【小白吹水】关于用pure C实现一些面向对象功能的一点拙见

SteDeshain

看到论坛5周年庆，好热闹啊！简直就像狂欢一样！我个万年潜水党也是按捺不住了！
就写一些自己学到的东西，拿出来和大家交流。由于我是自学编程的，所以肯定有一些不好的地方！还请大家多多批评指正！
新人贴，还求别沉！

前段时间在学习时，需用到oo的一些技术，但鉴于当时我还不怎么会c++，我就在想，能不能用c就实现面向对象的那些功能呢？
网上一搜，果然有很多这样的实现，但可能是这种实现和工程本身的联系太大，找不到一套相对完整的代码
所以我就参照网上大神们发的一些代码，自己试着写了起来。

ps，下面大部分的思路都源于网络大神们，就不一一列名感谢了
首先，需要实现oo，当然至少要实现oo的三大特性：封装，继承，多态


1，封装+继承
我们可以用 c 中常用的原生的 struct 来实现
比如实现一个student的类，字段属性什么的就用结构中的字段了，至于类中的方法，自然想到 c 中的函数指针了！

typedef struct _student
{
        char *name;
        int age;
        bool sex;
        
        void *Learn(void);
        void *Play(void);
        
} student;

比如xiaoming是student的一个实例，那么调用对象xiaoming中的方法这样：xiaoming.Learn(); 就行了
但xiaoming.Learn终究只是个函数指针，它在struct _student中只占一个指针的大小，c的限制不能把整个函数都放进去，因为函数在c中是静态储存的，只储存一份！
那么这样问题来了
如果xiaohong是student的另一个实例呢？这样xiaohong.Learn();和xiaoming.Learn();做的事就一样了！完全体现不出来两个对象是不同的实例这一点了！
那么加一个参数就好了。在每一个类中的方法都加一个指定被调用对象的参数，为了统一，我们把这个参数放在所有参数中的第一个
以后所有类中的函数都要如此！这也是其他一些语言比如lua中常用的方法
关于这个参数具体怎样放到后面在讲

当然，上面的代码是非常简单的，但怎么做才能把它变成一可以new，可以delete，可以继承的类呢？
要new，要delete，就需我们实现构造函数和析构函数了。先不讲构造函数，先讲讲一个叫Init()的函数，它在后面有大用现在假设我们已经有了实现 继承 的方法了（即将会说到），那么就参考c#，所有的类都要继承自一个叫"object"的抽象类，我们只要在object中把Init()函数和析构函数作为虚函数，让它的子类去重写就好了！

typedef struct _object
{
        void *Init(void);
        void *Delete(void);
        
} object;

重点来了，如何去继承呢？善用 c 的指针！在c中，有一个重要的特性，不同类型的指针之间可以肆意的转换！
既然如此，那么我们就把要用到的所有指针都看作 void * ！
甚至是函数指针

typedef void *OO_Func_Ptr;
typedef void *OO_Ptr;

这里我们加上了"OO_"的前缀，为防止命名冲突，就要在以后的oo实现有关名称前都要加这个前缀了

所以object类就变成了下面的模样

typedef struct _OO_object
{
    OO_Func_Ptr Init;
    OO_Func_Ptr Delete;
        
} OO_object;

扯了这么多，还是没讲到怎么继承……说到继承，那就是子类里面要有其父类中的字段属性和方法，
想要student继承object，首先就会想到直接把整个object结构放进student里面，就像下面：

typedef struct _OO_student
{
        OO_object base;//父类
                
        char *name;//成员
        int age;
        bool sex;
        
        OO_Func_Ptr OO_Learn;//方法
        OO_Func_Ptr OO_Play;
        
} OO_student;

这样student就有初始化函数Init()和析构函数Delete()了！


那么接下来，让我回到被放下的构造函数
构造函数无非就是在内存中开辟一块空间，作为一个新对象所存在的内存空间
我们用大家熟悉的malloc()函数

OO_Ptr xiaoming = malloc(sizeof(OO_student));

