楊韜
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摘要： C語(yǔ)言在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中被廣泛使用，但由于開(kāi)發(fā)人員和應(yīng)用場(chǎng)景等原因，面向?qū)ο?/a>、設(shè)計(jì)模式等優(yōu)秀的軟件開(kāi)發(fā)方法始終沒(méi)有很好地運(yùn)用起來(lái)。時(shí)至今日，物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的興起給嵌入式軟件開(kāi)發(fā)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，而傳統(tǒng)的面向過(guò)程開(kāi)發(fā)方法已經(jīng)難以支撐這些復(fù)雜的應(yīng)用。因此，有必要在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中引入面向?qū)ο?、設(shè)計(jì)模式等優(yōu)秀的軟件開(kāi)發(fā)方法。面向?qū)ο笫乾F(xiàn)在軟件方法的根基，繼承是面向?qū)ο蟮娜筇匦灾唬疚慕Y(jié)合C語(yǔ)言的特性，對(duì)使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)繼承進(jìn)行了討論。
關(guān)鍵詞： C語(yǔ)言；面向?qū)ο螅?a class="innerlink" href="http://m.jysgc.com/tags/類" title="類" target="_blank">類；繼承
中圖分類號(hào)：TP312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2016.24.005
引用格式：楊韜. 用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)繼承的研究［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35（24）：16-18.
0引言
物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的興起，給嵌入式軟件開(kāi)發(fā)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，而傳統(tǒng)的面向過(guò)程開(kāi)發(fā)方法已經(jīng)難以支撐這些復(fù)雜的應(yīng)用。因此，有必要在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中引入面向?qū)ο?、設(shè)計(jì)模式等優(yōu)秀的軟件開(kāi)發(fā)方法。在C++等面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中對(duì)類做了原生的支持，提供了class這一數(shù)據(jù)類型，能夠很自然地支持繼承這一面向?qū)ο筇匦?。盡管C語(yǔ)言并不支持class，但是能夠通過(guò)一些特殊的處理來(lái)模擬繼承，本文將討論如何使用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)繼承這一面向?qū)ο筇匦浴?/p>
1基本概念［1］
1.1類
面向?qū)ο笥腥筇匦裕悍庋b、繼承、多態(tài)，這些特性主要通過(guò)類來(lái)體現(xiàn)。類就是一個(gè)封裝了屬性以及相關(guān)操作的代碼的邏輯實(shí)體。
類具有屬性，它是對(duì)象狀態(tài)的抽象，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述類的屬性。
類具有方法，它是對(duì)象行為的抽象，用方法名和實(shí)現(xiàn)該操作的方法來(lái)描述。
除了封裝屬性和操作外，類還具有訪問(wèn)控制的能力，比如，某些屬性和方法可以是私有的，不能被外界訪問(wèn)。通過(guò)訪問(wèn)控制，能夠?qū)?nèi)部數(shù)據(jù)提供不同級(jí)別的保護(hù)，以防止外界意外地改變或使用了私有部分。不同的編程語(yǔ)言提供的訪問(wèn)控制等級(jí)不盡相同，但都有公有、私有兩個(gè)等級(jí)。
類是抽象的數(shù)據(jù)類型，在內(nèi)存中并不存在(Python等動(dòng)態(tài)語(yǔ)言除外)，只有類的實(shí)例存在于內(nèi)存中。
1.2繼承
在定義一個(gè)類的時(shí)候，可以在一個(gè)已經(jīng)存在的類的基礎(chǔ)上進(jìn)行，新的類自動(dòng)繼承已存在類的公有屬性和方法，在此基礎(chǔ)上可以添加新的屬性或方法，這種特性就是繼承。被繼承的類稱作父類或基類，繼承而得到的新類稱作子類或派生類。通過(guò)繼承可以使開(kāi)發(fā)的軟件具有擴(kuò)展性，簡(jiǎn)化了類的創(chuàng)建工作量，提高了代碼復(fù)用性。
圖1為類繼承的UML圖，圖中定義了兩個(gè)類，兩個(gè)類用空心三角箭頭連接，箭頭指向的就是父類Human，箭尾就是子類Chinese。Chinese類繼承了Human類，Chinese類自動(dòng)擁有Human的公有屬性和方法(即name、buy()和talk())，此外，Chinese類新添加了方法play_mahjong()。通俗點(diǎn)描述就是：中國(guó)人是人類，有名字，能夠講話和購(gòu)物，除此之外，還能打麻將。
繼承分為單重繼承和多重繼承：子類只繼承一個(gè)父類，稱為單重繼承，如圖1所示；子類繼承多個(gè)父類，稱為多重繼承，如圖2所示。為了避免二義性，不推薦使用多重繼承，本文只討論單重繼承。
2類的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)
在C語(yǔ)言中可以使用.c、.h和結(jié)構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)類，以圖1中Human類為例，可以使用human.h、human.c、struct human三個(gè)元素來(lái)完成封裝，human.c為human.h中函數(shù)聲明的實(shí)現(xiàn)，本文不討論這些細(xì)節(jié)，只給出human.h的關(guān)鍵代碼片段：
程序清單1Human類C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)
// human.h
typedef struct human {
const char *name;
int _money;
} human_t;
human_t *human_init(human_t *p_this,
const char *name,
int money);
voidhuman_talk(human_t *p_this,
const char *p_words);
voidhuman_buy (human_t *p_this,
const char *p_something,
unsigned price,
unsigned count);
voidhuman_deinit(human_t *p_this);
3繼承的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)
