圆桌会议 算法 c语言,C语言实现面向对象的原理~

2024-03-28 05:59
文章标签 算法 语言 实现 原理 面向对象 圆桌会议

本文主要是介绍圆桌会议 算法 c语言,C语言实现面向对象的原理~，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

6cc32eeeb5f1157f2afa38ce6a229857.png

不知道有多少人去了解过语言的发展史，早期C语言的语法功能其实比较简单。随着应用需求和场景的变化，C语言的语法功能在不断升级变化。

虽然我们的教材有这么一个结论：C语言是面向过程的语言，C++是面向对象的编程语言，但面向对象的概念是在C语言阶段就有了，而且应用到了很多地方，比如某些操作系统内核、通信协议等。

面向对象编程，也就是大家说的OOP(Object Oriented Programming)并不是一种特定的语言或者工具，它只是一种设计方法、设计思想，它表现出来的三个最基本的特性就是封装、继承与多态。

为什么要用C语言实现面向对象

阅读文本之前肯定有读者会问这样的问题：我们有C++面向对象的语言，为什么还要用C语言实现面向对象呢？

C语言这种非面向对象的语言，同样也可以使用面向对象的思路来编写程序的。只是用面向对象的C++语言来实现面向对象编程会更简单一些，但是C语言的高效性是其他面向对象编程语言无法比拟的。

当然使用C语言来实现面向对象的开发相对不容易理解，这就是为什么大多数人学过C语言却看不懂Linux内核源码。

所以这个问题其实很好理解，只要有一定C语言编程经验的读者都应该能明白：面向过程的C语言和面向对象的C++语言相比，代码运行效率、代码量都有很大差异。在性能不是很好、资源不是很多的MCU中使用C语言面向对象编程就显得尤为重要。

具备条件

要想使用C语言实现面向对象，首先需要具备一些基础知识。比如：(C语言中的)结构体、函数、指针，以及函数指针等，(C++中的)基类、派生、多态、继承等。

首先，不仅仅是了解这些基础知识，而是有一定的编程经验，因为上面说了“面向对象是一种设计方法、设计思想”，如果只是停留在字面意思的理解，没有这种设计思想肯定不行。

因此，不建议初学者使用C语言实现面向对象，特别是在真正项目中。建议把基本功练好，再使用。

利用C语言实现面向对象的方法很多，下面就来描述最基本的封装、继承和多态。

封装

封装就是把数据和函数打包到一个类里面，其实大部分C语言编程者都已近接触过了。

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。

这个看起来似乎很好理解，那下面我们实现一下基本的封装特性。

#ifndef SHAPE_H

#define SHAPE_H

#include

// Shape 的属性

typedef struct {

int16_t x;

int16_t y;

} Shape;

// Shape 的操作函数，接口函数

void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y);

void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy);

int16_t Shape_getX(Shape const * const me);

int16_t Shape_getY(Shape const * const me);

#endif /* SHAPE_H */

这是 Shape 类的声明，非常简单，很好理解。一般会把声明放到头文件里面 “Shape.h”。来看下 Shape 类相关的定义，当然是在 “Shape.c” 里面。

#include "shape.h"

// 构造函数

void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y)

{

me->x = x;

me->y = y;

}

void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy)

{

me->x += dx;

me->y += dy;

}

// 获取属性值函数

int16_t Shape_getX(Shape const * const me)

{

return me->x;

}

int16_t Shape_getY(Shape const * const me)

{

return me->y;

}

再看下 main.c

#include "shape.h" /* Shape class interface */

#include /* for printf() */

int main()

{

Shape s1, s2; /* multiple instances of Shape */

Shape_ctor(&s1, 0, 1);

Shape_ctor(&s2, -1, 2);

printf("Shape s1(x=%d,y=%d)\n", Shape_getX(&s1), Shape_getY(&s1));

printf("Shape s2(x=%d,y=%d)\n", Shape_getX(&s2), Shape_getY(&s2));

Shape_moveBy(&s1, 2, -4);

Shape_moveBy(&s2, 1, -2);

printf("Shape s1(x=%d,y=%d)\n", Shape_getX(&s1), Shape_getY(&s1));

printf("Shape s2(x=%d,y=%d)\n", Shape_getX(&s2), Shape_getY(&s2));

return 0;

}

编译之后，看看执行结果：

Shape s1(x=0,y=1)

Shape s2(x=-1,y=2)

Shape s1(x=2,y=-3)

Shape s2(x=0,y=0)

