C语言也有封装,继承和多态你知道吗

2024-04-02 19:04:59 290人浏览泡泡鱼

摘要

目录封装继承多态函数的指针通过函数的指针实现多态总结我们知道封装、继承、多态是面向对象的三大特性，我们也知道C语言是面向过程的语言，那么可不可以在面向过程的语言中用面向对象的思想编程

封装

所谓封装就是把实现的细节隐藏起来，外部只能通过相关的函数对一个类进行操作，一呢是方便代码的复用，二也可以有效的保证代码的安全性。那么我们看看Redis源码中对于双向链表的一个设计和实现，是不是就是传说中的封装呢？

typedef struct listnode {
	struct listNode* prev;
	struct listNode* next;
	void* value;
} listNode;
 list* listCreate() {
	struct list* list;
	list = malloc(sizeof(struct list));
	if (list == NULL) return NULL;
 	list->head = list->tail = NULL;
	list->len = 0;
	return list;
}

继承

继承也是为了代码的重用设计的，比如多个子类都有一些共同的属性和方法，那么就可以将这些共同点抽象成一个父类，让子类去继承他，子类也就拥有了父类的特性，更好的实现了代码的重用性。但是继承也有很多缺点，比如：

1.java中不能多继承

2.如果继承了一个类，那么就继承了这个类的所有public的属性和方法，即使你不想继承

3.如果有一天父类的逻辑做了修改，那么子类的逻辑也被迫做了修改

基于这些原因呢，很多时候是不建议使用继承的，而是优先用组合的方式来达到代码的复用。在Go语言中也没有extends关键字，也是通过组合实现代码的复用。那么在C语言中，虽然没有继承，但是我们可以组合啊，实现的效果是大同小异的。例如：

struct Shape {
    int area;
    Shape* crateShape();
};
 struct Rectangle {
    struct Shape shape;
    int width;
    int height;
};
 struct Square {
    struct Shape shape;
    int side;
};

多态

函数的指针

这里要回顾一下C语言基础语法了，先来看看C语言中关于函数的指针。如果我们在C语言中定义了一个函数，那么在编译的时候会把函数的源代码编译成可执行的的指令，然后分配一块内存去存放。这段空间的的地址就是函数的入口地址，每次调用的时候会从该地址入口开始执行，函数名就代表了这个地址，因此函数名就是函数的指针。

那么我们就可以定义一个用来指向函数的指针变量，用来存放某一函数的入口地址。例如：int (* add) (int, int)。这行代码中第一个int表示的是返回值类型；(* add)表示add是一个指针变量，括号不能省略；后面的(int, int)表示参数类型是两个int类型，括号不能省略，括号表示指针变量不是指向其他类型的，而是函数类型的。之前对函数的调用都是通过函数名，那么现在有了指针变量，我们也可以通过指针变量来对函数进行调用。

int main() {
    // 通过函数名调用
    max(9, 2);
     // 通过函数的指针变量调用
    int (*p)(int, int);
	// 将函数max的入口地址赋值给指针变量p
    p = max();
    (*p)(a, b)
}
 int add(int x, int y) {
    return x + y;
}

通过函数的指针实现多态

我们看下面代码，ShapeVtbl这个结构体中定义了一个计算面积的函数，没有实现，我们叫做虚函数表。Shape这个结构体中定义了两个属性，一个vtbl，一个area。

struct Shape {
    struct ShapeVtbl *vtbl;
    int area;
};
 struct ShapeVtbl {
    float (*area)(struct Shape* self);
};
 struct Rectangle {
    struct Shape shape;
    int width;
    int height;
};
 struct Square {
    struct Shape shape;
    int side;
};

这里我们分别定义了计算矩形面积的方法rectangle_area和计算正方形面积的方法square_area。也初始化了两个ShapeVtbl，让他们的函数指针分别指向不同的函数入口。那么在实际运行的时候代码就会根据我们的选择调用不同的函数，呈现出多态的效果。

// 计算矩形面积的方法
float rectangle_area(struct Shape *self) {
    struct Rectangle *r = (struct Rectangle *)self;
    self->area = r->width * r->height;
    return self->area;
}
 // 计算正方形面积的方法
float square_area(struct Shape *self) {
    struct Square *r = (struct Square *)self;
    self->area = r->side * r->side;
    return self->area;
}
 // 初始化了两个ShapeVtbl，让area函数分别指向了rectangle_area、square_area
struct ShapeVtbl vtbl1 = {
    rectangle_area,
};
 struct ShapeVtbl vtbl2 = {
    square_area,
};
 // 计算面积的方法，这里的area函数的逻辑是在运行时期动态绑定的，也就是有self中函数指针指向的实际函数决定的
float shape_area(struct Shape *self) {
    struct ShapeVtbl *v = self->vtbl;
    return v->area(self);
}
 struct Square* createSquare() {
    struct Square *s = malloc(sizeof(struct Square));
    s->side = 5;
    s->shape.vtbl = &vtbl2;
}
 int main() {
    struct Square* s = createSquare();
    printf("area => %f\n", shape_area((struct Shape *)s));
}

更多可以参考图例：

在这里插入图片描述

这样的设计在redis源码中有很多应用，比如redis中的字典，dict结构体定义了字典的基本属性以及属于dict的一些特定函数，代码在dict.h中。


typedef struct dictType {
    unsigned int (*hashFunction)(const void *key);
    void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);
    void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);
    int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);
    void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
    void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
 } dictType;
 
typedef struct dict {
     // 类型特定函数
    dictType *type;
     void *privdata;
     dictht ht[2];
     int rehashidx;
     int iterators;
 } dict;

而在redis中，dict的应用比较多，键的类型也可能有sds、redisObject等多种类型，他们的键比较函数，hash函数等都是不同的，因此有了下面的代码，分别定义了适应于各种键的对比、hash等函数，并封装在了不同的dictType，代码在redis.c中。那么在实际应用中，只需要为不同的类型选择不同的dictType即可。

dictType clusterNodesBlackListDictType = {
    dictSdsCaseHash,            
    NULL,                       
    NULL,                       
    dictSdsKeyCaseCompare,      
    dictSdsDestructor,          
    NULL                        
};
 
dictType migrateCacheDictType = {
    dictSdsHash,                
    NULL,                       
    NULL,                       
    dictSdsKeyCompare,          
    dictSdsDestructor,          
    NULL                        
};
 
dictType replScriptCacheDictType = {
    dictSdsCaseHash,            
    NULL,                       
    NULL,                       
    dictSdsKeyCaseCompare,      
    dictSdsDestructor,          
    NULL                        
};
 int dictSdsKeyCompare(void *privdata, const void *key1,
        const void *key2)
{
    int l1,l2;
    DICT_NOTUSED(privdata);
     l1 = sdslen((sds)key1);
    l2 = sdslen((sds)key2);
    if (l1 != l2) return 0;
    return memcmp(key1, key2, l1) == 0;
}