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上一篇文章主要讲述了 C 语言面向对象编程 – 封装的简单概念和实现。
上一篇文章的具体内容,可以查看以下链接: C 语言面向对象编程 - 封装
本篇文章继续来讨论一下,如何使用 C 语言实现面向对象编程的一个重要特性:继承。
继承就是基于一个已有的类(一般称作父类或基类),再去重新声明或创建一个新的类,这个类可以称为子类或派生类。子类或派生类可以访问父类的数据和函数,然后子类里面又添加了自己的属性和数据。在 C 语言里面,可以通过结构体嵌套的方式去实现类的单继承(暂不考虑多重继承),但有一点注意事项,就是在结构体嵌套时,父类对象需要放在结构体成员的第一个位置。
现在,我们基于已有的 coordinate 类作为父类,再重新定义一个 rectangle 派生类。在上一篇文章代码的基础上,我们修改一下父类 coordinate,把操作函数通过函数指针的方式封装在结构体内,让对象的封装程度进一步提高。修改后的父类coordinate代码,如下所示:
头文件 coordinate.h
- #ifndef __COORDINATE_H_
- #define __COORDINATE_H_
-
- //声明一个位置类,属性为坐标x,y,提供属性操作函数
- typedef struct coordinate {
- short int x;
- short int y;
-
- void (*moveby)(struct coordinate *p_coordinate,short int dx,short int dy);
- short int (*get_x)(struct coordinate *p_coordinate);
- short int (*get_y)(struct coordinate *p_coordinate);
- }COORDINATE_T,*P_COORDINATE_T;
-
- extern void coordinate_init(P_COORDINATE_T p_coordinate,short int x,short int y);
- extern void coordinate_uninit(P_COORDINATE_T p_coordinate);
-
- #endif // !__COORDINATE_H_

在头文件 coordinate.h 里,声明一个位置类,类里面提供了坐标属性 x 和 y,还提供了属性的操作函数指针。头文件对外提供 coordinate_init 和 coordinate_uninit 两个函数,用来初始化对象和解除初始化。
源文件 coordinate.c
- #include "stdio.h"
- #include "stdlib.h"
- #include "string.h"
- #include "inc/coordinate.h"
-
- //修改 coordinate 的属性值
- static void coordinate_moveby(struct coordinate *p_coordiante,short int dx,short int dy)
- {
- if(NULL != p_coordiante){
- p_coordiante->x += dx;
- p_coordiante->y += dy;
- }
- }
-
- //获取coordinate的属性值x
- static short int coordinate_get_x(struct coordinate *p_coordiante)
- {
- return (NULL != p_coordiante) ? p_coordiante->x : -1;
- }
-
- //获取coordinate的属性值y
- static short int coordinate_get_y(struct coordinate *p_coordiante)
- {
- return (NULL != p_coordiante) ? p_coordiante->y : -1;
- }
-
- //创建一个coordinate对象
- void coordinate_init(P_COORDINATE_T p_coordinate,short int x,short int y)
- {
- if((x < 0) || (y < 0) || (NULL == p_coordinate)){
- printf("coordinate create error! x or y can not be less than zero \n");
- return;
- }
-
- p_coordinate->x = x;
- p_coordinate->y = y;
- p_coordinate->moveby = coordinate_moveby;
- p_coordinate->get_x = coordinate_get_x;
- p_coordinate->get_y = coordinate_get_y;
- }
-
- //销毁一个coordinate对象
- void coordinate_uninit(P_COORDINATE_T p_coordinate)
- {
- if(NULL != p_coordinate){
- p_coordinate->x = -1;
- p_coordinate->y = -1;
- p_coordinate->moveby = NULL;
- p_coordinate->get_x = NULL;
- p_coordinate->get_y = NULL;
- }
- }
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在源文件 coordinate.c 里,属性的操作函数都使用 static 进行声明,不允许外部调用。在函数 coordinate_init 中,主要进行了属性赋值,并注册操作函数指针,后面可以直接通过函数指针对操作函数进行调用。在函数 coordinate_uninit 中,主要是清除各个属性的赋值。
至此,整个父类 coordinate 修改完成,父类把属性和属性的操作函数都封装在结构体内,其封装程度已经比较高,外部不能直接调用父类的属性操作函数,必须通过函数指针的方式进行调用。
接下来,我们基于父类 coordinate ,重新声明一个子类 rectangle ,子类在头文件中的声明,如下所示:
头文件 rectangle.h
- #ifndef __RECTANGLE_H_
- #define __RECTANGLE_H_
-
- #include "coordinate.h" //包含基类的接口
-
- //声明一个rectangle类,继承coordinate类
- typedef struct rectangle {
- COORDINATE_T coordinate; //父类,必须放在首位
- unsigned short width;
- unsigned short height;
- }RECTANGLE_T,*P_RECTANGLE_T;
-
- extern P_RECTANGLE_T rectangle_create(short int x,short int y,unsigned short width,unsigned short height);
- extern void rectangle_destroy(P_RECTANGLE_T p_rectangle);
- extern void rectangle_test_function(void);
-
- #endif // !__RECTANGLE_H_

