嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的對(duì)象在哪（上）

面向?qū)ο蟮奶卣魇浅橄蟆?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/492719.html">封裝、繼承、多態(tài)，理論很多，前面關(guān)于軟件設(shè)計(jì)思想的有多篇拙見(jiàn)，如《嵌入式軟件的設(shè)計(jì)模式（上）》、《嵌入式軟件的設(shè)計(jì)模式（下）》。對(duì)于嵌入式C軟件開(kāi)發(fā)采用面向?qū)ο蟮姆椒?，只是停留在文字描述。結(jié)合個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和周立功《抽象接口技術(shù)和組件開(kāi)發(fā)規(guī)范及其思想》，循序漸進(jìn)的用代碼范例說(shuō)明，最好有一點(diǎn)點(diǎn)C++基礎(chǔ)。間接說(shuō)明理論指導(dǎo)實(shí)踐的意義。紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。

1 面向?qū)ο缶幊袒A(chǔ)

面向?qū)ο缶幊躺婕暗饺齻€(gè)重要的特性：封裝、繼承與多態(tài)。部分 C 程序員，特別是嵌入式 C 程序員有一種誤解，C 語(yǔ)言不是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，C++、Java、Python 等更高級(jí)的才是，使用 C 語(yǔ)言無(wú)法實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο缶幊?。這種誤解致使他們沒(méi)有動(dòng)力學(xué)習(xí)一些優(yōu)秀的面向?qū)ο缶幊谭椒?，例如設(shè)計(jì)模式、設(shè)計(jì)原則、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)等等，進(jìn)而很難開(kāi)發(fā)出易維護(hù)、易部署、易重用、易管理的軟件，很難面對(duì)項(xiàng)目需求的變更、擴(kuò)展，很難開(kāi)發(fā)和維護(hù)大型的復(fù)雜項(xiàng)目。

1.1 對(duì)象

面向?qū)ο缶幊?，“?duì)象”是整個(gè)編程過(guò)程的關(guān)鍵。其常見(jiàn)的解釋是“數(shù)據(jù)與函數(shù)的組合”。每個(gè)對(duì)象都是由一組數(shù)據(jù)（用以描述對(duì)象的狀態(tài)）和一組函數(shù)（對(duì)象支持的操作，用以描述對(duì)象的行為）組成的。對(duì)象實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和操作的結(jié)合，使數(shù)據(jù)和操作可以封裝于“對(duì)象”這個(gè)統(tǒng)一體中。

在面向過(guò)程編程中，程序設(shè)計(jì)注重的是“過(guò)程”，先做什么，后做什么；在外界看來(lái)，整個(gè)程序由一系列散亂的數(shù)據(jù)和函數(shù)組合而成。而在面向?qū)ο缶幊讨?，程序設(shè)計(jì)注重的是“對(duì)象”，在外界看來(lái)，整個(gè)程序由一系列“對(duì)象”塊組合而成，數(shù)據(jù)和函數(shù)封裝到了對(duì)象內(nèi)部。

1.2 類

對(duì)象是有“類型”的，即類?！邦悺笔菍?duì)一組對(duì)象共性的抽象，表示一類對(duì)象，而對(duì)象是某個(gè)類的一個(gè)具體化的個(gè)例，通常稱之為類的實(shí)例。對(duì)象通常是由數(shù)據(jù)和函數(shù)組成的，相應(yīng)的類也具有兩部分內(nèi)容：屬性（數(shù)據(jù)的抽象）和方法（對(duì)象行為的抽象）。

除了封裝屬性和操作外，類還具有訪問(wèn)控制的能力，如某些屬性和方法是私有的，不能被外界訪問(wèn)。通過(guò)訪問(wèn)控制，能夠?qū)?nèi)部數(shù)據(jù)提供不同級(jí)別的保護(hù)，以防止外界意外地改變或使用私有部分。

1． 屬性

類具有屬性，它是對(duì)數(shù)據(jù)（對(duì)象的狀態(tài)）的抽象。在 C 程序設(shè)計(jì)時(shí)，通常使用結(jié)構(gòu)體類型來(lái)表示一個(gè)類，相關(guān)屬性即包含在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體類型中。例如學(xué)生具有屬性：姓名、學(xué)號(hào)、性別、身高、體重等信息，可以使用如下結(jié)構(gòu)體類型表示“學(xué)生類”：

