一 、面向對象思想



一、 面向對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對象講了什么：類，抽象類，繼承，多態。但是是什么原因促使這些概念的產生呢？

打個比方說：你去買顯示器，然而顯示器的品牌樣式是多種多樣的，你在買的過程中發生的事情也是不可預測的。對于這樣的事情，我們在程序語言中如何去描述呢。面向對象的思想就是為了解決這樣的問題。編寫一個程序（甚至說是一個工程），從無到用是困難的，從有到豐富是更加困難的。面向對象將程序的各個行為化為對象，而又用抽象的辦法將這些對象歸類（抽象），從而將錯綜復雜的事情簡化為幾個主要的有機組合（框架化）。

其實我們的身邊很多東西都是這樣組成的：比如說電腦：電腦是由主板，CPU加上各種卡組成的。這就是一個框架化。而忽略不同的CPU，不同的主板，不同的聲卡，網卡，顯卡的區別，這就是抽象。再比如說現在的教育網：是由主核心節點：清華，北大，北郵等幾個，然后是各個子節點，依次組成了整個教育網網絡。

所以我覺得面向對象的編程思想就是：一個大型工程是分層次結構的，每層又由抽象的結構連接為整體（框架化），各個抽象結構之間是彼此獨立的，可以獨立進化（繼承，多態）。層次之間，結構之間各有統一的通訊方式（通常是消息，事件機制）。

二、 以前 C 語言編程中常用的“面向對象”方法

其實C語言誕生以來，人們就想了很多辦法來體現“面向對象”的思想。下面就來說說我所知道的方法。先說一些大家熟悉的東東，慢慢再講詭異的。呵呵

1． 宏定義：

有的人不禁要問，宏定義怎么扯到這里來了，我們可以先看一個簡單的例子：

＃define MacroFunction Afunction

然后在程序里面你調用了大量的AFunction，但是有一天，你突然發現你要用BFunction了，（不過AFunction又不能不要，很有可能你以后還要調用），這個時候，你就可以＃define MacroFunction Bfunction來達到這樣的目的。

當然，不得不說這樣的辦法是too simple，sometime na?ve的，因為一個很滑稽的問題是如果我一般要改為BFunction，一半不變怎么辦？ 那就只好查找替換了。

2． 靜態的入口函數，保證函數名相同，利用標志位調用子函數：

這樣的典型應用很多，比如說網卡驅動里面有一個入口函數Nilan（int FunctionCode，Para*）。具體的參數是什么記不清楚了。不過NiLan的主體是這樣的：

Long Nilan（int FunctionCode，Para*）{

Switch(FunctionCode){

Case SendPacket: send(….)

Case ReceivePacket: receive(…)

…..

}

寫到這里大家明白什么意思了吧。保證相同的函數名就是說：網卡驅動是和pNA+協議?；ミB的，那么如何保證pNA+協議棧和不同的驅動都兼容呢，一個簡單的辦法就是僅僅使用一個入口函數。通過改變如果函數的參數值，來調用內部的各個函數。這樣的做法是可以進化的：如果以后想調用新的函數，增加相應的函數參數值就好了。如果我們將網卡驅動和pNA+協議?？醋鲀蓚€層的話，我們可以發現：

層與層之間的互連接口是很小的（這里是一個入口函數），一般是采用名字解析的辦法而不是具體的函數調用（利用FunctionCode調用函數，Nilan僅僅實現名字解析的功能） ――！接口限制和名字解析

接口限制：層與層之間僅僅知道有限的函數

名字解析：層與層之間建立共同的名字與函數的對應關系，之間利用名字調用功能。

3．CALLBACK函數。

我覺得這是C語言的一個創舉，雖然它很簡單，就象如何把雞蛋豎起來一樣，但是你如果沒想到的話，嘿嘿。如果說靜態入口函數實現了一個可管理的宏觀的話，CallBack就是實現了一個可進化的微觀：它使得一個函數可以在不重新編譯的情況下實現功能的添加！但是在最最早期的時候，也有蠻多人持反對態度，因為它用了函數指針。函數指針雖然靈活，但是由于它要訪問內存兩次才可以調用到函數，第一次訪問函數指針，第二次才是真正的函數調用。它的效率是不如普通函數的。但是在一個不太苛刻的環境下，函數調用本身就不怎么耗時，函數指針的性能又不是特別糟糕，使用函數指針其實是一個最好的選擇。但是函數指針除了性能，最麻煩的地方就是會導致程序的“支離破碎”。試想：在程序中，你讀到一個函數指針的時候，如果你愣是不知道這個函數指針指向的是哪個函數，那個感覺真的很糟糕。（可以看后面的文章，要使用先進的程序框架，避免這樣的情況）

