Cでクラスをどのように実装しますか？[閉まっている]

C（C ++またはオブジェクト指向コンパイラーなし）を使用する必要があり、動的メモリ割り当てがない場合、クラスを実装するために使用できるテクニックは何ですか、またはクラスの適切な近似は何ですか？「クラス」を別のファイルに分離することは常に良い考えですか？固定数のインスタンスを想定するか、コンパイル時間の前に各オブジェクトへの参照を定数として定義することによっても、メモリを事前に割り当てることができると想定します。どのOOPコンセプトを実装する必要があるか（それはさまざまです）について自由に想定し、それぞれに最適な方法を提案してください。

制限：

• 組み込みシステム用のコードを書いているので、OOPではなくCを使用する必要があります。コンパイラと既存のコードベースはCにあります。
• 動的にメモリを割り当て始めた場合、メモリ不足にならないと合理的に想定できるほどの十分なメモリがないため、動的なメモリ割り当てはありません。
• 私たちが使用しているコンパイラは、関数ポインタに問題はありません

これは、必要な正確な「オブジェクト指向」機能セットによって異なります。オーバーロードや仮想メソッドなどが必要な場合は、おそらく構造体に関数ポインタを含める必要があります。

typedef struct {
  float (*computeArea)(const ShapeClass *shape);
} ShapeClass;

float shape_computeArea(const ShapeClass *shape)
{
  return shape->computeArea(shape);
}

これにより、基本クラスを「継承」し、適切な関数を実装することで、クラスを実装できます。

typedef struct {
  ShapeClass shape;
  float width, height;
} RectangleClass;

static float rectangle_computeArea(const ShapeClass *shape)
{
  const RectangleClass *rect = (const RectangleClass *) shape;
  return rect->width * rect->height;
}

もちろん、これにはコンストラクタも実装する必要があります。これにより、関数ポインタが適切に設定されます。通常、インスタンスにメモリを動的に割り当てますが、呼び出し側にもそれを行わせることができます。

void rectangle_new(RectangleClass *rect)
{
  rect->width = rect->height = 0.f;
  rect->shape.computeArea = rectangle_computeArea;
}

複数の異なるコンストラクタが必要な場合は、関数名を「装飾」する必要があります。複数の関数を含めることはできませんrectangle_new()。

void rectangle_new_with_lengths(RectangleClass *rect, float width, float height)
{
  rectangle_new(rect);
  rect->width = width;
  rect->height = height;
}

使用法を示す基本的な例を次に示します。

int main(void)
{
  RectangleClass r1;

  rectangle_new_with_lengths(&r1, 4.f, 5.f);
  printf("rectangle r1's area is %f units square\n", shape_computeArea(&r1));
  return 0;
}

これで少なくともいくつかのアイデアが得られるといいのですが。Cで成功したリッチなオブジェクト指向フレームワークについては、glibのGObjectライブラリを調べてください。

上記でモデル化されている明示的な「クラス」がないことにも注意してください。各オブジェクトには独自のメソッドポインターがあり、C ++で通常見られるよりも少し柔軟です。また、メモリも消費します。メソッドポインタをclass構造体に詰め込むことでそれを回避し、各オブジェクトインスタンスがクラスを参照する方法を発明できます。

私も宿題のために一回やらなければなりませんでした。私はこのアプローチに従いました：

1. 構造体でデータメンバーを定義します。
2. 最初の引数として構造体へのポインターを受け取る関数メンバーを定義します。
3. これらを1つのヘッダーと1つのcで行います。構造体定義と関数宣言のヘッダー、実装のc。

簡単な例は次のようになります：

/// Queue.h
struct Queue
{
    /// members
}
typedef struct Queue Queue;

void push(Queue* q, int element);
void pop(Queue* q);
// etc.
/// 

1つのクラスだけが必要な場合は、structsの配列を「オブジェクト」データとして使用し、それらへのポインタを「メンバー」関数に渡します。typedef struct _whatever Whatever宣言する前にを使用しstruct _whateverて、クライアントコードから実装を隠すことができます。そのような「オブジェクト」とC標準ライブラリFILEオブジェクトの間に違いはありません。

継承と仮想関数を持つ複数のクラスが必要な場合は、構造体のメンバーとしての関数へのポインター、または仮想関数のテーブルへの共有ポインターを持つのが一般的です。GObjectののライブラリは、この両方とのtypedefトリックを使用し、広く使用されています。

