如何用C语言实现面向对象

作者&投稿：烛富（联系方式在网页底部的电邮联系）

如何用C语言实现面向对象编程？~

相对于PASCAL、C一类的语言都是面向过程的语言。它的运行顺序是固定的（按顺序执行）。但C++面向对象，也就是说它的运行随着你的触发。假如你现在按了一个按钮，那么程序就会运行触发按钮的相应函数，所以它并不是按顺序执行的。

面向对象本身是一种思想，而用哪种语言实现只是一种技术手段。事实上思想和技术的关系本身就是class和object的关系。 class oo {//这是面向对象的思想类}; oo java; //java是oo的一个具体的技术实现oo cxx; //c++是oo的一个具体的技术实现

可以通过以下方法实现面向对象：

1、封装

封装就是把数据和方法打包到一个类里面。其实C语言编程者应该都已经接触过了，C 标准库中的 fopen(), fclose(), fread(), fwrite()等函数的操作对象就是 FILE。

数据内容就是 FILE，数据的读写操作就是 fread()、fwrite()，fopen() 类比于构造函数，fclose() 就是析构函数。

2、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。在 C 语言里面，去实现单继承也非常简单，只要把基类放到继承类的第一个数据成员的位置就行了。

例如，我们现在要创建一个 Rectangle 类，我们只要继承 Shape 类已经存在的属性和操作，再添加不同于 Shape 的属性和操作到 Rectangle 中。

3、多态 C++

语言实现多态就是使用虚函数。在 C 语言里面，也可以实现多态。现在，我们又要增加一个圆形，并且在 Shape 要扩展功能，我们要增加 area() 和 draw() 函数。

但是 Shape 相当于抽象类，不知道怎么去计算自己的面积，更不知道怎么去画出来自己。而且，矩形和圆形的面积计算方式和几何图像也是不一样的。

4、虚表和虚指针

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。

5、在构造函数中设置vptr

在每一个对象实例中，vptr 必须被初始化指向其 vtbl。最好的初始化位置就是在类的构造函数中。

事实上，在构造函数中，C++ 编译器隐式的创建了一个初始化的vptr。在 C 语言里面，我们必须显示的初始化vptr。下面就展示一下，在 Shape 的构造函数里面，如何去初始化这个 vptr。

面向对象的三个基本特征是：封装、继承、多态。
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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。
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 naïve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）！
3．CALLBACK函数。
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！

4.Event和Message
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。

面向对象本身是一种思想，而用哪种语言实现只是一种技术手段。事实上思想和技术的关系本身就是class和object的关系。

class oo {
//这是面向对象的思想类
};
oo java; //java是oo的一个具体的技术实现
oo cxx; //c++是oo的一个具体的技术实现

拿Windows系统来讲，它是有C语言编写的，但是使用的却是面向对象的思想，这方面可以参考reactos（一个免费开源的用于大学教授操作系统原理的windows系统）。

举一个例子也许更实际一些，比如，操作系统有两种操作界面，一种是GUI界面，一种是控制台界面，在windows平台上编写一个程序，在cmd中运行时，执行控制台界面的代码，在GUI中运行的时候，执行图形界面的代码。这实际上也算是一种面向对象编程中的多态实例。以下示例代码在vc6.0编译通过。

#include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include <windows.h>
#include <TLHELP32.H>
char what_shell_run()
{
HANDLE hSnap = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPPROCESS, 0);
if (hSnap==0){
return _T('E');
}
PROCESSENTRY32 pe32 = {0};
pe32.dwSize = sizeof pe32;
DWORD dwSelfPid = GetCurrentProcessId();
DWORD dwParentPid = ~0;
for (BOOL bLoop=Process32First(hSnap, &pe32); bLoop!=FALSE; bLoop=Process32Next(hSnap, &pe32))
{
if (dwSelfPid==pe32.th32ProcessID){
dwParentPid = pe32.th32ParentProcessID;
break;
}
}
if (dwParentPid==~0) return _T('U');
for (bLoop=Process32First(hSnap, &pe32); bLoop!=FALSE; bLoop=Process32Next(hSnap, &pe32))
{
if (dwParentPid==pe32.th32ProcessID){
if (lstrcmpi(pe32.szExeFile, _T("cmd.exe"))==0)
{
CloseHandle(hSnap);
return _T('C');
}else if (lstrcmpi(pe32.szExeFile, _T("explorer.exe"))==0){
CloseHandle(hSnap);
return _T('G');
}
}
}
CloseHandle(hSnap);
return _T('U');
}
void console(void) {
printf("这是一控制台程序
");
}
void gui (void) {
MessageBox(0, _T("这是一个GUI程序"), _T("GUI"), MB_OK);
}
int main()
{
char ch = what_shell_run();
switch (ch)
{
case 'C':
console();break;
case 'G':
gui(); break;
}
return 0;
}

在cmd中运行该程序的结果：

在GUI界面运行该程序的结果：

C确实可以实现面向对象，这点在linux中体现的淋漓尽致，尤其是在搭建设备驱动框架这一块，为了提供一个通用的接口管理成千上万种设备，内核用C的面向对象思想，通过继承和多态，构建了一个复杂的系统，建议你好好看看内核代码，就会深刻体会到这一点

看看这个例子吧

#include <stdio.h>

#ifndef C_Class
#define C_Class struct
#endif

C_Class A
{
C_Class A *A_this;
void (*Foo)(C_Class A *A_this);
int a;
int b;
};

C_Class B
{ //B继承了A
C_Class B *B_this; //顺序很重要
void (*Foo)(C_Class B *Bthis); //虚函数
int a;
int b;
int c;
};

void B_F2(C_Class B *Bthis)
{
printf("It is B_Fun\n");
}

void A_Foo(C_Class A *Athis)
{
printf("It is A.a=%d\n",Athis->a);//或者这里
// exit(1);
// printf("纯虚不允许执行\n");//或者这里
}

void B_Foo(C_Class B *Bthis)
{
printf("It is B.c=%d\n",Bthis->c);
}

void A_Creat(struct A* p)
{
p->Foo=A_Foo;
p->a=1;
p->b=2;
p->A_this=p;
}

void B_Creat(struct B* p)
{
p->Foo=B_Foo;
p->a=11;
p->b=12;
p->c=13;
p->B_this=p;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
C_Class A *ma,a;
C_Class B *mb,b;

A_Creat(&a);//实例化
B_Creat(&b);
mb=&b;
ma=&a;
ma=(C_Class A*)mb;//引入多态指针
printf("%d\n",ma->a);//可惜的就是函数变量没有private
ma->Foo(ma);//多态
a.Foo(&a);//不是多态了
B_F2(&b);//成员函数，因为效率问题不使用函数指针
getchar();
return 0;
}

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