1、 概述
C語言是一種面向過程的程序設計語言，而C++是在C語言基礎上衍生來了的面向對象的語言，實際上，很多C++實現的底層是用C語言實現的，如在Visual C++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
C++在語言級別上添加了很多新機制（繼承，多態等），而在C語言中，我們也可以使用這樣的機制，前提是我們不得不自己實現。
本文介紹了用C語言實現封裝，繼承和多態的方法。
2、 基本知識
在正式介紹C語言實現封裝，繼承和多態事前，先介紹一下C語言中的幾個概念和語法。
（1） 結構體
在C語言中，常把一個對象用結構體進行封裝，這樣便於對對象進行操作，比如：
strcut Point{
int x;
int y;
};
結構體可以嵌套。因而可以把一個結構體當成另一個結構體的成員，如：
struct Circle {
struct Point point_;
int radius;
};
該結構體與以下定義完全一樣（包括內存布置都一樣）：
struct Circle {
int x;
int y;
int radius;
};
（2） 函數指針
函數指針是指針的一種，它指向函數的首地址（函數的函數名即為函數的首地址），可以通過函數指針來調用函數。
如函數：
int func(int a[], int n);
可以這樣聲明函數指針：
int (*pFunc)(int a[], int n);
這樣使用：
pFunc = func;
(*pFunc)(a, n);【或者PFunc(a, n)】
可以用typedef定義一個函數指針類型，如：
typdef int (*FUNC)(int a[], int n)
可以這樣使用：
int cal_a(FUNC fptr, int a[], int n)
{
//實現體
}
（3） extern與static
extern和static是C語言中的兩個修飾符，extern可用於修飾函數或者變量，表示該變量或者函數在其他文件中進行了定義；static也可用於修飾函數或者變量，表示該函數或者變量只能在該文件中使用。可利用它們對數據或者函數進行隱藏或者限制訪問權限。
3、 封裝
在C語言中，可以用結構+函數指針來模擬類的實現，而用這種結構定義的變量就是對象。
封裝的主要含義是隱藏內部的行為和信息，使用者只用看到對外提供的接口和公開的信息。有兩種方法實現封裝：
(1) 利用C語言語法。在頭文件中聲明，在C文件中真正定義它。
這樣可以隱藏內部信息，因為外部不知道對象所占內存的大小，所以不能靜態的創建該類的對象，只能調用類提供的創建函數才能創建。這種方法的缺陷是不支持繼承，因為子類中得不到任何關於父類的信息。如：
//頭文件：point.h
#ifndef POINT_H
#define POINT_H
struct Point;
typedef struct Point point;
point * new_point(); //newer a point object
void free_point(point *point_);// free the allocated space
#endif
//C文件:point.c
#include”point.h”
strcut Point
{
int x;
int y;
};
point * new_point()
{
point * new_point_ = (point *) malloc(sizeof(point));
return new_point_;
}
void free_point(point *point_)
{
if(point_ == NULL)
return;
free(point_);
}
(2) 把私有數據信息放在一個不透明的priv變量或者結構體中。只有類的實現代碼才知道priv或者結構體的真正定義。如:
#ifndef POINT _H
#define POINT_H
typedef struct Point point;
typedef struct pointPrivate pointPrivate;
strcut Point
{
Struct pointPrivate *pp;
};
int get_x(point *point_);
int get_y(point *point_);
point * new_point(); //newer a point object
void free_point(point *point_);// free the allocated space
#endif
//C文件:point.c
#include”point.h”
struct pointPrivate
{
int x;
int y;
}
int get_x(point *point_)
{
return point_->pp->x;
}
int get_y(point *point_)
{
return point_->pp->y;
}
//others…..
