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C语言中的面向对象(4)-面向对象思想
文章来源:互联网

 经常听见别人说面向对象的程序设计,以前在学校上课的时候,也有开面向对象程序设计这门课。可是不幸的是,这些都是以C++,甚至VC++为基础的。而更加不幸的是,多年以来我一直是一个C的使用者。在学校的时候,我主要做的是硬件上的驱动层,和底层功能层。在工作以后,又做的是手机上的软件开发,所有这些都是和C离不开的。虽然我不得不说,C++是一门很好的语言,但是它的编译速度,代码效率,编译后的代码大小都限制了它在嵌入式上的应用。(但现在的嵌入式CPU越来越快,内存容量变大。我觉得用C++也应该没有什么问题。这使我觉得似乎是嵌入式编译器的限制。虽然菲利普和TI好像都有C++的编译器,但是似乎没人用这个。难道是太贵了? 但不管怎么说,嵌入式应用中,C语言的普遍使用是肯定的)

   那么在面向过程的时代产生的C语言能否使用面向对象的思想呢?我认为是肯定可以的,C++不过是在语言级别上加入了对对象的支持,同时提供了丰富的对象库。而在C语言下,我们只好自力更生了。

  一、 面向对象思想的目的是框架化,手段是抽象

  相信很多人都明白面向对象讲了什么:类,抽象类,继承,多态。但是是什么原因促使这些概念的产生呢?

  打个比方说:你去买显示器,然而显示器的品牌样式是多种多样的,你在买的过程中发生的事情也是不可预测的。对于这样的事情,我们在程序语言中如何去描述呢。面向对象的思想就是为了解决这样的问题。编写一个程序(甚至说是一个工程),从无到用是困难的,从有到丰富是更加困难的。面向对象将程序的各个行为化为对象,而又用抽象的办法将这些对象归类(抽象),从而将错综复杂的事情简化为几个主要的有机组合(框架化)。

  其实我们的身边很多东西都是这样组成的:比如说电脑:电脑是由主板,CPU加上各种卡组成的。这就是一个框架化。而忽略不同的CPU,不同的主板,不同的声卡,网卡,显卡的区别,这就是抽象。再比如说现在的教育网:是由主核心节点:清华,北大,北邮等几个,然后是各个子节点,依次组成了整个教育网网络。

  所以我觉得面向对象的编程思想就是:一个大型工程是分层次结构的,每层又由抽象的结构连接为整体(框架化),各个抽象结构之间是彼此独立的,可以独立进化(继承,多态)。层次之间,结构之间各有统一的通讯方式(通常是消息,事件机制)。

  二、以前C语言编程中常用的“面向对象”方法

  其实C语言诞生以来,人们就想了很多办法来体现“面向对象”的思想。下面就来说说我所知道的方法。先说一些大家熟悉的东东,慢慢再讲诡异的。呵呵

  1.  宏定义:

   有的人不禁要问,宏定义怎么扯到这里来了,我们可以先看一个简单的例子:

#define MacroFunction  Afunction

   然后在程序里面你调用了大量的AFunction,但是有一天,你突然发现你要用BFunction了,(不过AFunction又不能不要,很有可能你以后还要调用),这个时候,你就可以#define MacroFunction  Bfunction来达到这样的目的。

   当然,不得不说这样的办法是too simple,sometime naïve的,因为一个很滑稽的问题是如果我一般要改为BFunction,一半不变怎么办? 那就只好查找替换了。

  2.静态的入口函数,保证函数名相同,利用标志位调用子函数:

   这样的典型应用很多,比如说网卡驱动里面有一个入口函数Nilan(int FunctionCode,Para*)。具体的参数是什么记不清楚了。不过NiLan的主体是这样的:

Long Nilan(int FunctionCode,Para*){
Switch(FunctionCode){
       Case SendPacket:
         send(….)
       Case ReceivePacket:
         receive(…)
       …
}

  写到这里大家明白什么意思了吧。保证相同的函数名就是说:网卡驱动是和pNA+协议栈互连的,那么如何保证pNA+协议栈和不同的驱动都兼容呢,一个简单的办法就是仅仅使用一个入口函数。通过改变如果函数的参数值,来调用内部的各个函数。这样的做法是可以进化的:如果以后想调用新的函数,增加相应的函数参数值就好了。如果我们将网卡驱动和pNA+协议栈看作两个层的话,我们可以发现:

  层与层之间的互连接口是很小的(这里是一个入口函数),一般是采用名字解析的办法而不是具体的函数调用(利用FunctionCode调用函数,Nilan仅仅实现名字解析的功能)――!接口限制和名字解析

  接口限制:层与层之间仅仅知道有限的函数

  名字解析:层与层之间建立共同的名字与函数的对应关系,之间利用名字调用功能。

 3.CALLBACK函数。

   我觉得这是C语言的一个创举,虽然它很简单,就象如何把鸡蛋竖起来一样,但是你如果没想到的话,嘿嘿。如果说静态入口函数实现了一个可管理的宏观的话,CallBack就是实现了一个可进化的微观:它使得一个函数可以在不重新编译的情况下实现功能的添加!但是在最最早期的时候,也有蛮多人持反对态度,因为它用了函数指针。函数指针虽然灵活,但是由于它要访问内存两次才可以调用到函数,第一次访问函数指针,第二次才是真正的函数调用。它的效率是不如普通函数的。但是在一个不太苛刻的环境下,函数调用本身就不怎么耗时,函数指针的性能又不是特别糟糕,使用函数指针其实是一个最好的选择。但是函数指针除了性能,最麻烦的地方就是会导致程序的“支离破碎”。试想:在程序中,你读到一个函数指针的时候,如果你愣是不知道这个函数指针指向的是哪个函数,那个感觉真的很糟糕。(可以看后面的文章,要使用先进的程序框架,避免这样的情况)

  三、Event和Message

  看了上面的描述,相信大家多少有些明白为什么要使用Event和Message了。具体的函数调用会带来很多的问题(虽然从效率上讲,这样做是很好的)。为了提高程序的灵活性,Event和Message的办法产生了。用名字解析的办法代替通常的函数调用,这样,如果双方对这样的解析是一致的话,就可以达到一个统一。不过Event和Message的作用还不仅仅是如此。

  Event和Message还有建立进程间通信的功能。进程将自己的消息发给“控制中心”(简单的就是一个消息队列,和一个while循环不断的取消息队列的内容并执行),控制程序得到消息,分发给相应的进程,这样其他进程就可以得到这个消息并进行响应。

  Event和Message是很灵活的,因为你可以随时添加或者关闭一个进程,(仅仅需要添加分发消息的列表就可以了)Event和Message从程序实现上将我觉得是一样的,只不过概念不同。Event多用于指一个动作,比如硬件发生了什么事情,需要调用一个什么函数等等。Message多用于指一个指示,比如什么程序发生了什么操作命令等等。

  四、小结

  其实编程序和写文章一样,都是先有一个提纲,然后慢慢的丰富。先抽象化得到程序的骨架,然后再考虑各个方面的其他内容:程序极端的时候会发生什么问题?程序的这个地方的功能现在还不完善,以后再完善会有什么问题?程序是不是可以扩展的?

  本系列文章是我这些阶段的一些心得,目的是抛砖引玉,希望能和大家交流,得到更多的知识。Liyuming1978@163.com (这个信箱以前发了一个文章 C优化之路,现在都快成垃圾信箱了,呵呵,网络的力量真是强大呀)

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