整个例子，非常简单，非常好理解。以后写代码时候，要多去想想标准库的文件IO操作，这样也有意识的去培养面向对象编程的思维。

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。

下面是 Rectangle 的声明与定义：

#ifndef RECT_H

#define RECT_H

#include "shape.h" // 基类接口

// 矩形的属性

typedef struct {

Shape super; // 继承 Shape

// 自己的属性

uint16_t width;

uint16_t height;

} Rectangle;

// 构造函数

void Rectangle_ctor(Rectangle * const me, int16_t x, int16_t y,

uint16_t width, uint16_t height);

#endif /* RECT_H */

#include "rect.h"

// 构造函数

void Rectangle_ctor(Rectangle * const me, int16_t x, int16_t y,

uint16_t width, uint16_t height)

{

/* first call superclass’ ctor */

Shape_ctor(&me->super, x, y);

/* next, you initialize the attributes added by this subclass... */

me->width = width;

me->height = height;

}

我们来看一下 Rectangle 的继承关系和内存布局：

76c60edca1ad6971ccddc723f9d60ba1.png

因为有这样的内存布局，所以你可以很安全的传一个指向 Rectangle 对象的指针到一个期望传入 Shape 对象的指针的函数中，就是一个函数的参数是 “Shape *”，你可以传入 “Rectangle *”，并且这是非常安全的。这样的话，基类的所有属性和方法都可以被继承类继承！

#include "rect.h"

#include

int main()

{

Rectangle r1, r2;

// 实例化对象

Rectangle_ctor(&r1, 0, 2, 10, 15);

Rectangle_ctor(&r2, -1, 3, 5, 8);

printf("Rect r1(x=%d,y=%d,width=%d,height=%d)\n",

Shape_getX(&r1.super), Shape_getY(&r1.super),

r1.width, r1.height);

printf("Rect r2(x=%d,y=%d,width=%d,height=%d)\n",

Shape_getX(&r2.super), Shape_getY(&r2.super),

r2.width, r2.height);

// 注意，这里有两种方式，一是强转类型，二是直接使用成员地址

Shape_moveBy((Shape *)&r1, -2, 3);

Shape_moveBy(&r2.super, 2, -1);

printf("Rect r1(x=%d,y=%d,width=%d,height=%d)\n",

Shape_getX(&r1.super), Shape_getY(&r1.super),

r1.width, r1.height);

printf("Rect r2(x=%d,y=%d,width=%d,height=%d)\n",

Shape_getX(&r2.super), Shape_getY(&r2.super),

r2.width, r2.height);

return 0;

}

输出结果：

Rect r1(x=0,y=2,width=10,height=15)

Rect r2(x=-1,y=3,width=5,height=8)

Rect r1(x=-2,y=5,width=10,height=15)

Rect r2(x=1,y=2,width=5,height=8)

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。

下面让我们重新声明一下 Shape 类：

#ifndef SHAPE_H

#define SHAPE_H

#include

struct ShapeVtbl;

// Shape 的属性

typedef struct {

struct ShapeVtbl const *vptr;

int16_t x;

int16_t y;

} Shape;

// Shape 的虚表

struct ShapeVtbl {

uint32_t (*area)(Shape const * const me);

void (*draw)(Shape const * const me);

};

// Shape 的操作函数，接口函数

void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y);

void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy);

int16_t Shape_getX(Shape const * const me);

int16_t Shape_getY(Shape const * const me);

static inline uint32_t Shape_area(Shape const * const me)

{

return (*me->vptr->area)(me);

}

static inline void Shape_draw(Shape const * const me)

{

(*me->vptr->draw)(me);

}

Shape const *largestShape(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes);

void drawAllShapes(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes);

#endif /* SHAPE_H */

看下加上虚函数之后的类关系图：

ea3e6f7ee85bccb0b1573910313cc2bd.png

5.1 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。

在《Inside The C++ Object Model》的第一章内容中，有这些介绍。

5.2 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。

#include "shape.h"

#include

// Shape 的虚函数

static uint32_t Shape_area_(Shape const * const me);

static void Shape_draw_(Shape const * const me);

// 构造函数

void Shape_ctor(Shape * const me, int16_t x, int16_t y)

{

// Shape 类的虚表

static struct ShapeVtbl const vtbl =

{

&Shape_area_,

&Shape_draw_

};

me->vptr = &vtbl;

me->x = x;

me->y = y;

}

void Shape_moveBy(Shape * const me, int16_t dx, int16_t dy)

{

me->x += dx;

me->y += dy;

}

int16_t Shape_getX(Shape const * const me)

{

return me->x;

}

int16_t Shape_getY(Shape const * const me)

{

return me->y;

}

// Shape 类的虚函数实现

static uint32_t Shape_area_(Shape const * const me)

