C语言之“面向对象编程”

面向对象编程（OOP）四大特征：抽象、封装、继承、多态。主流的面向对象编程语言（如C++、Java、C#等）都有完善的面向对象实现机制。C语言是面向过程编程语言，但可以通过结构体和指针实现类似的面向对象语言功能。所以，我更倾向于将其理解为一种编程思想，而不是面向对象编程语言仅有的特性。
本文基于一个实例，演示如何在C语言中实现多态。

1 定义函数指针

//基类函数成员
typedef int (*fptrSet)(void *, int);
typedef int (*fptrGet)(void *);
typedef void (*fptrDisplay)(void *);//派生类新增函数成员
typedef double (*fptrGetArea)(void *);

2 定义Shape基类

（1）定义“基类”，包含数据成员和函数成员，其中函数成员用函数指针定义。
（2）实现函数成员，定义为独立的函数，参数为结构体指针。
（3）实现“构造函数”，以参数形式将数据成员传递进来，直接用(2)中定义的函数给函数成员赋值。

//定义基类Shape
typedef struct _shape
{//定义基类函数成员struct{fptrSet setX;fptrGet getX;fptrSet setY;fptrGet getY;fptrDisplay display;};//定义基类数据成员int x;int y;
} Shape;//函数成员的实现，独立函数还未绑定
void shapeDisplay(Shape *shape)
{printf("Shape\n");
}
void shapeSetX(Shape *shape, int x)
{shape->x = x;
}
void shapeSetY(Shape *shape, int y)
{shape->y = y;
}
int shapeGetX(Shape *shape)
{return shape->x;
}
int shapeGetY(Shape *shape)
{return shape->y;
}
//定义构造函数：数据成员以参数传值，绑定独立的函数（为函数成员赋值）
Shape *shapeConstructor(int x, int y)
{Shape *shape = (Shape *)malloc(sizeof(Shape));shape->x = x;shape->y = y;shape->display = shapeDisplay;shape->setX = shapeSetX;shape->setY = shapeSetY;shape->getX = shapeGetX;shape->getY = shapeGetY;return shape;
}

3 定义Rectangle派生类

（1）基于C++及Java等面向对象程序设计语言中派生类的特性来实现该派生类。
（2）测试以下几点：派生类覆盖基类函数成员display；派生类新增数据成员width、height；派生类新增函数成员func1。

//定义派生类
typedef struct _rectangle
{//维护一个基类成员变量，必须为变量，不能用指针Shape base;//派生类额外的函数成员fptrGetArea func1;//派生类额外的数据成员int width;int height;
} Rectangle;//覆盖基类的dispalay方法
void rectangleDisplay(Rectangle *rectangle)
{printf("Rectangle\n");
}//实现派生类额外的函数成员
double getArea(Rectangle *rectangle)
{return rectangle->width * rectangle->height;
}//定义构造函数
Rectangle *rectangleConstructor(int width, int height, int x, int y)
{Rectangle *rectangle = (Rectangle *)malloc(sizeof(Rectangle));//初始化派生类中额外的成员rectangle->width = width;rectangle->height = height;rectangle->func1 = getArea;   //此处初始化新增函数成员//初始化派生类中的基类变量rectangle->base = (Shape){.x = x,.y = y,.display = rectangleDisplay, //此处覆盖基类函数成员.setX = shapeSetX,.setY = shapeSetY,.getX = shapeGetX,.getY = shapeGetY};return rectangle;
}

4 测试

用基类指针指向派生类对象，调用基类方法时，可选择调用基类或派生类的方法实现，原理在于shapes[1]- >display会访问实际函数地址，如果该函数已被派生类覆盖，则调用派生类的版本。

int main()
{//构造三个对象Shape *shapes[3];shapes[0] = shapeConstructor(0, 0);shapes[1] = rectangleConstructor(100, 200, 50, 50);shapes[2] = shapeConstructor(600, 600);//输出三个对象for (int i = 0; i < 3; i++){shapes[i]->display(shapes[i]);printf("%d\n", shapes[i]->getX(shapes[i]));}//输出shapes[1]中display函数的地址，两者相等，是该多态访问成功的基础printf("%p\n", ((Rectangle *)shapes[1])->base.display);printf("%p\n", shapes[1]->display);//输出shapes[1]的面积，对于派生类特有的函数，应该转变为派生类指针后再访问printf("area=%lf\n", ((Rectangle *)shapes[1])->func1(shapes[1]));return 0;
}

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