Polymorphism in C(用C实现多态)

Polymorphism in C(用C实现多态)

2007年02月13日 星期二 01:17

最近一直喜欢浏览国外网站,感觉收获很多,所以我跟苞谷说,看中文网站是无奇不有,看外文网站才知道世界之大.Polymorphism in C是我摘抄+修改+体会+翻译过来的好东东.有助于理解多态.       多态是什么?就是我们调用一个公共接口(相同函数名字)时,根据调用者的类型调用不同的函数,看过我之前写的C++向C的转化的人其实知道,函数名字相同只是我们肉眼看见的相同,编译器优化后,意味函数所属的class不一样,函数名字也要变化,显然函数的入口地址都是不一样的.C++中的RTTI和dynamic binding就是做这个事情.当然C也可以实现,C是C++的鼻祖嘛.       这个图中的Structs就是相当于一个class,所有有个class-like,然后每个structs里面有一个公共方法method,这个公共方法就在Common Interface里面,调用者调用这个method不用管它能否调到它想要的那个method,在C++中,可以让你的类型同你这个method绑定在一起,所以很方便,调用者直接call这个method就能call到你想用的那个方法.       其实多态就是函数指针实现的,因为C也有指针,C也可以做到. /*file:Poly.h*/ #ifndef _POLY_H                                                                                        #define _POLY_H                                                                                               struct POLY_STRUCT                                                                                {                                                                                                                  void (*poly)( );    // 多态函数,common interface                                     };         /* 初始化一个类(相当于),然后把这个公共函数的具体实现跟类型绑一起 */         struct POLY_STRUCT *InitPoly( void (*poly)() );                  /* 释放一个类(相当于析构函数)*/         void DestroyPoly( struct POLY_STRUCT *poly ); #endif /*file:Poly.c*/ struct POLY_STRUCT *InitPoly( void (*poly)() ) {  struct POLY_STRUCT *result = (struct POLY_STRUCT*)                                   malloc( sizeof( struct POLY_STRUCT ) );  if(result != NULL)   result->poly = poly;  return result; } void DestroyPoly( struct POLY_STRUCT *poly ){ if(poly != NULL) free(poly); } /*file:main.c* / /*下面是两个用父类指针表示的两个子类对象*/ struct POLY_STRUCT* example_poly1; struct POLY_STRUCT* example_poly2; /*定义两个函数,代表这两个子类中common interface的不同实现*/ void poly_example1_method(){printf("EXAMPLE1/n");} void poly_example2_method(){printf("EXAMPLE2/n");} int main(int argc, char *argv[]) {     example_poly1 = InitPoly(poly_example1_method);     example_poly2 = InitPoly(poly_example2_method);              /*父类指针调用相同的函数,但是结果呢?不一样*/     (*(example_poly1->poly))();     (*(example_poly2->poly))();     DestroyPoly(example_poly1);     DestroyPoly(example_poly2);   system("PAUSE");    return 0; } 结果: EXAMPLE1 EXAMPLE2       结论就是,函数指针导致了多态,它付出的 代价就是程序机制的复杂性和不必要的代码开销,它的 优点就是,将俗点就是呈现一致的函数名给我们(实际上编译时这个名字还是要变化),因为一致性,所以重用性和扩展性也更好了.        我喜欢那句话:优化性和可扩展性需要我们去平衡.这里也是. 用C实现C++的多态 四. 如何构造一个对象     我们用下面的结构来描述一个对象：     typedef struct _ClassType     {         char* name; /*对象名，唯一*/         int   object_size;/*对象大小，创建实列时分配内存要用到*/         int   class_size; /*全部虚函数大小，如sizeof(CObjectClass)*/         void* vclass; /*虚函数指针*/         void (*InitClassCallback)(void*); /*给对象的虚函数赋值*/         void (*InitObjectCallback)(void*);/*对象实例化时，给实例成员赋初值，有点类似构造函数*/         struct _ClassType*  parent; /*父对象*/         struct _ClassType*  next; /*单向链表，指向下一对象*/     }ClassType;         #define [MAX_CLASS_NUM 128     static ClassType classes[MAX_CLASS_NUM]; /*对象池*/     static ClassType *used_classes = NULL;     static ClassType *free_classes = NULL;     这里只定义了128个对象，数目可能修改或者改成动态分配。     初始化，全部链接到空闲链表中。     void InitObjectLib(void)     {         int i;         memset(classes, 0, sizeof(ClassType)*MAX_CLASS_NUM);         for( i=0;i<MAX_CLASS_NUM-1;i++ )         {             classes[i].next = &(classes[i+1]);         }          free_classes = &(classes[0]);     }     这个函数既是获取对象的虚函数指针，也是注册对象。     这里要注意type为static，一个对象只注册一次，下次获取时直接取type。     RegisterClassType()第一个参数为对象的描述信息，第二个参数为父对象的     函数指针，我们来看一下它的定义：     #define TOP_OBJECT_TYPE 0     #define BASE_OBJECT_TYPE GetObjectType()     因为CObject为基对象，它没有父对象，所以这里第二个参数为0(TOP_OBJECT_TYPE)。     现在假设有一个CObject子对象CSubObject，那么注册它时应该这样写：     type = RegisterClassType(&classinfo, BASE_OBJECT_TYPE);     由此可能看到，这里其实是一个递归：当注册CSubOject里会用到参数BASE_OBJECT_TYPE，     既GetObjectType()，这样就可以把CObject也注册上。     