杨韬
（广州致远电子股份有限公司，广东 广州 510660）
摘要： C语言在嵌入式软件开发中被广泛使用，但由于开发人员和应用场景等原因，面向对象、设计模式等优秀的软件开发方法始终没有很好地运用起来。时至今日，物联网等应用的兴起给嵌入式软件开发带来新的挑战，而传统的面向过程开发方法已经难以支撑这些复杂的应用。因此，有必要在嵌入式软件开发中引入面向对象、设计模式等优秀的软件开发方法。面向对象是现在软件方法的根基，继承是面向对象的三大特性之一，本文结合C语言的特性，对使用C语言实现继承进行了讨论。
关键词： C语言；面向对象；类；继承
中图分类号：TP312文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2016.24.005
引用格式：杨韬. 用C语言实现继承的研究［J］.微型机与应用，2016,35（24）：16-18.
0引言
物联网等应用的兴起，给嵌入式软件开发带来新的挑战，而传统的面向过程开发方法已经难以支撑这些复杂的应用。因此，有必要在嵌入式软件开发中引入面向对象、设计模式等优秀的软件开发方法。在C++等面向对象语言中对类做了原生的支持，提供了class这一数据类型，能够很自然地支持继承这一面向对象特性。尽管C语言并不支持class，但是能够通过一些特殊的处理来模拟继承，本文将讨论如何使用C语言来实现继承这一面向对象特性。
1基本概念［1］
1.1类
面向对象有三大特性：封装、继承、多态，这些特性主要通过类来体现。类就是一个封装了属性以及相关操作的代码的逻辑实体。
类具有属性，它是对象状态的抽象，用数据结构来描述类的属性。
类具有方法，它是对象行为的抽象，用方法名和实现该操作的方法来描述。
除了封装属性和操作外，类还具有访问控制的能力，比如，某些属性和方法可以是私有的，不能被外界访问。通过访问控制，能够对内部数据提供不同级别的保护，以防止外界意外地改变或使用了私有部分。不同的编程语言提供的访问控制等级不尽相同，但都有公有、私有两个等级。
类是抽象的数据类型，在内存中并不存在(Python等动态语言除外)，只有类的实例存在于内存中。
1.2继承
在定义一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础上进行，新的类自动继承已存在类的公有属性和方法，在此基础上可以添加新的属性或方法，这种特性就是继承。被继承的类称作父类或基类，继承而得到的新类称作子类或派生类。通过继承可以使开发的软件具有扩展性，简化了类的创建工作量，提高了代码复用性。
图1为类继承的UML图，图中定义了两个类，两个类用空心三角箭头连接，箭头指向的就是父类Human，箭尾就是子类Chinese。Chinese类继承了Human类，Chinese类自动拥有Human的公有属性和方法(即name、buy()和talk())，此外，Chinese类新添加了方法play_mahjong()。通俗点描述就是：中国人是人类，有名字，能够讲话和购物，除此之外，还能打麻将。
继承分为单重继承和多重继承：子类只继承一个父类，称为单重继承，如图1所示；子类继承多个父类，称为多重继承，如图2所示。为了避免二义性，不推荐使用多重继承，本文只讨论单重继承。
2类的C语言实现
在C语言中可以使用.c、.h和结构体来实现类，以图1中Human类为例，可以使用human.h、human.c、struct human三个元素来完成封装，human.c为human.h中函数声明的实现，本文不讨论这些细节，只给出human.h的关键代码片段：
程序清单1Human类C语言实现
// human.h
typedef struct human {
const char *name;
int _money;
} human_t;
human_t *human_init(human_t *p_this,
const char *name,
int money);
voidhuman_talk(human_t *p_this,
const char *p_words);
voidhuman_buy (human_t *p_this,
const char *p_something,
unsigned price,
unsigned count);
voidhuman_deinit(human_t *p_this);
3继承的C语言实现
3.1C语言不能实现严格的继承
一种常见的用C语言实现继承的方法如下面的代码所示：
/* 父类 /基类*/
struct parent {
int a;
};
/* 子类/派生类 */
struct child {
struct parent base; /* 第一个成员为基类 */