//微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】
struct?student
{
????char?name[10];???/*?姓名?（假定最長(zhǎng)10字符）?*/
????unsigned?int?id;??/*?學(xué)號(hào)?*/
????char?sex;????/*?性別:'M'，男；'F'?，女?*/
????float?height;???/*?身高?*/
????float?weight;???/*?體重?*/
};
//微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】提示，關(guān)于結(jié)構(gòu)體、枚舉等復(fù)雜類型定義推薦使用關(guān)鍵字?typedef

微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】提示，關(guān)于結(jié)構(gòu)體、枚舉等復(fù)雜類型定義推薦使用關(guān)鍵字 typedef，更多C關(guān)鍵字了解可以參考《C語(yǔ)言關(guān)鍵字應(yīng)用技巧》、《高質(zhì)量嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)技巧》。

2. 方法

類具有方法，它是對(duì)象行為的抽象，在 C 程序中，方法可以看作普通函數(shù)，不過(guò)其通常有一個(gè)特點(diǎn) ，函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)為類型的指針，指向了一個(gè)確定的對(duì)象，用以表明此次操作針對(duì)哪個(gè)對(duì)象，在方法實(shí)現(xiàn)時(shí)，即可通過(guò)該指針訪問(wèn)到對(duì)象中的各個(gè)屬性。（微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】這是C面向?qū)ο蟊仨毜模愃艭++的this）

針對(duì)學(xué)生對(duì)象，為了對(duì)外展現(xiàn)學(xué)生自身的信息，自我介紹的格式是對(duì)外輸出一個(gè)固定格式的字符串：

"Hi! My name is xxx, I'm a (boy/girl). My school number is xxx. My height is xxxcm and weight is xxxkg . "

其中的 xxx 對(duì)應(yīng)學(xué)生實(shí)際的信息，基于此，可以為學(xué)生類定義并實(shí)現(xiàn)一個(gè)“自我介紹”的方法：

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
void?student_self_introduction(struct?student?*p_this)
{
????printf("Hi!?My?name?is?%s,?I'm?a?%s.?My?school?number?is?%d.?My?height?is?%fcm?and?weight?is?%fkg",
???????????p_this->name,
???????????(p_this->sex?==?'M')???"boy"?:?"girl",
???????????p_this->id,
???????????p_this->height,
???????????p_this->weight);
}

對(duì)于外界來(lái)講，調(diào)用學(xué)生的“自我介紹”方法可以獲知學(xué)生的全部信息?；谠擃惖亩x，一個(gè)簡(jiǎn)易的應(yīng)用程序范例詳如下：

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
void?main(void)
{
????struct?student?chengj?=?{"chengj",?2024001,?'M',?173,?68};
????struct?student?hehe?=?{"hehe",?2024002,?'M',?150,?45};
????student_self_introduction(&chengj);
????student_self_introduction(&hehe);
????//?...
}

類中的方法 student_self_introduction 可以作用于任一學(xué)生類對(duì)象，對(duì)于程序員來(lái)講，編寫的代碼將適用于一組對(duì)象，而非特定的某一個(gè)對(duì)象，提高了代碼利用率。

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)比代碼《嵌入式算法14---數(shù)據(jù)流與環(huán)形隊(duì)列》，不少程序員都喜歡編寫出一堆非常類似的接口，它們僅通過(guò)某一個(gè)數(shù)字后綴（0、1、2……）來(lái)區(qū)分，如系統(tǒng)使用到 3 個(gè)棧，初級(jí)程序員可能實(shí)現(xiàn) 3 個(gè)入棧函數(shù)，不良示意代碼如下：

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
//三個(gè)棧入棧的不良范例，引以為戒
int?push_stack0(int?data)
{
????//...
}

int?push_stack1(int?data)
{
????//...
}

int?push_stack2(int?data)
{
????//...
}

三個(gè)操作可能除了極小部分的差異外，其它處理完全相同，這就是沒(méi)有面向?qū)ο缶幊痰乃季S，沒(méi)有定義對(duì)象類型的概念，將操作直接針對(duì)每個(gè)具體對(duì)象（棧 0、棧 1、棧 2），而不是一組同類的對(duì)象（所有棧對(duì)象）。顯然，3個(gè)棧的特性和行為都基本類似，因而可以定義一個(gè)“棧類型”，如此一來(lái)，入棧操作將屬于棧類型中的一個(gè)方法，適用于所有棧對(duì)象。例如：

//數(shù)據(jù)壓入棧，?p_stack?指向具體的棧對(duì)象
int?push_stack(stack?*p_stack,?int?data);

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
//三個(gè)棧的入棧操作均可使用同一個(gè)方法
push_stack(p_stack0,?1);
push_stack(p_stack1,?2);
push_stack(p_stack2,?3);

