楊韜
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摘要： C語言在嵌入式軟件開發(fā)中被廣泛使用,，但由于開發(fā)人員和應用場景等原因,，面向對象、設計模式等優(yōu)秀的軟件開發(fā)方法始終沒有很好地運用起來,。時至今日,，物聯(lián)網(wǎng)等應用的興起給嵌入式軟件開發(fā)帶來新的挑戰(zhàn)，而傳統(tǒng)的面向過程開發(fā)方法已經(jīng)難以支撐這些復雜的應用,。因此,，有必要在嵌入式軟件開發(fā)中引入面向對象、設計模式等優(yōu)秀的軟件開發(fā)方法,。面向對象是現(xiàn)在軟件方法的根基,，繼承是面向對象的三大特性之一,，本文結合C語言的特性，對使用C語言實現(xiàn)繼承進行了討論,。
關鍵詞： C語言,；面向對象；類,；繼承
中圖分類號：TP312文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2016.24.005
引用格式：楊韜. 用C語言實現(xiàn)繼承的研究［J］.微型機與應用,，2016,35（24）：16-18.
0引言
物聯(lián)網(wǎng)等應用的興起，給嵌入式軟件開發(fā)帶來新的挑戰(zhàn),，而傳統(tǒng)的面向過程開發(fā)方法已經(jīng)難以支撐這些復雜的應用,。因此，有必要在嵌入式軟件開發(fā)中引入面向對象,、設計模式等優(yōu)秀的軟件開發(fā)方法,。在C++等面向對象語言中對類做了原生的支持，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對象特性。盡管C語言并不支持class,，但是能夠通過一些特殊的處理來模擬繼承,，本文將討論如何使用C語言來實現(xiàn)繼承這一面向對象特性。
1基本概念［1］
1.1類
面向對象有三大特性：封裝,、繼承,、多態(tài)，這些特性主要通過類來體現(xiàn),。類就是一個封裝了屬性以及相關操作的代碼的邏輯實體,。
類具有屬性，它是對象狀態(tài)的抽象,，用數(shù)據(jù)結構來描述類的屬性,。
類具有方法，它是對象行為的抽象,，用方法名和實現(xiàn)該操作的方法來描述,。
除了封裝屬性和操作外，類還具有訪問控制的能力,，比如,，某些屬性和方法可以是私有的，不能被外界訪問,。通過訪問控制,，能夠對內(nèi)部數(shù)據(jù)提供不同級別的保護，以防止外界意外地改變或使用了私有部分,。不同的編程語言提供的訪問控制等級不盡相同,，但都有公有,、私有兩個等級。
類是抽象的數(shù)據(jù)類型,，在內(nèi)存中并不存在(Python等動態(tài)語言除外),，只有類的實例存在于內(nèi)存中。
1.2繼承
在定義一個類的時候,，可以在一個已經(jīng)存在的類的基礎上進行,，新的類自動繼承已存在類的公有屬性和方法，在此基礎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,。通過繼承可以使開發(fā)的軟件具有擴展性,，簡化了類的創(chuàng)建工作量，提高了代碼復用性,。
圖1為類繼承的UML圖,，圖中定義了兩個類，兩個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(),。通俗點描述就是：中國人是人類，有名字,，能夠講話和購物,，除此之外，還能打麻將,。
繼承分為單重繼承和多重繼承：子類只繼承一個父類,，稱為單重繼承，如圖1所示,；子類繼承多個父類,，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語言實現(xiàn)
在C語言中可以使用.c,、.h和結構體來實現(xiàn)類,，以圖1中Human類為例，可以使用human.h,、human.c,、struct human三個元素來完成封裝，human.c為human.h中函數(shù)聲明的實現(xiàn),，本文不討論這些細節(jié),，只給出human.h的關鍵代碼片段：
程序清單1Human類C語言實現(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語言實現(xiàn)
3.1C語言不能實現(xiàn)嚴格的繼承
一種常見的用C語言實現(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;
/* 將子類轉換為父類 */
p_parent->a = 100;/* 訪問父類成員 */
}
上面的代碼中定義了一個父類和子類，foo()函數(shù)中實例化了一個子類對象,，使用強制類型轉換將子類對象的指針p_child轉換為父類指針p_parent,，如此達到了訪問其父類成員的效果。此方法有明顯的缺陷——使用了強制類型轉換,，而在C語言編程中是要避免使用強制類型轉換的,。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;
對于很多面向對象編程語言來說,，子類對象調用父類的屬性方法不需要顯式轉型,，而C語言做不到這一點，比如,，不能通過p_child->a直接訪問父類的屬性,，因此，嚴格意義上說“C語言不能實現(xiàn)嚴格的繼承”,。
3.2用C語言實現(xiàn)繼承
在前面一節(jié)中指出“C語言不能實現(xiàn)嚴格的繼承”，盡管如此,，由于繼承在軟件設計中時有使用,，因此用C語言實現(xiàn)繼承仍是必要的。盡管繼承實現(xiàn)的效果不如C++等面向對象語言那么完美,，但還是可以達到實用程度的,。
以圖1為例，Human為父類,，Chinese為基類,。Human類的實現(xiàn)請參考程序清單1，Chinese類的實現(xiàn)(chinese.h)請參考程序清單2,，chinese.c為chinese.h中函數(shù)聲明的實現(xiàn),，本文不討論這些細節(jié)。
程序清單2Chinese類C語言實現(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 結構體中嵌入了其父類struct human成員,，但這并不是完美的繼承,，如果要訪問父類的屬性和方法，需要先調用CHINESE_TO_HUMAN()將子類指針轉型為父類指針,。需要注意的是CHINESE_TO_HUMAN()并沒有使用強制類型轉換,，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"); // 實例化子類
p_human = CHINESE_TO_HUMAN(p_ xiaoming);
// 向上轉型,，得到父類引用
human_talk(p_human, "Ni Hao!\\n");// 調用父類方法
chinese_play_mahjong(p_laowang);// 調用子類方法
4結論
本文通過使用C語言實現(xiàn)Chinese類對Human類的繼承，討論了如何使用C語言來實現(xiàn)繼承,。在C++等面向對象語言中對類做了原生的支持,，能夠很容易地實現(xiàn)。盡管C語言不能實現(xiàn)嚴格意義上的繼承,，但是通過在一個結構體中嵌入另一個結構體的方式,，也能達到繼承的效果，與其他面向對象語言不同的是,，調用父類方法時需要顯式轉型,。
參考文獻
［1］ 百度百科. 面向對象［EB/OL］.（2012 12 12）［2016 08 08］http://baike.baidu.com/linkurl=6XlXEOSlrKn87S7SJv4U WSX7EjstoDVmwJ13OAodXUrUrnZkVg3ntPFirEy5c6mqObZZ OevQI6K3Ungq1Mq.