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C语言:春节回家过年,我发现只有我没有对象!

2019-02-12 08:40 码农翻身刘欣

聚会


C语言春节回家过年,遇到了不少小伙伴:Java , Python, JavaScript,Ruby...... 


大家在大城市发展得都不错,回到老家,聚到一起吃饭, 谈天说地,都是喜气洋洋。 


尤其是Python和JavaScript,更是成了明星,一个吹嘘说自己是人工智能的必备,另外一个炫耀说自己是世界上最流行的语言,不信有某某语言流行度排行榜为证, 还有GitHub上的众多项目云云。 


老练的Java则是一直拿TIOBE排行榜说事儿:“我已经连续10多年排行第一了,高处不胜寒啊!” 


提到TIOBE,Python更是得意:“我今年还被选为TIOBE的年度编程语言呢!”  


虽然常年排名TIOBE第二,C语言有点黯然神伤,人类用自己写的程序可真不少,可都是处于底层,在系统级编程,什么操作系统,数据库,编译器...... 与应用层比起来,没那么光鲜亮丽。 


现在很多人培训了Python, Java 就说自己会编程了, 不懂指针,不懂内存,不懂底层的基本原理, 那能算会编程吗? 


C语言开始愤愤不平,闷头吃菜,似乎要把这股郁闷之气发泄到美味佳肴上去。 


觥筹交错之间,Java 搂住C的肩膀,亲切地说:“兄弟,你有对象了吗?” 


这下可捅了马蜂窝,大家的眼光齐刷刷地聚集到C语言的身上。 


C嚅嗫了半天:“没...... 没有。” 


“哈哈哈...... 我们都有对象,你这么大了还没对象?!”  Python笑道。 


“是啊,一个没有对象的编程语言还有什么前途?”JavaScript补刀,他原来没有class的概念,是通过“原型”实现的OOP,最近几年才在语法层面引入class关键字。


“我虽然没有对象,但是有指针啊,功能非常强大。”


“指针?你说的是那容易出错的指针吗? 现在有谁用指针啊?”  JavaScript说道。 


 “不会用指针,就不是真正的程序员!”  C语言涨红了脸。 


餐桌的气氛变得有些尴尬,捅了篓子的Java招呼着说:“来来来,继续喝酒。” 


好不容易熬到聚餐结束,C语言回到了自己的家,家里冷冷清清,自己的“亲爹”丹尼斯·里奇(Dennis Ritchie),有史以来最伟大的程序员之一, 已经于2011年10月不幸去世。 


桌子上摆着的一本《C程序设计语言》,那是丹尼斯·里奇唯一的遗著, 拿起这本书,C不由悲从心来。



串门


C语言突然想起来对门的 Ken Thompson,那是Dennis Ritchie的“好基友”,他们俩一起创造了伟大的Unix操作系统,获得了计算机界的最高奖:图灵奖。 


要不问问Ken? 为什么不让我有对象?不让我面向对象编程!  


C来到Ken Thompson的门口,按了门铃,门开了,C语言一眼就看到Ken Thompson正在和Go玩得不亦乐乎,心中更是凄苦,Go才是人家的亲儿子,我算老几, 转身便要离去。


Ken 却从后面叫住了他:“小C啊,快进来,和你的兄弟Go玩一会儿。” 


看到C满脸沮丧,Ken也大为吃惊:“大过年的,怎么回事?” 


C不满地说:“当年你们为什么不让我有对象?”  


“对象,什么对象? 奥,你是说面向对象编程吧!其实吧你亲爹把你设计出来,主要是做系统级编程的,要的是贴近硬件,要的是效率,要那复杂玩意儿干啥?中看不中用,再说了,你和Go一样,不是有struct吗? ”  Ken 转向Go,挤了挤眼睛。


 “是啊是啊,struct很好用的!”  Go马上附和。 


 “但是struct也实现不了OOP啊, Python,JavaScript他们都嘲笑我! ”


“那你说说,什么是OOP?”Ken问道。


“嗯,就是封装、继承、多态吧? ” C回答到。


“好,我来给你掰扯掰扯,用C语言怎么实现封装、继承还有多态!”



封装



Ken Thompson 真不愧是老司机,唰唰唰迅速就写成了一段代码。 


他说道:“我们先来说说封装,这封装就是把信息给隐藏起来,你先看看这段代码。”


shape.h



shape.c



main.c




这里定义了一个叫做Shape的结构体,外界只能通过相关的函数来对这个Shape进行操作,例如创建(Shape_create), 移动(Shape_move), 还有获取位置(Shape_getX)等,不能直接访问Shape的内部数据结构。 


虽然这里没有class这样的关键字,数据结构和相关操作是分开写的,看起来不太完美, 但确实是实现了封装。



C 看到Ken Thompson居然把那个指针的名称叫做self, 和Python的相同,不由得笑了起来:“我明白了,那继承该怎么做呢?”



继承



Ken Thompson不吭声,继续写代码。 


大牛的风格看来都是类似的: 别瞎BB,给我上代码。



这次定义了一个矩形(Rectangle)的结构体,其中嵌套了Shape,难道这就实现了继承?  C有点疑惑。


Go小子在旁边叫了起来:“我明白了,在内存中,他们是这样的。”



通过这种组合的方式,也算是实现了继承吧。




多态



这么轻松就实现了封装和继承,C语言感到很兴奋, 但是多态怎么实现呢? 


这时候又传来了门铃声,Linus大神拎着一瓶酒进来,要找C小伙儿喝酒,看到这桌子上的代码,立刻就明白了怎么回事。  


他说道:“别整那么多花里胡哨的东西,还多态,不就是函数指针嘛! 我给你举个例子。”



“这个结构体包含了两个函数指针,一个用来计算图形的面积,另外一个把这个图形画出来。我们把这个结构体叫做虚函数表。” 


 “这有什么用啊?”  


“在你的Shape中,添加一个指向该函数表的指针就行了。” Linus回答。 



 C和Go都是一脸茫然。 


 “蠢材, 你们想想啊,当你创建一个子类对象的时候,比如Rectangle, 把那个虚函数指针vptr指向另外一组函数,会怎么样?” 


两人还是不懂,Linus只好继续画图: 



现在C有点明白了, 无论是Rectangle对象,还是Square对象,在调用Shape_area方法的时候, 都需要通过vptr这个指针找到虚函数表中的area方法,对于Rectangle,找到的是Rectangel_area方法,对于Square,找到的是Square_area方法。 


struct Rectangle *r = Rectangle_create(5,5,10,10);

Shape_area((struct Shape *) r);


“其实吧,你的兄弟C++的多态实现原理也是类似的!在运行时查找真正的函数去执行。”  Ken 总结到。   


 “对,这种函数指针的使用方法太常见了,在我的Linux操作系统中也会定义类似的东西” Linus接口道, 



 “只要IO设备提供这几个函数的实际定义,就可以将File结构体的函数指针指向对应的实现,那就实现了用同一套接口操作不同的IO设备。”


 C语言高兴起来:“哈哈,我就说我的指针很厉害吧,这些全是通过指针来实现的。” 


“是啊,别听Java, Python, JavaScript他们瞎BB,你也有对象,也能进行面向对象的编程!”  


C语言说道:“走,喝酒去!”


注: 本文的例子主要来源于https://www.state-machine.com/doc/AN_OOP_in_C.pdf  我做了修改。


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