このオンラインで利用可能な手法に関する本（ANSI Cによるオブジェクト指向プログラミング）もあります。

GOBjectをご覧ください。これは、オブジェクトを実行する詳細な方法を提供するOSライブラリです。

http://library.gnome.org/devel/gobject/stable/

Cインターフェイスと実装：再利用可能なソフトウェアを作成するためのテクニック、 David R. Hanson

http://www.informit.com/store/product.aspx?isbn=0201498413

この本はあなたの質問をカバーする素晴らしい仕事をします。Addison Wesley Professional Computingシリーズに含まれています。

基本的なパラダイムは次のようなものです。

/* for data structure foo */

FOO *myfoo;
myfoo = foo_create(...);
foo_something(myfoo, ...);
myfoo = foo_append(myfoo, ...);
foo_delete(myfoo);

CでOOPを実行する方法の簡単な例を紹介します。このテーマは2009年のものであることに気づきましたが、とにかくこれを追加したいと思います。

/// Object.h
typedef struct Object {
    uuid_t uuid;
} Object;

int Object_init(Object *self);
uuid_t Object_get_uuid(Object *self);
int Object_clean(Object *self);

/// Person.h
typedef struct Person {
    Object obj;
    char *name;
} Person;

int Person_init(Person *self, char *name);
int Person_greet(Person *self);
int Person_clean(Person *self);

/// Object.c
#include "object.h"

int Object_init(Object *self)
{
    self->uuid = uuid_new();

    return 0;
}
uuid_t Object_get_uuid(Object *self)
{ // Don't actually create getters in C...
    return self->uuid;
}
int Object_clean(Object *self)
{
    uuid_free(self->uuid);

    return 0;
}

/// Person.c
#include "person.h"

int Person_init(Person *self, char *name)
{
    Object_init(&self->obj); // Or just Object_init(&self);
    self->name = strdup(name);

    return 0;
}
int Person_greet(Person *self)
{
    printf("Hello, %s", self->name);

    return 0;
}
int Person_clean(Person *self)
{
    free(self->name);
    Object_clean(self);

    return 0;
}

/// main.c
int main(void)
{
    Person p;

    Person_init(&p, "John");
    Person_greet(&p);
    Object_get_uuid(&p); // Inherited function
    Person_clean(&p);

    return 0;
}

基本的な概念では、「継承されたクラス」を構造体の最上部に配置します。このように、構造体の最初の4バイトにアクセスすると、「継承されたクラス」の最初の4バイトにもアクセスします（クレイジーでない最適化を想定しています）。これで、構造体のポインタが「継承されたクラス」にキャストされると、「継承されたクラス」は、メンバーの通常のアクセス方法と同じ方法で「継承された値」にアクセスできます。

これと、コンストラクター、デストラクター、割り当て関数、および割り当て解除関数の命名規則（init、clean、new、freeをお勧めします）は、長い道のりになります。

仮想関数については、おそらくClass_func（...）で、構造体で関数ポインターを使用します。ラッパーも。（シンプルな）テンプレートの場合は、size_tパラメーターを追加してサイズを決定するか、void *ポインターを必要とするか、気になる機能のみを備えた「クラス」タイプを必要とします。（例：int GetUUID（Object * self）; GetUUID（＆p）;）

a structを使用して、クラスのデータメンバーをシミュレートします。メソッドスコープの観点から、プライベート関数のプロトタイプを.cファイルに配置し、パブリック関数を.hファイルに配置することで、プライベートメソッドをシミュレートできます。

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <string.h>
#include <uchar.h>

/**
 * Define Shape class
 */
typedef struct Shape Shape;
struct Shape {
    /**
     * Variables header...
     */
    double width, height;

    /**
     * Functions header...
     */
    double (*area)(Shape *shape);
};

/**
 * Functions
 */
double calc(Shape *shape) {
        return shape->width * shape->height;
}

/**
 * Constructor
 */
Shape _Shape() {
    Shape s;

    s.width = 1;
    s.height = 1;

    s.area = calc;

    return s;
}

/********************************************/

int main() {
    Shape s1 = _Shape();
    s1.width = 5.35;
    s1.height = 12.5462;

    printf("Hello World\n\n");

    printf("User.width = %f\n", s1.width);
    printf("User.height = %f\n", s1.height);
    printf("User.area = %f\n\n", s1.area(&s1));

    printf("Made with \xe2\x99\xa5 \n");

    return 0;
};

