什么是一组漂亮的预处理程序黑客（ANSI C89 / ISO C90兼容），它可以在C中实现某种丑陋（但可用）的面向对象？
我熟悉一些不同的面向对象语言，所以请不要回答“学习C ++！”这样的答案。我读过“Object-Oriented Programming With ANSI C”（谨防：PDF格式）和其他一些有趣的解决方案，但我最感兴趣的是你:-)！
C Object System (COS)听起来很有前途（它仍然是alpha版本）。为了简单和灵活，它试图保持最小的可用概念：统一的面向对象编程，包括开放类，元类，属性元类，泛型，多方法，委托，所有权，异常，契约和闭包。有一个描述它的draft paper（PDF）。
Exception in C是其他OO语言中的TRY-CATCH-FINALLY的C89实现。它附带了一个测试套件和一些例子。
两人都是Laurent Deniau，他在OOP in C上工作很多。
我认为Adam Rosenfield发布的是在C中进行OOP的正确方法。我想补充一点，他所展示的是对象的实现。换句话说，实际的实现将放在.c文件中，而接口将放在头文件.h文件中。例如，使用上面的猴子示例：
界面看起来像：
//monkey.h
struct _monkey;
typedef struct _monkey monkey;
//memory management
monkey * monkey_new();
int monkey_delete(monkey *thisobj);
//methods
void monkey_dance(monkey *thisobj);
您可以在界面.h文件中看到您只定义原型。然后，您可以将实现部分“.c文件”编译为静态或动态库。这会创建封装，您也可以随意更改实现。对象的用户需要几乎不了解它的实现。这也将重点放在对象的整体设计上。
我个人认为，oop是一种概念化代码结构和可重用性的方式，并且与添加到c ++（如重载或模板）的其他内容实际上没有任何关系。是的，它们是非常好的有用功能，但它们并不代表面向对象编程的真正含义。
我的建议：保持简单。我遇到的最大问题之一是维护旧软件（有时超过10年）。如果代码不简单，则可能很难。是的，人们可以在C中编写非常有用的OOP和多态，但它可能很难阅读。
我更喜欢封装一些明确定义的功能的简单对象。一个很好的例子是GLIB2，例如哈希表：
GHastTable* my_hash = g_hash_table_new(g_str_hash, g_str_equal);
int size = g_hash_table_size(my_hash);
...
g_hash_table_remove(my_hash, some_key);
关键是：
使用C编程面向对象样式的另一种方法是使用代码生成器将特定于域的语言转换为C.使用TypeScript和JavaScript完成将OOP引入js。
#include "triangle.h"
#include "rectangle.h"
#include "polygon.h"
#include <stdio.h>
int main()
{
Triangle tr1= CTriangle->new();
Rectangle rc1= CRectangle->new();
tr1->width= rc1->width= 3.2;
tr1->height= rc1->height= 4.1;
CPolygon->printArea((Polygon)tr1);
printf("\n");
CPolygon->printArea((Polygon)rc1);
}
输出：
6.56
13.12
这是用C编写OO编程的一个节目。
这是真正的纯C，没有预处理器宏。我们有继承，多态和数据封装（包括对类或对象私有的数据）。对于受保护的限定符，没有机会等同，也就是说，私有数据也是私有数据。但这不是一个不便，因为我认为没有必要。
CPolygon没有实例化，因为我们只使用它来操纵具有共同方面但具有不同实现方式（多态）的无遗链中的对象。
@Adam Rosenfield对如何用C实现OOP有很好的解释
此外，我建议你阅读
1）pjsip
一个非常好的VoIP库。您可以通过结构和函数指针表了解它是如何实现OOP的
了解iOS Runtime如何为Objective C提供支持。它通过isa指针，元类实现OOP
对我来说，C中的面向对象应该具有以下特征：
除此之外，它应该依赖于ANSI / ISO规范，不应该依赖于编译器特定的功能。
看看http://ldeniau.web.cern.ch/ldeniau/html/oopc/oopc.html。如果没有别的东西通过文档阅读是一个启发性的经验。
我在这里参加派对有点晚了但是我喜欢避免两个极端的极端 - 过多或过多的混淆代码，但是一些明显的宏可以使OOP代码更容易开发和阅读：
/*
* OOP in C
*
* gcc -o oop oop.c
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
struct obj2d {
float x; // object center x
float y; // object center y
float (* area)(void *);
};
#define X(obj) (obj)->b1.x
#define Y(obj) (obj)->b1.y
#define AREA(obj) (obj)->b1.area(obj)
void *
_new_obj2d(int size, void * areafn)
{
struct obj2d * x = calloc(1, size);
x->area = areafn;
// obj2d constructor code ...