這只是示意性代碼，說(shuō)明使用“類”的設(shè)計(jì)解決問(wèn)題所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。

1.3 UML 類圖

在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通常使用 UML 工具來(lái)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。最基本的就是使用 UML 類圖來(lái)表示類以及描述類之間的關(guān)系。

在 UML 類圖中，一個(gè)矩形框表示一個(gè)類，矩形框內(nèi)部被分隔為上、中、下三部分，上部為類的名字，中部為類的屬性，下面部分為類的方法。對(duì)于屬性和方法，還可以使用“+”、“-”修飾符來(lái)表示訪問(wèn)權(quán)限，“+”為公有屬性、“-”為私有屬性。如前面的學(xué)生類，其類名為 student，屬性包括姓名、學(xué)號(hào)、性別、身高、體重，方法有“自我介紹”方法，則其對(duì)應(yīng)的類圖如下：通常情況下，類中的所有屬性均為私有屬性，不建議直接訪問(wèn)，所有屬性的訪問(wèn)都通過(guò)類提供的方法?；诖?，假定了學(xué)生類中的所有屬性均為私有屬性，因而在所有屬性前都增加了“-”修飾符。

UML 類圖主要用于輔助分析和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)類時(shí)應(yīng)聚焦在與當(dāng)前問(wèn)題有關(guān)的重要屬性和行為，無(wú)關(guān)的屬性和方法可去掉，確保簡(jiǎn)潔。由于私有屬性僅在內(nèi)部使用，外界無(wú)需關(guān)心，因此UML 類圖中通常不體現(xiàn)私有屬性和方法，除非某些特殊的私有屬性和方法影響到問(wèn)題的理解或者類的實(shí)現(xiàn)?；诖丝梢院?jiǎn)化。2 封裝

類是對(duì)一組對(duì)象共性的抽象，封裝了屬性和方法；即把一組關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)和函數(shù)圈起來(lái)，使圈外的代碼只能看見(jiàn)部分函數(shù)，數(shù)據(jù)則完全不可見(jiàn)（微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】一般建議數(shù)據(jù)的訪問(wèn)都應(yīng)通過(guò)類提供的方法，而不是全局變量滿天飛）。

2.1 “封裝”示例

在C語(yǔ)言中，可使用一個(gè) C 文件（*.c 文件）和 H 文件（*.h 文件）完成“類”的定義，將所有需要封裝的東西都存于 C 文件中，H 文件中只展現(xiàn)“對(duì)外可見(jiàn)、無(wú)需封裝”的內(nèi)容。

以棧的實(shí)現(xiàn)為例，將所有實(shí)現(xiàn)代碼都存于 C 文件中，H 文件只包含與棧相關(guān)接口的聲明，比如入棧和出棧等。頭文件和源文件的示意內(nèi)容分別詳見(jiàn)如下：

stack.h文件

#ifndef?__STACK_H
#define?__STACK_H
//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)?所有頭文件都必須防止重復(fù)引用

/*?類型聲明，無(wú)需關(guān)心類定義的具體細(xì)節(jié)?*/
struct?stack;

/*?創(chuàng)建棧，并指定?？臻g的大小*/
struct?stack?*?stack_create(int?size);

/*?入棧?*/
int?stack_push(struct?stack?*p_stack,?int?val);

/*?出棧?*/
int?stack_pop(struct?stack?*p_stack,?int?*p_val);

/*?刪除棧?*/
int?stack_delete(struct?stack?*p_stack);

#endif

stack.c文件

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
#include?"stack.h"
#include?"stdlib.h"

struct?stack
{
????int?top;???/*?棧頂*/
????int?*p_buf;???/*?棧緩存*/
????unsigned?int?size;??/*?棧緩存的大小?*/
};

unsigned?int?size;?/*?棧緩存的大小*/

struct?stack?*?stack_create(int?size)
{
????struct?stack?*p_stack?=?(struct?stack?*)malloc(sizeof(struct?stack));
????if(p_stack?!=?NULL)
????{
????????p_stack->top?=?0;
????????p_stack->size?=?size;

