【C语言】C语言实现面向对象编程之继承

00. 目录

01. 概述

面向对象编程具有封装性、继承性、多态性三个基本特性。使用C语言可以实现基于对象的编程。在基于对象编程实现封装的基础之上，我们接下来实现面向对象编程中的继承部分功能。这种继承特性知识实现部分面向对象编程中继承功能。本博客中我们介绍两种方式的实现继承。第一种是利用数据结构的包含实现继承功能，第二种是利用私有指针实现继承功能，它们提供的接口是完全一致的，只是在实现方式上略有不同。

02. 利用结构体包含实现继承功能

在C语言的基于对象编程方面，可以利用结构体包含的扩展实现一定的继承性。下面实现定义一个Student结构，它实现了对Person结构的扩展。

接口文件test.h声明如下

#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__

#ifdef __cplusplus
//表示是C语言的头文件
extern "C"
{
#endif

typedef void * HPERSON;

//创建对象
HPERSON createPerson(const char *name);

//设置对象
void setPerson(HPERSON person, int age, int id);

//显示对象
void displayPerson(HPERSON person);

//删除对象
void deletePerson(HPERSON person);

#ifdef __cplusplus
}
#endif


//-----------------STUDENT-----------------
typedef void* HSTUDENT;

//创建对象
HSTUDENT createStudent(const char *name);

//设置对象
void setStudent(HSTUDENT student, int age, int id, int score);

//显示对象
void displayStudent(HSTUDENT student);

//删除对象
void deleteStudent(HSTUDENT student);


#endif /*__TEST_H__*/

实现文件test.c如下

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "test.h"
#include 
#include 
#include 

//Person表示HPERSON句柄指向的结构体
typedef struct _Person 
{
	//使用指针
	char *name;
	int age;
	int id;
}Person;

//创建对象
HPERSON createPerson(const char * name)
{
	Person *p = NULL;

	printf("创建对象\n");


	p = malloc(sizeof(Person));
	if (NULL == p)
	{
		printf("分配内存失败\n");
		return NULL;
	}
	memset(p, 0, sizeof(Person));

	p->name = malloc(strlen(name) + 1);
	if (NULL == p->name)
	{
		printf("分配内存失败\n");
		return NULL;
	}

	strcpy(p->name, name);
	p->age = 0;
	p->id = 0;

	
	return p;
}

//设置对象
void setPerson(HPERSON person, int age, int id)
{
	Person *p = person;

	if (NULL != p)
	{
		p->age = age;
		p->id = id;
	}
}

//显示对象
void displayPerson(HPERSON person)
{
	Person *p = person;
	if (NULL == p)
	{
		printf("displayPerson 参数非法\n");
		return;
	}

	printf("Name: %s age: %d id:%d\n", p->name, p->age, p->id);
}

//删除对象
void deletePerson(HPERSON person)
{
	Person *p = person;

	if (NULL == person)
	{
		return;
	}

	if (NULL != p->name)
	{
		free(p->name);
	}

	free(person);
}


//---------------------STUDENT--------------------

typedef struct _stu_t {
	Person person;
	int score;
}Student;

//创建对象
HSTUDENT createStudent(const char *name)
{
	Student *s = malloc(sizeof(Student));
	if (NULL == s)
	{
		return NULL;
	}
	memset(s, 0, sizeof(Student));

	s->person.name = malloc(strlen(name) + 1);
	if (NULL == s->person.name)
	{
		return;
	}
	memset(s->person.name, 0, strlen(name) + 1);

	strcpy(s->person.name, name);
	s->score = 0;

	return s;
}

//设置对象
void setStudent(HSTUDENT student, int age, int id, int score)
{
	Student *s = student;

	if (NULL == s)
	{
		return;
	}

	setPerson(&(s->person), age, id);

	s->score = score;
}

//显示对象
void displayStudent(HSTUDENT student)
{
	Student *s = student;

	if (NULL == s)
	{
		return;
	}
	
	displayPerson(&(s->person));
	printf("Student Score: %d\n", s->score);
}

//删除对象
void deleteStudent(HSTUDENT student)
{
	Student *s = student;

	if (NULL == s)
	{
		return;
	}

	if (NULL != s->person.name)
	{
		free(s->person.name);
	}
	free(s);


}

测试文件实现如下

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
#include
#include
#include "test.h"

int main()
{

	HSTUDENT s = createStudent("李明");

	setStudent(s, 12, 1, 99);

	displayStudent(s);

	deleteStudent(s);

	system("pause");
	return 0;
}

测试结果

Name: 李明 age: 12 id:1
Student Score: 99
请按任意键继续. . .

