詳解C語言面向?qū)ο缶幊讨械姆庋b
前言
面向?qū)ο笫且环N思維方式，基本上用什么語言都是可以實現(xiàn)的。C語言的編程方式一般是面向過程的，但是也是可以實現(xiàn)面向?qū)ο蟮?。對象是什么？什么又是面向?qū)ο?？面向?qū)ο蟮娜筇匦杂衷趺磳崿F(xiàn)，且聽我細(xì)細(xì)道來。
一、面向?qū)ο蠡靖拍?/h2>
什么是對象？
此對象非彼對象，雖然有時候此對象又可以是你腦袋中的對象，那讓我們從我們誤解的對象開始了解吧，雖然我沒有，但是用一下自己的直男思維，想想一個對象也是可以滴。那我就進入一下我這個直男腦袋中的對象吧！我有一個對象，這個對象呢，膚白貌美大長腿。用詩中的話就是“皓腕凝霜雪，壚邊人似月”，美麗的江南女子，誰不喜歡呢。既然是想象，對象不只是僅僅是膚白貌美大長腿，還得愛你，在你寂寞的時候能陪你，在你難過時能在你身邊，在你打游戲的時候不會無理取鬧。這樣的對象多好哇，簡直就是夢中情人，可惜只存在想想中（嘆氣）。
通過上面的例子，想象中的對象，它具有了對象的特征，是不算非常符合人類的特性，易懂。那讓我們從上面的例子提取出來對象的普遍特征。
特征一：屬性
讓我們回到我想象中的對象，對象是怎樣的，皓腕凝霜雪，壚邊人似月，這個是對象的屬性，也就是樣子。當(dāng)然屬性不只是樣子啦，你可以添加更多的屬性，比如聲音好聽，年齡20歲等等。
特征二：行為
對象具有的動作就是行為。在上面的例子就是，對象非常愛你，難過的時候能陪你，寂寞的時候也能陪你等等，就是這個對象具有的動作，對象能干什么。
對象與類
我們知道了對象是什么，但是你有沒有發(fā)現(xiàn)這個對象是很廣泛的，也就是我想象中的對象不知有一個，符合我想象中對象的特征可以多個，也就是我可以想象又很多個對象。我可以想象有”后宮佳麗三千人“，這三個都符合我對象的特征。這些特征就是類，也就是符合我想象的人不只是只有一個，可以有多個，只要這個人符合我想象的特征，她就是在這個類下面的。
那么類與對象的關(guān)系又是怎樣的？對象就是符合這個類的特例，怎么理解呢？
在我的想象中，符合大美女的屬性有很多，但是我不知道具體是誰，但是有一天我在動漫中看見了這個人，她叫小A。小A就是在大美女類下面的一個對象。又有一天，我又碰到一個人，也符合我定義的大美女，這個對象，她叫小B。小A和小B都是符合定義的，也就是在這個類下面的，而小A和小B是一個特例，也就是這個類下面的人，是獨一無二的。
面向?qū)ο蟮木幊谭绞?/h3>
老生常談，先簡單看看面向過程的編程方式是怎樣的？設(shè)想一個場景，刺激點的。有一天杰哥想你了，打算和你回家一起打電動，那他該怎么做才能邀請到你回家一起打電動？
面向過程的解決方式：簡單點的方式簡化一下
1：他首先西裝革履，打扮的人模狗樣，看起來十分帥氣，小姐姐看了表示很贊
2：打車到你家
3：盛情邀約
面向?qū)ο蟮慕鉀Q方式又是怎樣的呢：我們看他邀請你涉及幾個對象，打車對象，邀請對象，打電動對象，回家對象。那對象是怎么做的呢？那讓我們看一下執(zhí)行順序：杰哥首先調(diào)用了打扮的對象進行了打扮，然后調(diào)用打車對象去了你家。到了你家后調(diào)用了邀請對象的行為發(fā)出了邀請，然后你調(diào)用了邀請對象的行為拒絕了杰哥，杰哥調(diào)用了情緒的對象的行為，發(fā)出了很難過的感覺。
打扮對象：
- 行為：打扮
打車對象：
- 屬性：打車人
- 屬性：打車地點
- 行為：上車
邀請對象：
- 屬性：邀請人
- 屬性：邀請結(jié)果
- 行為1：接受
- 行為2：拒絕
- 行為3：發(fā)出邀請
回家對象：
- 屬性：回家的路
- 屬性：回家的時間
- 行為：回家
情緒：
- 屬性：程度
- 行為1：傷心
- 行為2：難過
- 行為3：非常難過
通過上面的例子，大概了解到了與面向過程的區(qū)別了，面向?qū)ο蟮木幊谭绞降膯卧菍ο?，做了什么事情也是以對象?zhí)行動作。對象可以被很多對象調(diào)用，杰哥可以調(diào)用邀請對象中的邀請行為，你也可以調(diào)用邀請對象發(fā)出拒絕邀請的動作。對象的屬性是怎樣的，怎樣定義是靈活的。
看到上面的例子：面向?qū)ο蟮木幊谭绞?面向過程+面向?qū)ο?。對象將某一些行為高度封裝，然后由指揮官也就是我們自己按照自己的想法按照某個順序調(diào)用（面向過程），在過程中，對象之間會進行一定的數(shù)據(jù)交互與一定的對象之間的行為調(diào)用。
再舉個例子：實現(xiàn)一個循跡小車
構(gòu)建對象：傳感器 控制器 小車
小車對象：
- 屬性：當(dāng)前偏移值
- 行為：前進 ，后退 ，左轉(zhuǎn) ，右轉(zhuǎn)
控制器：
- 屬性：輸入值，輸出值
- 行為：計算控制值
傳感器：
- 屬性：傳感器測量值 傳感器數(shù)量 傳感器
- 行為：測量
//偽代碼
void Follow_mark(void)
{
調(diào)用傳感器對象進行測量，將測量值保存到器測量值
調(diào)用控制器對象，將傳感器測量值作為輸入?yún)?shù)，計算得到結(jié)果進行保存
