基礎(chǔ)知識(shí)

結(jié)構(gòu)體

除了提供基本數(shù)據(jù)類(lèi)型外，C 語(yǔ)言還提供給用戶(hù)自己定制數(shù)據(jù)類(lèi)型的能力，那就是結(jié)構(gòu)體，在 C 語(yǔ)言中，你可以用結(jié)構(gòu)體來(lái)表示任何實(shí)體。結(jié)構(gòu)體正是面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中的類(lèi)的概念的雛形，比如：

typedef struct{

float x;

float y;

}Point;

定義了一個(gè)平面坐標(biāo)系中的一個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)中有兩個(gè)域，x 坐標(biāo)和 y 坐標(biāo)。

結(jié)構(gòu)體中的域稱(chēng)為結(jié)構(gòu)體的成員。結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)類(lèi)型可以是簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型，也可以是其他的結(jié)構(gòu)體，甚至結(jié)構(gòu)體本身還可以嵌套，比如，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的鏈表結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行如下定義：

typedef struct node{

void *data;// 數(shù)據(jù)指針

int dataLength;// 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

struct node *next;// 指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)

}Node;

可以看到，結(jié)構(gòu)體 node 中的 next 指針的類(lèi)型又是 node 類(lèi)型。

函數(shù)指針

指針是 C 語(yǔ)言的靈魂，是 C 比其他語(yǔ)言更靈活，更強(qiáng)大的地方。所以學(xué)習(xí) C 語(yǔ)言必須很好的掌握指針。函數(shù)指針，即指向函數(shù)在內(nèi)存映射中的首地址的指針，通過(guò)函數(shù)指針，可以將函數(shù)作為參數(shù)傳遞給另一個(gè)函數(shù)，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)異步通信等功能。

比如， UNIX/Linux 系統(tǒng)中的信號(hào)注冊(cè)函數(shù)，其原型如下：

void (*signal(int signo,void (*func)(int))) (int)

使用的時(shí)候，需要自己在外部定義一個(gè)信號(hào)處理函數(shù) (signal handler), 然后使用 signal(sigNo, handler) 將處理程序注冊(cè)在進(jìn)程上，當(dāng)信號(hào)發(fā)生時(shí)，進(jìn)程就可以回調(diào)信號(hào)處理函數(shù)。

將函數(shù)指針作為結(jié)構(gòu)體的成員

正如前面提到的，結(jié)構(gòu)體的成員可以是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也可以是其他的結(jié)構(gòu)體，當(dāng)然，也可以是指針。當(dāng)將函數(shù)指針作為結(jié)構(gòu)體的成員，并且這些函數(shù)只用來(lái)操作本結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)時(shí)，就可以形成一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，這個(gè)實(shí)體中既有數(shù)據(jù)，也有對(duì)數(shù)據(jù)的操作，這樣自然就可以引出類(lèi)(class)的概念。

面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的特性

一般而言，繼承，封裝和多態(tài)被認(rèn)為是面向?qū)ο笳Z(yǔ)言所必須支持的三種特征，也正是通過(guò)這三種特征才可以體現(xiàn)出面向?qū)ο笤谀男┓矫鎯?yōu)于面向過(guò)程。由于語(yǔ)言開(kāi)發(fā)商的宣傳或其他的各種原因，使的表面上面向?qū)ο蟮乃枷胍ㄟ^(guò)語(yǔ)言為載體而得以實(shí)現(xiàn)，然而實(shí)際上，面向?qū)ο笫且环N軟件設(shè)計(jì)思想，完全是可以與具體實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)的。

雖然如此，但是不可否認(rèn)，這些所謂的純面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，在其代碼的可讀性以及與人的自然思維的匹配方面，比面向過(guò)程的語(yǔ)言要好的多。

語(yǔ)言層次的面向?qū)ο?/p>

我們一般要描述一個(gè)對(duì)象，一般需要描述這個(gè)對(duì)象的一些屬性，比如盒子(box) 是一個(gè)實(shí)體，它有 6 個(gè)面，有顏色，重量，是否為空等屬性，并且可以放東西進(jìn)去，可以取東西出來(lái)。在面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言中，通常將這樣的對(duì)象抽象成一個(gè)類(lèi) (class):

class Box{

clolr color;

int weight;

boolean empty;

put(something);

something get();

}

對(duì)盒子進(jìn)行操作時(shí)，可以做一下動(dòng)作：

Box.put(cake);

Box.get();// 取到某個(gè)東西，從盒子中。

而面向過(guò)程的語(yǔ)言中，通常是將實(shí)體傳遞給一個(gè)貫穿全局的函數(shù)來(lái)進(jìn)行的，同樣以 Box 為例，對(duì) Box 進(jìn)行操作時(shí)，往往是這樣：

Put(Box, cake);// 將一個(gè)蛋糕放到盒子中

Get(Box);// 從盒子中取出某個(gè)東西來(lái)

而顯然，第一種代碼形式更符合常理，所以面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言大都提供這種語(yǔ)言層面的細(xì)節(jié)的支持，使得代碼的可讀性，可理解性大大增加。 C 語(yǔ)言，作為一個(gè)靈活而簡(jiǎn)單的語(yǔ)言，我們完全可以通過(guò) C 提供的簡(jiǎn)單機(jī)制，實(shí)現(xiàn)這樣的比較優(yōu)美的代碼形式。