あなたの場合、クラスの適切な近似値はADTです。しかし、それでも同じではありません。

私の戦略は：

• クラスのすべてのコードを別のファイルで定義する
• 別のヘッダーファイルでクラスのすべてのインターフェイスを定義する
• すべてのメンバー関数は、インスタンス名を表す「ClassHandle」を受け取ります（o.foo（）の代わりに、foo（oHandle）を呼び出します）
• コンストラクタは、メモリ割り当て戦略に応じて、関数void ClassInit（ClassHandle h、int x、int y、...）またはClassHandle ClassInit（int x、int y、...）に置き換えられます
• すべてのメンバー変数は、静的構造体のメンバーとしてクラスファイルに格納され、ファイルにカプセル化されて、外部ファイルからのアクセスを防止します
• オブジェクトは、事前定義されたハンドル（インターフェースで表示可能）またはインスタンス化できるオブジェクトの固定制限とともに、上記の静的構造体の配列に格納されます
• 便利な場合、クラスには配列をループしてインスタンス化されたすべてのオブジェクトの関数を呼び出すパブリック関数を含めることができます（RunAll（）は各Run（oHandle）を呼び出します）
• Deinit（ClassHandle h）関数は、動的割り当て戦略で割り当てられたメモリ（配列インデックス）を解放します

このアプローチのいずれかのバリエーションに対する問題、穴、潜在的な落とし穴、または隠れた利点/欠点を誰かが見ていますか？私が設計方法を再発明している場合（そして私はそうする必要があると思います）、その名前を教えてもらえますか？

参照してください、この答えをし、これ

可能です。それは常に良い考えのように思えますが、その後はメンテナンスの悪夢になります。コードは、すべてを結びつけるコードの断片で散らかっています。関数のポインターを使用すると、どの関数が呼び出されるかが明確にならないため、新しいプログラマーはコードの読み取りと理解に多くの問題を抱えています。

get / set関数を使用したデータの非表示は、Cで実装するのは簡単ですが、そこで停止します。私は組み込み環境でこれを何度も試みたことがありますが、結局それは常にメンテナンスの問題です。

皆さんは準備ができているので、メンテナンスの問題があります。

私のアプローチは、structとすべての主に関連付けられた関数を別のソースファイルに移動して、「ポータブル」に使用できるようにすることです。

コンパイラによっては、に関数を含めることができる場合がありますがstruct、これは非常にコンパイラ固有の拡張機能であり、私が日常的に使用している標準の最後のバージョンとは関係ありません:)

最初のc ++コンパイラは、実際にはC ++コードをCに変換するプリプロセッサでした。

したがって、Cでクラスを作成することは非常に可能です。古いC ++プリプロセッサを試してみて、それがどのようなソリューションを作成するかを確認することができます。

GTKは完全にC上に構築されており、多くのOOP概念を使用しています。私はGTKのソースコードを読みましたが、それはかなり印象的で、間違いなく読みやすくなっています。基本的な概念は、各「クラス」は単なる構造体であり、関連する静的関数であるというものです。静的関数はすべて、「インスタンス」構造体をパラメーターとして受け入れ、必要な処理をすべて実行し、必要に応じて結果を返します。たとえば、「GetPosition（CircleStruct obj）」という関数があるとします。関数は単純に構造体を調べ、位置番号を抽出し、おそらく新しいPositionStructオブジェクトを構築し、xとyを新しいPositionStructに貼り付けて返します。GTKは、構造体の中に構造体を埋め込むことにより、継承をこの方法で実装しています。かなり賢い。

仮想メソッドが必要ですか？

そうでない場合は、構造体自体に一連の関数ポインタを定義するだけです。すべての関数ポインタを標準のC関数に割り当てると、C ++での方法と非常によく似た構文でCから関数を呼び出すことができます。

仮想メソッドが必要な場合は、さらに複雑になります。基本的には、各構造体に独自のVTableを実装し、呼び出される関数に応じて、VTableに関数ポインターを割り当てる必要があります。次に、VTableの関数ポインタを呼び出す構造体自体に関数ポインタのセットが必要になります。これは本質的に、C ++が行うことです。

TBHただし...後者が必要な場合は、プロジェクトを使用して再コンパイルできるC ++コンパイラを見つけるだけの方が良いでしょう。組み込みで使用できないC ++への執着を理解したことはありません。私はそれを何度も使用しましたが、動作は速く、メモリの問題はありません。確かにあなたはあなたが何をすべきかについてもう少し注意する必要がありますが、実際にはそれほど複雑ではありません。

CはOOP言語ではないため、ご指摘のとおり、真のクラスを作成する組み込みの方法はありません。あなたは最善の策は、構造体、および関数ポインタを調べることです、これらはあなたがクラスの近似を構築することを可能にします。ただし、Cは手続き型であるため、より多くのCに似たコードを（つまり、クラスを使用せずに）作成することを検討できます。

また、Cを使用できる場合は、おそらくC ++を使用してクラスを取得できます。