return x;
}
// --------------------------------------------------------
struct rectangle {
struct obj2d b1; // base class
float width;
float height;
float rotation;
};
#define WIDTH(obj) (obj)->width
#define HEIGHT(obj) (obj)->height
float rectangle_area(struct rectangle * self)
{
return self->width * self->height;
}
#define NEW_rectangle() _new_obj2d(sizeof(struct rectangle), rectangle_area)
// --------------------------------------------------------
struct triangle {
struct obj2d b1;
// deliberately unfinished to test error messages
};
#define NEW_triangle() _new_obj2d(sizeof(struct triangle), triangle_area)
// --------------------------------------------------------
struct circle {
struct obj2d b1;
float radius;
};
#define RADIUS(obj) (obj)->radius
float circle_area(struct circle * self)
{
return M_PI * self->radius * self->radius;
}
#define NEW_circle() _new_obj2d(sizeof(struct circle), circle_area)
// --------------------------------------------------------
#define NEW(objname) (struct objname *) NEW_##objname()
int
main(int ac, char * av[])
{
struct rectangle * obj1 = NEW(rectangle);
struct circle * obj2 = NEW(circle);
X(obj1) = 1;
Y(obj1) = 1;
// your decision as to which of these is clearer, but note above that
// macros also hide the fact that a member is in the base class
WIDTH(obj1) = 2;
obj1->height = 3;
printf("obj1 position (%f,%f) area %f\n", X(obj1), Y(obj1), AREA(obj1));
X(obj2) = 10;
Y(obj2) = 10;
RADIUS(obj2) = 1.5;
printf("obj2 position (%f,%f) area %f\n", X(obj2), Y(obj2), AREA(obj2));
// WIDTH(obj2) = 2; // error: struct circle has no member named width
// struct triangle * obj3 = NEW(triangle); // error: triangle_area undefined
}
我认为这有很好的平衡，并且它产生的错误（至少对于默认的gcc 6.3选项）对于一些更可能的错误是有帮助的，而不是混淆。重点是提高程序员的工作效率吗？
我也正在基于宏解决方案开展这项工作。所以这只是最勇敢的，我猜;-)但它已经相当不错了，而且我已经开始研究一些项目了。它的工作原理是您首先为每个类定义一个单独的头文件。像这样：
#define CLASS Point
#define BUILD_JSON
#define Point__define \
METHOD(Point,public,int,move_up,(int steps)) \
METHOD(Point,public,void,draw) \
\
VAR(read,int,x,JSON(json_int)) \
VAR(read,int,y,JSON(json_int)) \
要实现该类，请为其创建头文件，并在其中实现方法的C文件：
METHOD(Point,public,void,draw)
{
printf("point at %d,%d\n", self->x, self->y);
}
在为类创建的标头中，您包含了所需的其他标头，并定义了与该类相关的类型等。在类头文件和C文件中，您都包含类规范文件（请参阅第一个代码示例）和一个X-macro。这些X-macros（1，2，3等）将代码扩展到实际的类结构和其他声明。
要继承一个类，#define SUPER supername并添加supername__define \作为类定义中的第一行。两者都必须在那里。还有JSON支持，信号，抽象类等。
要创建对象，只需使用W_NEW(classname, .x=1, .y=2,...)。初始化基于C11中引入的struct初始化。它运行良好，未列出的所有内容都设置为零。
要调用方法，请使用W_CALL(o,method)(1,2,3)。它看起来像一个更高阶函数调用，但它只是一个宏。它扩展到((o)->klass->method(o,1,2,3))这是一个非常好的黑客。
由于框架需要一些样板代码，我编写了一个完成工作的Perl脚本（wobject）。如果你使用它，你可以写
class Point
public int move_up(int steps)
public void draw()
read int x
read int y
它将创建类规范文件，类头和C文件，其中包括实现该类的Point_impl.c。它节省了大量的工作，如果你有很多简单的类，但仍然一切都在C. wobject是一个非常简单的基于正则表达式的扫描仪，很容易适应特定的需要，或从头开始重写。
我建议不要使用预处理器（ab）来尝试使C语法更像是另一种更面向对象的语言。在最基本的层面上，您只需使用普通结构作为对象并通过指针传递它们：
struct monkey
{
float age;
