ID:技術讓夢想更偉大
作者:李肖遙
解釋區分一下C語言和OOP
我們經常說C語言是程式導向的,而C++是物件導向的,然而何為物件導向,什麼又是程式導向呢?不管怎麼樣,我們最原始的目標只有一個就是實現我們所需要的功能,從這一點說它們是殊途同歸的。過程與物件只是側重點不同而已。
舉個例子吧,我現在有個計劃,要去北京,OOP語言是直接給你一個車,然後你自己設定路線去北京就好,而C語言是需要你自己製造零件,自己組裝好車,然後再自己設定路線,最後到達北京。C語言比較費勁,但是程式的效率很高。
過程&物件?
一個物件就是由或多或少的針對這個物件的過程構成的,當然其中是少不了必要的屬性。
一個過程是針對一個或者是多個物件所進行的操作。兩者是可以互相轉換的,關鍵是哪一種方式更能適合你現在的需求,更能讓你的軟體開發錦上添花。
我個人認為一般情況下,一個更容易擴充套件、維護的軟體通常採用的是OOP的思想,新增一個原本不存在的相對無關單獨的個體,總比在一個已經存在的過程內硬塞進去一個物件要簡單;而且程式導向更容易導致混亂的維護。
舉個例子,同樣是一條河與一個湖泊,哪一個更容管理維護呢?我想答案是顯而易見的。當然不管怎麼樣,軟體本身設計架構的好壞也是非常重要的。
C語言的特性,實現OOP
C是一門程式導向的語言,但它依舊可以實現大多數物件導向所能完成的工作。比如物件導向的三大特性:封裝、繼承、多型。我們以下圖來寫程式碼舉例子
封裝
由於面象向物件是將資料與方法封裝到一個類裡。使用者無需關心類是怎麼實現的。在 C_OOP 中貫徹了這一思想,C中有一種複雜的資料結構叫做struct。struct是C裡面的結構體。
如上圖假如我們要對鳥bird進行封裝,bird可能包括姓名、顏色、棲息地、重量、屬性等資訊。我們就可以對它封裝如下:
struct Bird{ char name[20];//姓名 char color; //顏色 char addr[30]; //棲息地 int weight; //體重 int other; //屬性 };
當我們要像OOP那樣新建一個物件時,我們就可以:
struct Bird p;
我們就可以直接對p進行賦值:
p.name = "bird"; p.color = 'b'; //'b' = black; 'g' = green p.addr = 'w'; p.weight = 175; p.other = 1;
繼承
在常見用C語言實現繼承的機制中,多半是用結構體組合實現的,同樣利用struct,我們來建立一個Bird結構,同時繼承結構體Bird,如下:
struct fBird{ struct Bird p; char fly[20]; //飛翔 int scream; //鳴叫 };
對Bird進行建立物件,並賦值:
struct fBird s; s.p.name = "bird"; s.p.color = 'b'; s.p.other = 25; s.p.weight = 65; s.fly = "0618"; s.scream = 90;
多型
C_OOP中的一個核心就是多型,C中對於多型的實現可以藉助函式指標來實現。為了簡單起見,我們假設Bird這個結構體中,只有一個函式指標。
struct Bird{ void (*print)(void *p); }; struct fBird{ struct Bird p; };
而Bird和fBird這兩個結構體的print函式實現如下:
void printBird(void *Bird){ if(NULL == Bird) return ; struct Bird *p = (struct Bird *)Bird; printf("run in the Bird!!\n"); } void printfBird(void *Bird){ if(NULL == Bird) return ; struct Bird *p = (struct Bird *)Bird; printf("run in the fBird!!\n"); }
我們寫一個函式來呼叫他們:
void print(void *Bird){ if(NULL == Bird) return ; struct Bird *p = (struct Bird *)Bird; p->print(Bird); } int main(){ struct Bird bird; struct fBird fbird; Bird.print = printBird; fBird.p.print = printfBird; print(&bird); //實參為Bird的物件 print(&fbird); //實參為fBird的物件 return 0; }
他們的輸出為:
run in the Bird!! run in the fBird!!
其實這個也不難理解,無論是fBird還是Bird,他們在記憶體中只有一個變數,就是那個函式指標,而void表示任何型別的指標,當我們將它強制轉換成struct Bird型別時,p->print指向的自然就是傳入實參的print地址。
OOP真的那麼重要?
從大學到工作至今,在嵌入式領域中一直是使用C語言,而我在學習C++的過程中,看的程式碼越多,程式碼量越大,越來越覺得C++對於大型軟體架構的良好可控性,和對以後程式設計師維護程式碼時良好的可讀性;
個人認為:C語言中最大的成功在於它的指標,但是也是最容易出錯的,想要理解C,必須要掌握指標。雖然說,語言只是一門工具,但是這是基礎
或者你可以說C太底層,現在都是OOP的時代了,誰還會用程式導向的,你們不要忘了作業系統是用什麼寫的?是C;C實現的nginx的併發量是C++實現的apache的幾十倍,關鍵是要理解語言背後的思想。
當然這不是為了OOP而OOP,實在是OOP的一些特徵,例如封裝,多型其實是軟體工程思想,這些思想不分語言,遵循了這些思想可以使得程式更有彈性,更易修改和維護,避免僵化,脆弱的性質。
嵌入式C語言使用OOP的一些思考
然而就目前來說,在嵌入式領域廣泛的使用C++顯然是不現實的事情。在一個到處是OOP的年代,為何程式導向的C語言依然可以如此活躍?