C 語(yǔ)言的面向?qū)ο?/h2>

如前所說(shuō)，面向?qū)ο笫且环N軟件設(shè)計(jì)的思想，是語(yǔ)言無(wú)關(guān)的。在本節(jié)中，我舉一個(gè)鏈表(list)的例子來(lái)說(shuō)明如何在 C 語(yǔ)言中的設(shè)計(jì)出有面向?qū)ο箫L(fēng)格的代碼。

定義接口

接口是面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中的一個(gè)比較重要的概念，接口只對(duì)外部承諾實(shí)現(xiàn)該接口的實(shí)體可以完成什么樣的功能，但是不暴露實(shí)現(xiàn)的方式。這樣的好處是，實(shí)現(xiàn)者可以在不接觸接口使用者的代碼的情況下，對(duì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)整。

我們來(lái)看看鏈表的接口定義：

清單 1. 鏈表的接口定義

#ifndef _ILIST_H

#define _ILIST_H

// 定義鏈表中的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

typedef struct node{

void *data;

struct node *next;

}Node;

// 定義鏈表結(jié)構(gòu)

typedef struct list{

struct list *_this;

Node *head;

int size;

void (*insert)(void *node);// 函數(shù)指針

void (*drop)(void *node);

void (*clear)();

int (*getSize)();

void* (*get)(int index);

void (*print)();

}List;

void insert(void *node);

void drop(void *node);

void clear();

int getSize();

void* get(int index);

void print();

#endif /* _ILIST_H */

IList 接口中，可以清晰的看到，對(duì)于一個(gè) list 實(shí)體 ( 也就是對(duì)象 ) 來(lái)說(shuō)，可以在其上進(jìn)行 insert, drop, clear, getSize, get(index) 以及 print 等操作。

接口的實(shí)現(xiàn)

清單 2. 構(gòu)造方法

Node *node = NULL;

List *list = NULL;

void insert(void *node);

void drop(void *node);

void clear();

int getSize();

void print();

void* get(int index);

List *ListConstruction(){

list = (List*)malloc(sizeof(List));

node = (Node*)malloc(sizeof(Node));

list->head = node;

list->insert = insert;// 將 insert 函數(shù)實(shí)現(xiàn)注冊(cè)在 list 實(shí)體上

list->drop = drop;

list->clear = clear;

list->size = 0;

list->getSize = getSize;

list->get = get;

list->print = print;

list->_this = list;// 用 _this 指針將 list 本身保存起來(lái)

return (List*)list;

}

需要注意的是此處的 _this 指針，_this 指針可以保證外部對(duì) list 的操作映射到對(duì) _this 的操作上，從而使得代碼得到簡(jiǎn)化。

清單 3. 插入及刪除

// 將一個(gè) node 插入到一個(gè) list 對(duì)象上

void insert(void *node){

Node *current = (Node*)malloc(sizeof(Node));

current->data = node;

current->next = list->_this->head->next;

list->_this->head->next = current;

(list->_this->size)++;

}

// 刪除一個(gè)指定的節(jié)點(diǎn) node

void drop(void *node){

Node *t = list->_this->head;

Node *d = NULL;

int i = 0;

for(i;i < list->_this->size;i++){

d = list->_this->head->next;

if(d->data == ((Node*)node)->data){

list->_this->head->next = d->next;

free(d);

(list->_this->size)--;

break;

}else{

list->_this->head = list->_this->head->next;

}

}

list->_this->head = t;

}

其他的實(shí)現(xiàn)代碼可以參看下載部分，這里限于篇幅就不再意義列舉出來(lái)。

測(cè)試

測(cè)試代碼

好了，前面做的一切工作都是為了保證我們的暴露給使用者的 API 可以盡量的簡(jiǎn)潔，優(yōu)美，現(xiàn)在到測(cè)試的時(shí)候了：

清單 4. 測(cè)試代碼

int main(int argc, char** argv) {

List *list = (List*)ListConstruction();// 構(gòu)造一個(gè)新的鏈表

// 插入一些值做測(cè)試

list->insert("Apple");

list->insert("Borland");

list->insert("Cisco");

list->insert("Dell");

list->insert("Electrolux");

list->insert("FireFox");

list->insert("Google");

list->print();// 打印整個(gè)列表

printf("list size = %d\n",list->getSize());

Node node;

node.data = "Electrolux";

node.next = NULL;

list->drop(&node);// 刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)

node.data = "Cisco";

node.next = NULL;

list->drop(&node);// 刪除另一個(gè)節(jié)點(diǎn)

list->print();// 再次打印

printf("list size = %d\n",list->getSize());

list->clear();// 清空列表

return 0;

}

圖 1. 運(yùn)行結(jié)果

結(jié)束語(yǔ)

C 語(yǔ)言所誕生的UNIX平臺(tái)提倡這樣一種設(shè)計(jì)哲學(xué)：盡量進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，讓使用者如同搭積木一樣的將這些簡(jiǎn)單的工具連接成強(qiáng)大的，完整的應(yīng)用。 應(yīng)該說(shuō)，C 比較好的繼承了這一點(diǎn)，C 語(yǔ)言非常簡(jiǎn)潔，非常強(qiáng)大，而由于 C 語(yǔ)言誕生的比較早，當(dāng)時(shí)的面向?qū)ο蟮乃枷脒€不成熟，所以出現(xiàn)了大量的過(guò)程式的 C 應(yīng)用，從而給人們一種 C 語(yǔ)言是面向過(guò)程的語(yǔ)言的錯(cuò)覺(jué)，其實(shí) C 只是提供了一些簡(jiǎn)單，強(qiáng)大而通用的能力，至于你想將其搭成什么樣的積木，則全靠你自己了。