设计模式学习及其C语言实现笔记.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流设计模式学习及其C语言实现笔记.精品文档.设计模式学习及其C语言实现笔记第1章：面向对象C语言(Object Oriented C)我曾经在嵌入式控制系统工作过，苦于嵌入式系统编程一直是C语言，而没法用C+或其他高级语言的面向对象方法编程。每次做项目，代码基本上都是重头再来，以前的代码有少量的可以copy过来直接用，开发和维护很不方便。偶然间发现UML+OOPC嵌入式C语言开发精讲里面详细的讲述了OOC的原理和实现方法，感觉不错。遗憾的是上面只提供接口和多态的实现方法，没有提供继承的处理。根据本人的研究，将其上面的宏文件进行修改和扩充，提出一种可行而且结构明了的继承实现方法。至此，C的OO编程中的封装、继承、多态都全实现了。面向对象C语言(Object Oriented C)只是运用单纯的C的宏(Macro)技巧，实现面向对象的基本技术。借用OOC.H 文件的宏，就可以实现类的封装、继承、多态。OOC毕竟不是一门语言，不可能做出与C+或C#这些面向对象语言一样的干练、简洁，有的甚至没法实现比如对private成员变量的限制等。但OOC方法借用宏在一定的规则下还是能做出比较漂亮的面向对象代码。下面是对比C+介绍OOC.H文件中的对象的命名、定义、封装等的规则。1、类的封装和对象的构造1.1类的封装（类的定义）在C+中，类的定义如下class myClassprivate:int a; /-类属性(变量)public: myClass(); void Set(int a); void put();在OOC中“类”实际是结构体，myClass 定义的风格为CLASS(myClass)int a; /-类属性(变量)void (*init)(void *t); /-初始化成员变量用函数void (*Set)(void *t,int a); /-函数指针void (*Put)(void *t); 在C+和OOC的类封装中，最大的区别是OOC用函数指针来表示类的方法（或成员函数）；此外OOC中没有private的变量，private变量只能通过定义方法来实现，比如把int a 改写为int _a，这样也许外面误访问的可能性大大降低，但还是不能阻止外面访问。1.2类的成员函数的实现C+中可以在类内部定义成员函数的实现，也可以在类的外面。而OOC中的类实质是struct，其所存放的只能是变量，其中的函数指针变量是用来实现类的方法。因此在OOC的类中是不能定义函数的实现的。OOC中函数也不像C+中的函数属于哪个类就和哪个类紧密结合在一起。OOC中的函数的实现就是普通的函数实现，只是函数的参数要和CLASS()宏定义的函数（指针）的参数变量保持一致。例如myClass类的Set方法可以取名Set,也可以用别的名。如果在一个.C文件中，成员函数取名模式为： funName_ClassName(),这样比较便于阅读和区分。按照该规则，则myClass的方法实现定义如下：void init_myClass(void *t)myClass *cthis = t;cthis->a = init_Number; /赋你想要赋给的初始值，也可以通过增加init()参数传进来void Set_myClass(void*t,int a)myClass *cthis = t;cthis->a = a;void Put _myClass(void*t)myClass *cthis = t;printf(“n this is myClass fun”);这里和C+不同的是，在C+中，成员函数可以直接访问类的成员变量，而OOC中的成员函数要访问成员变量，必须要有参数传递过来，因此，OOC中凡是要访问其成员变量的必须要增加一个void*t 的参数。比如函数Set()在C+只要有一个int参数就行了，在OOC中必须要带有一个void*指针参数，通过该参数才能访问到myClass类的其他变量或者成员函数。1.3对象的构造在C+中，定义了一个对象的同时也调用了构造函数。在OOC中没有这样的功能，OOC的对象定义，实际上只是定义了个含有函数指针的结构体，要使得该结构体变成相当于C+中的对象，必须要对该对象 (结构体)的成员变量进行初始化和方法（指针函数）与具体定义的函数进行关联。在C+中这两步一下就在定义对象时候自动调用构造函数现了，而OOC中只能分两步走。因此，在myClass定义中，C+没有 void init(void *t) 函数，而任何OOC定义的类必须要包含该函数(指针，接口和抽象类除外)，否则无法对成员变量进行初始化。根据OOC中的宏，以myClass为例，对象的构造函数格式如下：CTOR(myClass)FUNCTION_SETTING(init, init_myClass); FUNCTION_SETTING(Set, Set_myClass);FUNCTION_SETTING(Put, Put_myClass);END_CTOR构造函数把对象中的函数指针和函数关联起来，调用函数指针就是对函数的调用。