3.1C語(yǔ)言不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的繼承
一種常見(jiàn)的用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)繼承的方法如下面的代碼所示：
/* 父類 /基類*/
struct parent {
int a;
};
/* 子類/派生類 */
struct child {
struct parent base; /* 第一個(gè)成員為基類 */
int b;
};
void foo (void)
{
struct childfoo;
struct child *p_child;
struct parent*p_parent;
p_child = &foo;
p_parent = (struct parent *)p_child;
/* 將子類轉(zhuǎn)換為父類 */
p_parent->a = 100;/* 訪問(wèn)父類成員 */
}
上面的代碼中定義了一個(gè)父類和子類，foo()函數(shù)中實(shí)例化了一個(gè)子類對(duì)象，使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換將子類對(duì)象的指針p_child轉(zhuǎn)換為父類指針p_parent，如此達(dá)到了訪問(wèn)其父類成員的效果。此方法有明顯的缺陷——使用了強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，而在C語(yǔ)言編程中是要避免使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的。如果要得到子類的父類，推薦下面這種更安全的方法：
p_parent = &p_child->base;
對(duì)于很多面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言來(lái)說(shuō)，子類對(duì)象調(diào)用父類的屬性方法不需要顯式轉(zhuǎn)型，而C語(yǔ)言做不到這一點(diǎn)，比如，不能通過(guò)p_child->a直接訪問(wèn)父類的屬性，因此，嚴(yán)格意義上說(shuō)“C語(yǔ)言不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的繼承”。
3.2用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)繼承
在前面一節(jié)中指出“C語(yǔ)言不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的繼承”，盡管如此，由于繼承在軟件設(shè)計(jì)中時(shí)有使用，因此用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)繼承仍是必要的。盡管繼承實(shí)現(xiàn)的效果不如C++等面向?qū)ο笳Z(yǔ)言那么完美，但還是可以達(dá)到實(shí)用程度的。
以圖1為例，Human為父類，Chinese為基類。Human類的實(shí)現(xiàn)請(qǐng)參考程序清單1，Chinese類的實(shí)現(xiàn)(chinese.h)請(qǐng)參考程序清單2，chinese.c為chinese.h中函數(shù)聲明的實(shí)現(xiàn)，本文不討論這些細(xì)節(jié)。
程序清單2Chinese類C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)
#include "human.h"
typedef struct chinese {
human_t super;
const char *city;
} chinese_t;
#define CHINESE_TO_HUMAN(p_chinese) \ (&((p_chinese)->super))
chinese_t *chinese_init (chinese_t *p_this, const char *name, int money, const char *city);
chinese_t *chinese_create(const char *name, unsigned int money, const char *city);
void chinese_play_mahjong (chinese_t *p_this);
void chinese_deinit (chinese_t *p_this);
void chinese_delete (chinese_t **pp_this);
Chinese類繼承Human類體現(xiàn)在struct chinese 結(jié)構(gòu)體中嵌入了其父類struct human成員，但這并不是完美的繼承，如果要訪問(wèn)父類的屬性和方法，需要先調(diào)用CHINESE_TO_HUMAN()將子類指針轉(zhuǎn)型為父類指針。需要注意的是CHINESE_TO_HUMAN()并沒(méi)有使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，這意味著struct chinese的成員super可以放在任意位置，大大提高了使用的安全性和靈活性。程序清單3展示了繼承相關(guān)特性的使用。
程序清單3繼承的使用
chinese_txiaoming, *p_xiaoming;
human_t*p_human;
p_ xiaoming = chinese_create(
"XiaoMing", 100, "Beijing"); // 實(shí)例化子類
p_human = CHINESE_TO_HUMAN(p_ xiaoming);
// 向上轉(zhuǎn)型，得到父類引用
human_talk(p_human, "Ni Hao!\\n");// 調(diào)用父類方法
chinese_play_mahjong(p_laowang);// 調(diào)用子類方法
4結(jié)論
本文通過(guò)使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)Chinese類對(duì)Human類的繼承，討論了如何使用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)繼承。在C++等面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中對(duì)類做了原生的支持，能夠很容易地實(shí)現(xiàn)。盡管C語(yǔ)言不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上的繼承，但是通過(guò)在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中嵌入另一個(gè)結(jié)構(gòu)體的方式，也能達(dá)到繼承的效果，與其他面向?qū)ο笳Z(yǔ)言不同的是，調(diào)用父類方法時(shí)需要顯式轉(zhuǎn)型。
參考文獻(xiàn)
?。?］ 百度百科. 面向?qū)ο螅跡B/OL］.（2012 12 12）［2016 08 08］http://baike.baidu.com/linkurl=6XlXEOSlrKn87S7SJv4U WSX7EjstoDVmwJ13OAodXUrUrnZkVg3ntPFirEy5c6mqObZZ OevQI6K3Ungq1Mq.