C語言能否通過結構體實現面向對象編程？

在做一個Go語言的小程序的時候偶然想到的問題，因為Go中不存在類的概念，但是其結構體可以滿足類的封裝、繼承、多態三大特性並藉以實現面向對象編程。忽然就想到了C語言中的結構體能否同樣實現面向對象？對C不甚熟悉，僅編程入門的時候接觸過，求大神賜教

ID：技術讓夢想更偉大

作者:李肖遙

公眾號鏈接：真的可以，用C語言實現面向對象編程OOP

解釋區分一下C語言和OOP

我們經常說C語言是面向過程的，而C＋＋是面向對象的，然而何為面向對象，什麼又是面向過程呢？不管怎麼樣，我們最原始的目標只有一個就是實現我們所需要的功能，從這一點說它們是殊途同歸的。過程與對象只是側重點不同而已。

舉個例子吧，我現在有個計劃，要去北京，OOP語言是直接給你一個車，然後你自己設定路線去北京就好，而C語言是需要你自己製造零件，自己組裝好車，然後再自己設定路線，最後到達北京。C語言比較費勁，但是程序的效率很高。

過程對象？

一個對象就是由或多或少的針對這個對象的過程構成的，當然其中是少不了必要的屬性。

一個過程是針對一個或者是多個對象所進行的操作。兩者是可以互相轉換的，關鍵是哪一種方式更能適合你現在的需求，更能讓你的軟體開發錦上添花。

我個人認為一般情況下，一個更容易擴展、維護的軟體通常採用的是OOP的思想，添加一個原本不存在的相對無關單獨的個體，總比在一個已經存在的過程內硬塞進去一個對象要簡單；而且面向過程更容易導致混亂的維護。

舉個例子，同樣是一條河與一個湖泊，哪一個更容管理維護呢？我想答案是顯而易見的。當然不管怎麼樣，軟體本身設計架構的好壞也是非常重要的。

C語言的特性，實現OOP

C是一門面向過程的語言，但它依舊可以實現大多數面向對象所能完成的工作。比如面向對象的三大特性：封裝、繼承、多態。我們以下圖來寫代碼舉例子。

封裝

由於面象向對象是將數據與方法封裝到一個類里。使用者無需關心類是怎麼實現的。在 C_OOP 中貫徹了這一思想，C中有一種複雜的數據結構叫做struct。struct是C裡面的結構體。

如上圖假如我們要對鳥bird進行封裝，bird可能包括姓名、顏色、棲息地、重量、屬性等信息。我們就可以對它封裝如下：

struct Bird{ char name[20];//姓名 char color; //顏色 char addr[30]; //棲息地 int weight; //體重 int other; //屬性 };

當我們要像OOP那樣新建一個對象時，我們就可以：

struct Bird p;

我們就可以直接對p進行賦值：

p.name = "bird"; p.color = b; //b = black; g = green p.addr = w; p.weight = 175; p.other = 1;

繼承

在常見用C語言實現繼承的機制中，多半是用結構體組合實現的，同樣利用struct，我們來創建一個Bird結構，同時繼承結構體Bird，如下：

struct fBird{ struct Bird p; char fly[20]; //飛翔 int scream; //鳴叫 };

對Bird進行創建對象，並賦值：

struct fBird s; s.p.name = "bird"; s.p.color = b; s.p.other = 25; s.p.weight = 65; s.fly = "0618"; s.scream = 90;

多態

C_OOP中的一個核心就是多態，C中對於多態的實現可以藉助函數指針來實現。為了簡單起見，我們假設Bird這個結構體中，只有一個函數指針。

struct Bird{ void (*print)(void *p); };

struct fBird{
struct Bird p;
};

而Bird和fBird這兩個結構體的print函數實現如下：

void printBird(void *Bird){ if(NULL == Bird) return ; struct Bird *p = (struct Bird *)Bird; printf("run in the Bird!! "); } void printfBird(void *Bird){ if(NULL == Bird) return ; struct Bird *p = (struct Bird *)Bird; printf("run in the fBird!! "); }

我們寫一個函數來調用他們：

void print(void *Bird){ if(NULL == Bird) return ; struct Bird *p = (struct Bird *)Bird; p-&>print(Bird); } int main(){ struct Bird bird; struct fBird fbird; Bird.print = printBird; fBird.p.print = printfBird;

print(bird); //實參為Bird的對象
print(fbird); //實參為fBird的對象

return 0;
}

他們的輸出為：

run in the Bird!! run in the fBird!!