調(diào)用小車對象，根據(jù)控制傳入的控制值，計算當(dāng)前偏移量，然后根據(jù)偏移量調(diào)用左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)行為
}
二、C語言實現(xiàn)面向?qū)ο?/h2>
面向?qū)ο蟮娜筇卣?/h3>
了解了面向?qū)ο蟮乃枷耄?strong>思想是最重要的，特征是次要的。面向?qū)ο缶哂腥筇卣?，我們或多或少都可以實現(xiàn)，java，python，C++都有，但是C也是可以實現(xiàn)的，只是會比較麻煩，三大特征分別是封裝，繼承，多態(tài)。這三大特征能夠幫助實現(xiàn)面向?qū)ο蟮木幊蹋沟妹嫦驅(qū)ο笞兊酶鼉?yōu)雅。我們先了解三大特征之三大特征之封裝。
面向?qū)ο笾庋b
簡介
封裝就是將對象的特征進行封裝，使之對象的屬性和行為只能通過對象進行訪問。在上面的例子中，邀請的對象，它的屬性與行為是被封裝好的，我們只能調(diào)用邀請這個對象才能調(diào)用邀請對象的行為。
優(yōu)勢：
1、隱藏內(nèi)部細(xì)節(jié)，類似函數(shù)，只需要調(diào)用這個邀請對象的行為發(fā)出邀請，而不需要知道里面的底層實現(xiàn)
2、更安全，復(fù)用性更好。對象的值都是被封裝好的，隱藏掉的，一般是程序員只會提供相應(yīng)的接口來訪問，不能直接修改。復(fù)用性，從上面的例子，誰都可以調(diào)用對象的行為。
代碼實現(xiàn)–基礎(chǔ)版
基礎(chǔ)版不涉及函數(shù)指針與函數(shù)表，先學(xué)習(xí)這個基礎(chǔ)版的，理解好面向?qū)ο蟮淖詈唵蔚姆庋b的實現(xiàn)。
在實現(xiàn)前我們先想一想C到底有什么結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)封裝屬性，各種屬性。這個很簡單，結(jié)構(gòu)體嘛，能放各種類型的屬性。
行為又怎么體現(xiàn)呢，可以實現(xiàn)各種行為，函數(shù)嘛。后面的多態(tài)會涉及函數(shù)指針，使用函數(shù)指針可以實現(xiàn)多態(tài)，這都是后面的事情，后面的文章會有簡介。
那讓我們做一個PID控制器的對象吧，如果不懂的小伙伴也沒關(guān)系，這個只是控制器，有輸入，輸出，調(diào)試參數(shù)，了解這些就行了。具體實現(xiàn)過程，內(nèi)部細(xì)節(jié)不懂也沒關(guān)系，這個不重要，我代碼會標(biāo)出來的。
那我們直接閱讀代碼，進入困難模式：代碼會有比較詳細(xì)的注釋，很容易看懂！
//開始構(gòu)造對象，既然是控制器，對象必須具有輸入，輸出，調(diào)試參數(shù)
//屬性就是：參數(shù)值，輸入值，輸出值
//行為就是：設(shè)置參數(shù)，查看參數(shù)，根據(jù)輸入計算輸出，構(gòu)造對象，刪除對象
//屬性：用結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)
#include "stdio.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
//控制器對象
//控制器對象屬性
typedef struct
{
int input;/*控制器輸入*/
int ouput;/*控制器輸出*/
int P_parameter,I_parameter,D_parameter;/*控制調(diào)試參數(shù)*/
int Sum_error;/*總偏差，位置式PID積分相關(guān)的參數(shù)*/
int Last_error;/*上次偏差，位置式PID積分相關(guān)的參數(shù)*/
}controller;
//構(gòu)造對象,初始化
controller *Ctor_controller(void)
{
controller *temp;
temp=(controller *)malloc(sizeof(controller));
//清零
memset(temp,0,sizeof(controller));
return temp;
}
//刪除對象
void Del_ontroller(controller * const Me)
{
if(Me!=NULL) free(Me);
}
//設(shè)置控制器參數(shù)
void Write_controller(controller * const Me,int P,int I,int D)
{
Me->P_parameter=P;
Me->I_parameter=I;
Me->D_parameter=D;
}
//讀取控制器參數(shù)的值
controller Read_controller(const controller * const Me,int P,int I,int D)
{
return (*Me);
}
//計算控制器輸出,細(xì)節(jié)看不懂沒關(guān)系，只需要知道傳入的是偏差，就會有輸出一個計算結(jié)果就行，這個結(jié)果能夠幫助控制