再一次把构造函数暂时放下不谈……malloc之后是有了那么一块内存，但里面的数据都是无意义的随机数据
这时就需要我们一直在写的初始化函数Init()了
我们需要实现这一函数
前面说到，类中的每一个函数都要第一个参数指定特定的对象，那这个参数的类型就用到前面typedef的OO_Ptr了，因为前面说过要把要用到的所有指针都看作 void * ，也就是OO_Ptr

void Init(OO_Ptr self)
{
        (OO_student*)self->name = NULL;
        (OO_student*)self->age = 0;
        (OO_student*)self->sex = true;
}

看起来现在我们只需在malloc之后这样调用就ok了：

typedef void (*OO_Object_Init_Type)(OO_Ptr);

OO_Ptr xiaoming = malloc(sizeof(OO_student));
((OO_Object_Init_Type)(((OO_object *)xiaoming)->Init))(xiaoming);
//因为我们在统一指针类型后，object里面的Init变成了OO_Func_Ptr，也就是void *，
//这里为了调用它，要先把它转换成原先的类型
//这里非常麻烦，但后面有一个解决办法

但在malloc之后，xiaoming结构内的数据都是无意义的，那么xiaoming->Init也就是一个野指针了！
但又不能在Init()中给xiaoming->Init赋值成我们刚才实现的Init()……
可见仅仅malloc是不够的，这就需要一个更加完善的构造函数了。

OO_Ptr OO_NewStudent()
{
        OO_Ptr self = malloc(sizeof(OO_student));
        
        (OO_object *)self->Init = (OO_Func_Ptr)Init;                //把刚刚实现的Init()赋值
        (OO_object *)self->Delete = (OO_Func_Ptr)Delete;        //这是再别的地方实现的析构函数，主要是做free的工作的，这里就先略去了
        
        (OO_student *)self->OO_Learn= (OO_Func_Ptr)Learn;
        (OO_student *)self->OO_Play = (OO_Func_Ptr)Play;        //当然Learn和Play需先实现，这里就略去了
        
        return self;
}

值得注意的一点是，在object结构和student结构中声明那些方法时，他们的类型是OO_Func_Ptr，也就是void *，这里我们赋值的是至少带有一个参数的函数类型，但 c 就是允许这逆天的类型转换…

这时再像这样就没问题了

typedef void (*OO_Object_Init_Type)(OO_Ptr);

OO_Ptr xiaoming = OO_NewStudent();
((OO_Object_Init_Type)(((OO_object *)xiaoming)->Init))(xiaoming);

之后在做一些typedef，改一些不必要的细节

typedef void *OO_Func_Ptr;
typedef void *OO_Ptr;

typedef struct _OO_object
{
    OO_Func_Ptr Init;
    OO_Func_Ptr Delete;
        
} OO_object;
typedef OO_object *OO_object_ptr;

typedef void (*OO_Object_Init_Type)(OO_Ptr);

typedef struct _OO_student
{
        OO_object base;
                
        char *name;
        int age;
        bool sex;
        
        OO_Func_Ptr Learn;
        OO_Func_Ptr Play;
        
} OO_student;
typedef OO_student *OO_student_ptr;

OO_student_ptr OO_NewStudent()
{
        OO_student_ptr self = (OO_student_ptr)malloc(sizeof(OO_student));
        
        ((OO_object_ptr)self)->Init = Init;
        ((OO_object_ptr)self)->Delete = Delete;
        
        self->Learn = Learn;
        self->Play = Play;
        
        return self;
}

void Init(OO_Ptr self)
{
        ((OO_student_ptr)self)->name = NULL;
        ((OO_student_ptr)self)->age = 0;
        ((OO_student_ptr)self)->sex = true;
}

OO_student_ptr xiaoming = OO_NewStudent();
( (OO_Object_Init_Type)  (((OO_object_ptr)xiaoming)->Init) )(xiaoming);

这样就做到一个简单的继承父类的类，并实例化它，并调用它的一个方法。虽说在调用方法时，非常的麻烦，但后面会有简化调用的方法，那时就要用到c另一个强大的武器——宏
但今天就先到这里吧

我的这个办法是借鉴了无数大神的思想，当然会有很多的毛病瑕疵
还请大家指出不好的地方
我也只是抛砖引玉，请大家多多交流！贡献出更简洁的方法让大家学习！！