三、 Event 和 Message

看了上面的描述，相信大家多少有些明白為什么要使用Event和Message了。具體的函數調用會帶來很多的問題（雖然從效率上講，這樣做是很好的）。為了提高程序的靈活性，Event和Message的辦法產生了。用名字解析的辦法代替通常的函數調用，這樣，如果雙方對這樣的解析是一致的話，就可以達到一個統一。不過Event和Message的作用還不僅僅是如此。

Event和Message還有建立進程間通信的功能。進程將自己的消息發給“控制中心”（簡單的就是一個消息隊列，和一個while循環不斷的取消息隊列的內容并執行），控制程序得到消息，分發給相應的進程，這樣其他進程就可以得到這個消息并進行響應。

Event和Message是很靈活的，因為你可以隨時添加或者關閉一個進程，（僅僅需要添加分發消息的列表就可以了）Event和Message 從程序實現上將我覺得是一樣的，只不過概念不同。Event多用于指一個動作，比如硬件發生了什么事情，需要調用一個什么函數等等。Message多用于指一個指示，比如什么程序發生了什么操作命令等等。

四、 小結

其實編程序和寫文章一樣，都是先有一個提綱，然后慢慢的豐富。先抽象化得到程序的骨架，然后再考慮各個方面的其他內容：程序極端的時候會發生什么問題？程序的這個地方的功能現在還不完善，以后再完善會有什么問題？程序是不是可以擴展的？

二、類模擬的性能分析

? 類模擬中使用了大量的函數指針，結構體等等，有必須對此進行性能分析，以便觀察這樣的結構對程序的整體性能有什么程度的影響。

　　1．函數調用的開銷

#define COUNTER XX
void testfunc()
{
? int i,k=0;
? for(i=0;i<YY;i++)
}

　　在測試程序里面，我們使用的是一個測試函數，函數體內部可以通過改變YY的值來改變函數的耗時。測試對比是 循環調用XX次函數，和循環XX次函數內部的YY循環。

　　結果發現，在YY足夠小，X足夠大的情況下，函數調用耗時成為了主要原因。所以當一個“簡單”功能需要“反復”調用的時候，將它編寫為函數將會對性能有影響。這個時候可以使用宏，或者inline關鍵字。

　　但是，實際上我設置XX＝10000000（1千萬）的時候，才出現ms級別的耗時，對于非實時操作（UI等等），即使是很慢的cpu（嵌入式10M級別的），也只會在XX＝10萬的時候出現短暫的函數調用耗時，所以實際上這個是可以忽略的。

　　2．普通函數調用和函數指針調用的開銷

void (*tf)();
tf=testfunc;

　　測試程序修改為一個使用函數調用，一個使用函數指針調用。測試發現對時間基本沒有什么影響。（在第一次編寫的時候，發現在函數調用出現耗時的情況下（XX＝1億），函數指針的調用要慢（release版本），調用耗時350：500。后來才發現這個影響是由于將變量申請為全局的原因，全局變量的訪問要比局部變量慢很多）。

　　3．函數指針和指針結構訪問的開銷

struct a {
? void (*tf)();
}

　　測試程序修改為使用結構的函數指針，測試發現對時間基本沒有什么影響。其實使用結構并不會產生影響，因為結構的訪問是固定偏移量的。所以結構變量的訪問和普通變量的訪問對于機器碼來說是一樣的。

　　測試結論：使用類模擬的辦法對性能不會產生太大的影響。

三、C語言的多態實現

　　相信很多人都看過設計模式方面的書，大家有什么體會呢？Bridge，Proxy，Factory這些設計模式都是基于抽象類的。使用抽象對象是這里的一個核心。
? ?
　　其實我覺得框架化編程的一個核心問題是抽象，用抽象的對象構建程序的主體框架，這是面向對象編程的普遍思想。用抽象構建骨架，再加上多態就形成了一個完整的程序。由于C＋＋語言本身實現了繼承和多態，使用這樣的編程理念（理念啥意思？跟個風，嘿嘿）在C＋＋中是十分普遍的現象，可以說Virtual（多態）是VC的靈魂。

　　但是，使用C語言的我們都快把這個多態忘光光了。我常聽見前輩說，類？多態？我們用的是C，把這些忘了吧。很不幸的是，我是一個固執的人。這么好的東西，為啥不用呢。很高興的，在最近的一些純C代碼中，我看見了C中的多態！下面且聽我慢慢道來。

　　1. VC中的Interface是什么

　　Interface：中文解釋是接口，其實它表示的是一個純虛類。不過我所要說的是，在VC中的Interface其實就是struct，查找Interface的定義，你可以發現有這樣的宏定義：

