經常聽見別人說面向對象的程序設計,以前也有上過面向對象程序設計這門課。可是不幸的是,這些都是以C++,甚至VC++為基礎的。而更加不幸的是,多年以來我一直是一個的使用者。在學校的時候,我主要做的是硬件上的驅動層,和底層功能層。
在工作以後,又做的是手機上的軟件開發,所有這些都是和C離不開的。雖然我不得不說,C++是一門很好的語言,但是它的編譯速度,代碼效率,編譯後的代碼大小都限制了它在嵌入式上的應用。(盡管現在的嵌入式CPU越來越快,內存容量變大,我覺得用C++也應該沒有什麼問題。這使我覺得似乎是嵌入式編譯器的限制。雖然菲利普和TI好像都有C++的編譯器,但是似乎沒人用這個。難道是太貴了?但不管怎麼說,嵌入式應用中,C語言的普遍使用是肯定的)
那麼在面向過程的時代產生的C語言能否使用面向對象的思想呢?我認為是肯定可以的,C++不過是在語言級別上加入了對對象的支持,同時提供了豐富的對象庫。而在C語言下,我們只好自力更生了。
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麼:類,抽象類,繼承,多態。但是是什麼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。對於這樣的事情,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,然後是各個子節點,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。
1.宏定義:
有的人不禁要問,宏定義怎麼扯到這裡來了,我們可以先看一個簡單的例子:
#define MacroFunction Afunction
然後在程序裡面你調用了大量的AFunction,但是有一天,你突然發現你要用BFunction了,(不過AFunction又不能不要,很有可能你以後還要調用),這個時候,你就可以#define MacroFunction Bfunction來達到這樣的目的。
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,比如說網卡驅動裡面有一個入口函數Nilan(int FunctionCode,Para*)。具體的參數是什麼記不清楚了。不過NiLan的主體是這樣的:
Long Nilan(int FunctionCode,Para*)
{
Switch(FunctionCode)
{
Case SendPacket:
send(….)
Case ReceivePacket:
receive(…)
…..
}
寫到這裡大家明白什麼意思了吧。保證相同的函數名就是說:網卡驅動是和pNA+協議棧互連的,那麼如何保證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:如果以後想調用新的函數,增加相應的函數參數值就好了。如果我們將網卡驅動和pNA+協議棧看作兩個層的話,我們可以發現:層與層之間的互連接口是很小的(這裡是一個入口函數),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,仍然是一個難題。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,但是由於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麼耗時,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。(可以看後面的文章,要使用先進的程序框架,避免這樣的情況)