03. 利用私有指针实现继承功能

在C语言基于对象编程的继承问题上，通常还可以利用私有的指针实现继承。

test.h声明如下

#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__

#ifdef __cplusplus
//表示是C语言的头文件
extern "C"
{
#endif

typedef void * HPERSON;

//创建对象
HPERSON createPerson(const char *name);

//设置对象
void setPerson(HPERSON person, int age, int id);

//显示对象
void displayPerson(HPERSON person);

//删除对象
void deletePerson(HPERSON person);

#ifdef __cplusplus
}
#endif


//-----------------STUDENT-----------------
typedef void* HSTUDENT;

//创建对象
HSTUDENT createStudent(const char *name);

//设置对象
void setStudent(HSTUDENT student, int age, int id, int score);

//显示对象
void displayStudent(HSTUDENT student);

//删除对象
void deleteStudent(HSTUDENT student);


#endif /*__TEST_H__*/

test.c实现如下

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "test.h"
#include 
#include 
#include 

//Person表示HPERSON句柄指向的结构体
typedef struct _Person 
{
	//使用指针
	char *name;
	int age;
	int id;

	void *priv;
}Person;

//创建对象
HPERSON createPerson(const char * name)
{
	Person *p = NULL;

	printf("创建对象\n");


	p = malloc(sizeof(Person));
	if (NULL == p)
	{
		printf("分配内存失败\n");
		return NULL;
	}
	memset(p, 0, sizeof(Person));

	p->name = malloc(strlen(name) + 1);
	if (NULL == p->name)
	{
		printf("分配内存失败\n");
		return NULL;
	}

	strcpy(p->name, name);
	p->age = 0;
	p->id = 0;

	//私有数据初始化
	p->priv = NULL;
	
	return p;
}

//设置对象
void setPerson(HPERSON person, int age, int id)
{
	Person *p = person;

	if (NULL != p)
	{
		p->age = age;
		p->id = id;
	}
}

//显示对象
void displayPerson(HPERSON person)
{
	Person *p = person;
	if (NULL == p)
	{
		printf("displayPerson 参数非法\n");
		return;
	}

	printf("Name: %s age: %d id:%d\n", p->name, p->age, p->id);
}

//删除对象
void deletePerson(HPERSON person)
{
	Person *p = person;

	if (NULL == person)
	{
		return;
	}

	if (NULL != p->name)
	{
		free(p->name);
	}

	free(person);
}


//---------------------STUDENT--------------------

typedef struct _stu_t {
	int score;
}StudentPriv;

//创建对象
HSTUDENT createStudent(const char *name)
{
	Person *p = NULL;

	p = malloc(sizeof(Person));
	if (NULL == p)
	{
		printf("分配内存失败\n");
		return NULL;
	}
	memset(p, 0, sizeof(Person));

	p->name = malloc(strlen(name) + 1);
	if (NULL == p->name)
	{
		printf("分配内存失败\n");
		return NULL;
	}

	strcpy(p->name, name);
	p->age = 0;
	p->id = 0;

	//创建Student的私有数据
	p->priv = malloc(sizeof(StudentPriv));
	if (NULL == p->priv)
	{
		printf("分配内存失败\n");
		return NULL;
	}

	((StudentPriv*)p->priv)->score = 0;
	
	return p;
}

//设置对象
void setStudent(HSTUDENT student, int age, int id, int score)
{
	Person *s = student;

	if (NULL == s)
	{
		return;
	}

	setPerson(s, age, id);

	((StudentPriv*)s->priv)->score = score;
}

//显示对象
void displayStudent(HSTUDENT student)
{
	Person *s = student;

	if (NULL == s)
	{
		return;
	}
	
	displayPerson(s);
	printf("Student Score: %d\n", ((StudentPriv*)s->priv)->score);
}

//删除对象
void deleteStudent(HSTUDENT student)
{
	Person *s = student;

	if (NULL == s)
	{
		return;
	}

	if (NULL != s->name)
	{
		free(s->name);
	}
	free(s);


}

测试程序main.c实现如下

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
#include
#include
#include "test.h"

int main()
{

	HSTUDENT s = createStudent("李明");

	setStudent(s, 12, 1, 99);

	displayStudent(s);

	deleteStudent(s);
	 
	system("pause");
	return 0;
}

测试结果

Name: 李明 age: 12 id:1
Student Score: 99
请按任意键继续. . .

04. 总结

C语言可以实现部分继承功能。实现对象的继承利用的是C语言编译后的内存布局。这种继承方式可以实现将扩展对象的句柄传递给基本对象。由于内存布局的特点，C语言基于对象的编程无法无法实现多重继承。

由于程序中需要隐藏细节，这种继承只能在下层的程序中定义，而很难从在调用程序中扩展。因此这种C语言所实现的知识基于对象的编程，而不能实现完全的面向对象编程。

总之，使用C语言进行基于对象编程的继承特性的时候，更多的是在下层提供的接口中，提供多个句柄表示有继承关系的对象，被继承者的处理函数可以处理继承者的句柄。

05. 附录

代码下载：C语言实现对象编程之继承代码.rar