????????p_stack->p_buf?=?(int?*)malloc(sizeof(int)?*?size);
????????if(p_stack->p_buf?!=?NULL)
????????{
????????????return?p_stack;
????????}
????????free(p_stack);?/*?分配棧內(nèi)存失敗*/
????}
????return?NULL;?/*?創(chuàng)建棧失敗，返回?NULL*/
}

int?stack_push(struct?stack?*p_stack,?int?val)
{
????if(p_stack->top?!=?p_stack->size)?//未滿可入棧
????{
????????p_stack->p_buf[p_stack->top++]?=?val;
????????return?0;
????}
????return?-1;
}

int?stack_pop(struct?stack?*p_stack,?int?*p_val)
{
????if(p_stack->top?!=?0)??//非空可出棧
????{
????????*p_val?=?p_stack->p_buf[--p_stack->top];
????????return?0;
????}
????return?-1;
}

int?stack_delete(struct?stack?*p_stack)
{
????if(p_stack?==?NULL)
????{
????????return?-1;
????}

????if(p_stack->p_buf?!=?NULL)
????{
????????free(p_stack->p_buf);
????}
????free(p_stack);
????return?0;
}

使用 stack.h 的程序沒(méi)有 struct stack 結(jié)構(gòu)體成員的訪問(wèn)權(quán)限的，只能調(diào)用stack.h 文件中聲明的方法。對(duì)于外界用戶來(lái)說(shuō)，struct stack 結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部細(xì)節(jié)，以及各個(gè)函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方式都是不可見(jiàn)的。這正是完美的封裝！

由于所有細(xì)節(jié)都封裝到了 C 文件內(nèi)部，用戶通過(guò) stack.h 文件并不能看到 struct stack 結(jié)構(gòu)體的具體定義，因此也無(wú)法訪問(wèn) stack 結(jié)構(gòu)體中的成員。若用戶嘗試訪問(wèn) struct stack結(jié)構(gòu)體中的成員，將會(huì)編譯報(bào)錯(cuò)。（微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】?C 語(yǔ)言不是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)封裝有擴(kuò)展性的犧牲）。

C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)封裝的一般做法為：在頭文件中進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及函數(shù)定義的前置聲明，在源文件中完成各函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。這樣所有函數(shù)實(shí)現(xiàn)及定義細(xì)節(jié)均封裝到了源文件中，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是完全不可見(jiàn)的。

2.2 創(chuàng)建對(duì)象

2.2.1 內(nèi)存分配的問(wèn)題

基于前面創(chuàng)建棧方法，可以創(chuàng)建多個(gè)棧對(duì)象，例如：

struct?stack?*p_stack1?=?stack_create(20);
struct?stack?*p_stack2?=?stack_create(30);
struct?stack?*p_stack3?=?stack_create(50);

每個(gè)棧對(duì)象需要兩部分內(nèi)存：

一是棧對(duì)象本身的內(nèi)存（內(nèi)存大小為 sizeof(struct stack)）；

二是該棧對(duì)象用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的緩存（內(nèi)存大小為 sizeof(int) * size，其中，size 由用戶在創(chuàng)建 棧時(shí)通過(guò)參數(shù)指定）。

在棧對(duì)象的創(chuàng)建函數(shù)中，使用 malloc()分配了該對(duì)象所需的內(nèi)存空間，使用 malloc()分配內(nèi)存空間非常方便，但這種做法也限制了對(duì)象內(nèi)存的來(lái)源——必須使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存。但對(duì)于嵌入式系統(tǒng)，內(nèi)存往往是很大的瓶頸，很多應(yīng)用場(chǎng)合可能并不太適合使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存，主要有以下幾個(gè)因素：

1)內(nèi)存資源不足。運(yùn)行嵌入式軟件的硬件平臺(tái)普遍內(nèi)存小甚至只有幾k RAM。這種條件下管理使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存是比較浪費(fèi)的行為，可能產(chǎn)生內(nèi)存碎片，且內(nèi)存分配的軟件算法本身也會(huì)占用一定的內(nèi)存空間。

2)實(shí)時(shí)性要求高。部分嵌入式應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，但由于資源的限制，集成的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配算法不是很完善，使得很難確保動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的實(shí)時(shí)性。

3)內(nèi)存泄漏。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配可能出現(xiàn)內(nèi)存泄漏。

4)軟件編程復(fù)雜。在可靠的設(shè)計(jì)中，必須考慮內(nèi)存分配失敗的情況并對(duì)其進(jìn)行異常處理，如果存在大量的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，則處處都需考慮分配失敗的情況。

將對(duì)象內(nèi)存的來(lái)源限制為動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，限制了該類的應(yīng)用場(chǎng)合，致使部分應(yīng)用場(chǎng)合因?yàn)閮?nèi)存來(lái)源的問(wèn)題不得不放棄該類的使用。

