Objektorientierte Programmierung in C [duplicate]

Mögliche Duplikate:

Können Sie objektorientierten Code in C schreiben?
Objektorientiertes Muster in C?

Ich erinnere mich, dass ich vor einiger Zeit von jemandem gelesen habe (ich glaube, es war Linus Torvalds), der darüber sprach, dass C++ eine schreckliche Sprache ist und wie man objektorientierte Programme mit C schreiben kann. Nachdem ich Zeit zum Nachdenken hatte, verstehe ich nicht wirklich, wie alle objektorientierte Konzepte werden in C übernommen. Einige Dinge sind ziemlich offensichtlich. Zum Beispiel:

1. Um Elementfunktionen zu emulieren, können Sie Funktionszeiger in Strukturen einfügen.
2. Um Polymorphismus zu emulieren, können Sie eine Funktion schreiben, die eine variable Anzahl von Argumenten akzeptiert und abhängig von, sagen wir, ein bisschen Voodoo macht sizeof Die Parameter)

Wie würden Sie Kapselung und Vererbung emulieren?

Ich nehme an, die Kapselung könnte irgendwie emuliert werden, indem man eine verschachtelte Struktur hat, die private Mitglieder speichert. Es wäre ziemlich einfach zu umgehen, könnte aber vielleicht benannt werden PRIVATE oder etwas ebenso Offensichtliches, um zu signalisieren, dass es nicht von außerhalb der Struktur verwendet werden soll. Aber was ist mit dem Erbe?

Sie können Polymorphismus mit regulären Funktionen und virtuellen Tabellen (vtables) implementieren. Hier ist ein ziemlich nettes System, das ich (basierend auf C++) für eine Programmierübung erfunden habe:

Die Konstruktoren weisen Speicher zu und rufen dann die Init-Funktion der Klasse auf, wo der Speicher initialisiert wird. Jede Init-Funktion sollte auch eine statische vtable-Struktur enthalten, die die virtuellen Funktionszeiger enthält (NULL für rein virtuell). Abgeleitete Klassen-Init-Funktionen rufen die Superklassen-Init-Funktion auf, bevor sie irgendetwas anderes tun.

Eine sehr schöne API kann erstellt werden, indem die virtuellen Funktionswrapper (nicht zu verwechseln mit den Funktionen, auf die die vtables zeigen) wie folgt implementiert werden (add static inline davor, wenn Sie dies in der Kopfzeile tun):

int playerGuess(Player* this) { return this->vtable->guess(this); }

Einfache Vererbung kann durch Missbrauch des binären Layouts einer Struktur erfolgen:

Beachten Sie, dass die Mehrfachvererbung chaotischer ist, da Sie dann häufig den Zeigerwert anpassen müssen, wenn Sie zwischen den Typen der Hierarchie umwandeln.

Den virtuellen Tabellen können auch andere typspezifische Daten hinzugefügt werden. Beispiele hierfür sind Informationen zum Laufzeittyp (z. B. Typname als Zeichenfolge), die Verknüpfung mit der vtable der Superklasse und die Destruktorkette. Sie möchten wahrscheinlich virtuelle Destruktoren, bei denen der Destruktor der abgeleiteten Klasse das Objekt zu seiner Superklasse herabstuft und dann rekursiv den Destruktor davon aufruft und so weiter, bis der Destruktor der Basisklasse erreicht ist und die Struktur schließlich freigegeben wird.

Verkapselung wurde durch Definieren der Strukturen in player_protected.h und Implementieren der Funktionen (auf die vtable zeigt) in player_protected.c und ähnlich für abgeleitete Klassen durchgeführt, aber das ist ziemlich umständlich und verschlechtert die Leistung (da virtuelle Wrapper nicht in Header eingefügt werden können ), also würde ich davon abraten.

Hast du die “Bibel” zu diesem Thema gelesen? Sehen Objektorientiertes C…

Wie würden Sie Kapselung und Vererbung emulieren?

Tatsächlich ist die Kapselung der einfachste Teil. Kapselung ist eine Entwurf Philosophie hat überhaupt nichts mit der Sprache zu tun, sondern alles damit, wie Sie über Probleme denken.

