嵌入式 C 語言面向?qū)ο缶幊?--- 繼承

上一篇文章主要講述了 C 語言面向?qū)ο缶幊台C 封裝的簡單概念和實現(xiàn)，本篇文章繼續(xù)來討論一下，如何使用 C 語言實現(xiàn)面向?qū)ο缶幊痰牧硪粋€重要特性：繼承。

繼承就是基于一個已有的類（一般稱作父類或基類），再去重新聲明或創(chuàng)建一個新的類，這個類可以稱為子類或派生類。

子類或派生類可以訪問父類的數(shù)據(jù)和函數(shù)，然后子類里面又添加了自己的屬性和數(shù)據(jù)。

簡單打個比喻就是，眼睛耳朵嘴巴鼻子這幾項都是動物的特征，鄰居老王家的小狗旺財繼承了動物的特征，并且還有自身的一些特征，比如：會擺動的尾巴。也就是，旺財這個dog類，繼承了其父類animal類的特征，并且還新增加了屬于自身的一些特征。

一句話高度概括什么是面向?qū)ο螅?strong>到底是旺財自己會搖尾巴，還是外部的因素驅(qū)使旺財會搖尾巴？

仔細(xì)斟酌這句話，當(dāng)把這句話理解透了，就會對“面向?qū)ο蟆钡母拍钣懈由羁痰睦斫狻?/p>

在 C 語言里面，可以通過結(jié)構(gòu)體嵌套的方式去實現(xiàn)類的單繼承（暫不考慮多重繼承），但有一點注意事項，就是在結(jié)構(gòu)體嵌套時，父類對象需要放在結(jié)構(gòu)體成員的第一個位置。

現(xiàn)在，我們基于已有的 coordinate 類作為父類，再重新定義一個 rectangle 派生類。

在上一篇文章代碼的基礎(chǔ)上，我們修改一下父類 coordinate，把操作函數(shù)通過函數(shù)指針的方式封裝在結(jié)構(gòu)體內(nèi)，讓對象的封裝程度進(jìn)一步提高。

修改后的父類coordinate代碼，如下所示：

#ifndef __COORDINATE_H_
#define __COORDINATE_H_

//聲明一個位置類，屬性為坐標(biāo)x，y，提供屬性操作函數(shù)
typedef struct coordinate {
    short int x;
    short int y;
    void (*moveby)(struct coordinate *p_coordinate,short int dx,short int dy);
    short int (*get_x)(struct coordinate *p_coordinate);
    short int (*get_y)(struct coordinate *p_coordinate);
}COORDINATE_T,*P_COORDINATE_T;

extern void coordinate_init(P_COORDINATE_T p_coordinate,short int x,short int y);
extern void coordinate_uninit(P_COORDINATE_T p_coordinate);

#endif // !__COORDINATE_H_

在頭文件 coordinate.h 里，聲明一個位置類，類里面提供了坐標(biāo)屬性 x 和 y，還提供了屬性的操作函數(shù)指針。頭文件對外提供 coordinate_init 和 coordinate_uninit 兩個函數(shù)，用來初始化對象和解除初始化。

源文件 coordinate.c

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "inc/coordinate.h"

//修改coordinate的屬性值
static void coordinate_moveby(struct coordinate *p_coordiante,short int dx,short int dy)
{
    if(NULL != p_coordiante){
        p_coordiante->x += dx;
        p_coordiante->y += dy;
    }
}

//獲取coordinate的屬性值x
static short int coordinate_get_x(struct coordinate *p_coordiante)
{
    return (NULL != p_coordiante) ? p_coordiante->x : -1;
}

//獲取coordinate的屬性值y
static short int coordinate_get_y(struct coordinate *p_coordiante)
{
    return (NULL != p_coordiante) ? p_coordiante->y : -1;
}

//創(chuàng)建一個coordinate對象
void coordinate_init(P_COORDINATE_T p_coordinate,short int x,short int y)
{
    if((x < 0) || (y < 0) || (NULL == p_coordinate)){
        printf("coordinate create error! x or y can not be less than zero n");
        return;
    }

    p_coordinate->x = x;
    p_coordinate->y = y;
    p_coordinate->moveby = coordinate_moveby;
    p_coordinate->get_x = coordinate_get_x;
    p_coordinate->get_y = coordinate_get_y;
}