2.2.2 內(nèi)存來(lái)源的探索

在 C 程序開(kāi)發(fā)中，除了使用 malloc()得到一段內(nèi)存空間外，還可以使用“直接定義變量”的形式分配一段內(nèi)存。直接定義變量的形式，內(nèi)存在編譯階段由編譯器負(fù)責(zé)分配，無(wú)需用戶作任何干預(yù)。根據(jù)變量定義位置的不同，實(shí)際內(nèi)存的開(kāi)辟位置存在一定的區(qū)別，主要有兩類：

局部變量：內(nèi)存開(kāi)辟在棧中；靜態(tài)變量（static 修飾的變量）或全局變量：內(nèi)存開(kāi)辟在全局靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。

兩種變量主要是生命周期的不同：局部變量在退出當(dāng)前作用域后（比如函數(shù)返回），內(nèi)存自動(dòng)釋放；靜態(tài)變量或全局變量?jī)?nèi)存開(kāi)辟在全局靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，它們?cè)诔绦虻恼麄€(gè)生命周期均有效。

內(nèi)存可以有 3 種來(lái)源，它們的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比詳見(jiàn)下表：

不同來(lái)源的內(nèi)存各有優(yōu)劣。前面提到，stack_create()函數(shù)將內(nèi)存的來(lái)源限制為僅動(dòng)態(tài)內(nèi)存不太合理。為了避免內(nèi)存來(lái)源受限，“內(nèi)存的分配”這一步交由用戶實(shí)現(xiàn)，以便用戶根據(jù)實(shí)際需要自由選擇內(nèi)存的來(lái)源。基于此，可以將對(duì)象的創(chuàng)建拆分為兩個(gè)獨(dú)立的步驟，分配對(duì)象所需的內(nèi)存和初始化對(duì)象。

2.2.3 分配對(duì)象所需的內(nèi)存

內(nèi)存分配的工作交由用戶完成，以便用戶根據(jù)實(shí)際需要自由選擇。用戶能夠完成內(nèi)存分配的前提是：用戶知道應(yīng)該分配的內(nèi)存大小。前面提到，每個(gè)棧對(duì)象需要兩部分內(nèi)存：一是棧對(duì)象本身的內(nèi)存（內(nèi)存大小為：sizeof(struct stack)）；二是該棧對(duì)象用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的緩存（內(nèi)存大小為 sizeof(int) * size，其中，size 由用戶在創(chuàng)建棧時(shí)通過(guò)參數(shù)指定）。

1、棧對(duì)象本身的內(nèi)存

棧對(duì)象本身的內(nèi)存大小為 sizeof(struct stack)，若用戶直接采用靜態(tài)內(nèi)存分配的方式（直接定義一個(gè)變量），則形式如下：

struct?stack?my_stack;

也可以繼續(xù)采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存的分配方式，例如：

struct?stack?*p_stack?=?(struct?stack?*)malloc(sizeof(struct?stack));

但是，若將這兩行代碼直接放到主程序中會(huì)無(wú)法編譯，因?yàn)橹懊枋龅摹胺庋b”特性，使外界看不到 struct stack 的具體定義，也就是說(shuō)，對(duì)于外界而言，該類型僅僅只是聲明并未定義，該類型對(duì)應(yīng)變量的大小對(duì)外也是未知的。

在 C 語(yǔ)言中定義一個(gè)變量時(shí)，編譯器將負(fù)責(zé)該變量所占用內(nèi)存的分配。內(nèi)存的大小與類型相關(guān)，要完成變量?jī)?nèi)存的分配，編譯器必須知道變量所占用的存儲(chǔ)空間大小。當(dāng)一個(gè)變量的類型未定義時(shí)，無(wú)法完成該類型對(duì)應(yīng)變量的定義，因此，如下語(yǔ)句在編譯時(shí)會(huì)出錯(cuò)：

struct?stack?my_stack;

同理，sizeof 語(yǔ)句用于獲得相應(yīng)類型數(shù)據(jù)的大小，而未定義的類型顯然是不知道其大小的，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配中所使用的 sizeof(struct stack)語(yǔ)句也是錯(cuò)誤的。

也許部分人會(huì)有疑問(wèn)，既然該類型未定義，為什么在主程序中定義該類型的指針變量卻可以呢？

struct?stack?*p_stack?=?//...