通过该构造函数后，OOC定义的对象才是一个真正意义上的对象，即函数指针有了函数的功能。1.4、对象的实例化和规则定义好类后就要实例化，在C+中，myClass的对象定义为：myClass myObject；其中已经隐含了myObject对象的构造和成员变量的初始化。 在OOC中，其定义和处理3步如下：myClass myObject； / 1、定义对象CLASS_CTOR(myClass，myObject); / 2、构造对象使得函数指针和函数关联myObject.init(&myObject); / 3、初始化对象的成员变量，注意：& myObject（取地址）至此，当个类的定义、封装、对象的构造和初始化就结束了。2、继承和接口的实现2.1、继承和C实现在C+继承就是子类不需要重新定义拥有了其父类的public 和protect 的成员变量和成员函数。如果子类中重新定义了父类的方法，如果父类该方法是虚函数，则子类函数覆盖了父类函数；如果父类函数不是虚函数则为子类函数隐藏了父类函数。覆盖和隐藏的区别是：如果发生覆盖，当父类指针指向子类对象时，通过指针调用同名虚函数，则执行子类的虚函数；如果发生隐藏，则调用的是父类的同名函数。例如：class BaseApublic: BaseA() Virtual void Put()cout<< “ 调用BaseA的函数”<<endl;class BaseBpublic: BaseB() void Put()cout<< “ 调用BaseB的函数” <<endl;class ChildA : public BaseApublic: ChildA () void Put()cout<< “ 调用ChildA的函数” <<endl;class ChildB : public BaseBpublic: ChildB () void Put()cout<< “ 调用ChildB的函数” <<endl;/-隐藏 和覆盖的调用区别void main()BaseA *pa = new ChildA(); pa->Put(); /- 调用子类ChildA的Put()函数； BaseB *pb = new ChildB(); pb->Put(); /- 调用父类BaseB的Put()函数；输出结果是：调用ChildA的函数调用BaseB的函数在OOC 中只是借用C 的宏没法实现C+这些复杂的机制，但能实现基本的继承，即拥有父类的全部属性和方法。OOC中没有私有、保护属性的概念，所有父类属性和方法都是可见的。通过构造函数的处理，可以在OOC中实现隐藏和覆盖。下面是OOC中的隐藏和覆盖的讲解，在设计模式中更多的是覆盖，而隐藏用到的比较少。2.2、继承中覆盖和隐藏的实现为了方便解说，用myClass做基类，则定义子类myChildA的方法如下CLASS(myChildA) /-本书OOC目前只研究单继承EXTENDS(myClass); /-表示继承myClass类，必须放在最前面 int data;void (*init)(void *t);void (*Put)(void*t);子类要注意的地方有3点：1、 被继承的类的宏说明EXTENDS(baseClass) 必须放在子类定义的最开头。2、 子类的init()函数里面必须要调用基类的init()函数，否则基类的属性没有初始化。3、 在构造子类的地方CTOR(myChildA)下最开头必须要增加调用基类构造的宏。myChildA 类的初始化函数定义如下：void init_ myChildA(void *t)myChildA *cthis = t;cthis-> myClass.init(&cthis-> myClass); /-基类的初始化, 注意：&cthis-> myClass/-与基类的init()函数参数要一致cthis->data = yourNumber; myChildA虚函数覆盖的实现假定myClass类中Put()为虚函数，则子类必须定义自己Put()的实现，myChildA自己重新定义的Put()如下：void Put_ myChildA ()printf(“this is myChildA fun、n”);于是在构造函数中，遵循C+的原理，先对基类进行构造，然后对基类的虚函数重新绑定，具体处理代码如下CTOR(myChildA)BASE_CTOR(myClass); /-调用基类构造函数实现对基类函数关联FUNCTION_SETTING(myClass.Put, Put_ myChildA); / -Put()的虚函数实现关联绑定FUNCTION_SETTING(init, init_ myChildA); FUNCTION_SETTING(Put, init_ myChildA);END_CTOR在CTOR(myChildA)中，通过重新设置子类内的myChildA .Put的关联函数，从而实现虚函数的意义。