//銷毀一個coordinate對象
void coordinate_uninit(P_COORDINATE_T p_coordinate)
{
    if(NULL != p_coordinate){
        p_coordinate->x = -1;
        p_coordinate->y = -1;
        p_coordinate->moveby = NULL;
        p_coordinate->get_x = NULL;
        p_coordinate->get_y = NULL;
    }
}

在源文件 coordinate.c 里，屬性的操作函數(shù)都使用 static 進(jìn)行聲明，只能在該源文件調(diào)用函數(shù)，不允許外部調(diào)用。在函數(shù) coordinate_init 中，主要進(jìn)行了屬性賦值，并注冊操作函數(shù)指針，后面可以直接通過函數(shù)指針對操作函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。在函數(shù) coordinate_uninit 中，主要是清除各個屬性的賦值。

至此，整個父類 coordinate 修改完成，父類把屬性和屬性的操作函數(shù)都封裝在結(jié)構(gòu)體內(nèi)，其封裝程度已經(jīng)比較高，外部不能直接調(diào)用父類的屬性操作函數(shù)，必須通過函數(shù)指針的方式進(jìn)行調(diào)用。

接下來，我們基于父類 coordinate ，重新聲明一個子類 rectangle ，子類在頭文件中的聲明，如下所示：

頭文件 rectangle.h

#ifndef __RECTANGLE_H_
#define __RECTANGLE_H_
#include "coordinate.h"    //包含基類的接口

//聲明一個rectangle類，繼承coordinate類
typedef struct rectangle {
    COORDINATE_T coordinate; //父類，必須放在首位
    unsigned short width;
    unsigned short height;
}RECTANGLE_T,*P_RECTANGLE_T;

extern P_RECTANGLE_T rectangle_create(short int x,short int y,unsigned short width,unsigned short height);
extern void rectangle_destroy(P_RECTANGLE_T p_rectangle);
extern void rectangle_test_function(void);

#endif // !__RECTANGLE_H_

源文件 rectangle.c

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "inc/rectangle.h"

//創(chuàng)建一個rectangle類對象
P_RECTANGLE_T rectangle_create(short int x,short int y,unsigned short width,unsigned short height)
{
    P_RECTANGLE_T p_rectangle = NULL;

    p_rectangle = (P_RECTANGLE_T)malloc(sizeof(RECTANGLE_T));

    if(NULL != p_rectangle){       
        p_rectangle->width = width;
        p_rectangle->height = height;

        coordinate_init(&(p_rectangle->coordinate),x,y);
    }
    else printf("rectangle create error! n");
    return p_rectangle;
}

//銷毀一個rectangle類對象
void rectangle_destroy(P_RECTANGLE_T p_rectangle)
{
    coordinate_uninit(&(p_rectangle->coordinate));

    if(NULL != p_rectangle){
        free(p_rectangle);
        p_rectangle = NULL;
    }
}

在頭文件 rectangle.h 里面，通過include包含了父類coordinate的接口，并創(chuàng)建了一個新的結(jié)構(gòu)體，用于聲明一個 rectangle 類，這個結(jié)構(gòu)體把父類 coordinate 放在了第一個成員的位置，同時新增了自己的兩個屬性，寬度width和高度height。

rectangle_create 函數(shù)用于創(chuàng)建一個 P_RECTANGLE_T 類型的對象，并為其分配內(nèi)存空間。分配成功后，對調(diào)用父類 coordinate_init函數(shù)，對父類的各種屬性進(jìn)行初始化，并同時對自身的屬性 width 和 height 進(jìn)行初始化，最后返回創(chuàng)建成功后的對象指針。

rectangle_destroy 用于父類對象屬性的解除初始化，并為對象屬性重新分配默認(rèn)值，釋放之前申請的內(nèi)存空間，銷毀 rectangle 對象。

從頭文件 rectangle.h 和源文件 rectangle.c 可以看出，子類 rectangle 是基于其父類 coordinate 進(jìn)行聲明和構(gòu)建的，因為矩形rectangle除了 width 和 height 屬性外，還包含了坐標(biāo) x 和 y 屬性。