雖然 struct stack 類型未定義，但在之前已經(jīng)聲明，因此，編譯器知道它是一個(gè)“合法的結(jié)構(gòu)體類型”。此外，這里定義的是一個(gè)指針變量，在特定系統(tǒng)中，指針變量所占用的內(nèi)存大小是確定的，例如，在 32 位系統(tǒng)中，指針通常占用 4 個(gè)字節(jié)。即指針變量所占用的內(nèi)存空間大小與其指向的數(shù)據(jù)類型無(wú)關(guān)，編譯器無(wú)需知道其指向的數(shù)據(jù)類型，就可完成指針變量?jī)?nèi)存的分配。因此，一個(gè)類型未定義，只要其聲明了，就可以定義該類型的指針變量。但需要注意的是，在完成該類型的定義之前，不得嘗試訪問(wèn)該指針?biāo)赶虻膬?nèi)容。

完成內(nèi)存的分配，提供三種方案。

（1） 將類的具體定義放到 H 文件中

為了使用戶知道對(duì)象內(nèi)存的大小，一種最簡(jiǎn)單的辦法是直接將類型的定義放在 H 文件中。更新后的 H 文件示意代碼如下：

stack.h文件

#ifndef?__STACK_H
#define?__STACK_H

/*?類型定義?*/
struct?stack
{
????int?top;???/*?棧頂*/
????int?*p_buf;???/*?棧緩存*/
????unsigned?int?size;??/*?棧緩存的大小?*/
};

//?......?其它函數(shù)聲明
#endif

此時(shí)，對(duì)于外界，類型已經(jīng)定義，如下語(yǔ)句均可正常使用：

struct?stack?my_stack;//?靜態(tài)內(nèi)存分配
struct?stack?*p_stack?=?(struct?stack?*)malloc(sizeof(struct?stack));//?動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

由于類型的定義存放到了 H 文件中，暴露了類中的成員，在一定程度上破壞了類的“封裝”性。此時(shí)外界可以直接訪問(wèn)類中的數(shù)據(jù)成員。犧牲一定的封裝性，換來(lái)內(nèi)存分配的靈活性，這也是在嵌入式系統(tǒng)中，基于 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο缶幊痰囊话阕龇ǎ〝?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義存放在 H 文件中更加符合程序員的編程風(fēng)格）。嵌入式軟件大多數(shù)類定義在 H文件中，并沒(méi)有封裝在 C 文件中。

雖然類的定義存放在 H 文件中，但出于封裝性考慮，外界任何時(shí)候都不應(yīng)直接訪問(wèn)對(duì)象中的數(shù)據(jù)，應(yīng)該將其視為使用 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο缶幊痰囊粭l準(zhǔn)則。軟件開(kāi)發(fā)需要遵守兩個(gè)規(guī)則：一是在設(shè)計(jì)類時(shí)，應(yīng)考慮到用戶可能訪問(wèn)的數(shù)據(jù)，并為這些數(shù)據(jù)提供相應(yīng)的訪問(wèn)接口；二是在使用別人提供的類時(shí)，除非有特殊說(shuō)明，否則都不應(yīng)該嘗試直接訪問(wèn)類中的數(shù)據(jù)。

這種方法是目前嵌入式系統(tǒng)中使用得最為廣泛的一種方法，因此后文使用這種方法討論。

（2） 在 H 文件中定義一個(gè)新的結(jié)構(gòu)體類型

為了繼續(xù)保持類的封裝性，類的定義依然保留在 C 文件中。只不過(guò)與此同時(shí)，在 H 文件中定義一個(gè)新的結(jié)構(gòu)體類型。在該結(jié)構(gòu)體類型中，各個(gè)成員的順序和類型與類定義完全一致，僅命名不同。

struct?stack_mem
{
????int?dummy1;
????int?*dummy2;
????unsigned?int?dummy3;
};

各成員的順序和類型均與 struct stack 的定義完全相同，以此保證兩個(gè)類型數(shù)據(jù)所需要的內(nèi)存空間完全一致。同時(shí)，為了屏蔽各個(gè)成員的具體含義，所有成員均以 dummy 開(kāi)頭進(jìn)行命名。對(duì)于外界來(lái)講，可以基于 struct stack_mem 類型完成內(nèi)存的分配，例如：

struct?stack_mem?my_stack;//?靜態(tài)內(nèi)存分配
struct?stack?*p_stack?=?(struct?stack?*)malloc(sizeof(struct?stack_mem));//?動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

使用這種方案，類的實(shí)際定義依然沒(méi)有暴露給外界，繼續(xù)保持了良好的封裝。（微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】實(shí)際上FreeRTOS中，很多地方都采用了這種方法）。但這里定義了一個(gè)新的類型，給用戶理解上造成了一定的困擾，此外，為確保兩個(gè)類型完全一致，就要求類的設(shè)計(jì)者在修改類的定義時(shí)，必須確保 struct stack_mem 類型也同步修改，這給類的維護(hù)工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)；稍有不慎，某一個(gè)類型沒(méi)有同步修改就可能造成嚴(yán)重的錯(cuò)誤，且這種錯(cuò)誤編譯器不會(huì)給出任何提示，非常隱蔽。關(guān)于代碼審查可以參考《代碼審查那些事》、《代碼的保養(yǎng)》。