{

assert(0); // 类似纯虚函数

return 0U; // 避免警告

}

static void Shape_draw_(Shape const * const me)

{

assert(0); // 纯虚函数不能被调用

}

Shape const *largestShape(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes)

{

Shape const *s = (Shape *)0;

uint32_t max = 0U;

uint32_t i;

for (i = 0U; i < nShapes; ++i)

{

uint32_t area = Shape_area(shapes[i]);// 虚函数调用

if (area > max)

{

max = area;

s = shapes[i];

}

}

return s;

}

void drawAllShapes(Shape const *shapes[], uint32_t nShapes)

{

uint32_t i;

for (i = 0U; i < nShapes; ++i)

{

Shape_draw(shapes[i]); // 虚函数调用

}

}

5.3 继承 vtbl 和 重载 vptr

上面已经提到过，基类包含 vptr，子类会自动继承。但是，vptr 需要被子类的虚表重新赋值。并且，这也必须发生在子类的构造函数中。下面是 Rectangle 的构造函数。

#include "rect.h"

#include

// Rectangle 虚函数

static uint32_t Rectangle_area_(Shape const * const me);

static void Rectangle_draw_(Shape const * const me);

// 构造函数

void Rectangle_ctor(Rectangle * const me, int16_t x, int16_t y,

uint16_t width, uint16_t height)

{

static struct ShapeVtbl const vtbl =

{

&Rectangle_area_,

&Rectangle_draw_

};

Shape_ctor(&me->super, x, y); // 调用基类的构造函数

me->super.vptr = &vtbl; // 重载 vptr

me->width = width;

me->height = height;

}

// Rectangle's 虚函数实现

static uint32_t Rectangle_area_(Shape const * const me)

{

Rectangle const * const me_ = (Rectangle const *)me; //显示的转换

return (uint32_t)me_->width * (uint32_t)me_->height;

}

static void Rectangle_draw_(Shape const * const me)

{

Rectangle const * const me_ = (Rectangle const *)me; //显示的转换

printf("Rectangle_draw_(x=%d,y=%d,width=%d,height=%d)\n",

Shape_getX(me), Shape_getY(me), me_->width, me_->height);

}

5.4 虚函数调用

有了前面虚表(Virtual Tables)和虚指针(Virtual Pointers)的基础实现，虚拟调用(后期绑定)就可以用下面代码实现了。

uint32_t Shape_area(Shape const * const me)

{

return (*me->vptr->area)(me);

}

这个函数可以放到.c文件里面，但是会带来一个缺点就是每个虚拟调用都有额外的调用开销。为了避免这个缺点，如果编译器支持内联函数(C99)。我们可以把定义放到头文件里面，类似下面：

static inline uint32_t Shape_area(Shape const * const me)

{

return (*me->vptr->area)(me);

}

如果是老一点的编译器(C89)，我们可以用宏函数来实现，类似下面这样：

#define Shape_area(me_) ((*(me_)->vptr->area)((me_)))

看一下例子中的调用机制：

a5e57a10b4f20933072750ee86fcde97.png

5.5 main.c

#include "rect.h"

#include "circle.h"

#include

int main()

{

Rectangle r1, r2;

Circle c1, c2;

Shape const *shapes[] =

{

&c1.super,

&r2.super,

&c2.super,

&r1.super

};

Shape const *s;

// 实例化矩形对象

Rectangle_ctor(&r1, 0, 2, 10, 15);

Rectangle_ctor(&r2, -1, 3, 5, 8);

// 实例化圆形对象

Circle_ctor(&c1, 1, -2, 12);

Circle_ctor(&c2, 1, -3, 6);

s = largestShape(shapes, sizeof(shapes)/sizeof(shapes[0]));

printf("largetsShape s(x=%d,y=%d)\n", Shape_getX(s), Shape_getY(s));

drawAllShapes(shapes, sizeof(shapes)/sizeof(shapes[0]));

return 0;

}

输出结果：

largetsShape s(x=1,y=-2)

Circle_draw_(x=1,y=-2,rad=12)

Rectangle_draw_(x=-1,y=3,width=5,height=8)

Circle_draw_(x=1,y=-3,rad=6)

Rectangle_draw_(x=0,y=2,width=10,height=15)

总结

还是那句话，面向对象编程是一种方法，并不局限于某一种编程语言。用 C 语言实现封装、单继承，理解和实现起来比较简单，多态反而会稍微复杂一点，如果打算广泛的使用多态，还是推荐转到 C++ 语言上，毕竟这层复杂性被这个语言给封装了，你只需要简单的使用就行了。但并不代表，C 语言实现不了多态这个特性。