int b;
};
void foo (void)
{
struct childfoo;
struct child *p_child;
struct parent*p_parent;
p_child = &foo;
p_parent = (struct parent *)p_child;
/* 将子类转换为父类 */
p_parent->a = 100;/* 访问父类成员 */
}
上面的代码中定义了一个父类和子类，foo()函数中实例化了一个子类对象，使用强制类型转换将子类对象的指针p_child转换为父类指针p_parent，如此达到了访问其父类成员的效果。此方法有明显的缺陷——使用了强制类型转换，而在C语言编程中是要避免使用强制类型转换的。如果要得到子类的父类，推荐下面这种更安全的方法：
p_parent = &p_child->base;
对于很多面向对象编程语言来说，子类对象调用父类的属性方法不需要显式转型，而C语言做不到这一点，比如，不能通过p_child->a直接访问父类的属性，因此，严格意义上说“C语言不能实现严格的继承”。
3.2用C语言实现继承
在前面一节中指出“C语言不能实现严格的继承”，尽管如此，由于继承在软件设计中时有使用，因此用C语言实现继承仍是必要的。尽管继承实现的效果不如C++等面向对象语言那么完美，但还是可以达到实用程度的。
以图1为例，Human为父类，Chinese为基类。Human类的实现请参考程序清单1，Chinese类的实现(chinese.h)请参考程序清单2，chinese.c为chinese.h中函数声明的实现，本文不讨论这些细节。
程序清单2Chinese类C语言实现
#include "human.h"
typedef struct chinese {
human_t super;
const char *city;
} chinese_t;
#define CHINESE_TO_HUMAN(p_chinese) \ (&((p_chinese)->super))
chinese_t *chinese_init (chinese_t *p_this, const char *name, int money, const char *city);
chinese_t *chinese_create(const char *name, unsigned int money, const char *city);
void chinese_play_mahjong (chinese_t *p_this);
void chinese_deinit (chinese_t *p_this);
void chinese_delete (chinese_t **pp_this);
Chinese类继承Human类体现在struct chinese 结构体中嵌入了其父类struct human成员，但这并不是完美的继承，如果要访问父类的属性和方法，需要先调用CHINESE_TO_HUMAN()将子类指针转型为父类指针。需要注意的是CHINESE_TO_HUMAN()并没有使用强制类型转换，这意味着struct chinese的成员super可以放在任意位置，大大提高了使用的安全性和灵活性。程序清单3展示了继承相关特性的使用。
程序清单3继承的使用
chinese_txiaoming, *p_xiaoming;
human_t*p_human;
p_ xiaoming = chinese_create(
"XiaoMing", 100, "Beijing"); // 实例化子类
p_human = CHINESE_TO_HUMAN(p_ xiaoming);
// 向上转型，得到父类引用
human_talk(p_human, "Ni Hao!\\n");// 调用父类方法
chinese_play_mahjong(p_laowang);// 调用子类方法
4结论
本文通过使用C语言实现Chinese类对Human类的继承，讨论了如何使用C语言来实现继承。在C++等面向对象语言中对类做了原生的支持，能够很容易地实现。尽管C语言不能实现严格意义上的继承，但是通过在一个结构体中嵌入另一个结构体的方式，也能达到继承的效果，与其他面向对象语言不同的是，调用父类方法时需要显式转型。
参考文献
［1］ 百度百科. 面向对象［EB/OL］.（2012 12 12）［2016 08 08］http://baike.baidu.com/linkurl=6XlXEOSlrKn87S7SJv4U WSX7EjstoDVmwJ13OAodXUrUrnZkVg3ntPFirEy5c6mqObZZ OevQI6K3Ungq1Mq.