bool is_male;
int happiness;
};
void monkey_dance(struct monkey *monkey)
{
/* do a little dance */
}
要获得继承和多态这样的东西，你必须更努力地工作。您可以通过让结构的第一个成员成为超类的实例来进行手动继承，然后您可以自由地转换指向基类和派生类的指针：
struct base
{
/* base class members */
};
struct derived
{
struct base super;
/* derived class members */
};
struct derived d;
struct base *base_ptr = (struct base *)&d; // upcast
struct derived *derived_ptr = (struct derived *)base_ptr; // downcast
要获得多态（即虚函数），可以使用函数指针，也可以使用函数指针表，也称为虚拟表或vtable：
struct base;
struct base_vtable
{
void (*dance)(struct base *);
void (*jump)(struct base *, int how_high);
};
struct base
{
struct base_vtable *vtable;
/* base members */
};
void base_dance(struct base *b)
{
b->vtable->dance(b);
}
void base_jump(struct base *b, int how_high)
{
b->vtable->jump(b, how_high);
}
struct derived1
{
struct base super;
/* derived1 members */
};
void derived1_dance(struct derived1 *d)
{
/* implementation of derived1's dance function */
}
void derived1_jump(struct derived1 *d, int how_high)
{
/* implementation of derived 1's jump function */
}
/* global vtable for derived1 */
struct base_vtable derived1_vtable =
{
&derived1_dance, /* you might get a warning here about incompatible pointer types */
&derived1_jump /* you can ignore it, or perform a cast to get rid of it */
};
void derived1_init(struct derived1 *d)
{
d->super.vtable = &derived1_vtable;
/* init base members d->super.foo */
/* init derived1 members d->foo */
}
struct derived2
{
struct base super;
/* derived2 members */
};
void derived2_dance(struct derived2 *d)
{
/* implementation of derived2's dance function */
}
void derived2_jump(struct derived2 *d, int how_high)
{
/* implementation of derived2's jump function */
}
struct base_vtable derived2_vtable =
{
&derived2_dance,
&derived2_jump
};
void derived2_init(struct derived2 *d)
{
d->super.vtable = &derived2_vtable;
/* init base members d->super.foo */
/* init derived1 members d->foo */
}
int main(void)
{
/* OK! We're done with our declarations, now we can finally do some
polymorphism in C */
struct derived1 d1;
derived1_init(&d1);
struct derived2 d2;
derived2_init(&d2);
struct base *b1_ptr = (struct base *)&d1;
struct base *b2_ptr = (struct base *)&d2;
base_dance(b1_ptr); /* calls derived1_dance */
base_dance(b2_ptr); /* calls derived2_dance */
base_jump(b1_ptr, 42); /* calls derived1_jump */
base_jump(b2_ptr, 42); /* calls derived2_jump */
return 0;
}
这就是你在C中做多态的方法。它并不漂亮，但它能完成这项任务。有一些棘手的问题涉及基类和派生类之间的指针转换，只要基类是派生类的第一个成员，它们是安全的。多重继承要困难得多 - 在这种情况下，为了除了第一个之外的基类之间的情况，你需要根据正确的偏移量手动调整指针，这非常棘手且容易出错。
您可以做的另一件（棘手的事）是在运行时更改对象的动态类型！你只需重新分配一个新的vtable指针。您甚至可以选择性地更改某些虚拟功能，同时保留其他功能，从而创建新的混合类型。只需要小心创建一个新的vtable而不是修改全局vtable，否则你会意外地影响给定类型的所有对象。
开源的Dynace项目就是这样做的。它在https://github.com/blakemcbride/Dynace
如果你需要编写一些代码，试试这个：https://github.com/fulminati/class-framework
#include "class-framework.h"
CLASS (People) {
int age;
};
int main()
{
People *p = NEW (People);
p->age = 10;