//至于偏差怎么定義什么時候需要用到PID控制器就知道了
int Out_controller(controller * const Me,int input)
{
float iIncpid=0;
int now_error=input;//當(dāng)前偏差
Me->Sum_error+=input;
//積分量限幅，方式積分飽和過深
if(Me->Sum_error >500)
{
Me->Sum_error = 500 ;
}
if(Me->Sum_error < -500)
{
Me->Sum_error = -500 ;
}
Me->ouput=Me->P_parameter * input // P
+Me->I_parameter * Me->Sum_error // I
+Me->D_parameter * (now_error-Me->Last_error); // D
Me->Last_error=now_error; // 存儲誤差，用于下次計算
return(Me->ouput); // 返回計算值
}
int main()
{
controller *test;
controller read_val;
//構(gòu)造，創(chuàng)建一個對象
test=Ctor_controller();
//設(shè)置對象的值
Write_controller(test,1,1,1);
//查看對象的值
read_val=Read_controller(test,1,1,1);
printf("對象 P= %d I=%d D=%d \r\n",read_val.P_parameter,read_val.I_parameter,read_val.D_parameter);
//調(diào)用控制器一次：
printf("控制器輸出=%d \r\n",Out_controller(test,100));
//刪除/銷毀一個對象
Del_ontroller(test);
}
輸出結(jié)果：
對象 P= 1 I=1 D=1
控制器輸出=300
從上面的例子可以看出來，我直接調(diào)用對象，就可以實現(xiàn)封裝，設(shè)置，查看等，注意使用了需要手動調(diào)用刪除，不然容易出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，對象的生存時間就是我們程序員自己釋放前的時間。
這里是使用堆的方式，容易出現(xiàn)內(nèi)存溢出的情況，如果是單片機等其他資源較小的單元，可以使用其他方式構(gòu)造對象，比如下面：對象的生存時間就是主函數(shù)的結(jié)束時間，編譯器替我們釋放了對象的資源，不需要我們主動進行釋放。
#include "stdio.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
//控制器對象
//控制器對象屬性
typedef struct
{
int input;/*控制器輸入*/
int ouput;/*控制器輸出*/
int P_parameter,I_parameter,D_parameter;/*控制調(diào)試參數(shù)*/
int Sum_error;/*總偏差，位置式PID積分相關(guān)的參數(shù)*/
int Last_error;/*上次偏差，位置式PID積分相關(guān)的參數(shù)*/
}controller;
//構(gòu)造對象,初始化
void Ctor_controller(controller * const Me)
{
//清零
memset(Me,0,sizeof(controller));
}
//刪除對象
void Del_ontroller(controller * const Me)
{
;
}
//設(shè)置控制器參數(shù)
void Write_controller(controller * const Me,int P,int I,int D)
{
Me->P_parameter=P;
Me->I_parameter=I;
Me->D_parameter=D;
}
//讀取控制器參數(shù)的值
controller Read_controller(const controller * const Me,int P,int I,int D)
{
return (*Me);
}
//計算控制器輸出,細(xì)節(jié)看不懂沒關(guān)系，只需要知道傳入的是偏差，就會有輸出一個計算結(jié)果就行，這個結(jié)果能夠幫助控制
//至于偏差怎么定義什么時候需要用到PID控制器就知道了
int Out_controller(controller * const Me,int input)
{
float iIncpid=0;
int now_error=input;//當(dāng)前偏差
Me->Sum_error+=input;
//積分量限幅，方式積分飽和過深
if(Me->Sum_error >500)
{
Me->Sum_error = 500 ;
}