源文件 rectangle.c
- #include "stdio.h"
- #include "stdlib.h"
- #include "string.h"
- #include "inc/rectangle.h"
-
- //创建一个rectangle类对象
- P_RECTANGLE_T rectangle_create(short int x,short int y,unsigned short width,unsigned short height)
- {
- P_RECTANGLE_T p_rectangle = NULL;
-
- p_rectangle = (P_RECTANGLE_T)malloc(sizeof(RECTANGLE_T));
-
- if(NULL != p_rectangle){
- p_rectangle->width = width;
- p_rectangle->height = height;
-
- coordinate_init(&(p_rectangle->coordinate),x,y);
- }
- else{
- printf("rectangle create error! \n");
- }
-
-
- return p_rectangle;
- }
-
- //销毁一个rectangle类对象
- void rectangle_destroy(P_RECTANGLE_T p_rectangle)
- {
- coordinate_uninit(&(p_rectangle->coordinate));
-
- if(NULL != p_rectangle){
- free(p_rectangle);
- p_rectangle = NULL;
- }
- }
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在头文件 rectangle.h 里面,通过include包含了父类coordinate的接口,并创建了一个新的结构体,用于声明一个 rectangle 类,这个结构体把父类 coordinate 放在了第一个成员的位置,同时新增了自己的两个属性,宽度width和高度height。
在源文件rectangle.c 里面,rectangle_create 函数用于创建一个 P_RECTANGLE_T 类型的对象,并为其分配内存空间。分配成功后,对调用父类 coordinate_init函数,对父类的各种属性进行初始化,并同时对自身的属性 width 和 height 进行初始化,最后返回创建成功后的对象指针。
rectangle_destroy 用于父类对象属性的解除初始化,并为对象属性重新分配默认值,释放之前申请的内存空间,销毁 rectangle 对象。
从头文件 rectangle.h 和源文件 rectangle.c 可以看出,子类 rectangle 是基于其父类 coordinate 进行声明和构建的,因为矩形rectangle除了 width 和 height 属性外,还包含了坐标 x 和 y 属性。
把父类放在结构体成员的第一个位置,是由于结构体内存的连续性,可以很安全地进行强制类型转换。举个例子:假如一个函数要求传入的参数是 COORDINATE_T 类型,但可以通过强制类型转换,传入 RECTANGLE_T 类型的参数,具体的使用方法,可以查看以下测试函数。
- void rectangle_test_function(void)
- {
- P_RECTANGLE_T p_rectangle_1 = NULL;
- P_RECTANGLE_T p_rectangle_2 = NULL;
-
- //创建两个 P_RECTANGLE_T 类型的类对象
- p_rectangle_1 = (P_RECTANGLE_T)rectangle_create(0,0,150,150);
- p_rectangle_2 = (P_RECTANGLE_T)rectangle_create(200,200,500,500);
-
- if((NULL != p_rectangle_1) && (NULL != p_rectangle_2)){
-
- //打印出类对象的初始化属性,通过函数指针的方式来调用属性操作函数
- printf("p_rectangle_1,x = %d,y = %d,width = %d,height = %d \n",\
- p_rectangle_1->coordinate.get_x(&(p_rectangle_1->coordinate)), \
- p_rectangle_1->coordinate.get_y(&(p_rectangle_1->coordinate)), \
- p_rectangle_1->width,p_rectangle_1->height);
-
- printf("p_rectangle_2,x = %d,y = %d,width = %d,height = %d \n", \
- p_rectangle_2->coordinate.get_x(&(p_rectangle_2->coordinate)), \
- p_rectangle_2->coordinate.get_y(&(p_rectangle_2->coordinate)), \
- p_rectangle_2->width,p_rectangle_2->height);
-
- //修改类对象的属性,注意这里有两种方式,1、通过强制类型转换修改。2、通过正常方式修改
- p_rectangle_1->coordinate.moveby((P_COORDINATE_T)p_rectangle_1, 50, 50);
- p_rectangle_2->coordinate.moveby(&(p_rectangle_2->coordinate), 50, 50);
-
- //再次打印出类对象的修改后的属性
- printf("after moveby, p_rectangle_1,x = %d,y = %d,width = %d,height = %d \n",\
- p_rectangle_1->coordinate.get_x(&(p_rectangle_1->coordinate)), \
- p_rectangle_1->coordinate.get_y(&(p_rectangle_1->coordinate)), \
- p_rectangle_1->width,p_rectangle_1->height);
-
- printf("after moveby, p_rectangle_2,x = %d,y = %d,width = %d,height = %d \n", \
- p_rectangle_2->coordinate.get_x(&(p_rectangle_2->coordinate)), \
- p_rectangle_2->coordinate.get_y(&(p_rectangle_2->coordinate)), \
- p_rectangle_2->width,p_rectangle_2->height);
- }
-
- //销毁类对象
- rectangle_destroy(p_rectangle_1);
- rectangle_destroy(p_rectangle_2);
- }

测试函数的运行效果,如下图所示:
通过上述代码的测试,可以总结出以下几点内容:
1、外部函数可以通过子类直接使用父类的各个成员,但只能通过子类结构体的第一个成员来访问。
2、父类放在子类结构体的第一个位置,由于结构体内存的连续性,因此可以通过强制类型转换来直接访问。
3、由于C语言结构体的特性,即使子类存在与父类同名的函数,父类的函数不会被子类的函数覆盖和重写,因此,子类与父类之间不存在函数重载。
源码下载地址:https://github.com/embediot/my_program_test
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