如何在C语言里实现“面向对象编程”

有人认为面向对象是C++/Java这种高级语言的专利，实际不是这样，面向对象作为一种设计方法，是不限制语言的。只能说，用C++/Java这种语法来实现面向对象会更容易、更自然一些。

在本节中，就展示如何在C语言中实现面向对象编程，这是一件吃力的工作。写这些的目的有两个：

① 更好的掌握C++中的class的概念。学习了本章，就知道C程序员的无耐，就知道为什么要发明一个class的概念、为什么要有成员函数等等。

② 为C程序员提供一个参考设计。由在存在某些场合，只允许用C语言来编程，不允许用C++来编程。这时候，可以参考本篇的代码，用C的语法来模拟C++的类来实现面向对象编程。

本篇按从易到难的顺序，提供几种基于C struct的面向对象的写法。在本节的展示中，统一以.c后缀命名文件，也就是说，是以C语言的语法来书写代码。C语言和C++的struct写法略有区别，请参考附录《C++与C的区别》。

 

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1.1         第1种方法

这种方法只适合单一实例的对象。以打印机Print对象为例，系统中只存在一台打印机，此时按以下方法提供接口，

首先，给出printer.h，里面写明对外的接口，

/////////////////// printer.h begin ///////////////

#ifndef _PRINTER_H

#define _PRINTER_H

 

int pr_open();   // 打开打印机

void pr_close();  // 关闭打印机

void pr_print(const char* text); // 打印文本

 

#endif

/////////////////////////////////////////////////////

 

其次，给出printer.c，给出函数接口的实现。由于没有办法操纵一台真实的打印机，那样代码太复杂，作者不容易理解。所以这里使用“虚拟打印机”的概念，所谓“打印”，只是将文件写到指定的文件c:\printer.txt里，

/////////////////// printer.c ///////////////

#include <stdio.h>

#include "printer.h"

// 定义

typedef struct 

{

      FILE* outfile;

}printer_t;

 

// 定义唯一实例

static printer_t pr = { NULL };

// 打开打印机

int pr_open() 

{

      pr.outfile = fopen("c:/printer.txt", "ab");

      if(pr.outfile == NULL)

             return -1;

      return 0;

}

// 关闭打印机

void pr_close() 

{

      if(pr.outfile)

      {

             fclose(pr.outfile);

             pr.outfile = NULL;

      }

}

// 打印文本

void pr_print(const char* text)

{

      fprintf(pr.outfile, text);

}

/////////////////// ///////////////

 

在main.c中这么调用

/////////////////// main.c  ///////////////

#include "printer.h"

void main()

{

      pr_open();  // 打开

      pr_print("aaabbbccc\n"); // 输出文本

      pr_close(); // 关闭

}

 

可以总结出这种写法的特点：

(1) 虽然是面向对象，但只有一个对象，该对象外部不可见；

(2) 外界只能通过函数接口该对象的功能。可以发现，函数中并没有传入对象的指针。

 

1.2         第2种方法

当可以创建多个对象时，使用此种方法来实现。仍然前面的printer为例，其实这个printer只是一个“虚拟”的打印机，最终目标是输出到一个本地的文件。那么，可以允许创建多个printer对象的。

头文件printer.h中定义对象，在提供的接口函数都有对象指针，其中~open函数用于创建一个对象，~close用于销毁对象，

///////////////////printer.h  ///////////////

#ifndef _PRINTER_H

#define _PRINTER_H

 

#include <stdio.h>

typedef struct 

{

      FILE* outfile;

}printer_t;

 

printer_t* pr_open(const char* filename);   // 打开打印机

void pr_close(printer_t* pr);  // 关闭打印机

void pr_print(printer_t* pr, const char* text); // 打印文本

 

#endif

 

下面是它的实现，

///////////////////printer.c ///////////////

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include "printer.h"

 

// 打开打印机

printer_t* pr_open(const char* filename) 

{

      printer_t* pr = (printer_t*)malloc(sizeof(printer_t));

      pr->outfile = fopen(filename, "ab");

      if(!pr->outfile)

      {

             free(pr);

             return NULL;

      }

      return pr;

}

// 关闭打印机

void pr_close(printer_t* pr) 

{

      fclose(pr->outfile);

      free(pr);

}

// 打印文本

void pr_print(printer_t* pr, const char* text)

{

      fprintf(pr->outfile, text);

}

 

在main.c的调用这个对象，

///////////////////main.c ///////////////

#include "printer.h"

void main()

{

      printer_t* pr = pr_open("c:/1.txt");

      pr_print(pr, "aaabbbccc\n");

      pr_close(pr);

}

 

至此，面向对象已经比较完整，它有3个要素：

① 对象的创建：使用pr_open函数来创建一个对象，允许创建多个对象；

② 对象的销毁： 使用pr_close来销毁对象

③ 对象的功能接口： pr_print是其功能接口，注意这个函数的第一个参数就是指向了一个对象

 

1.3         第3种方法

这种方法是对方法2的升级，理念和方法2一样。它是在形式上和C++的class基本一致，或许可以说，C++的class是从这种方法演化而来的。

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