=%d,y=%d)\n", Shape_getX(&s1), Shape_getY(&s1)); printf("Shape s2(x=%d,y=%d)\n", Shape_getX(&s2), Shape_getY(&s2)); return 0; }
这就实现了一个基类,shape,非常标准。
下面开始一个继承类rectangle的编写。
rect.h
#ifndef RECT_H #define RECT_H #include "shape.h" // 基类接口 // 矩形的属性 typedef struct { Shape super; // 继承 Shape //开始写一个新的rectangle结构体,将shape类作为第一个成员。 // 自己的属性 uint16_t width; uint16_t height; } Rectangle; // 构造函数 void Rectangle_ctor(Rectangle * const me, int16_t x, int16_t y, uint16_t width, uint16_t height); #endif /* RECT_H */
rect.c
#include "rect.h" #include <stdio.h> // 构造函数 void Rectangle_ctor(Rectangle * const me, int16_t x, int16_t y, uint16_t width, uint16_t height) { /* first call superclass’ ctor */ Shape_ctor(&me->super, x, y); /* next, you initialize the attributes added by this subclass... */ me->width = width; me->height = height; }
main_rect.c
#include "rect.h" #include <stdio.h> int main() { Rectangle r1, r2; // 实例化对象 Rectangle_ctor(&r1, 0, 2, 10, 15); Rectangle_ctor(&r2, -1, 3, 5, 8); printf("Rect r1(x=%d,y=%d,width=%d,height=%d)\n", Shape_getX(&r1.super), Shape_getY(&r1.super), r1.width, r1.height); printf("Rect r2(x=%d,y=%d,width=%d,height=%d)\n", Shape_getX(&r2.super), Shape_getY(&r2.super), r2.width, r2.height); // 注意,这里有两种方式,一是强转类型,二是直接使用成员地址 Shape_moveBy((Shape *)&r1, -2, 3); Shape_moveBy(&r2.super, 2, -1); printf("Rect r1(x=%d,y=%d,width=%d,height=%d)\n", Shape_getX(&r1.super), Shape_getY(&r1.super), r1.width, r1.height); printf("Rect r2(x=%d,y=%d,width=%d,height=%d)\n", Shape_getX(&r2.super), Shape_getY(&r2.super), r2.width, r2.height); return 0; }
继承就在上面两个类实现了,下面实现多态,多态需要重新声明一下shape类,因为要加入虚表、虚指针等内容。
shape.h
函数指针在上一篇博客刚记录了,对于这个虚表能更好的理解。
#ifndef SHAPE_H #define SHAPE_H #include <stdint.h> struct ShapeVtbl; // Shape 的属性 typedef struct { struct ShapeVtbl const *vptr; int16_t x; int16_t y; } Shape; // Shape 的虚表 struct ShapeVtbl { uint32_t (*area)(Shape const * const me); void (*draw)(Shape const * const me); }; // Shape 的操作函数,接口函数 void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y); void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy); int16_t Shape_getX(Shape const * const me); int16_t Shape_getY(Shape const * const me); static inline uint32_t Shape_area(Shape const * const me) { return (*me->vptr->area)(me); } static inline void Shape_draw(Shape const * const me) { (*me->vptr->draw)(me); } static inline uint32_t Shape_area(Shape const * const me) { return (*me->vptr->area)(me); } Shape const *largestShape(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes); void drawAllShapes(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes); #endif /* SHAPE_H */
#include "shape.h" #include <assert.h> // Shape 的虚函数 static uint32_t Shape_area_(Shape const * const me); static void Shape_draw_(Shape const * const me); // 构造函数 void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y) { // Shape 类的虚表 static struct ShapeVtbl const vtbl = { &Shape_area_, &Shape_draw_ }; me->vptr = &vtbl; me->x = x; me->y = y; } void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy) { me->x += dx; me->y += dy; } int16_t Shape_getX(Shape const * const me) { return me->x; } int16_t Shape_getY(Shape const * const me) { return me->y; } // Shape 类的虚函数实现 static uint32_t Shape_area_(Shape const * const me) { assert(0); // 类似纯虚函数 return 0U; // 避免警告 } static void Shape_draw_(Shape const * const me) { assert(0); // 纯虚函数不能被调用 } Shape const *largestShape(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes) { Shape const *s = (Shape *)0; uint32_t max = 0U; uint32_t i; for (i = 0U; i < nShapes; ++i) { uint32_t area = Shape_area(shapes[i]);// 虚函数调用 if (area > max) { max = area; s = shapes[i]; } } return s; } void drawAllShapes(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes) { uint32_t i; for (i = 0U; i < nShapes; ++i) { Shape_draw(shapes[i]); // 虚函数调用 } }