（3） 使用宏的形式告知對(duì)象所需的內(nèi)存大小

既然外界只需要知道對(duì)象內(nèi)存的大小，可以在開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用 sizoeof()獲得struct stack 類型的大小，然后將其以宏的形式定義在 H 文件中。例如在 32 位系統(tǒng)中，使用 sizeof()獲知 struct stack 類型的長(zhǎng)度為 12，則可以在 H 文件中定義一個(gè)宏，例如：

#define?STACK_MEM_SIZE?12

用戶使用該宏完成內(nèi)存分配，例如：

unsigned?char?stack_mem[STACK_MEM_SIZE];

這種做法僅僅在頭文件中新增了一個(gè)宏定義，類的定義依然保持的 C 文件中，“封裝”完全沒(méi)有被破壞，看起來(lái)也非常完美。但這種做法也存在一些問(wèn)題，因而很少采用。

a)對(duì)于同一個(gè)類型，不同系統(tǒng)中 sizeof()的結(jié)果可能不同。類型的長(zhǎng)度與系統(tǒng)和編譯器均相關(guān)。以 int 類型為例，在 32 位系統(tǒng)中為 32 位（4 字節(jié)），但 16 位系統(tǒng)中，其位寬可能為 16 位（2 字節(jié)）。因此，同樣是 sizeof(int)，結(jié)果可能為 4，也可能為 2。使用 sizeof()獲取類型的長(zhǎng)度時(shí)，不同系統(tǒng)中獲取的結(jié)果可能并不相同。這就導(dǎo)致 H 文件中的宏定義，切換平臺(tái)需要重新測(cè)試驗(yàn)證。同時(shí)，由于類型的定義封裝到了 C 文件中，因此修改過(guò)程只能有類的開(kāi)發(fā)者完成，一般用戶還無(wú)法完成，這就使得該類的跨平臺(tái)特性很差，移植有風(fēng)險(xiǎn)。

b)內(nèi)存不僅有大小的要求，還有內(nèi)存對(duì)齊的要求。

因此，通過(guò)一個(gè)宏告知用戶需要分配的內(nèi)存空間大小并不是十分合適，會(huì)遇到跨平臺(tái)、內(nèi)存對(duì)齊等多個(gè)注意事項(xiàng)，用戶可能在不經(jīng)意間出錯(cuò)。在實(shí)際嵌入式系統(tǒng)中很少使用。一些編碼技能可以參考《高質(zhì)量嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)技巧》。

2、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的緩存

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的緩存大小為 sizeof(int) *size，其中的 size 本身就是由用戶指定的，這部分內(nèi)存的大小用戶很容易得知，進(jìn)而完成內(nèi)存的分配?？梢圆捎渺o態(tài)內(nèi)存分配的方式（直接定義一個(gè)變量）完成內(nèi)存的分配：

int?buf[20];

也可以采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的方式完成內(nèi)存的分配：

int?*p_buf?=?(int?*)malloc(sizeof(int)?*?20);

2.2.4 內(nèi)存小曲

內(nèi)存的來(lái)源主要有三種：動(dòng)態(tài)內(nèi)存、靜態(tài)內(nèi)存和棧內(nèi)存，具體如何選擇按實(shí)際情況。

一些入式應(yīng)用對(duì)確定性要求較高，建議優(yōu)先使用靜態(tài)對(duì)象。如此一來(lái)只要能夠編譯（包含鏈接）成功，應(yīng)用程序往往就可以按照確定的流程正確執(zhí)行；若使用動(dòng)態(tài)對(duì)象，則必須考慮對(duì)象創(chuàng)建失敗的情況。偶爾使用的大塊內(nèi)存則建議使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存，使用注意和防范可參考《動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理及防御性編程》。

2.3 初始化對(duì)象

初始化對(duì)象的具體細(xì)節(jié)用戶不需要關(guān)心，指定棧對(duì)象的地址、緩存地址及緩存大小，基于此，可以定義初始化函數(shù)的原型為：

int?stack_init?(struct?stack?*p_stack,?int?*p_buf,?int?size);