其實這個也不難理解，無論是fBird還是Bird，他們在內存中只有一個變數，就是那個函數指針，而void表示任何類型的指針，當我們將它強制轉換成struct Bird類型時，p-&>print指向的自然就是傳入實參的print地址。

OOP真的那麼重要？

從大學到工作至今，在嵌入式領域中一直是使用C語言，而我在學習C＋＋的過程中，看的代碼越多，代碼量越大，越來越覺得C＋＋對於大型軟體架構的良好可控性，和對以後程序員維護代碼時良好的可讀性；

個人認為：C語言中最大的成功在於它的指針，但是也是最容易出錯的，想要理解C，必須要掌握指針。雖然說，語言只是一門工具，但是這是基礎.

或者你可以說C太底層，現在都是OOP的時代了，誰還會用面向過程的,你們不要忘了操作系統是用什麼寫的？是C；C實現的nginx的並發量是C++實現的apache的幾十倍,關鍵是要理解語言背後的思想。

當然這不是為了OOP而OOP，實在是OOP的一些特徵，例如封裝，多態其實是軟體工程思想，這些思想不分語言，遵循了這些思想可以使得程序更有彈性，更易修改和維護，避免僵化，脆弱的性質。

嵌入式C語言使用OOP的一些思考

然而就目前來說，在嵌入式領域廣泛的使用C＋＋顯然是不現實的事情。在一個到處是OOP的年代，為何面向過程的C語言依然可以如此活躍？

我們可以用它來開發一系列的小工具，Unix/Linux就是由這些小工具組成的操作系統；同時用C語言可以開發高性能的應用程序。

C語言良好的可移植性，小巧靈活，而且還有一個直接與硬體打交道的指針的存在，對內存等良好的操作性以及執行之速度快，是嵌入式開發唯有的高級語言，均是一般嵌入式產品的不二首選。

LW_OOPC-&>C語言的面對對象

LW_OOPC是台灣的MISOO團隊根據多年研發經驗，總結出來的一種輕便的面向對象的C語言。雖然不足以提供足夠的能力使我們實現面向對象所有的概念，但是我們依然可以應用它們完成我們簡單的面向對象思想的構建。

lw_oopc僅用了2個文件，.h及.c文件就實現了面向對象的三大因素，實現過程極為簡潔又富含技巧。lw_oopc說白了，就是定義了一堆宏，使用起來也就是調用這些宏。

下面是對LW_OOPC的簡單的分析。

LW_OOPC概述

簡單來說它主要是一個頭文件，我們通過對這個頭文件的使用來實現面向對象。

//lw_oopc.h : MISOO團隊設計的C宏 #include

#ifndef LW_OOPC
#define LW_OOPC

#define CLASS(type) /
typedef struct type type; /
struct type

#define CTOR(type) /
void* type##New() /
{ /
struct type *t; /
t = (struct type*)malloc(sizeof(struct type));

#define CTOR2(type, type2) /
void* type2##New() /
{ /
struct type *t; /
t = (struct type*)malloc(sizeof(struct type));

#define END_CTOR return (void*)t; }
#define FUNCTION_SETTING(f1, f2) t-&>f1 = f2;
#define IMPLEMENTS(type) struct type type
#define INTERFACE(type) struct type

#endif
/* lw_oopc.h */

下面一段代碼是簡單的OOPC的應用:

// Circle.c #include #include "lw_oop.h"

#define PI 3.1415926

CLASS(Circle)
{
double (*cal_area)(double);
}

double circle_cal_area(double radius)
{
return PI*r*r;
}

CTOR(Circle)
FUNCTION_SETTING(cal_area, circle_cal_area)
END_CTOR

int main()
{
double area = 0.0;
Circle *pc;

pc = (Circle*)CircleNew();
area = pc-&>cal_area(10);

printf("area = %f/n", area);

return 0;
}

介面的實現

在OOP程序中，通常是通過類定義和介面定義來實現的。

//IA.h #include "lw_oopc.h"

INTERFACE(IA)
{
void (*init)(void*, double);
double (*cal_area)(void*);
double (*cal_permimeter)(void*);
}

//circle.c
#include "IA.h"

#define PI 3.1415926

CLASS(Circle)
{
IMPLEMENTS(IA);
double radius;
}

static void circle_init(void* circle, double radius)
{
Circle *_this = (Circle*)circle;

_this-&>radius = radius;
}

static double circle_cal_area(void* circle)
{
Circle *_this = (Circle*)circle;

return PI*_this-&>radius*_this-&>radius;
}

static double circle_cal_permimeter(void* circle)
{
Circle *_this = (Circle*)circle;

return 2*PI*_this-&>radius;
}

CTOR(Circle)
FUNCTION_SETTING(IA.init, circle_init)
FUNCTION_SETTING(IA.cal_area, circle_cal_area)
FUNCTION_SETTING(IA.cal_permimeter, circle_cal_permimeter)
END_CTOR