printf("%d\n", p->age);
}
我曾经使用过一个C库，它的实现方式令我感到非常优雅。他们用C语言编写了一种定义对象的方法，然后从它们继承，以便它们像C ++对象一样可扩展。基本的想法是这样的：
继承很难描述，但基本上是这样的：
struct vehicle {
int power;
int weight;
}
然后在另一个文件中：
struct van {
struct vehicle base;
int cubic_size;
}
然后你可以在内存中创建一个面包车，并由只知道车辆的代码使用：
struct van my_van;
struct vehicle *something = &my_van;
vehicle_function( something );
它运行得很漂亮，.h文件确切地定义了你应该能够对每个对象做什么。
用于Linux的GNOME桌面是用面向对象的C编写的，它有一个名为“GObject”的对象模型，它支持属性，继承，多态，以及一些其他好东西，如引用，事件处理（称为“信号”），运行时打字，私人数据等
它包括预处理器hacks，用于在类层次结构中进行类型转换等操作。这是我为GNOME编写的一个示例类（像gchar这样的东西是typedef）：
在GObject结构中，有一个GType整数，用作GLib动态类型系统的幻数（你可以将整个结构转换为“GType”来找到它的类型）。
如果您将对象调用的方法视为将隐式“this”传递给函数的静态方法，则可以使C中的OO更容易思考。
例如：
String s = "hi";
System.out.println(s.length());
变为：
string s = "hi";
printf(length(s)); // pass in s, as an implicit this
或类似的东西。
在我知道OOP是什么之前，我曾经在C中做过这种事情。
下面是一个示例，它实现了一个数据缓冲区，该缓冲区在给定最小大小，增量和最大大小的情况下按需增长。这个特定的实现是基于“元素”的，也就是说它被设计为允许任何C类型的类似列表的集合，而不仅仅是一个可变长度的字节缓冲区。
我们的想法是使用xxx_crt（）实例化对象，并使用xxx_dlt（）删除。每个“成员”方法都采用特定类型的指针进行操作。
我以这种方式实现了链表，循环缓冲区和许多其他东西。
我必须承认，我从未考虑过如何使用这种方法实现继承。我想Kieveli提供的一些混合可能是一条好路。
dtb.c：
#include <limits.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
static void dtb_xlt(void *dst, const void *src, vint len, const byte *tbl);
DTABUF *dtb_crt(vint minsiz,vint incsiz,vint maxsiz) {
DTABUF *dbp;
if(!minsiz) { return NULL; }
if(!incsiz) { incsiz=minsiz; }
if(!maxsiz || maxsiz<minsiz) { maxsiz=minsiz; }
if(minsiz+incsiz>maxsiz) { incsiz=maxsiz-minsiz; }
if((dbp=(DTABUF*)malloc(sizeof(*dbp))) == NULL) { return NULL; }
memset(dbp,0,sizeof(*dbp));
dbp->min=minsiz;
dbp->inc=incsiz;
dbp->max=maxsiz;
dbp->siz=minsiz;
dbp->cur=0;
if((dbp->dta=(byte*)malloc((vuns)minsiz)) == NULL) { free(dbp); return NULL; }
return dbp;
}
DTABUF *dtb_dlt(DTABUF *dbp) {
if(dbp) {
free(dbp->dta);
free(dbp);
}
return NULL;
}
vint dtb_adddta(DTABUF *dbp,const byte *xlt256,const void *dtaptr,vint dtalen) {
if(!dbp) { errno=EINVAL; return -1; }
if(dtalen==-1) { dtalen=(vint)strlen((byte*)dtaptr); }
if((dbp->cur + dtalen) > dbp->siz) {
void *newdta;
vint newsiz;
if((dbp->siz+dbp->inc)>=(dbp->cur+dtalen)) { newsiz=dbp->siz+dbp->inc; }
else { newsiz=dbp->cur+dtalen; }
if(newsiz>dbp->max) { errno=ETRUNC; return -1; }
if((newdta=realloc(dbp->dta,(vuns)newsiz))==NULL) { return -1; }
dbp->dta=newdta; dbp->siz=newsiz;
}
if(dtalen) {
if(xlt256) { dtb_xlt(((byte*)dbp->dta+dbp->cur),dtaptr,dtalen,xlt256); }
else { memcpy(((byte*)dbp->dta+dbp->cur),dtaptr,(vuns)dtalen); }
dbp->cur+=dtalen;
}
return 0;
}
static void dtb_xlt(void *dst,const void *src,vint len,const byte *tbl) {
byte *sp,*dp;
for(sp=(byte*)src,dp=(byte*)dst; len; len--,sp++,dp++) { *dp=tbl[*sp]; }
}
vint dtb_addtxt(DTABUF *dbp,const byte *xlt256,const byte *format,...) {
byte textÝ501¨;
va_list ap;
vint len;
va_start(ap,format); len=sprintf_len(format,ap)-1; va_end(ap);
if(len<0 || len>=sizeof(text)) { sprintf_safe(text,sizeof(text),"STRTOOLNG: %s",format); len=(int)strlen(text); }
