C语言面向对象编程（一）：封装与继承

最近在用 C 做项目，之前用惯了 C++ ，转回头来用C 还真有点不适应。 C++ 语言中自带面向对象支持，如封装、继承、多态等面向对象的基本特征。 C 原本是面向过程的语言，自身没有内建这些特性，但我们还是可以利用 C 语言本身已有的特性来实现面向对象的一些基本特征。接下来我们就一一来细说封装、继承、多态、纯虚类等面向对象特性在 C 语言中如何实现，并且给出实例。

    这篇文章中我们先说封装和继承。

    先来看封装。

    所谓封装，通俗地说，就是一个姑娘化了妆，只给你看她想让你看的那一面，至于里面是否刮了骨、垫了东西，不给你看。说到封装就得说隐藏，这是对兄弟概念；其实我理解隐藏是更深的封装，完全不给你看见，而封装可能是犹抱琵琶半遮面。封装在 C++ 语言中有 protected 、 private 关键字在语言层面上支持，而 C 语言中没有这些。 C 有结构体（ struct ），其实可以实现封装和隐藏。

    在 QT 中，为了更好的隐藏一个类的具体实现，一般是一个公开头文件、一个私有头文件，私有头文件中定义实现的内部细节，公开头文件中定义开放给客户程序员的接口和公共数据。看看 QObject （qobject.h ），对应有一个 QObjectPrivate （qobject_p.h ） ，其他的也类似。而代码框架如下：

 

1. QObject{

2. public:

3. xxx

4. xxx

5. private:

6. QObjectPrivate * priv;

7. };

    我们在 C 语言中完全可以用同样的方法来实现封装和隐藏，只不过是放在结构体中而已。代码框架如下：

 

 

1. struct st_abc_private;

2. struct st_abc {

3. int a;

4. xxx;

5. void (*xyz_func)(struct st_abc*);

6.  

7. struct st_abc_private * priv;

8. };

    上面的代码，我们只前向声明结构体 struct st_abc_private ，没人知道它里面具体是什么东西。假如 struct st_abc 对应的头文件是 abc.h ，那么把 st_abc_private 的声明放在 abc_p.h 中，abc.c 文件包含 abc_p.h ，那么在实现 struct st_abc 的函数指针 xyz_func 时如何使用 struct st_abc_private ，客户程序员根本无须知道。

 

    这样做的好处是显而易见的，除了预定义好的接口，客户程序员完全不需要知道实现细节，即便实现经过重构完全重来，客户程序员也不需要关注，甚至相应的模块连重新编译都不要——因为 abc.h 自始至终都没变过。

    上面代码有个问题，客户程序员如何得到 struct st_abc 的一个实例，他不知道 struct st_abc_private 如何实现的呀。 C 中没有构造函数，只好我们自己提供了：我们可以在 abc.h 中声明一个类似构造函数的函数来生成 struct st_abc 的实例，名字就叫作 new_abc() ，函数原型如下：

 

struct st_abc * new_abc();

    至于实现，我们放在 abc.c 中，客户程序员不需要知道。相应的，还有个类似析构函数的函数，原型如下：

 

 

void delete_abc(struct st_abc *);

    到现在为止，封装和隐藏就实现了，而且很彻底。接下来看继承。

 

    什么是继承？在面向对象层面上不讲了，只说语法层面。语法层面上讲，继承就是派生类拥有父类的数据、方法，又添了点自己的东西，所谓子承父业，发扬光大。在 C 语言中可以用结构体的包含来实现继承关系。代码框架如下：

1. struct st_base{

2. xxx;

3. };

4.  

5. struct st_derived{

6. struct sb_base base;

7. yyy;

8. };

    代码上就是这么简单，不过有一点要注意：第一点就是派生类（结构体）中一定要把父类类型的成员放在第一个。

 

    继承在语法层面上看，有数据成员、函数，数据成员通过上面的方法自动就“继承”了，至于函数，在结构体表示为函数指针，其实也是一个数据成员，是个指针而已，也会自动“继承”。之所以还要在这里列出来说明，是因为 C++ 中有一个很重要的概念：重载。要在 C 中完整实现有点儿麻烦。

    重载，我们常说的重载大概有三种含义：

 

• 其一，函数重载，指函数名字一样，参数个数、类型不一样的函数声明和实现。由于 C 编译器的缘故，不支持。不过这个影响不大。
• 其二，重定义或者说覆盖，指派生类中定义与基类签名一样（名字、返回值、参数完全一样）的非虚函数，这样派生类的中的函数会覆盖基类的同签名函数，通过成员操作符访问时无法访问基类的同签名函数。
• 其三，虚函数重写，指在派生类中实现基类定义的虚函数或纯虚函数。虚函数是实现多态的关键，可以在结构体中使用函数指针来表达，但要完全实现，也很麻烦。

 

    我们平常在交流时通常不明确区分上面三种类型的重载，这里出于习惯，也不作区分。
    好了，第一篇就到这里，有时间会往下续。