#include "rect.h" #include <stdio.h> // Rectangle 虚函数 static uint32_t Rectangle_area_(Shape const * const me); static void Rectangle_draw_(Shape const * const me); // 构造函数 void Rectangle_ctor(Rectangle * const me, int16_t x, int16_t y, uint16_t width, uint16_t height) { static struct ShapeVtbl const vtbl = { &Rectangle_area_, &Rectangle_draw_ }; Shape_ctor(&me->super, x, y); // 调用基类的构造函数 me->super.vptr = &vtbl; // 重载 vptr me->width = width; me->height = height; } // Rectangle's 虚函数实现 static uint32_t Rectangle_area_(Shape const * const me) { Rectangle const * const me_ = (Rectangle const *)me; //显示的转换 return (uint32_t)me_->width * (uint32_t)me_->height; } static void Rectangle_draw_(Shape const * const me) { Rectangle const * const me_ = (Rectangle const *)me; //显示的转换 printf("Rectangle_draw_(x=%d,y=%d,width=%d,height=%d)\n", Shape_getX(me), Shape_getY(me), me_->width, me_->height); }
main.c
#include "rect.h" #include "circle.h" #include <stdio.h> int main() { Rectangle r1, r2; Circle c1, c2; Shape const *shapes[] = { &c1.super, &r2.super, &c2.super, &r1.super }; Shape const *s; // 实例化矩形对象 Rectangle_ctor(&r1, 0, 2, 10, 15); Rectangle_ctor(&r2, -1, 3, 5, 8); // 实例化圆形对象 Circle_ctor(&c1, 1, -2, 12); Circle_ctor(&c2, 1, -3, 6); s = largestShape(shapes, sizeof(shapes)/sizeof(shapes[0])); printf("largetsShape s(x=%d,y=%d)\n", Shape_getX(s), Shape_getY(s)); drawAllShapes(shapes, sizeof(shapes)/sizeof(shapes[0])); return 0; }
circle类
circle.h
#ifndef CIRCLE_H #define CIRCLE_H #include "shape.h" // 基类接口 // 矩形的属性 typedef struct { Shape super; // 继承 Shape // 自己的属性 uint16_t radius; } Circle; // 构造函数 void Circle_ctor(Circle * const me, int16_t x, int16_t y, uint16_t radius); #endif /* CIRCLE_H */
circle.c
#include <stdio.h> #include "../include/circle.h" // Circle 虚函数 static uint32_t Circle_area_(Shape const * const me); static void Circle_draw_(Shape const * const me); // 构造函数 void Circle_ctor(Circle * const me, int16_t x, int16_t y, uint16_t radius) { static struct ShapeVtbl const vtbl = { &Circle_area_, &Circle_draw_ }; Shape_ctor(&me->super, x, y); // 调用基类的构造函数 me->super.vptr = &vtbl; // 重载 vptr me->radius = radius; } // Circle's 虚函数实现 static uint32_t Circle_area_(Shape const * const me) { Circle const * const me_ = (Circle const *)me; //显示的转换 return (uint32_t)me_->radius * (uint32_t)me_->radius * 3; } static void Circle_draw_(Shape const * const me) { Circle const * const me_ = (Circle const *)me; //显示的转换 printf("Circle_draw_(x=%d,y=%d,radius=%d)\n", Shape_getX(me), Shape_getY(me), me_->radius); }
函数签名及返回值的约定
c语言函数签名:函数名、参数(入参、出参)、返回值。
对于研发的一种约定俗成,对于一个函数,要返回值来表示errcode,并且0表示no error,成功,对于-1表示失败,对于1,表示没有成功,但是返回了一些有意义的东西。
const
const * :表示指针指向的值不可变,但是指针可以重新赋新地址。
const:表示指针表示的地址不可变,但是指针指向的值可变。
const*、*const代码说明
重载
重载(overloading) 是在一个类里面,方法名字相同,而参数不同。返回类型可以相同也可以不同。
每个重载的方法(或者构造函数)都必须有一个独一无二的参数类型列表。
最常用的地方就是构造器的重载。
重载规则:
被重载的方法必须改变参数列表(参数个数或类型不一样);
被重载的方法可以改变返回类型;
被重载的方法可以改变访问修饰符;
被重载的方法可以声明新的或更广的检查异常;
方法能够在同一个类中或者在一个子类中被重载。
无法以返回值类型作为重载函数的区分标准。