else { va_start(ap,format); vsprintf(text,format,ap); va_end(ap); }
return dtb_adddta(dbp,xlt256,text,len);
}
vint dtb_rmvdta(DTABUF *dbp,vint len) {
if(!dbp) { errno=EINVAL; return -1; }
if(len > dbp->cur) { len=dbp->cur; }
dbp->cur-=len;
return 0;
}
vint dtb_reset(DTABUF *dbp) {
if(!dbp) { errno=EINVAL; return -1; }
dbp->cur=0;
if(dbp->siz > dbp->min) {
byte *newdta;
if((newdta=(byte*)realloc(dbp->dta,(vuns)dbp->min))==NULL) {
free(dbp->dta); dbp->dta=null; dbp->siz=0;
return -1;
}
dbp->dta=newdta; dbp->siz=dbp->min;
}
return 0;
}
void *dtb_elmptr(DTABUF *dbp,vint elmidx,vint elmlen) {
if(!elmlen || (elmidx*elmlen)>=dbp->cur) { return NULL; }
return ((byte*)dbp->dta+(elmidx*elmlen));
}
dtb.h
typedef _Packed struct {
vint min; /* initial size */
vint inc; /* increment size */
vint max; /* maximum size */
vint siz; /* current size */
vint cur; /* current data length */
void *dta; /* data pointer */
} DTABUF;
#define dtb_dtaptr(mDBP) (mDBP->dta)
#define dtb_dtalen(mDBP) (mDBP->cur)
DTABUF *dtb_crt(vint minsiz,vint incsiz,vint maxsiz);
DTABUF *dtb_dlt(DTABUF *dbp);
vint dtb_adddta(DTABUF *dbp,const byte *xlt256,const void *dtaptr,vint dtalen);
vint dtb_addtxt(DTABUF *dbp,const byte *xlt256,const byte *format,...);
vint dtb_rmvdta(DTABUF *dbp,vint len);
vint dtb_reset(DTABUF *dbp);
void *dtb_elmptr(DTABUF *dbp,vint elmidx,vint elmlen);
PS：vint只是int的typedef - 我用它来提醒我，它的长度在平台之间是可变的（用于移植）。
ffmpeg（用于视频处理的工具包）是用直接C（和汇编语言）编写的，但使用面向对象的样式。它充满了带有函数指针的结构体。有一组工厂函数使用适当的“方法”指针初始化结构。
如果你真的认为是装箱，甚至标准C库使用OOP - 以FILE *为例：fopen()初始化一个FILE *对象，你使用它使用成员方法fscanf()，fprintf()，fread()，fwrite()等，并最终用fclose()完成它。
您也可以使用伪Objective-C方式，这也不难：
typedef void *Class;
typedef struct __class_Foo
{
Class isa;
int ivar;
} Foo;
typedef struct __meta_Foo
{
Foo *(*alloc)(void);
Foo *(*init)(Foo *self);
int (*ivar)(Foo *self);
void (*setIvar)(Foo *self);
} meta_Foo;
meta_Foo *class_Foo;
void __meta_Foo_init(void) __attribute__((constructor));
void __meta_Foo_init(void)
{
class_Foo = malloc(sizeof(meta_Foo));
if (class_Foo)
{
class_Foo = {__imp_Foo_alloc, __imp_Foo_init, __imp_Foo_ivar, __imp_Foo_setIvar};
}
}
Foo *__imp_Foo_alloc(void)
{
Foo *foo = malloc(sizeof(Foo));
if (foo)
{
memset(foo, 0, sizeof(Foo));
foo->isa = class_Foo;
}
return foo;
}
Foo *__imp_Foo_init(Foo *self)
{
if (self)
{
self->ivar = 42;
}
return self;
}
// ...
使用：
int main(void)
{
Foo *foo = (class_Foo->init)((class_Foo->alloc)());
printf("%d\n", (foo->isa->ivar)(foo)); // 42
foo->isa->setIvar(foo, 60);
printf("%d\n", (foo->isa->ivar)(foo)); // 60
free(foo);
}
如果使用了相当古老的Objective-C-to-C转换器，这可能是由于某些Objective-C代码导致的：
@interface Foo : NSObject
{
int ivar;
}
- (int)ivar;
- (void)setIvar:(int)ivar;
@end
@implementation Foo
- (id)init
{
if (self = [super init])
{
ivar = 42;
}
return self;
}
@end
int main(void)
{
Foo *foo = [[Foo alloc] init];
printf("%d\n", [foo ivar]);
[foo setIvar:60];
printf("%d\n", [foo ivar]);
[foo release];
}