4、 繼承
在C語言中，可以利用“結構在內存中的布局與結構的聲明具有一致的順序”這一事實實現繼承。
比如我們要設計一個作圖工具，其中可能涉及到的對象有Point(點)，Circle(圓)，由於圓是由點組成的，所有可以看成Circle繼承自Point。另外，Point和Circle都需要空間申請，空間釋放等操作，所有他們有共同的基類Base。
//內存管理類new.h
#ifndef NEW_H
#define NEW_H
void * new (const void * class, ...);
void delete (void * item);
void draw (const void * self);
#endif
//內存管理類的C文件：new.c
#include “new.h”
#include “base.h”
void * new (const void * _base, ...)
{
const struct Base * base = _base;
void * p = calloc(1, base->size);
assert(p);
* (const struct Base **) p = base;
if (base ->ctor)
{
va_list ap;
va_start(ap, _base);
p = base ->ctor(p, &ap);
va_end(ap);
}
return p;
}
void delete (void * self)
{
const struct Base ** cp = self;
if (self && * cp && (* cp) —> dtor)
self = (* cp) —>dtor(self);
free(self);
}
void draw (const void * self)
{
const struct Base * const * cp = self;
assert(self &&* cp && (* cp)->draw);
(* cp) ->draw(self);
}
//基類：base.h
#ifndef BASE_H
#define BASE_H
struct Base
{
size_t size; //類所占空間
void * (* ctor) (void * self, va_list * app); //構造函數
void * (* dtor) (void * self); //析構函數
void (* draw) (const void * self); //作圖
};
#endif
//Point頭文件(對外提供的接口)：point.h
#ifndef POINT_H
#define POINT_H
extern const void * Point; /* 使用方法：new (Point, x, y); */
#endif
//Point內部頭文件(外面看不到)：point.r
#ifndef POINT_R
#define POINT_R
struct Point
{
const void * base; //繼承，基類指針，放在第一個位置，const是防止修改
int x, y; //坐標
};
#endif
//Point的C文件：point.c
#include “point.h”
#include “new.h”
#include “point.h”
#include “point.r”
static void * Point_ctor (void * _self, va_list * app)
{
struct Point * self = _self;
self ->x = va_arg(* app, int);
self ->y = va_arg(* app, int);
return self;
}
static void Point_draw (const void * _self)
{
const struct Point * self = _self;
printf(“draw (%d,%d)”, self -> x, self -> y);
}
static const struct Base _Point = {
sizeof(struct Point), Point_ctor, 0, Point_draw
};
const void * Point = & _Point;
//測試程序：main.c
#include “point.h”
#include “new.h”
int main (int argc, char ** argv)
{
void * p = new(Point, 1, 2);
draw(p);
delete(p);
}
同樣，Circle要繼承Point，則可以這樣：
struct Circle
{
const struct Point point; //放在第一位，可表繼承
int radius;
};
5、 多態
可以是用C語言中的萬能指針void* 實現多態，接上面的例子：
//測試main.c void * p = new(Point, 1, 2); void * pp = new(Circle, 1, 2); draw(p); //draw函數實現了多態 draw(pp); delete(p); delete(pp);
6、 總結
C語言能夠模擬實現面向對象語言具有的特性，包括：多態，繼承，封裝等，現在很多開源軟件都了用C語言實現了這幾個特性，包括大型開源數據庫系統postgreSQL，可移植的C語言面向對象框架GObject，無線二進制運行環境BREW。采用C語言實現多態，繼承，封裝，能夠讓軟件有更好的可讀性，可擴展性。
7、 參考資料
(1) 《C語言中extern和static用法》：
http://www.cnblogs.com/hishope/archive/2008/08/28/1278822.html
(2) 《三、使用GObject——私有成員和靜態變量》:
http://blog.csdn.net/wormsun/archive/2009/11/25/4874465.aspx
(3) 《技巧：用 C 語言實現程序的多態性》：
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-cpolym/index.html?ca=drs-
(4) 書籍《Object-Oriented Programming With ANSI-C》
8、 代碼下載
本文中的代碼可以在此處下載：代碼下載