面向对象的 C 语言

一、前言——对象与过程 碎碎念:这篇文章里提到的语言是真的多:c、c++、c#、java、python、golang c 语言怎么能面向对象呢?c 语言的设计当然并非为面向对象做出考虑,但是其拥有的语法却足以使我们写出具有面向对象味道的代码了。因为无论是面向过程或面向对象,其背后的本质思想都是相同的,那就是这样一个著名的公式: $$ 程序 = 数据结构 + 算法 $$ 面向过程无非是强调其算法的一面;面向对象无非是强调其数据结构的一面。当我们使用面向过程的思想编写代码时,我们所想的是数据是函数中的参数和变量,数据在过程中流动和变化。而在面向对象中情况则反了过来:方法成为了类的成员,被类型所划分,并从属于一定数据的集合。 了解了这一点之后,再看程序语言从面向过程到面向对象的发展过程也能有新的认识。这一发展背后实际上是程序的关注点由机器向人的转变。在面向过程的时代,人们所关注的是如何操纵数据。那时的机器还没有蒙在名为抽象的面纱之下,呈现在操作者面前的依旧是赤裸裸的整个内存空间,数据与数据之间没有清晰的边界,是操作者自己组织起整个系统,为各个空间划分边界,定下名称。而在这一构筑起来的系统之上,数据本身就没有那么重要了,因为更底层已经为其提供了随时取用的接口。这时,管理流程成了另一个关键问题。因为在底层的支持下构建起来的日益庞大的应用,其自身的结构却往往不能支持其质量。于是人们以数据为界,将面条一般的数据流切割成彼此独立却又相互关联的部分。这样对象才得以诞生。 二、c语言的面向对象何以可能 说回 c 语言,当其以结构体的方式组织起数据的时候,就已经有了对象的雏形了。如果我们将函数视为所属于其第一个参数类型的方法,那么对象的方法也可以表示。但是只有这两点并非真正的面向对象,因为面向对象的三大特征——封装、继承和多态,其中的后两者还未实现。 让我们来详细分析一下继承和多态到底在表明什么。继承是两个类型间的关系,类型 A 继承了类型 B,则类型 A 具有类型 B 所具有的一切属性和方法,这意味着对于 A 和 B 这两个不同的类型,都具有所属于 B 的部分。从这一点来说,两者是相同的(也因为这种相同,子类才能不加转换的赋给父类变量)。而多态(在这里指方法的重写而不包括重载)则指子类 A 对从 B 所继承的方法的重写,使得虽是相同方法,其表现却能有所不同。 明确了继承和多态,接下来我们从数据的角度分析 c 语言为何可以面向对象。所谓的一个对象,即在地址空间中的一段连续区域。此时继承中所谓的相同,即对两个不同类型的对象,其内存空间中相同位置所表达的含义相同。如果对于 B 类型来说,偏移 4 个字节之后的 4 个字节表示一个 int 字段,那么对于继承 B 类型的 A 类型来说,偏移 4 个字节之后的 4 个字节应同样表示一个 int 字段。类似的,多态中所谓的不同,可以表达为类型中相同的方法名对应的具体过程不同。由于过程在机器码中表现为地址,那么本质上来说,多态的这种不同不过是指相同字段中的值不同罢了。 此时 c 语言中实现继承和多态的方法呼之欲出,那就是使用指针。地址指示了变量所处空间的起始位置,却不表明按何种方式解释这块区域,而指针完成了这份工作。对于所有赋给指针的地址值,其都如实翻译其中的数据,那么如果想要子类与父类按照同样的方式进行翻译,就需要子类在组织其结构时保持和父类一致。而对于多态来说,事情则更简单了,函数指针同样是指针,只要使其指向不同的函数即可。 这样也可以理解为什么 c++ 中只能使用指针实现多态(引用本质还是指针)。 Child c; Father *f = &c; // 正确 Father f2 = c; // 错误 而 c++ 中使用 new 关键字申请内存这一点也被 java、c# 等面向对象语言学了过去。java、c# 等中的类变量,实际上也和指针或引用没有区别...

十月 1, 2023 · 5 分钟 · 962 字 · Wokron