如果要实现C+中的隐藏功能，只要将 FUNCTION_SETTING(myChildA .Put, Put_ myChildA)去掉就是了，因为BASE_CTOR(myClass)已经将myClass.Put与Put_ myClass 关联了。实现隐藏的构造函数如下：CTOR(myChildA)BASE_CTOR(myClass); /-调用基类构造函数实现对基类函数关联FUNCTION_SETTING(init, init_ myChildA); FUNCTION_SETTING(Put, init_ myChildA);END_CTOR继承中的覆盖和隐藏中，都共同的调用宏BASE_CTOR(baseClass)，调用该宏的前提条件是baseClass不是抽象类，baseClass必须有自己的 CTOR(baseClass), 否则编译可能正确但连接运行一定错误。2.3、接口和抽象类及其多态的实现接口是Java 和C#提出的概念，在C+中抽象类可以当作接口处理。同样，OOC中定义的接口和抽象类的差别的是：接口没有数据成员变量，接口没有自己的构造函数；抽象类可以有数据成员变量。本书OOC中的接口就是没有数据成员的抽象类。抽象类如果带有数据成员则必须有初始化成员函数和构造函数。下面结合一个简单运算器的实例说明OOC中的接口和多态的实现。简单的运算器有加法、减法、乘法、除法的功能。多态就是用相同的语句结构表达不同的功能。采用多态处理计算器的目的，就是客户调用端运算的代码是一致的，只需要少量的变化就能实现不同的功能。基于这样的分析，首先要抽象一个类或者接口，它负责不同情况下的计算，所以它没有具体的代码。具体的实现代码由其子类来实现，于是OOC里定义该接口为：INTERFACE(IOperation)double GetResult(double numA, double numB);这就是OOC中定义接口的方法。本例中的接口只有一个函数，根据需要可以增加。接下来巴加法、减法、乘法、除法分别定义成IOperation接口的实现（也可以说是子类）。/-加法类CLASS(COperationAdd)IMPLEMENTS(IOperation);/-减法类CLASS(COperationSub)IMPLEMENTS(IOperation);乘法类、和除法类与此类同，在此省略。OOC中用IMPLEMENTS()宏主要是为了更加接近Java的表达，实际上用 EXTENDS() 也是一样，定义含义完全相同的两个宏主要是方便理解。对于接口的实现（或者说继承接口的子类），它的构造和继承有点不同，最大的不同是在CTOR()下面不需要调用父类构造函数的宏BASE_CTOR()。接口方法的关联与继承中的虚函数的关联比较类似。下面是COperationAdd类的构造函数：CTOR(COperationAdd)FUNCTION_SETTING (IOperation.GetResult, GetResult_COperationAdd); /-接口函数的实现关联END_CTOR减法类的构造函数：CTOR(COperationSub)FUNCTION_SETTING (IOperation.GetResult, GetResult_COperationSub); /-接口函数设置END_CTOR其他类的关联也是类似，只是关联的实现函数名不同而已。主函数的调用void main() /-定义运算操作对象IOperation *pOper; /-定义接口指针，多态实现用COperationAdd Add;COperationSub Sub;COperationMul Mul;COperationDiv Div;double result=0;/-类的构造CLASS_CTOR(COperationAdd,Add);CLASS_CTOR(COperationSub,Sub);CLASS_CTOR(COperationMul,Mul);CLASS_CTOR(COperationDiv,Div);/-静态内存分配处理方法pOper = &Add;result = pOper->GetResult(53.12,86.4);printf("ADD: 53.12+86.4 =%6.3frn",result);pOper = &Sub; /-减法result = pOper->GetResult(53.12,86.4);printf("Sub: 53.12-86.4 =%6.3frn",result);pOper = &Mul; /-乘法result = pOper->GetResult(53.12,86.4);printf("Mul: 53.12*86.4 =%6.3frn",result);pOper = &Div; /-除法result = pOper->GetResult(53.12,86.4);printf("Div: 