OOC-用C实现面向对象
转自http://dongxicheng.org/cpp/ooc/
这个其实就是ooc那本书上写的，感谢作者的辛勤劳动。
1、 概述
C语言是一种面向过程的程序设计语言，而C++是在C语言基础上衍生来了的面向对象的语言，实际上，很多C++实现的底层是用C语言实现的，如在Visual C++中的Interface其实就是struct，查找Interface的定义，你可以发现有这样的宏定义：
#ifndef Interface
#define Interface struct
#endif
C++在语言级别上添加了很多新机制（继承，多态等），而在C语言中，我们也可以使用这样的机制，前提是我们不得不自己实现。
本文介绍了用C语言实现封装，继承和多态的方法。
2、 基本知识
在正式介绍C语言实现封装，继承和多态事前，先介绍一下C语言中的几个概念和语法。
（1） 结构体
在C语言中，常把一个对象用结构体进行封装，这样便于对对象进行操作，比如：1
strcut Point{
int x;
int y;
};
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：1
struct Circle {
struct Point point_;
int radius;
};
该结构体与以下定义完全一样（包括内存布置都一样）：1
struct Circle {
int x;
int y;
int radius;
};
（2） 函数指针
函数指针是指针的一种，它指向函数的首地址（函数的函数名即为函数的首地址），可以通过函数指针来调用函数。
如函数：
int func(int a[], int n);
可以这样声明函数指针：
int (*pFunc)(int a[], int n);
这样使用：
pFunc = func;
(*pFunc)(a, n);【或者PFunc(a, n)】
可以用typedef定义一个函数指针类型，如：
typdef int (*FUNC)(int a[], int n)
可以这样使用：
int cal_a(FUNC fptr, int a[], int n)
{
//实现体
}
（3） extern与static
extern和static是C语言中的两个修饰符，extern可用于修饰函数或者变量，表示该变量或者函数在其他文件中进行了定义；static也可用于修饰函数或者变量，表示该函数或者变量只能在该文件中使用。可利用它们对数据或者函数进行隐藏或者限制访问权限。
3、 封装
在C语言中，可以用结构+函数指针来模拟类的实现，而用这种结构定义的变量就是对象。
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。有两种方法实现封装：
(1) 利用C语言语法。在头文件中声明，在C文件中真正定义它。
这样可以隐藏内部信息，因为外部不知道对象所占内存的大小，所以不能静态的创建该类的对象，只能调用类提供的创建函数才能创建。这种方法的缺陷是不支持继承，因为子类中得不到任何关于父类的信息。如：
//头文件：point.h
#ifndef POINT_H
#define POINT_H
struct Point;
typedef struct Point point;
point * new_point(); //newer a point object
void free_point(point *point_);// free the allocated space
#endif
//C文件:point.c
#include”point.h”
strcut Point
{
int x;
int y;
};
point * new_point()
{
point * new_point_ = (point *) malloc(sizeof(point));
return new_point_;
}
void free_point(point *point_)
{
if(point_ == NULL)
return;
free(point_);
}
(2) 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。如:
#ifndef POINT _H
#define POINT_H
typedef struct Point point;
typedef struct pointPrivate pointPrivate;
strcut Point
{
Struct pointPrivate *pp;
};
int get_x(point *point_);
int get_y(point *point_);
point * new_point(); //newer a point object
void free_point(point *point_);// free the allocated space
#endif
//C文件:point.c
#include”point.h”
struct pointPrivate
{
int x;
int y;
}
int get_x(point *point_)
{
return point_->pp->x;
}
int get_y(point *point_)
{
return point_->pp->y;
}
//others…..
4、 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。
//内存管理类new.h
#ifndef NEW_H
#define NEW_H
void * new (const void * class, ...);
void delete (void * item);
void draw (const void * self);
#endif
//内存管理类的C文件：new.c
#include “new.h”
#include “base.h”
void * new (const void * _base, ...)
{
const struct Base * base = _base;
void * p = calloc(1, base->size);
assert(p);
* (const struct Base **) p = base;
if (base ->ctor)
{
va_list ap;
va_start(ap, _base);
p = base ->ctor(p, &ap);
va_end(ap);
}
return p;
}
void delete (void * self)
{
const struct Base ** cp = self;
if (self && * cp && (* cp) —> dtor)
self = (* cp) —>dtor(self);
free(self);
}
void draw (const void * self)
{
const struct Base * const * cp = self;
assert(self &&* cp && (* cp)->draw);
(* cp) ->draw(self);
}
//基类：base.h
#ifndef BASE_H
#define BASE_H
struct Base
{
size_t size; //类所占空间
void * (* ctor) (void * self, va_list * app); //构造函数
void * (* dtor) (void * self); //析构函数
void (* draw) (const void * self); //作图
};
#endif
//Point头文件(对外提供的接口)：point.h
#ifndef POINT_H
#define POINT_H
extern const void * Point; /* 使用方法：new (Point, x, y); */
#endif
//Point内部头文件(外面看不到)：point.r
#ifndef POINT_R
#define POINT_R
struct Point
{
const void * base; //继承，基类指针，放在第一个位置，const是防止修改
int x, y; //坐标
};
#endif
//Point的C文件：point.c
#include “point.h”
#include “new.h”
#include “point.h”
#include “point.r”
static void * Point_ctor (void * _self, va_list * app)
{
struct Point * self = _self;
self ->x = va_arg(* app, int);
self ->y = va_arg(* app, int);
return self;
}
static void Point_draw (const void * _self)
{
const struct Point * self = _self;
printf(“draw (%d,%d)”, self -> x, self -> y);
}
static const struct Base _Point = {
sizeof(struct Point), Point_ctor, 0, Point_draw
};
const void * Point = & _Point;
//测试程序：main.c
#include “point.h”
#include “new.h”
int main (int argc, char ** argv)
{
void * p = new(Point, 1, 2);
draw(p);
delete(p);
}
同样，Circle要继承Point，则可以这样：1
struct Circle
{
const struct Point point; //放在第一位，可表继承
int radius;
};
5、 多态
可以是用C语言中的万能指针void* 实现多态，接上面的例子：1
//测试main.c
void * p = new(Point, 1, 2);
void * pp = new(Circle, 1, 2);
draw(p); //draw函数实现了多态
draw(pp);
delete(p);
delete(pp);
6、 总结
C语言能够模拟实现面向对象语言具有的特性，包括：多态，继承，封装等，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，无线二进制运行环境BREW。采用C语言实现多态，继承，封装，能够让软件有更好的可读性，可扩展性。
7、 参考资料
(1) 《C语言中extern和static用法》：
http://www.cnblogs.com/hishope/archive/2008/08/28/1278822.html
(2) 《三、使用GObject——私有成员和静态变量》:
http://blog.csdn.net/wormsun/archive/2009/11/25/4874465.aspx
(3) 《技巧：用 C 语言实现程序的多态性》：
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-cpolym/index.html?ca=drs-
(4) 书籍《Object-Oriented Programming With ANSI-C》
8、 代码下载
http://code.google.com/p/cppdatastructurelib/source/browse/#svn%2Ftrunk%2Fooc%253Fstate%253Dclosed
http://zhangzhibiao02005.blog.163.com/blog/static/37367820201172971530188/