嵌入式 C 语言面向对象编程 --- 封装

大部分使用 C 语言进行开发的工程师，在接触更高级的编程语言之前，都认为 C 语言是面向过程的。

事实也是如此，对于一些小规模的单片机应用程序，一般都是使用“面向过程”的思维进行单片机C语言编程开发。

但是，如果是需要用C语言开发一些规模比较大的软件的时候，比如操作系统内核，文件系统底层，数据库底层，等等，这个时候，就需要用面向对象的思想去考虑和设计整个软件框架了。

嵌入式Linux的内核，虽然是使用 C 语言编写的，但里面的设计大部分都使用了面向对象的编程思想。

很多单片机工程师或者嵌入式Linux驱动初学者，有时候会觉得驱动入门特别困难，很大一部分原因是，他们会用“过程式思维”去尝试学习驱动框架和内核框架，而非从“整体对象”的思维方向出发，这样容易导致水土不服。

任何编程语言只是一种工具，而编程思想是指导我们用好这个工具的关键。

C 语言只是工具，而面向对象是一种编程思想，用来指导我们如何用从另一种思维模式去使用 C 语言。

值得注意的是，并不是所有使用C语言开发的项目，都必须以“面向对象”作为指导，有时候“面向过程”也不一定是坏事，需要根据实际项目情况，具体问题具体分析。

接下来，我们将尝试使用 C 语言进行面向对象程序开发，务求使用 C 语言实现面向对象的一些基本特性，先来说说封装。

封装就是把一个抽象事物的属性和属性的操作函数打包在一起，外界的模块只能通过这个抽象事物对外提供的函数接口，对其属性进行访问。

在C++或其他高级语言中，封装通常被称作“类”。而 C 语言一般使用结构体对事物进行封装。

说人话就是，封装，即“封闭包装起来”，俗称“打包”。把事物里面一些相近类似的特征进行打包（打包的过程一般称作“抽象”），这样就是封装了。

举个例子：大多数动物，都有眼睛耳朵嘴巴鼻子，把“五官”提取出来进行封装，这个封装就成为了大多数动物共有的东西。

头文件 coordinate.h

#ifndef __COORDINATE_H_
#define __COORDINATE_H_

//声明一个位置类，属性为坐标x，y
typedef struct coordinate{
    short int x;
    short int y;
}COORDINATE_T,*P_COORDINATE_T;

extern P_COORDINATE_T coordinate_create(short int x,short int y);
extern void coordinate_destroy(P_COORDINATE_T p_coordinate);
extern void coordinate_moveby(P_COORDINATE_T p_coordinate,short int dx,short int dy);
extern short int coordinate_get_x(P_COORDINATE_T p_coordinate);
extern short int coordinate_get_y(P_COORDINATE_T p_coordinate);
extern void coordinate_test_function(void);
#endif // !__COORDINATE_H_

源文件 coordinate.c

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "inc/coordinate.h"

//创建一个coordinate对象
P_COORDINATE_T coordinate_create(short int x,short int y)
{
    if((x < 0) || (y < 0)){
        printf("coordinate creat error! x or y can not be less than zero n");
        return NULL;
    }

    P_COORDINATE_T p_coordiante = NULL;
    p_coordiante = (P_COORDINATE_T)malloc(sizeof(COORDINATE_T));

    if(NULL != p_coordiante){
        p_coordiante->x = x;
        p_coordiante->y = y;        
    }
    else printf("coordinate malloc error! n");
         
    return p_coordiante;
}

//销毁一个coordinate对象
void coordinate_destroy(P_COORDINATE_T p_coordiante)
{
    if(NULL != p_coordiante){
        free(p_coordiante);
        p_coordiante = NULL;
    }
}

//修改coordinate的属性值
void coordinate_moveby(P_COORDINATE_T p_coordiante,short int dx,short int dy)
{
    if(NULL != p_coordiante){
        p_coordiante->x += dx;
        p_coordiante->y += dy;
    }
}

//获取coordinate的属性值x
short int coordinate_get_x(P_COORDINATE_T p_coordiante)
{  
    return (NULL != p_coordiante) ? p_coordiante->x : -1;
}

//获取coordinate的属性值y
short int coordinate_get_y(P_COORDINATE_T p_coordiante)
{
    return (NULL != p_coordiante) ? p_coordiante->y : -1;
}

代码比较简单，在头文件 coordinate.h里面，通过结构体封装了一个coordinate类，里面有两个坐标属性 x 和 y 。

coordinate_create 函数主要用于创建一个 P_COORDINATE_T 类型的对象，并为其分配内存空间，内存分配成功后，设置两个坐标属性的初始值，最后返回申请成功的对象指针。

coordinate_destroy 主要是释放对象之前申请的内存空间，然后把对象指针重置为NULL。

其他的操作函数，主要是对类对象的属性进行操作，比如获取 x 和 y 的属性值，重置坐标的属性值。

以下是测试函数，在主函数中调用，即可测试类coordinate对外提供的接口。

void coordinate_test_function(void)
{
    P_COORDINATE_T p_coordiante_1 = NULL;
    P_COORDINATE_T p_coordiante_2 = NULL;

    p_coordiante_1 = (P_COORDINATE_T)coordinate_create(100,200);
    p_coordiante_2 = (P_COORDINATE_T)coordinate_create(10,20);

    if((NULL == p_coordiante_1) || (NULL == p_coordiante_2)){
        printf("p_coordiante_1 or p_coordiante_2 create error! n");
        return;
    }

    printf("p_coordiante_1 x = %d, y = %d n",coordinate_get_x(p_coordiante_1), coordinate_get_y(p_coordiante_1));
    printf("p_coordiante_2 x = %d, y = %d n",coordinate_get_x(p_coordiante_2), coordinate_get_y(p_coordiante_2));

    coordinate_moveby(p_coordiante_1,50,50);
    coordinate_moveby(p_coordiante_2,50,50);

    printf("after moveby p_coordiante_1 x = %d, y = %d n",coordinate_get_x(p_coordiante_1), coordinate_get_y(p_coordiante_1));
    printf("after moveby p_coordiante_2 x = %d, y = %d n",coordinate_get_x(p_coordiante_2), coordinate_get_y(p_coordiante_2));

    coordinate_destroy(p_coordiante_1);
    coordinate_destroy(p_coordiante_2);
}

测试代码比较简单，主要是创建了两个 P_COORDINATE_T 类型的对象，然后打印其坐标初始值，再通过对外提供的函数修改其坐标值，然后再打印出来，最后销毁之前创建的对象。测试函数运行后，结果如下所示：

p_coordiante_1 x = 100, y = 200 
p_coordiante_2 x = 10, y = 20 
after moveby p_coordiante_1 x = 150, y = 250 
after moveby p_coordiante_2 x = 60, y = 70

从上述代码可以看出，使用结构体可以很好地对数据进行封装，并且需要通过指定的操作函数对结构体内的数据进行访问。

每个操作函数的第一个参数是对象本身的指针，通过这个指针去访问具体对象里面的属性。这是因为在 C 语言中不存在像 C++ 语言那样的 this 指针，所以我们只能显式地通过函数传参的方式，让函数内部可以访问对象实例的其他成员。

对于对象属性的各种操作函数，还可以使用函数指针的方式，放入结构体内进行封装。但为了便于理解，本文并没有采用这种方法。

源码下载地址：https://github.com/embediot/my_program_test

感谢阅读！