53.12/86.4 =%6.4frn",result);/-动态内存分配方法-/-加法printf("rn dynamic memory:rnn");pOper =New(COperationAdd);result = pOper->GetResult(12.5,36.8);printf("ADD: 12.5+36.8 =%6.3frn",result);/-减法pOper =New(COperationSub);result = pOper->GetResult(12.5,36.8);printf("Sub: 12.5-36.8 =%6.3frn",result);/-乘法pOper =New(COperationMul);result = pOper->GetResult(12.5,36.8);printf("Mul: 12.5*36.8 =%6.3frn",result);/-除法pOper =New(COperationDiv);result = pOper->GetResult(12.5,36.8);printf("Div: 12.5/36.8 =%6.3frn",result);结果输出如下：ADD: 53.12+86.4 =139.520Sub: 53.12-86.4 =-33.280Mul: 53.12*86.4 =4589.568Div: 53.12/86.4 =0.6148 dynamic memory:ADD: 12.5+36.8 =49.300Sub: 12.5-36.8 =-24.300Mul: 12.5*36.8 =460.000Div: 12.5/36.8 = 0.340从main()函数的调用可以看出，处理运算始终是 pOper->GetResult(numA , numB) 这条语句，改变其运算功能，只需要改变 pOper 所指向的对象。这就是多态，相同的语句实现不同的功能。抽象和多态在面向对象C和设计模式中将显示出强大的威力。第2章：面向对象C 必要基础知识为了帮助大家理解OOC和更好的使用OOC，这章主要是讲解一些必要的C语言和宏定义，介绍OOC.h 为什么要这样设计。1、 本书的OOC书写规则1.1、 普通类的定义CLASS(className) typeName data; void (*init)(void*t, type others); /必须有该函数，参数至少有void*t typeName (*m_function)(void*t, type others); /-至少有void*t 参数，其他看情况普通类是没有继承过任何类、任何接口的类。普通类必须要有1.2、抽象类的定义ABSTRACT_CLASS(className) typeName data; void (*init)(void*t, type others); /必须有该函数，参数至少有void*t typeName (*m_function)(void*t, type others); /-至少有void*t 参数，其他看情况 实质上和普通类是一样的定义，只是没有自己的方法实现，宏ABSTRACT_CLASS目的是帮助程序的可读性。如果抽象类没有数据data，最好就定义为接口。1.3、接口和实现INTERFACE(IName)typeName (*m_function)( type others); /-参数看情况而定，不一定有void*t参数CLASS(Chid_Implement)IMPLEMENTS(IName);void (*init)(void*t); /-其他方法据情况增减接口的出现就是希望一个接口能有多个实现，一个接口至少有一个实现，接口只有在有2个实现以上才有意义，否则接口可以合并到子类中去。1.4 继承：在子类的最开头加宏EXTENDS(baseClass); 例如CLASS(B) EXTENDS(A); /-B继承A，必须放在最开头1.5、 类的构造: 将函数指针和函数关联没有父类的类的构造：CTOR(ClassName)FUNCTION_BINDING(FUN1,FUN2);END_CTOR有继承的类的构造：CTOR(ClassName)BASE_CTOR(baseClass)FUNCTION_BINDING(FUN1,FUN2);END_CTOR1.6、 动态内存分配ClassName *pClass = New_ClassName(); 或者ClassName *pClass = NEW(ClassName); 或ClassName *pClass = New(ClassName);提供多种方法，读者可以根据自己的喜好选择，本人习惯用pClass = New(ClassName)，方式，这样New()看起来更接近C+运算符new。1.7、 显式构造函数CLASS_CTOR(ClassName, objName); 或者ClassName_Setting(&objName)这两个宏展开后实际上是一样的，提供两种方法是方便不同人的使用习惯。