楊韜
（廣州致遠電子股份有限公司，廣東 廣州 510660）
摘要：多年以來，C語言在嵌入式軟件開發中被廣泛使用，但由于開發人員和應用場景等原因，面向對象、設計模式等優秀的軟件開發方法始終沒有很好地運用起來。時至今日，物聯網等應用的興起，給嵌入式軟件開發帶來新的挑戰，而傳統的面向過程開發已經難以支撐這些復雜的應用。因此，有必要在嵌入式軟件開發中引入面向對象、設計模式等優秀的軟件開發方法。面向對象是現代軟件方法的根基，面向對象體現在類上，使用類來創建對象的過程就是實例化。文章結合C語言的特性，對使用C語言實現類實例化進行了討論。
關鍵詞： C語言；面向對象；類；實例化
中圖分類號：TP312文獻標識碼：ADOI：10.19358/j.issn.16747720.2016.23.004
引用格式：楊韜. 用C語言實現類實例化的研究［J］.微型機與應用，2016,35（23）：15-17.
0引言
物聯網等應用的興起，給嵌入式軟件開發帶來新的挑戰，而傳統的面向過程開發已經難以支撐這些復雜的應用。因此，有必要在嵌入式軟件開發中引入面向對象、設計模式等優秀的軟件開發方法。本文討論了如何使用C語言來實現類的實例化。在C++等面向對象語言中對類做了原生的支持，使用new這類關鍵字即可實例化一個對象。盡管C語言并不支持new，但是通過對實例化過程的分析和拆分，也能實現實例化。
1基本概念［1］
1.1類
面向對象有封裝、繼承、多態三大特性，這些特性主要通過類來體現。類就是一個封裝了屬性以及相關操作的代碼的邏輯實體。
類具有屬性，它是對象的狀態的抽象，用數據結構來描述類的屬性。
類具有方法，它是對象的行為的抽象，用方法名和實現該操作的方法來描述。
除了封裝屬性和操作外，類還具有訪問控制的能力，比如，某些屬性和方法可以是私有的，不能被外界訪問。通過訪問控制，能夠對內部數據提供不同級別的保護，以防止外界意外地改變或使用了私有部分。不同的編程語言提供的訪問控制等級不盡相同，但都有公有、私有兩個等級。
類是抽象的數據類型，在內存中并不存在(Python等動態語言除外)，只有類的實例存在于內存中。
1.2對象
對象是人們要進行研究的任何事物，從最簡單的整數到復雜的飛機等均可看作為對象，它不僅能表示具體的事物，還能表示抽象的規則、計劃或事件。
對象具有狀態，一個對象用數據值來描述它的狀態。
對象還有操作，用于改變對象的狀態，對象及其操作就是對象的行為。
對象實現了數據和操作的結合，使數據和操作封裝于對象的統一體中。
1.3實例化
用類創建對象的過程就是實例化，創建的對象被稱為類的實例。實例化包含兩個步驟，第一步是分配對象的內存，第二步是初始化對象的內存。
2類封裝的C語言實現
類的第一大特性為封裝，封裝即將對象的屬性和方法封裝在一起，在C語言中可以使用.C、.H和結構體實現類的封裝特性。
以圖1中Human類為例，可以使用human.h、human.c、struct human三個元素來完成封裝，human.c為human.h中函數聲明的實現，本文不討論這些細節，所以只給出如下human.h的關鍵代碼片段：
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類實例化的C語言實現
實例化包含兩個步驟：分配對象的內存和初始化對象的內存。接下來本文以圖1中Human類的實例化為例，討論C語言如何實現類的實例化。
3.1對象的內存
如果把類看做類型，那么類的實例就是變量，既然是變量，那么就有動態變量、靜態變量和棧變量之分。在C語言中，使用malloc()這類動態內存分配函數得到的變量就是動態變量；全局變量和加了static關鍵字的變量就是靜態變量；在函數內創建的局部變量就是棧變量。下面的代碼展示了C語言中的這幾類變量：
#include "human.h"
struct humang_john;/* 靜態變量 */
static struct human __g_john;/* 靜態變量 */
void foo (void)
{
static struct human s_john;/* 靜態變量 */
struct human john;/* 棧變量 */
struct human*p_john = malloc(sizeof(*p_john));
/* 動態變量 */
}
站在內存的角度，可以把類看做結構體類型，類的實例就是結構體變量，因此，對象也就有動態對象、靜態對象和棧對象之分，它們之間的區別如表1所示。
free()
釋放內存內存分配可能失敗，花費的時間可能不確定；需要處理內存分配失敗的情況，增加程序的復雜性可以在需要時創建和銷毀對象靜態對象位于.data、
.bss內存段需要編譯時確定對象的數量；一直占用內存；對象數量太多太大時會影響程序啟動時間確定性好，只要程序能夠運行起來，就一定能夠創建成功棧對象位于系統
棧、對象棧對象太大會導致棧溢出自動完成對象內存的分配和回收
對于嵌入式軟件中的C面向對象編程，充分理解表1中的這三類對象是非常有必要的。大多數情況下，一個類都要能夠被實例化為靜態對象。
3.2對象的初始化
初始化對象就是初始化對象的內存，在初始化之前，必然要先得到對象的內存(上一小節已討論)，但無論對象的內存是何種類型，初始化的操作都是相同的。在JAVA等編程語言中，完成此操作的函數被稱作構造函數，使用C語言來實現就是一個名為xxxx_init()的初始化函數，也可稱之為構造函數。