//main.c
#include
#include 「IA.h」

void print_area(IA* pi)
{
printf("area = %f/n", pi-&>cal_area(pi));
}

int main()
{
IA *pc = NULL;

pc = (IA*)CircleNew();
pc-&>init(pc, 10.0);

print_area();
return 0;
}

總結

語言只是一種工具，任何語言之間都是相通的，一通則百通，關鍵是要理解語言背後的思想，理解其思想，任何語言，拿來用就行了。語言沒有好壞之分，任何語言既然存在自然有它存在的價值。

熟悉 Go 的話，完全能用 Go 的一套思維寫 C。雖說這樣沒有 Go 的類型檢查能力，且不支持多態。但我們也沒必要強制要求語法層級面向對象，不然，C 就不是 C 了，還不如直接用 C++/Go/Java。

有時候，我會覺得 Go 的面向對象寫法就是從 C 學來的，只是在上面做了一些改進。

typedef struct { int age } Person;

void setAge(Person* p, int age) {
p-&>age = age;
}

Go 的實現

type Person struct { age int }

func (p *Person) setAge(age int) {
p.age = age
}

像不像？

基本只有類型位置不同，一個前，一個後。還有就是把 C 函數的第一個參數移到了函數開始位置。

謝邀，c如果要達到完全面向對象的封裝、繼承、多態是及其痛苦的，但是如果你要封裝一個vtable這種是可以做到的，類似：

struct my_vtclass{ void (*func1)( struct my_vtclass *, ... ); void (*func2)( struct my_vtclass *, ... ); ... } struct my_class1{ struct my_vtclass * vtbl; ... } struct my_class2{ struct my_vtclass * vtbl; ... }

但是用起來很痛苦，之前好像有人用純c完全封裝了微軟的COM對象。

另外有個傢伙專門寫了用ANSI-C實現oo的論文：https://www.cs.rit.edu/~ats/books/ooc.pdf

參考 GObject

能！而且在有些嵌入式系統里就是這麼做的，因為性能和資源。實際上面向對象語言最終也是通過過程式語言來實現的。用C語言實現面向對象，首先要手動的構建一些基礎設施，比如你要有一個基類，用宏、結構和函數指針來封裝基本的面向對象功能。繼承一個類要遵循你自己定義的編程規範，基本上就是繼承父類的結構，增加屬於自己域和方法。......很多以前編譯器或者解釋器替你做的事情現在需要你自己去做了。

C語言有個關鍵字typedef，就是用來聲明新的數據類型的。。。常見的做法是給結構體定個新類型，然後用新類型定義變數。。。但是這個新類型是不能綁定函數或方法的，因此也就不能實現封裝、繼承或多態等特徵。。。也因為這樣，人們發明了C++。由於C++標準是全面兼容C語言的，因此也就必要再對C語言進行改造，搞出一個新的面向對象C了。。。不過，就算這樣還是有人不滿意，所以有了C#和Object-C。。。

除了封裝沒有語法支持只能靠口頭協議以外，別的你就照表面意思實現就行了。

Go沒接觸過，不過按你的描述恐怕Go的結構體就是類。C的結構體本身只能放數據，其他面向對象邏輯你只能自己寫。

在這裡typedef和函數指針是非常重要的。

1.typedef unsigned char u8;

2.typedef strcut _cmd {

char *name;

int id；

}cmd_t;

cmd_t *pcmd; //定義結構指針變數

約定：別名:XXX_t

3.typedef void (*c_t)(void); //函數指針

c_t cb = led_init;

cb();

4.用結構體來描述事物(如命令) 命令的屬性:命令名和對應的函數

typedef void (*c_t)(void);

typedef struct _cmd {

char *name;

c_t call_back; //命令對應的函數

}cmd_t;

這裡僅僅只實現面向對象裡面的封裝。繼承和多態沒有實現。

如果想深入學習面向對象編程，可以看狄泰軟體學院唐佐林的C++深度解析課程。裡面有幾課詳細講解到了用C語言實現面向對象

面向對象的c？

Redhat不是搞了一個vala么？還有gtk以及很多gnome相關的東西，就是用面向對象的方式使用c的，各種彆扭。

另外Go那種方式不叫面向對象，也不支持繼承。Go是基於結構體嵌入以及組合（通過介面來實現）的。Go的方式更類似與ocaml。

C語言能否通過結構體實現面向對象編程？

解釋區分一下C語言和OOP

過程對象？

C語言的特性，實現OOP

封裝

繼承

多態

OOP真的那麼重要？

嵌入式C語言使用OOP的一些思考

LW_OOPC-&>C語言的面對對象

LW_OOPC概述

介面的實現

總結

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