C语言如何实现面向对象

这里主要介绍下在C语言中是如何实现的面向对象。知道了C语言实现面向对象的方式，再联想下，C++中的class的运行原理是什么？

首先看一段C++的class，拿一个Student类来举例子：

在头文件中，我定义一个Student类：

#pragma once
class Student {
public:
  void SetNumber(int number);
  void SetGrade(int grade);
  void Print();
private:
  int number;
  int grade;
};

再在源文件中实现它：

#include "studentpp.h"
#include <stdio.h>
void Student::SetNumber(int number) { this->number = number; }
void Student::SetGrade(int grade) { this->grade = grade; }
void Student::Print() { printf("studentpp number : %d, grade : %d \n", this->number, this->grade);}

接下来是使用Student类：

#include <iostream>
#include "studentpp.h"
int main() {
  Student *stu1 = new Student;
  Student *stu2 = new Student;
  stu1->SetNumber(11);
  stu2->SetNumber(22);
  stu1->SetGrade(111);
  stu2->SetGrade(222);
  stu1->Print();
  stu2->Print();
  delete stu1;
  delete stu2;
}

再运行一下，运行结果不出所料。

有没有想过，它的底层是怎么实现的？为什么不同对象，设置了不同的number和grade，它的输出却不一样？

这个问题先放在这。等我用C语言实现一套这种方案后，估计就明白了。

首先，在头文件中定义一个C语言的结构体Student：

#pragma once
typedef struct Student Student;
Student* CreateStudent();
void DestroyStudent(Student* student);
void SetNumber(Student* student, int number);
void SetGrade(Student* student, int grade);
void Print(Student* student);

注意在这里使用了一个typedef，即Student = struct Student;

但是却没有在头文件中定义它：

struct Student {
  int number;
  int grade;
};

我把它放在了源文件中，在源文件中定义它，再实现相关的方法。

#include "student.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

struct Student {
  int number;
  int grade;
};

Student* CreateStudent() {
  Student* self = (Student*)malloc(sizeof(Student));
  return self;
}

void DestroyStudent(Student* student) {
  if (!student) return;
  free((void*)student);
}

void SetNumber(Student* student, int number) {
  if (!student) return;
  student->number = number;
}

void SetGrade(Student* student, int grade) {
  if (!student) return;
  student->grade = grade;
}

void Print(Student* student) {
  if (!student) return;
  printf("student number : %d, grade : %d \n", student->number, student->grade);
}

然后使用它：

#include "student.h"

int main() {
  Student* stu1 = CreateStudent();
  Student* stu2 = CreateStudent();
  SetNumber(stu1, 11);
  SetNumber(stu2, 22);
  SetGrade(stu1, 111);
  SetGrade(stu2, 222);
  Print(stu1);
  Print(stu2);
  DestroyStudent(stu1);
  DestroyStudent(stu2);
}

这是不是面向对象的原理？数据封装到了不同的指针下，不同的指针传到了相同的函数中，行为也会不同。

这时候再联想一下C++中的面向对象是不也是这个原理：

平时我们使用的：

a->Print();

其实它的原理可能是这样的：

void Print(Student* this) {
  this->number;
  this->grade;
}

只不过编译器把默认的这个this参数隐藏在内部，我们看不见而已。其实每个成员函数默认都会有一个参数，就是对象的指针，也就是this指针。到这里你应该也就明白面向对象的原理了吧。

注意在这里我使用了一个typedef，即Student = struct Student;

但是我却没有在头文件中定义它。

这样可以更好的隐藏Student的实现，外面不知道Student究竟是什么东西，只有内部知道。在头文件中对外只暴露Student的指针，然后指针传到源文件中，再去解析它。

比如，我在其它地方想要得到Student的大小，编译器会报错，没法使用sizeof，因为它不知道Student，它只知道它是不完整的类型。而只能在源文件中使用sizeof。

这种设计是不是比C++的class更安全一些，确实安全，其实C++也可以这样实现，就是可以使用pImpl指针。

pimpl我暂时先不介绍，大家可以自己研究一下（其实历史文章中介绍过）。

大家可以思考下，怎么用C语言实现多态呢？