简单的说：如果C继承于B，B继承于A，现在假设A、B还未注册，当注册C时，通过递归     也能把B、A注册上。     int GetObjectType(void)     {         static int type = 0;         if( type==0 )         {             static ClassInfo classinfo =             {                 "OBJECT", /*对象名，唯一*/                 sizeof(CObject),                 sizeof(CObjectClass),                 (pInitObjectCallback)InitObject,                 (pInitClassCallback)InitObjectClass,             };             type = RegisterClassType(&classinfo, TOP_OBJECT_TYPE);  }         return type;     }     我们再来看一看InitObject和InitObjectClass，     static void InitObjectClass(CObjectClass *vclass)     {         if(vclass==NULL)             return;         vclass->destory = DestoryObject;/*对虚函数赋值*/     }     static void InitObject(CObject *object)     {         if(object==NULL)             return;          object->ref_counter = 1;     }     这两个函数在GetObjectType()被传进去，那么又是在哪儿被调用的呢？     让我们看RegisterClassType()     int RegisterClassType(ClassInfo *classinfo, int parent_type)     {         int type = 0;         ClassDesc *current, *parent;         parent = (ClassType *)parent_type;         if( classinfo->name==NULL )         {             TRACE("RegisterClassType(): class name is NULL/n");             return type;         }         /*检查是否有对象名重复*/         current = used_classes;         while(current)         {             if(strcmp(current->name, classinfo->name)==0 )             {                 TRACE("RegisterClassType(): class name is redefined/n");                 unlock();                 return type;             }             current = current->next;         }         /*创建对象*/         current = free_classes;         if(current)         {             free_classes = free_classes->next;             current->name = classinfo->name;             current->parent = parent;             current->class_size = classinfo->class_size;             current->InitClassCallback = classinfo->InitClassCallback;             current->InitObjectCallback = classinfo->InitObjectCallback;             current->vclass = malloc(current->class_size);             if( current->vclass==NULL )             {                 TRACE("RegisterClassType(): malloc vclass failed/n");             }             memset( current->vclass, 0, current->class_size);             current->vclass->class_type = (int)current;             if( parent )/*子对象的虚函数全部指向父对象的虚函数*/             {                 memcpy(current->vclass, parent->vclass, parent->class_size);             }             对子对象新添加的虚函数赋值，也可以对继承于父对象的虚函数重赋值。             if( current->InitClassCallback )                 current->InitClassCallback(current->vclass);             链接到对象池中             current->next = used_classes;             used_classes = current;         }         else         {             TRACE("RegisterClassType(): ERROR, no class in class pool/n");         }           type = (int)current; 注意：type为ClassType类型的指针。         return type;     }     五. 创建对象的实例  CObject *NewObject(void) /*创建一个实例*/  {   return NewClassType(BASE_OBJECT_TYPE);  }  void *NewClassType(int class_type)  {   ClassType *pclass = NULL;   void *object = NULL;   if( pclass==0 )    return NULL;     pclass = (ClassType*)class_type;   /*为实例分配内存空间*/   object = (CObject*)malloc(pclass->object_size);   if( object )   {    /*实例的虚函数指针指向它的对象的虚函数指针*/    ((CObject*)object)->vclass = pclass->vclass;    /*调用父对象的初始化函数，这个函数是递归函数，    先初始化基对象，再初始化子对象，再初始化子子对象...*/    InitParentObject(pclass, object);   }   return object;  }  static void InitParentObject(ClassType *current, void *object)  {   if( current )   {    if( current->parent )     InitParentObject(current->parent, object);    if( current->InitObjectCallback )     current->InitObjectCallback(object);   } }