显式构造函数主要用于类实例化后对其进行构造。在动态内存分配中已经隐含了对该宏对应的函数的调用。1.8、 动态对象内存释放DEL(p)；或者DELETE(p)；2、面向对象OOC.H 的设计及其关键宏含义面向对象C的关键宏头文件OOC.H最初的设计思想来源于高焕堂老师著的UML+OOPC嵌入式C语言开发精讲中的lw_oopc_kc.h。原作中提供了类的封装和接口，以及在这基础上演化的对象、信息传递和接口多态等。本文在其基础上进行了符合自己编程习惯的改进，并增加了继承机制。从而OOC中实现类的封装、继承和多态，从而实现了OO中的三大主要特征。基于此的基础上还考虑虚函数的处理方法等。OOC.H的文件内容为：/*- ooc.h -*/ #ifndef _OOC_H#define _OOC_H#include <stdlib.h>默认可以动态内存分配，如果不使用动态内存分配，在 #include "OOC.H" 前定义#define OOC_SMALL，或者 #define OOC_STATIC#ifndef OOC_SMALL #ifndef OOC_STATIC #define New(type) New_#type() /dynmic mode #define NEW(type) New_#type() /dynmic mode #define DELETE(type) free(type) / free the memory #define DEL(type) free(type) #endif#endif#define CLASS(type) typedef struct type type; struct type#ifndef OOC_SMALL #ifndef OOC_STATIC #ifndef OOC_DYNAMIC #define CTOR(type) void* type#_Setting(type*); void* New_#type() struct type *cthis; cthis = (struct type *)malloc(sizeof(struct type); return type#_Setting(cthis); void* type#_Setting(type *cthis) #else #define CTOR(type) void* New_#type() struct type *cthis; cthis = (struct type *)malloc(sizeof(struct type); #endif #else #define CTOR(type) void* type#_Setting(type *cthis) #endif#endif#define END_CTOR return (void*)cthis; #define FUNCTION_SET(pfun, fun) cthis->pfun = fun;#define IMPLEMENTS(type) type type#define INTERFACE(type) typedef struct type type; struct type/-转义定义-/#define CLASS_CTOR(type,obj) type#_Setting(&obj)#define EXTENDS(BaseClass) IMPLEMENTS(BaseClass)#define BASE_CTOR(type)CLASS_CTOR(type,cthis->type); /CLASS_CTOR(A,cthis->A);#define ABSTRACT_CLASS CLASS#define FUNCTION_SETTING FUNCTION_SET/ Virtual 是一个空格，在这里只是提示用，没有任何意义#define Virtual #endif/*- end -*/2.1、宏CLASS(className)CLASS(className)展开后为：typedef struct className className; struct className也就是说：className 不仅是个结构体名，同时还表示：struct className；因为在C中定义结构体变量时候必须有struct在前，如：struct A用结构体A定义一个结构体变量a，应写为：struct A a；这点和C+结构体定义不同。C+的结构体实际就是一个特殊的类，在C+中变量a的定义为：A a (没有带struct)。为了让宏CLASS()定义的“类”(结构体)比较接近C+中定义的类，把struct 通过typedef 方法让 className 隐式包含了struct。