我們可以用它來開發一系列的小工具,Unix/Linux就是由這些小工具組成的作業系統;同時用C語言可以開發高效能的應用程式。
C語言良好的可移植性,小巧靈活,而且還有一個直接與硬體打交道的指標的存在,對記憶體等良好的操作性以及執行之速度快,是嵌入式開發唯有的高階語言,均是一般嵌入式產品的不二首選。
LW_OOPC->C語言的面對物件
LW_OOPC是臺灣的MISOO團隊根據多年研發經驗,總結出來的一種輕便的物件導向的C語言。雖然不足以提供足夠的能力使我們實現物件導向所有的概念,但是我們依然可以應用它們完成我們簡單的物件導向思想的構建。
lw_oopc僅用了2個檔案,.h及.c檔案就實現了物件導向的三大因素,實現過程極為簡潔又富含技巧。lw_oopc說白了,就是定義了一堆巨集,使用起來也就是呼叫這些巨集。
//| INTERFACE | 介面 //---------------------------------------------------------------------- //| CLASS | 類 //---------------------------------------------------------------------- //| CTOR | 構造器開始 //---------------------------------------------------------------------- //| END_CTOR | 構造器截止 //---------------------------------------------------------------------- //| FUNCTION_SETTING | 關聯成員函式指標 //---------------------------------------------------------------------- //| IMPLEMENTS | 繼承 //---------------------------------------------------------------------- //| DTOR | 為了支援解構函式的概念 //| END_DTOR | //---------------------------------------------------------------------- //| ABS_CLASS | 為了支援抽象類的概念 //---------------------------------------------------------------------- //| ABS_CTOR | 為了支援可繼承的抽象類的建構函式 //| END_ABS_CTOR | //---------------------------------------------------------------------- //| EXTENDS | 為了讓熟悉Java的人容易理解(與IMPLEMENTS巨集等同) //---------------------------------------------------------------------- //| SUPER_CTOR | 為了支援子類呼叫父類的建構函式 //---------------------------------------------------------------------- //| SUPER_PTR | 為了支援向上轉型 //| SUPER_PTR_2 | //| SUPER_PTR_3 | //---------------------------------------------------------------------- //| SUB_PTR | 為了支援向下轉型 //| SUB_PTR_2 | //| SUB_PTR_3 | //---------------------------------------------------------------------- //| INHERIT_FROM | 為了支援訪問直接父類的資料成員 //----------------------------------------------------------------------
下面是對LW_OOPC的簡單的分析。
LW_OOPC概述
簡單來說它主要是一個標頭檔案,我們通過對這個標頭檔案的使用來實現物件導向。
//lw_oopc.h : MISOO團隊設計的C巨集 #include #ifndef LW_OOPC #define LW_OOPC #define CLASS(type) / typedef struct type type; / struct type #define CTOR(type) / void* type##New() / { / struct type *t; / t = (struct type*)malloc(sizeof(struct type)); #define CTOR2(type, type2) / void* type2##New() / { / struct type *t; / t = (struct type*)malloc(sizeof(struct type)); #define END_CTOR return (void*)t; } #define FUNCTION_SETTING(f1, f2) t->f1 = f2; #define IMPLEMENTS(type) struct type type #define INTERFACE(type) struct type #endif /* lw_oopc.h */
下面一段程式碼是簡單的OOPC的應用:
// Circle.c #include #include "lw_oop.h" #define PI 3.1415926 CLASS(Circle) { double (*cal_area)(double); } double circle_cal_area(double radius) { return PI*r*r; } CTOR(Circle) FUNCTION_SETTING(cal_area, circle_cal_area) END_CTOR
int main() { double area = 0.0; Circle *pc; pc = (Circle*)CircleNew(); area = pc->cal_area(10); printf("area = %f/n", area); return 0; }
介面的實現
在OOP程式中,通常是通過類定義和介面定義來實現的。
//IA.h #include "lw_oopc.h" INTERFACE(IA) { void (*init)(void*, double); double (*cal_area)(void*); double (*cal_permimeter)(void*); }
//circle.c #include "IA.h" #define PI 3.1415926 CLASS(Circle) { IMPLEMENTS(IA); double radius; } static void circle_init(void* circle, double radius) { Circle *_this = (Circle*)circle; _this->radius = radius; } static double circle_cal_area(void* circle) { Circle *_this = (Circle*)circle; return PI*_this->radius*_this->radius; } static double circle_cal_permimeter(void* circle) { Circle *_this = (Circle*)circle; return 2*PI*_this->radius; } CTOR(Circle) FUNCTION_SETTING(IA.init, circle_init) FUNCTION_SETTING(IA.cal_area, circle_cal_area) FUNCTION_SETTING(IA.cal_permimeter, circle_cal_permimeter) END_CTOR
//main.c #include #include “IA.h” void print_area(IA* pi) { printf("area = %f/n", pi->cal_area(pi)); } int main() { IA *pc = NULL; pc = (IA*)CircleNew(); pc->init(pc, 10.0); print_area(); return 0; }
總結
語言只是一種工具,任何語言之間都是相通的,一通則百通,關鍵是要理解語言背後的思想,理解其思想,任何語言,拿來用就行了。語言沒有好壞之分,任何語言既然存在自然有它存在的
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