C 語言實現 C++ 多態

C 還是 C++？

C++ 中的多態是指「通過基類對象的指針或者基類對象的引用調用虛函數」，表現更多派生類的特性，但根據 C++ 多態的實現，我們發現這種方法存在一定的空間和效率的折損。不可否認，多態輕松解決了很多工程中遇到的問題，這與 pure C 的解決方法比起來，更為優雅。

在考慮移植性上，C 的光芒要蓋過 C++，但 C++ 的多態是可借鑒的，於是用 pure C 來模仿 C++ 中多態行為。

C 如何實現多態

在 C 中沒有類的概念，但有 struct，而且 C 中的 struct 是不允許有函數的，只允許存在變量，那是不是函數變量就允許存在了？！所以，函數指針可以給我們一些提示。

假定有一個結構體 struct Animal 聲明如下：

struct Animal
{
     void (*move)();
};

此時 Animal 中的 move 只是一個指針，並沒有賦值，也就是說它不能代表任何的行為，但我們可以在 main 函數中對其進行賦值，賦予相應的行為。

void Animal_move()
{
     printf("Animal move.\n");
}

再假定一個結構體 struct Rabbit，我們可以暫且把它看作（因為 C 中沒有繼承概念）struct Animal 的派生類，聲明如下：

struct Rabbit
{
     void (*move)();
};

同樣我們可以給 Rabbit 的 move 預定義一個行為：

void Rabbit_move()
{
     printf("Rabbit move.\n");
}

struct Animal 和 struct Rabbit 在內容上完全一致，而且變量對齊上也完全一致，可以通過將 struct Rabbit 類型的指針強制轉換為 struct Animal 類型的指針，即：

     Animal *panimal;
     Rabbit rabbit;

     //...

     panimal = (Animal*)&rabbit;

這樣，我們就可以通過 struct Animal 類型的指針或者引用來操縱 struct Rabbit 類型的對象了。

int main(void)
{
     Animal *panimal;

     Rabbit rabbit;

     rabbit.move=Rabbit_move;

     panimal = (Animal*)&rabbit;

     panimal->move();
}

Rabbit move.
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C 多態有什么問題

是不是有需要注意的問題？為什么剛才特別提出「在內容上完全一致，而且變量對齊上也完全一致」？倘若把 struct Animal 的聲明作稍微的改變：

struct Animal
{
     int age;
     void (*move)();
};

運行崩潰了，並不能得到上面的執行結果，原因是 move 函數指針 在struct Animal 中和 struct Rabbit 中的偏移量不同，結構體是根據變量在結構體的偏移量來讀取或者修改變量的。當執行 panimal->move(); 的時候，實際上引用了非法的地址：

panimal->move();

可以被形象的轉化為：

( * (panimal+sizeof(age)) ) ();

但發現 panimal 是指向 struct Rabbit 實體的，panimal+sizeof(age) 已經指向了非法地址：

struct Rabbit 結構	調用
void (*move )();	<------ rabbit.move();
非法地址	<------ panimal->move();

因此需要模擬多態，必須保持函數指針變量對齊。

在一些 c 開源項目中經常用到這種設計，譬如 libevent。

搗亂 2013-05-09

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