2.2、宏CTOR(type) ，在有动态内存分配的情况下， 其定义为： #define CTOR(type) void* type#_Setting(type*); void* New_#type() struct type *cthis; cthis = (struct type *)malloc(sizeof(struct type); return type#_Setting(cthis); void* type#_Setting(type *cthis) 也就是CTOR(type)代表了“void* type#_Setting(type*); void* New_#type() ” 这段代码，其中已经包含了一个动态内存分配函数和半个 type#_Setting(type *cthis)；结合CTOR(type)FUNCTION_SETTING (f1, f2);END_CTOR就可以知道，CTOR() 和 END_CTOR 之间包含了两个完整的函数，一个动态内存分配函数New_type() 和构造函数 type_Setting().在没有动态内存分配的情况，则表示 “void* type#_Setting(type*)”，即半个函数，组FUNCTION_SETTING (f1, f2); 和 END_CTOR 组合成一个完整的函数，也就是实现对象与其方法函数实体的关联。2.3、宏New(type)这是动态对象分配函数，宏定义为：#define New(type) New_#type()其中#表示连接字符的符号。比如New(classA)，先是被替换为New_#classA(), 因为#是连接符号，故变成 New_classA(). 即为宏定义的动态内存分配函数和构造函数，实现了定义的同时也构造了（这很接近C+的模式了）。2.4、宏CLASS_CTOR(type,obj)定义：CLASS_CTOR(type,obj) type#_Setting(&obj)其实是 void* type#_Setting(type*) 宏函数的另一种写法，定义该宏主要是把宏和类从一个字符串中分离出来便于书写和理解。CLASS_CTOR(类名, 对象名)必须要遵守这个规则，否则会出错。2.5、宏BASE_CTOR(base)定义：BASE_CTOR(base)CLASS_CTOR(base, cthis-> base);该宏是在派生类的构造函数内用，不能在其他地方使用，也不能独立使用。因为该宏包含有cthis指针。该指针只有在CTOR() . END_CTOR 之间才能引用，cthis 是CTOR()宏内部定义的指针。2.6 宏INTERFACE( type ) 和 宏 IMPLEMENTS(type)定义：#define INTERFACE(type) typedef struct type type; struct type和CLASS()宏的含义一样，单独定义主要是强调其定义的是接口。接口对应的实现的宏是IMPLEMENTS(type)，其定义很简单，就是：#define IMPLEMENTS(type) type type也就是定义一个结构体变量，这个结构体类型是type，这个结构体变量名也是type。第3章：活字印刷简单工厂模式在印刷术发明前，人们的印刷书是一个很艰巨的工程，先是请雕刻师将每一页的文字刻在木板上，然后再一页一页的印刷。如果在雕刻过程中，错了一个字或者要改动一个字，该页面的木板又得重新雕刻。印刷结束后，这些雕刻的木板也就没用扔掉，前面雕刻的工作全部废弃。新的一本书的印刷前，这些雕刻工作又得从头再来 今天看起来觉得古人好笨，汉字常用的就是那么几千个，一个个的独立雕刻也不费多少功夫，而雕刻一本本书，动辄少就几万字，多则几十万甚至百万字。一个活字印刷就那么难想到吗？想想我们的软件开发，很多时候，我们何尝不是“雕刻”（编码）一整个软件，编译然后“印刷”（拷贝）给各个用户呢。当用户需求改变时，我们又得重新“雕刻”（重新修改代码），然后再编译“印刷”给用户。想想自己嘲笑古人的笨，回过头来看看自己做的软件开发何尝不是很笨呢？幸运的是后来毕昇发明了活字印刷，每个汉字的独立雕刻。印刷时候把用到的字组合成文章，只要雕刻一次，以后多次重复使用，如果文章修改，就只要更换修改部分的印刷字，个别生僻字没有雕刻立刻雕刻也不费多大的功夫。那么我们的软件开发里是否有“活字印刷呢”？那就是简单工厂模式。下面以一个MP3播放器实例来说明简单工厂模式。3.1 传统过程化设计思想按照传统过程化结构化思想，设计出的C+代码如下class MediaPlayerpublic:void play(string audioType)if (audioType = "MP3")playMP3();if (audioType = "Wav")playWav();MediaPlayer()private:void playMP3()cout<<"播放 MP3文件"<<endl;void playWav()cout<<"播放 Wav 文件"<<endl;在客户端的代码为：void main()MediaPlayer player;/-播放MP3player.play("MP3");/-播放 Wavplayer.play("Wav");