C语言中面向对象概念的实现及与结构体的关联探讨

C语言于嵌入式项目里所占比例颇高，然而维护老旧代码的那种痛苦，众多程序员皆是深有感受的。一项功能发生改动，常常是一处变动会引发全局变动。这般情况恰好正是由于纯面向过程的编写方式，当代码规模有所增大之后，其耦合程度过高所致。要是能够运用C语言去达成面向对象的思路，那么便能够在留有C语言执行效率的当儿，大幅削减后续的维护成本。

封装 用结构体把数据和行为绑在一起

C语言虽不存在class关键字，然而结构体理所当然是用以进行封装的。我们能够将相关的数据，像一个LED灯的引脚号码，以及状态，统统置于一个结构体当中。如此便达成了数据的聚合，此乃封装的首个步骤。

再进一步而言，我们能够将用于操作这个LED灯的函数指针这一事物，也放置到同一个结构体当中。比如说，去定义一个名为“open”以及“close”的函数指针。如此一来，这个结构体便同时具备了属性以及行为，从外界的视角来看，它已然极为类似于一个“类”了。

继承 通过结构体嵌套实现代码复用

在C语言当中去谈论继承这个事儿，听起来好像真好似有些天方夜谭模样了，然而呢我们能够采用组合这种方式去模拟出呈现出“is-a”这样一种关系。其核心技巧便在于将那个“基类”的结构体放置于那个“子类”结构体的最顶端位置处。比如说去规定设定一个Shape结构体，此结构体之中涵盖包含坐标方面的信息。

那当我们去定义那个Circle结构体的时候，头一个成员变量放置一个属于Shape类型的变量。如此这般，在内存布局方面，Circle对象的起始地址跟它的Shape部分的起始地址是全然一致的。任何对Shape进行操作的函数，都能够直接去操作Circle对象当中的这一部分。

// Code  List(1)
ABSTRACT struct Shape
{
	PUBLIC ABSTRACT double (*getArea)(void* const shape);
	PUBLIC ABSTRACT double (*print)(void* const shape);
};
struct Circle EXTERNS(Shape)
{
	PUBLIC struct Shape shape;
	PRIVATE double Radius;
	PUBLIC double (*getRadius)(struct Circle* const cicle);
};
struct Rectangle EXTERNS(Shape)
{
	struct Shape shape;
	PRIVATE double Length;
	PRIVATE double Width;
	PUBLIC double (*getLength)(struct Rectangle* const rect);
	PUBLIC double (*getWidth)(struct Rectangle* const rect);
};

多态 用函数指针实现动态绑定

#define PUBLIC 
#define PRIVATE 
#define ABSTRACT 
#define EXTERNS(super)

多态堪称面向对象的核心要义，意思为“同一接口，多样实现”。C 语言并没有虚函数表，然而函数指针赋予了我们动态绑定的本领。我们能够于“基类”Shape的结构体里头，规定一个函数指针，就像void (draw)(Shape)。

要初始化那个名为Circle的对象，得使这个函数指针指向一个专门用于绘制圆形的函数，便是drawCircle。一旦外部代码借助Shape的指针调用draw方法，实际上执行的乃是drawCircle。如此一来便达成了运行时多态，也就是在面向对象领域中提及的“一个接口，多种形态”。

实战 用宏定义让模拟代码更清晰

让模拟面向对象的代码看上去更直观些，我们能够借助宏定义去“伪装”成关键字，比如，定义#define CLASS typedef struct ，定义#define PUBLIC当作公共成员的标记，尽管本质仍是C语法，不过可读性大幅增强了。

在头文件里头，我们能够借助这些宏去声明一个类，举例来说，声明一个名为Rectangle的类，它从Shape那里“继承”而来，而且具备自身独特的宽度以及高度属性。于此同时，在结构体当中声明了draw函数指针，这恰似声明了一个虚函数。这样的一种约定能够使得团队成员一眼就明晰代码的设计意图。

#define NEW
Rectangle* rec = NEW rectangle(12,25);

构造函数与对象创建

模拟了类之后，那么自然而然就要去考量对象究竟该如何进行创建。C语言并不具备构造函数，针对这种状况我们能够定义一个跟类名同名称的函数（全部字母小写）去实施模拟，就像void shape_init(Shape self, int x, int y)这样，借助它来对对象的成员以及函数指针予以初始化。

ShapeFactory.createRectangle(12,25);
ShapeFactory.createCircle(7.12);
ShapeFactory.createSquareRectangle(11.3);　

typedef struct Rectangle* IRectangle;

IRectangle rec;

/* circle 
 *
 */
static void installCircleMethods(ICircle c);
static ICircle createCircle(double radius)
{
	ICircle c = (ICircle)malloc(sizeof(struct Circle));
	c->Radius = radius;
	installCircleMethods(c);
	return c;
}
static double getCircleArea(ICircle c)
{
	return 3.14 * c->Radius * c->Radius;
}
static void printCircle(ICircle c)
{
	printf("Circle:radius = %g/n", c->Radius);
}
static double getCircleRadius(ICircle c)
{
	return c->Radius;
}
static void installCircleMethods(ICircle c)
{
	((IShape)c)->getArea = getCircleArea;
	((IShape)c)->print = printCircle;
	c->getRadius = getCircleRadius;
}

	c = ShapeFactory.createCircle(3.5);
	printf("area of c=%g/n", c->shape.getArea(c));
	((IShape)c)->print(c);
	printf("Radius of c=%g/n",c->getRadius(c));