C语言面向对象编程（四）：面向接口编程

Java 中有 interface 关键字，C++ 中有抽象类或纯虚类可以与 interface 比拟，C 语言中也可以实现类似的特性。

在面试 Java 程序员时我经常问的一个问题是：接口和抽象类有什么区别。

很多编程书籍也经常说要面向接口编程，我的理解是，接口强制派生类必须实现基类（接口）定义的契约，而抽象类则允许实现继承从而导致派生类可以不实现（重写）基类（接口）定义的契约。通常这不是问题，但在有一些特定的情况，看起来不那么合适。

比如定义一个 Shape 基类，其中定义一个 draw() 方法，给一个什么都不做的默认实现（通常是空函数体），这实际没有任何意义。

再比如基类改变某个方法的实现，而派生类采用实现继承并没有重写这个方法，此时可能会导致一些奇怪的问题。以鸟为例，基类为 Bird ，我们可能会定义一个 fly() 方法，一个 walk() 方法，因为有的人认为鸟既可以走又可以飞。开始时我们在 walk() 的实现里作了假定，认为双脚交叉前进才是 walk ，可是后来发现有些鸟是双脚一齐蹦的，不会交叉前进。这个时候怎么办？基类 Bird 的 walk() 方法是否要修改、如何修改？

在 C++ 中，没有接口关键字 interface ，同时为了代码复用，经常采用实现继承。在 C 语言中，我们前面几篇文章讨论了封装、隐藏、继承、虚函数、多态等概念，虽然都可以实现，但使用起来总不如自带这些特性的语言（如 C++ 、Java ）等得心应手。一旦你采用我们前面描述的方法来进行面向对象编程，就会发现，在 C 语言中正确的维护类层次是一件非常繁琐、容易出错的事情，而且要比面向对象的语言多写很多代码（这很容易理解，面向对象语言自带轮子，而 C 要自己造轮子，每实现一个类都要造一遍）。但有一点，当我们使用 C 语言作面向对象编程时，比 C++ 有明显的优势，那就是接口。

接口强制派生类实现，这点在 C 中很容易做到。而且我们在编程中，实际上多数时候也不需要那么多的继承层次，一个接口类作为基类，一个实现类继承接口类，这基本就够了。在 C 语言中采用这种方式，可以不考虑析构函数、超过 3 层继承的上下类型转换、虚函数调用回溯、虚函数表装配等等问题，我们所要做的，就是实现基类接口，通过基类指针，就只能操作继承层次中最底层的那个类的对象；而基类接口，天生就是不能实例化的（其实是实例化了没办法使用，因为结构体的函数指针没人给它赋值）。

一个示例如下：

[cpp] view plaincopy print?

struct base_interface {
void (*func1)(struct base_interface* b);
void (*func2)(struct base_interface* b);
int (*func_3)(struct base_interface* b, char * arg);
};
struct derived {
struct base_interface bi;
int x;
char ch;
char *name;
};

struct base_interface {void (*func1)(struct base_interface* b);void (*func2)(struct base_interface* b);int (*func_3)(struct base_interface* b, char * arg);
};struct derived {struct base_interface bi;int x;char ch;char *name;
};

上面是头文件，derived 结构体通过包含 base_interface 类型的成员 bi 来达到继承的效果；而 base_interface 无法实例化，我们没有提供相应的构造函数，也没有提供与 func_1 ， func_2 等函数指针对应的实现，即便有人 malloc 了一个 base_interface ，也无法使用。

derived 类可以提供一个构造函数 new_derived ，同时在实现文件中提供 func_1 ， func_2 ，func_3 的实现并将函数地址赋值给 bi 的成员，从而完成 derived 类的装配，实现 base_interface 定义的契约。

示例实现如下：

[cpp] view plaincopy print?

static void _derived_func_1(struct base_interface *bi)
{
struct derived * d = (struct derived*)bi;
d->x *= 2;
printf("d->name = %s\n", d->name);
}
/* _derived_func_2 impl */
/* _derived_func_3 impl */
struct derived *new_derived()
{
struct derived *d = malloc(sizeof(struct derived));
d->bi.func_1 = _derived_func_1;
d->bi.func_2 = _derived_func_2;
d->bi.func_3 = _derived_func_3;
d->x = 0;
d->ch = 'a';
d->name = NULL;
return d;
}

static void _derived_func_1(struct base_interface *bi)
{struct derived * d = (struct derived*)bi;d->x *= 2;printf("d->name = %s\n", d->name);
}/* _derived_func_2 impl */
/* _derived_func_3 impl */struct derived *new_derived()
{struct derived *d = malloc(sizeof(struct derived));d->bi.func_1 = _derived_func_1;d->bi.func_2 = _derived_func_2;d->bi.func_3 = _derived_func_3;d->x = 0;d->ch = 'a';d->name = NULL;return d;
}

我们可以这么使用 base_interface 接口：

[cpp] view plaincopy print?

void do_something(struct base_interface *bi)
{
bi->func_1(bi);
}
int main(int argc, char **argv)
{
struct derived * d = new_derived();
do_something((struct base_interface*)d);
return 0;
}

void do_something(struct base_interface *bi)
{bi->func_1(bi);
}int main(int argc, char **argv)
{struct derived * d = new_derived();do_something((struct base_interface*)d);return 0;
}

上面的代码中 do_something 函数完全按照接口编程，而 bi 可以实际指向任意一个实现了 base_interface 接口的类的实例，在一定程序上达到多态的效果，花费的代价相当小，却可以让我们的程序提高可扩展性，降低耦合。

这种简单的方法也是我在自己的项目中使用的方法，效果不错。

好啦，C 语言面向对象编程系列的基础性介绍就告一段落，下面是前几篇的链接，有兴趣的可以回头看看：

C语言面向对象编程（一）：封装与继承
C语言面向对象编程（二）：继承详解
C语言面向对象编程（三）：虚函数与多态

接下来我会提供几个实作的例子，包括基本的数据结构，如单链表、树，还有一个 http server 的例子。

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