C语言中的多态实现
发布于:2013-07-01 09:59
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C语言入门-C语言中的多态实现 

相信很多人都看过设计模式方面的书,大家有什么体会呢?Bridge,Proxy,Factory这些设计模式都是基于抽象类的。使用抽象对象是这里的一个核心。

其实我觉得框架化编程的一个核心问题是抽象,用抽象的对象构建程序的主体框架,这是面向对象编程的普遍思想。用抽象构建骨架,再加上多态就形成了一个完整的程序。由于C++语言本身实现了继承和多态,使用这样的编程理念(理念啥意思?跟个风,嘿嘿)在C++中是十分普遍的现象,可以说Virtual(多态)是VC的灵魂。

但是,使用C语言的我们都快把这个多态忘光光了。我常听见前辈说,类?多态?我们用的是C,把这些忘了吧。很不幸的是,我是一个固执的人。这么好的东西,为啥不用呢。很高兴的,在最近的一些纯C代码中,我看见了C中的多态!下面且听我慢慢道来。

1. VC中的Interface是什么

Interface:中文解释是接口,其实它表示的是一个纯虚类。不过我所要说的是,在VC中的Interface其实就是struct,查找Interface的定义,你可以发现有这样的宏定义:

#Ifndef Interface
#define Interface struct
#endif
而且,实际上在VC中,如果一个类有Virtual的函数,则类里面会有vtable,它实际上是一个虚函数列表。实际上C++是从C发展而来的,它不过是在语言级别上支持了很多新功能,在C语言中,我们也可以使用这样的功能,前提是我们不得不自己实现。

2.C中如何实现纯虚类(我称它为纯虚结构)

比较前面,相信大家已经豁然开朗了。使用struct组合函数指针就可以实现纯虚类。

例子: typedef struct {

void (*Foo1)();
char (*Foo2)();
char* (*Foo3)(char* st);
}MyVirtualInterface;
这样假设我们在主体框架中要使用桥模式。(我们的主类是DoMyAct,接口具体实现类是Act1,Act2)下面我将依次介绍这些“类”。(C中的“类”在前面有说明,这里换了一个,是使用早期的数组的办法)

主类DoMyAct: 主类中含有MyVirtualInterface* m_pInterface; 主类有下函数:

DoMyAct_SetInterface(MyVirtualInterface* pInterface)
{
m_pInterface= pInterface;
}
DoMyAct_Do()
{
if(m_pInterface==NULL) return;
m_pInterface->Foo1();
c=m_pInterface->Foo2();
}
子类Act1:实现虚结构,含有MyVirtualInterface st[MAX]; 有以下函数:

MyVirtualInterface* Act1_CreatInterface()
{
index=FindValid() file://对象池或者使用Malloc !应该留在外面申请,实例化
if(index==-1) return NULL;
St[index].Foo1=Act1_Foo1; // Act1_Foo1要在下面具体实现
St[index].Foo2=Act1_Foo2;
St[index].Foo3=Act1_Foo3;
Return &st [index];
}
子类Act2同上。

在main中,假设有一个对象List。List中存贮的是MyVirtualInterface指针,则有:

if( (p= Act1_CreatInterface()) != NULL)
List_AddObject(&List, p); file://Add All
While(p=List_GetObject()){
DoMyAct_SetInterface(p);//使用Interface代替了原来大篇幅的Switch Case
DoMyAct_Do();//不要理会具体的什么样的动作,just do it
}
FREE ALL。
在微系统里面,比如嵌入式,通常使用对象池的技术,这个时候可以不用考虑释放的问题(对象池预先没有空间,使用Attach,在某个函数中申请一个数组并临时为对象池分配空间,这样函数结束,对象池就释放了)

但是在Pc环境下,由于程序规模比较大,更重要的是一些特殊的要求,使得对象的生命周期必须延续到申请的那个函数体以外,就不得不使用malloc,实际上即使在C++中,new对象的自动释放始终是一个令人头疼的问题,新的标准引入了智能指针。但是就我个人而言,我觉得将内存释放的问题完全的交给机器是不可信任的,它只能达到准最佳。

你知道设计Java的垃圾回收算法有多困难吗?现实世界是错综复杂的,在没有先验条件下,要想得到精确的结果及其困难。所以我说程序员要时刻将free记在心上,有关程序的健壮性和自我防御将在另外一篇文章中讲述。

3.纯虚结构的退化

下面我们来看看如果struct里面仅仅有一个函数是什么? 这个时候如果我们不使用struct,仅仅使用函数指针又是什么? 我们发现,这样就退化为普通的函数指针的使用了。

所以说,有的时候我觉得面向对象仅仅是一种形式,而不是一种技术。是一种观点,而不是一种算法。但是,正如炭,石墨和钻石的关系一样,虽然分子式都是C,但是组成方法不一样,表现就完全不一样了!

有的时候,我们经常被编程中琐碎的事情所烦恼,而偏离了重心,其实程序可进化的特性是很重要的。有可能,第一次是不成功的,但是只要可进化,就可以发展。

4.进阶DD类结构树,父类不是纯虚类的类

前面仅仅讲的是父类是纯虚结构的情况 (面向对象建议的是所有类的基类都是从纯虚类开始的), 那么当类层次比较多的情况下,出现父类不是纯虚结构怎么办呢。嘿嘿,其实在C中的实现比C++要简单多了。因为C中各个函数是分散的。

在这里使用宏定义是一个很好的办法:比如两个类Act1,ActByOther1“继承”Act1:

MyVirtualInterface* ActByOther1_CreatInterface()
{
index=FindValid() file://对象池或者使用Malloc
if(index==-1) return NULL;
St[index].Foo1= ActByOther1_Foo1; // Act1_Foo1要在下面具体实现
St[index].Foo2= ActByOther1_Foo2;
St[index].Foo3= ActByOther1_Foo3;
Return &st [index];
}
#define ActByOther1_Foo1 Act1_Foo1 file://这就是继承 嘿嘿
ActByOther1_Foo2(){} // 可以修改其实现
ActByOther1_DoByOther() {} file://当然就可以添加新的实现咯
5.实例DD可以参见H264的源码,其中NalTool就是这样的一个纯虚结构。

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