? ? #Ifndef Interface
? ? #define Interface struct
? ? #endif

　　而且，實際上在VC中，如果一個類有Virtual的函數，則類里面會有vtable，它實際上是一個虛函數列表。實際上C＋＋是從C發展而來的，它不過是在語言級別上支持了很多新功能，在C語言中，我們也可以使用這樣的功能，前提是我們不得不自己實現。

　　2．C中如何實現純虛類（我稱它為純虛結構）

　　比較前面，相信大家已經豁然開朗了。使用struct組合函數指針就可以實現純虛類。

　　例子：

? typedef struct {
? ? void (*Foo1)();
? ? char (*Foo2)();
? ? char* (*Foo3)(char* st);
? }
? MyVirtualInterface;
? ?
　　這樣假設我們在主體框架中要使用橋模式。（我們的主類是DoMyAct，接口具體實現類是Act1，Act2）下面我將依次介紹這些“類”。（C中的“類”在前面有說明，這里換了一個，是使用早期的數組的辦法）

　　主類DoMyAct： 主類中含有MyVirtualInterface* m_pInterface; 主類有下函數：

? DoMyAct_SetInterface(MyVirtualInterface* pInterface)
? {
? ? m_pInterface= pInterface;
? }
? DoMyAct_Do()
? {
? ? if(m_pInterface==NULL) return;
? ? m_pInterface->Foo1();
? ? c=m_pInterface->Foo2();
? }

　　子類Act1：實現虛結構，含有MyVirtualInterface st[MAX]; 有以下函數：

? MyVirtualInterface* Act1_CreatInterface()
? {
? ? index=FindValid() //對象池或者使用Malloc ！應該留在外面申請，實例化
? ? if(index==-1) return NULL;
? ? St[index].Foo1=Act1_Foo1; // Act1_Foo1要在下面具體實現
? ? St[index].Foo2=Act1_Foo2;
? ? St[index].Foo3=Act1_Foo3;
? ? Return &st [index];
? }

　　子類Act2同上。

　　在main中，假設有一個對象List。List中存貯的是MyVirtualInterface指針，則有：

? if( (p= Act1_CreatInterface()) != NULL)
? List_AddObject(&List, p); //Add Al

? While(p=List_GetObject()){
? ? DoMyAct_SetInterface(p);//使用Interface代替了原來大篇幅的Switch Case
? ? DoMyAct_Do();//不要理會具體的什么樣的動作，just do it
? }

? FREE ALL

四、類模擬和多態,繼承

　　在面向對象的語言里面，出現了類的概念。這是編程思想的一種進化。所謂類：是對特定數據的特定操作的集合體。所以說類包含了兩個范疇：數據和操作。而C語言中的struct僅僅是數據的集合。（liyuming1978@163.com)

　　1．實例：下面先從一個小例子看起

#ifndef C_Class
? ? #define C_Class struct
#endif

C_Class A {
? ? C_Class A *A_this;
? ? void (*Foo)(C_Class A *A_this);
? ? int a;
? ? int b;
};

C_Class B{ ? ? ? ? ? //B繼承了A
? ? C_Class B *B_this; //順序很重要
? ? void (*Foo)(C_Class B *Bthis); ? ? ? ? //虛函數
? ? int a;
? ? int b;

? ? int c;
};


void B_F2(C_Class B *Bthis)
{
? ? printf("It is B_Fun\n");
}

void A_Foo(C_Class A *Athis)
{
? ? printf("It is A.a=%d\n",Athis->a);//或者這里
// ? exit(1);
// ? printf("純虛 不允許執行\n");//或者這里
}

void B_Foo(C_Class B *Bthis)
{
? ? printf("It is B.c=%d\n",Bthis->c);
}

void A_Creat(struct A* p)
{
? ? p->Foo=A_Foo;
? ? p->a=1;
? ? p->b=2;
? ? p->A_this=p;
}


void B_Creat(struct B* p)
{
? ? p->Foo=B_Foo;
? ? p->a=11;
? ? p->b=12; ? ?
? ? p->c=13;
? ? p->B_this=p;
}


int main(int argc, char* argv[])
{
? ? C_Class A *ma,a;
? ? C_Class B *mb,b;

? ? A_Creat(&a);//實例化
? ? B_Creat(&b);

? ? mb=&b;
? ? ma=&a;

? ? ma=(C_Class A*)mb;//引入多態指針
? ? printf("%d\n",ma->a);//可惜的就是 函數變量沒有private
? ? ma->Foo(ma);//多態
? ? a.Foo(&a);//不是多態了
? ? B_F2(&b);//成員函數，因為效率問題不使用函數指針
? ? return 0;
}


　　輸出結果：

11
It is B.c=13
It is A.a=1
It is B_Fun</P< p>