来源：https://blog.csdn.net/onlyshi/article/details/81672279

7010f8278a58a6f15e66bb9672e812be.png

免责声明：本文系网络转载，版权归原作者所有。如涉及作品版权问题，请与我们联系，我们将根据您提供的版权证明材料确认版权并支付稿酬或者删除内容。

这篇关于圆桌会议 算法 c语言,C语言实现面向对象的原理~的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/854663。

相关文章

c++ 类成员变量默认初始值的实现

c++ 类成员变量默认初始值的实现

《c++类成员变量默认初始值的实现》本文主要介绍了c++类成员变量默认初始值,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧... 目录C++类成员变量初始化c++类的变量的初始化在C++中，如果使用类成员变量时未给定其初始值，那么它将被
阅读更多...
Qt使用QSqlDatabase连接MySQL实现增删改查功能

Qt使用QSqlDatabase连接MySQL实现增删改查功能

《Qt使用QSqlDatabase连接MySQL实现增删改查功能》这篇文章主要为大家详细介绍了Qt如何使用QSqlDatabase连接MySQL实现增删改查功能,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴... 目录一、创建数据表二、连接mysql数据库三、封装成一个完整的轻量级 ORM 风格类3.1 表结构
阅读更多...
基于Python实现一个图片拆分工具

基于Python实现一个图片拆分工具

《基于Python实现一个图片拆分工具》这篇文章主要为大家详细介绍了如何基于Python实现一个图片拆分工具,可以根据需要的行数和列数进行拆分,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 简单介绍先自己选择输入的图片，默认是输出到项目文件夹中，可以自己选择其他的文件夹，选择需要拆分的行数和列数，可以通过
阅读更多...
Python中将嵌套列表扁平化的多种实现方法

Python中将嵌套列表扁平化的多种实现方法

《Python中将嵌套列表扁平化的多种实现方法》在Python编程中,我们常常会遇到需要将嵌套列表（即列表中包含列表）转换为一个一维的扁平列表的需求,本文将给大家介绍了多种实现这一目标的方法,需要的朋... 目录python中将嵌套列表扁平化的方法技术背景实现步骤1. 使用嵌套列表推导式2. 使用itert
阅读更多...
Python使用pip工具实现包自动更新的多种方法

Python使用pip工具实现包自动更新的多种方法

《Python使用pip工具实现包自动更新的多种方法》本文深入探讨了使用Python的pip工具实现包自动更新的各种方法和技术,我们将从基础概念开始,逐步介绍手动更新方法、自动化脚本编写、结合CI/C... 目录1. 背景介绍1.1 目的和范围1.2 预期读者1.3 文档结构概述1.4 术语表1.4.1 核
阅读更多...
在Linux中改变echo输出颜色的实现方法

在Linux中改变echo输出颜色的实现方法

《在Linux中改变echo输出颜色的实现方法》在Linux系统的命令行环境下,为了使输出信息更加清晰、突出,便于用户快速识别和区分不同类型的信息,常常需要改变echo命令的输出颜色,所以本文给大家介... 目python录在linux中改变echo输出颜色的方法技术背景实现步骤使用ANSI转义码使用tpu
阅读更多...
Python使用python-can实现合并BLF文件

Python使用python-can实现合并BLF文件

《Python使用python-can实现合并BLF文件》python-can库是Python生态中专注于CAN总线通信与数据处理的强大工具,本文将使用python-can为BLF文件合并提供高效灵活... 目录一、python-can 库：CAN 数据处理的利器二、BLF 文件合并核心代码解析1. 基础合
阅读更多...
Python使用OpenCV实现获取视频时长的小工具

Python使用OpenCV实现获取视频时长的小工具

《Python使用OpenCV实现获取视频时长的小工具》在处理视频数据时,获取视频的时长是一项常见且基础的需求,本文将详细介绍如何使用Python和OpenCV获取视频时长,并对每一行代码进行深入解析... 目录一、代码实现二、代码解析1. 导入 OpenCV 库2. 定义获取视频时长的函数3. 打开视频文
阅读更多...
golang版本升级如何实现

golang版本升级如何实现

《golang版本升级如何实现》：本文主要介绍golang版本升级如何实现问题,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录golanwww.chinasem.cng版本升级linux上golang版本升级删除golang旧版本安装golang最新版本总结gola
阅读更多...
Go语言中make和new的区别及说明

Go语言中make和new的区别及说明

《Go语言中make和new的区别及说明》：本文主要介绍Go语言中make和new的区别及说明,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录1 概述2 new 函数2.1 功能2.2 语法2.3 初始化案例3 make 函数3.1 功能3.2 语法3.3 初始化
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2