if(Me->Sum_error < -500)
{
Me->Sum_error = -500 ;
}
Me->ouput=Me->P_parameter * input // P
+Me->I_parameter * Me->Sum_error // I
+Me->D_parameter * (now_error-Me->Last_error); // D
Me->Last_error=now_error; // 存儲誤差，用于下次計算
return(Me->ouput); // 返回計算值
}
int main()
{
controller test;
controller read_val;
//構(gòu)造，創(chuàng)建一個對象
Ctor_controller(&test);
//設(shè)置對象的值
Write_controller(&test,1,1,1);
//查看對象的值
read_val=Read_controller(&test,1,1,1);
printf("對象 P= %d I=%d D=%d \r\n",read_val.P_parameter,read_val.I_parameter,read_val.D_parameter);
//調(diào)用控制器一次：
printf("控制器輸出=%d \r\n",Out_controller(&test,100));
}
代碼實現(xiàn)-進階版
到進階版，才能夠完整的看到封裝的實現(xiàn)，封裝里面就具有了對象的屬性與行為。這里我們通過函數(shù)指針訪問對象的行為，我們可以通過函數(shù)指針訪問對象的行為。
那具體行為是怎么實現(xiàn)的呢？實現(xiàn)是通過函數(shù)表中的函數(shù)指針來訪問函數(shù)，以此來實現(xiàn)不同函數(shù)的調(diào)用，從而實現(xiàn)對象的行為。
那讓我們看一下代碼實現(xiàn)，然后分析指針指向就知道函數(shù)是怎么實現(xiàn)的。
頭文件 ：定義了對象的屬性與行為
#ifndef __OOP_H
#define __OOP_H
//控制器對象
struct controller_vtbl;
typedef struct
{
//對象屬性
int input;/*控制器輸入*/
int ouput;/*控制器輸出*/
int P_parameter,I_parameter,D_parameter;/*控制調(diào)試參數(shù)*/
int Sum_error;/*總偏差，位置式PID積分相關(guān)的參數(shù)*/
int Last_error;/*上次偏差，位置式PID積分相關(guān)的參數(shù)*/
//對象行為指針，通過指針訪問函數(shù)
struct controller_vtbl *vptr;
}controller;
//對象的行為所在表，定義對象的行為在這里，通過定義函數(shù)指針指向需要實現(xiàn)對象行為的指針
struct controller_vtbl
{
controller * (*Ctor_controller)(void);
void (*Del_controller)(controller * const Me);
controller (*Read_controller)(const controller * const Me);
void (*Write_controller)(controller * const Me,int P,int I,int D);
int (*Out_controller)(controller * const Me,int input);
};
//對象行為函數(shù)
controller * Ctor_controller(void);
void Del_controller(controller * const Me);
controller Read_controller(const controller * const Me);
void Write_controller(controller * const Me,int P,int I,int D);
int Out_controller(controller * const Me,int input);
#endif
源文件：:具體函數(shù)的行為屬性的實現(xiàn)就在這里
//開始構(gòu)造對象，既然是控制器，對象必須具有輸入，輸出，調(diào)試參數(shù)
//屬性就是：參數(shù)值，輸入值，輸出值
//行為就是：設(shè)置參數(shù)，查看參數(shù)，根據(jù)輸入計算輸出，構(gòu)造對象，刪除對象
//屬性：用結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)
#include "stdio.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "temp.h"
//構(gòu)造對象,初始化
controller * Ctor_controller(void)
{