Beispielsweise ist die Windows FILE-API vollständig gekapselt. Wenn Sie eine Datei öffnen, erhalten Sie ein undurchsichtiges Objekt zurück, das alle Statusinformationen für das „Objekt“ der Datei enthält. Sie geben dieses Handle an jede der Datei io apis zurück. Die Kapselung ist tatsächlich viel besser als C++, da es keine öffentliche Header-Datei gibt, die die Leute einsehen und die Namen Ihrer privaten Variablen sehen können.

Vererbung ist schwieriger, aber überhaupt nicht notwendig, damit Ihr Code objektorientiert ist. In mancher Hinsicht ist Aggregation ohnehin besser als Vererbung, und Aggregation ist in C genauso einfach wie in C++. sehen Dies zum Beispiel.

Als Antwort auf Neil see Wikipedia für eine Erklärung, warum Vererbung für Polymorphismus nicht notwendig ist.

Wir Oldtimer haben objektorientierten Code geschrieben, Jahre bevor C++-Compiler verfügbar waren, es ist eine Denkweise, kein Werkzeugsatz.

Apples C-basiertes CoreFoundation-Framework wurde eigentlich so geschrieben, dass seine „Objekte“ als Objekte in Objective-C, einer echten OO-Sprache, dienen können. Eine ziemlich große Teilmenge des Frameworks ist auf Apples Website als Open Source verfügbar CF-Lite. Könnte eine nützliche Fallstudie in einem großen Framework auf Betriebssystemebene sein, das auf diese Weise durchgeführt wird.

Aus etwas größerer Höhe und etwas aufgeschlossener gegenüber dem Problem, als es der OOP-Mainstream vermuten lässt, bedeutet objektorientierte Programmierung, Objekte als Daten mit zugehörigen Funktionen zu betrachten. Dies bedeutet nicht unbedingt, dass eine Funktion physisch an ein Objekt angehängt werden muss, wie dies in gängigen Sprachen der Fall ist, die das OOP-Paradigma unterstützen, beispielsweise in C++:

struct T
{
   int data;
   int get_data() const { return data; }
};

Ich würde vorschlagen, sich das genauer anzusehen GTK+ Objekt- und Typensystem. Es ist ein brillantes Beispiel für OOP, das in der Programmiersprache C realisiert wurde:

GTK+ implementiert sein eigenes benutzerdefiniertes Objektsystem, das objektorientierte Standardfunktionen wie Vererbung und virtuelle Funktion bietet

Die Verbindung kann auch vertraglich und konventionell sein.

In Bezug auf Kapselungs- und Datenverstecktechniken mag eine beliebt und einfach sein Undurchsichtiger Zeiger (oder undurchsichtiger Datentyp) – Sie können ihn herumreichen, aber um Informationen zu laden oder zu speichern, müssen Sie die zugehörige Funktion aufrufen, die weiß, wie sie mit dem hinter diesem undurchsichtigen Zeiger verborgenen Objekt kommunizieren kann.

Eine andere, ähnlich, aber anders ist Shadow-Datentyp – überprüfen Sie diesen Link wo Jon Jäger gibt eine hervorragende Erklärung dieser nicht so bekannten Technik.

Die gtk- und glib-Bibliotheken verwenden Makros, um Objekte in verschiedene Typen umzuwandeln.
add_widget(GTK_WIDGET(myButton));
Ich kann nicht sagen, wie es gemacht wird, aber Sie können ihre Quelle lesen, um genau herauszufinden, wie es gemacht wird.

Werfen Sie einen Blick auf die Funktionsweise der VFS-Schicht im Linux-Kernel, um ein Beispiel für ein Vererbungsmuster zu erhalten. Die Dateioperationen für die verschiedenen Dateisysteme “erben” einen Satz generischer Dateioperationsfunktionen (z generic_file_aio_read(), generic_file_llseek()…), können sie aber mit ihren eigenen Implementierungen überschreiben (z. ntfs_file_aio_write()).