以Human類為例，它的初始化函數human_init()如下面的代碼所示，可留意到對象的內存需要顯式傳遞給它。
human_t *human_init (human_t *p_this, const char *name, int money)
{
p_this->name = name;
p_this->_money = money;
return p_this;
}
3.3實例化
前面兩小節分別討論了對象的內存和對象的初始化，這兩步組成了實例化。下面的代碼展示了不同類型對象的實例化：
#include "human.h"
human_tg_john;/* 靜態對象 */
statichuman_t__g_jen;/* 靜態對象 */
void foo (void)
{
static human_ts_jack;/* 靜態對象 */
human_t tom;/* 棧對象 */
human_t*p_lee_mem= malloc(sizeof(*p_lee_mem));
/* 動態對象 */
// 實例化上面定義的靜態對象、動態對象和棧對象
human_t *p_john= human_init(&g_john, "john", 100);
human_t *p_jen = human_init(&__g_jen, "jen", 100);
human_t *p_jack = human_init(&s_jack, "jack", 100);
human_t *p_tom = human_init(&tom, "tom", 100);
human_t *p_lee = human_init(p_lee_mem, "lee", 100);
3.4訪問對象
對象實例化后便存于內存中，此時可以訪問對象的屬性和方法，下面的代碼展示了對象的訪問：
#include "human.h"
void foo (void)
{
human_t john;/* 定義對象內存 */
p_john = human_init(&jhon, "John", 100);
/* 初始化對象 */
printf("Human %s is born!", p_john->name);
/* 訪問對象的屬性 */
human_talk(p_john, "I am hungry");
/* 訪問對象的方法 */
human_deinit(&john)/* 對象解初始化 */
}
3.5銷毀對象
當對象不再使用時，便可銷毀之。銷毀對象與創建對象(實例化)的操作相反，首先對對象進行解初始化操作，然后再釋放對象的內存。
以Human類為例，首先調用human_deinit()完成對象的解初始化，接下來，如果是靜態對象或棧對象就不用顯式釋放對象的內存，因為靜態對象或棧對象有確定的生命周期；如果是調用malloc()等函數得到了動態對象，則必須調用free()等對應的函數釋放對象的內存。下面的代碼展示了各種對象的銷毀：
#include "human.h"
human_tg_john;/* 靜態對象 */
statichuman_t__g_jen;/* 靜態對象 */
void foo (void)
{
static human_ts_jack;/* 靜態對象 */
human_t tom;/* 棧對象 */
human_t*p_lee_mem= malloc(sizeof(*p_lee_mem));
/* 動態對象 */
// 實例化上面定義的靜態對象、動態對象和棧對象
human_t *p_john = human_init(&g_john, "john", 100);
human_t *p_jen = human_init(&__g_jen, "jen", 100);
human_t *p_jack = human_init(&s_jack, "jack", 100);
human_t *p_tom = human_init(&tom, "tom", 100);
human_t *p_lee = human_init(p_lee_mem, "lee", 100);
/* 銷毀對象 */
human_deinit(p_john);
human_deinit(p_jen);
human_deinit(p_jack);
human_deinit(p_tom);
human_deinit(p_lee);
free(p_lee_mem);
/* 注意：需要用戶釋放動態申請的對象內存 */
}
4結論
本文通過使用C語言實現Human類的實例化，討論了如何使用C語言來實現類的實例化。在C++等面向對象語言中對類做了原生的支持，使用new這類關鍵字即可實例化一個對象。盡管C語言并不支持new，但是通過對實例化過程的分析和拆分，也能實現實例化。
參考文獻
［1］ 百度. 百度百科/面向對象［EB/OL］.（2016-08-08）.http://baike.baidu.com/link?url=6XlXEOSlrKn87S7SJv4 UWSX7EjstoDVm wJ13OAod XUrUrnZkVg3ntPFir Ey5c6mqOb ZZOevQI6K3Ungq1Mq.