controller *ptr;
struct controller_vtbl *table;
ptr=(controller *)malloc(sizeof(controller));
table=(struct controller_vtbl *)malloc(sizeof(struct controller_vtbl));
//清零
memset(ptr,0,sizeof(controller));
table->Ctor_controller=&Ctor_controller;
table->Del_controller=&Del_controller;
table->Out_controller=&Out_controller;
table->Write_controller=&Write_controller;
table->Read_controller=&Read_controller;
ptr->vptr=table;
return ptr;
}
//刪除對象/析構(gòu)對象
void Del_controller(controller * const Me)
{
if(Me!=NULL)
{
free(Me->vptr);
free(Me);
}
}
//設(shè)置控制器參數(shù)
void Write_controller(controller * const Me,int P,int I,int D)
{
Me->P_parameter=P;
Me->I_parameter=I;
Me->D_parameter=D;
}
//讀取控制器參數(shù)的值
controller Read_controller(const controller * const Me)
{
return (*Me);
}
//計算控制器輸出,細(xì)節(jié)看不懂沒關(guān)系，只需要知道傳入的是偏差，就會有輸出一個計算結(jié)果就行，這個結(jié)果能夠幫助控制
//至于偏差怎么定義什么時候需要用到PID控制器就知道了
int Out_controller(controller * const Me,int input)
{
float iIncpid=0;
int now_error=input;//當(dāng)前偏差
Me->Sum_error+=input;
//積分量限幅，方式積分飽和過深
if(Me->Sum_error >500)
{
Me->Sum_error = 500 ;
}
if(Me->Sum_error < -500)
{
Me->Sum_error = -500 ;
}
Me->ouput=Me->P_parameter * input // P
+Me->I_parameter * Me->Sum_error // I
+Me->D_parameter * (now_error-Me->Last_error); // D
Me->Last_error=now_error; // 存儲誤差，用于下次計算
return(Me->ouput); // 返回計算值
}
int main()
{
controller *test;
controller read_val;
//構(gòu)造，創(chuàng)建一個對象，返回對象指針
test=Ctor_controller();
//設(shè)置對象的值
test->vptr->Write_controller(test,1,1,1);
//查看對象的值
read_val=test->vptr->Read_controller(test);
printf("對象 P= %d I=%d D=%d \r\n",read_val.P_parameter,read_val.I_parameter,read_val.D_parameter);
//調(diào)用控制器一次：
printf("控制器輸出=%d \r\n",test->vptr->Out_controller(test,100));
//刪除/銷毀一個對象
test->vptr->Del_controller(test);
}
運行結(jié)果：
對象 P= 1 I=1 D=1
控制器輸出=300
可以看到，我們這次操作對象并不是直接調(diào)用函數(shù)，而是通過指針的方式來訪問具體的哪個函數(shù)，而指針是在創(chuàng)建的對象里面的，這樣就可以直接通過對象來訪問它的行為。
后面實現(xiàn)多態(tài)也是使用了函數(shù)指針的方式，在多態(tài)里面這里的指針與行為表有了它自己的名字，就是虛指針與虛表。
總結(jié)
知道了什么是對象，對象與類的關(guān)系，以及如何實現(xiàn)面向?qū)ο蟮?strong>封裝，下一篇將了解到面向?qū)ο蟮?strong>繼承，如何用C語言來實現(xiàn)，例子依然是PID控制器，不過會對控制器進行繼承，更高級的實現(xiàn)。
本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
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