把父類放在結(jié)構(gòu)體成員的第一個位置，是由于結(jié)構(gòu)體內(nèi)存的連續(xù)性，可以很安全地進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。舉個例子：假如一個函數(shù)要求傳入的參數(shù)是 COORDINATE_T 類型，但可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，傳入 RECTANGLE_T 類型的參數(shù)，具體的使用方法，可以查看以下測試函數(shù)。

void rectangle_test_function(void)
{
    P_RECTANGLE_T p_rectangle_1 = NULL;
    P_RECTANGLE_T p_rectangle_2 = NULL;

    //創(chuàng)建兩個 P_RECTANGLE_T 類型的類對象
    p_rectangle_1 = (P_RECTANGLE_T)rectangle_create(0,0,150,150);
    p_rectangle_2 = (P_RECTANGLE_T)rectangle_create(200,200,500,500);

    if((NULL != p_rectangle_1) && (NULL != p_rectangle_2)){

        //打印出類對象的初始化屬性，通過函數(shù)指針的方式來調(diào)用屬性操作函數(shù)
        printf("p_rectangle_1,x = %d,y = %d,width = %d,height = %d n",
               p_rectangle_1->coordinate.get_x(&(p_rectangle_1->coordinate)), 
               p_rectangle_1->coordinate.get_y(&(p_rectangle_1->coordinate)), 
               p_rectangle_1->width,p_rectangle_1->height);

        printf("p_rectangle_2,x = %d,y = %d,width = %d,height = %d n",    
               p_rectangle_2->coordinate.get_x(&(p_rectangle_2->coordinate)),   
               p_rectangle_2->coordinate.get_y(&(p_rectangle_2->coordinate)),   
               p_rectangle_2->width,p_rectangle_2->height);

        //修改類對象的屬性，注意這里有兩種方式，1、通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換修改。2、通過正常方式修改
        p_rectangle_1->coordinate.moveby((P_COORDINATE_T)p_rectangle_1, 50, 50);
        p_rectangle_2->coordinate.moveby(&(p_rectangle_2->coordinate), 50, 50);

        //再次打印出類對象的修改后的屬性
        printf("after moveby, p_rectangle_1,x = %d,y = %d,width = %d,height = %d n",
               p_rectangle_1->coordinate.get_x(&(p_rectangle_1->coordinate)), 
               p_rectangle_1->coordinate.get_y(&(p_rectangle_1->coordinate)), 
               p_rectangle_1->width,p_rectangle_1->height);

        printf("after moveby, p_rectangle_2,x = %d,y = %d,width = %d,height = %d n",    
               p_rectangle_2->coordinate.get_x(&(p_rectangle_2->coordinate)),   
               p_rectangle_2->coordinate.get_y(&(p_rectangle_2->coordinate)),   
               p_rectangle_2->width,p_rectangle_2->height);
    }

    //銷毀類對象
    rectangle_destroy(p_rectangle_1);
    rectangle_destroy(p_rectangle_2);
}

測試函數(shù)的運(yùn)行效果，如下圖所示：

p_rectangle_1,x = 0,y = 0,width = 150,height = 150
p_rectangle_2,x = 200,y = 200,width = 500,height = 500
after moveby, p_rectangle_1,x = 50,y = 50,width = 150,height = 150
after moveby, p_rectangle_2,x = 250,y = 250,width = 500,height = 500

通過上述代碼的測試，可以總結(jié)出以下幾點內(nèi)容：

1、外部函數(shù)可以通過子類直接使用父類的各個成員，但只能通過子類結(jié)構(gòu)體的第一個成員來訪問。

2、父類放在子類結(jié)構(gòu)體的第一個位置，由于結(jié)構(gòu)體內(nèi)存的連續(xù)性，因此可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換來直接訪問。

3、由于C語言結(jié)構(gòu)體的特性，即使子類存在與父類同名的函數(shù)，父類的函數(shù)不會被子類的函數(shù)覆蓋和重寫，因此，子類與父類之間不存在函數(shù)重載。

源碼下載地址：https://github.com/embediot/my_program_test

感謝閱讀！