對(duì)于棧來(lái)講，棧頂索引（top）的初始值恒為 0，因此該值無(wú)需通過(guò)初始化函數(shù)的參數(shù)傳遞。int 類型的返回值常用于表示執(zhí)行的結(jié)果（微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】建議非指針類型的返回值，以0表示成功，負(fù)數(shù)表示失?。?。該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)示意如下：

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
int?stack_init(struct?stack?*p_stack,?int?*p_buf,?int?size)
{
????p_stack->top?=?0;
????p_stack->size?=?size;
????p_stack->p_buf?=?p_buf;
????return?0;
}

（微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】該初始化函數(shù)的實(shí)現(xiàn)僅作為原理性展示，沒(méi)有做過(guò)多的錯(cuò)誤處理或參數(shù)檢查，實(shí)際應(yīng)用中，p_stack 為 NULL 或 p_buf 為 NULL 等情況都是錯(cuò)誤情況，后續(xù)范例也會(huì)省去部分參數(shù)校驗(yàn)）。

至此，完成了將創(chuàng)建對(duì)象分離為“分配對(duì)象所需的內(nèi)存”和“初始化對(duì)象”兩個(gè)步驟，對(duì)象內(nèi)存的來(lái)源交由用戶決定，用戶根據(jù)需要獲得內(nèi)存后，再將相關(guān)內(nèi)存的首地址傳遞給初始化函數(shù)。

2.4 銷毀對(duì)象

實(shí)現(xiàn) stack_create()以及對(duì)應(yīng)的stack_delete()，設(shè)計(jì)該函數(shù)的初衷是當(dāng)一個(gè)棧對(duì)象不會(huì)再被使用時(shí)，可以通過(guò)該函數(shù)釋放棧占用的資源，比如釋放在 stack_create()函數(shù)中使用 malloc()分配的內(nèi)存資源。

當(dāng)將 stack_create()拆分為兩步后，內(nèi)存的分配將由用戶決定，對(duì)應(yīng)地內(nèi)存的釋放也應(yīng)由用戶決定?；仡?stack_delete()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)目前只做了內(nèi)存釋放相關(guān)的操作，當(dāng)不需要釋放內(nèi)存時(shí)，該函數(shù)看起來(lái)沒(méi)有存在的必要。實(shí)際上，stack_delete()和 stack_create()函數(shù)是對(duì)應(yīng)的，當(dāng)將 stack_create()拆分為“分配對(duì)象所需的內(nèi)存”和“初始化對(duì)象”兩個(gè)步驟后，stack_delete()也應(yīng)該相應(yīng)的拆分為兩個(gè)步驟：“釋放對(duì)象占用的內(nèi)存”和“解初始化對(duì)象”（微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】解初始化或者反初始化，不用太在意這個(gè)操作的名稱，只要理解表達(dá)的意思是初始化的逆過(guò)程即可，init：deinit，關(guān)于命名的英文集客參考《嵌入式軟件命名常用英文集》）。

1． 釋放對(duì)象占用的內(nèi)存

前面已經(jīng)提到，釋放內(nèi)存交由用戶處理，釋放方法與內(nèi)存的來(lái)源相關(guān)。

動(dòng)態(tài)內(nèi)存的釋放?動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配應(yīng)使用相應(yīng)的釋放內(nèi)存函數(shù)（如 free()）進(jìn)行釋放。在釋放時(shí)應(yīng)確保分配的內(nèi)存全部被有效釋放。若某一部分內(nèi)存被遺漏，將造成內(nèi)存泄漏。隨著程序的長(zhǎng)期運(yùn)行，內(nèi)存不斷泄漏可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

靜態(tài)內(nèi)存的釋放?使用靜態(tài)內(nèi)存（定義變量的形式），則內(nèi)存的釋放是系統(tǒng)自動(dòng)完成的。若將對(duì)象定義為局部變量，內(nèi)存開(kāi)辟在系統(tǒng)棧中，則退出當(dāng)前作用域后（函數(shù)返回）自動(dòng)釋放；若將對(duì)象定義為靜態(tài)變量（static）或全局變量，則內(nèi)存開(kāi)辟在全局靜態(tài)區(qū)，該區(qū)域的內(nèi)存在應(yīng)用程序的整個(gè)生命周期均有效，無(wú)法釋放。

2． 解初始化對(duì)象

釋放內(nèi)存已交由用戶處理，對(duì)于類的設(shè)計(jì)來(lái)講，重點(diǎn)是設(shè)計(jì)“解初始化對(duì)象”對(duì)應(yīng)的函數(shù)，該函數(shù)與 stack_init()函數(shù)對(duì)應(yīng)，通常命名為“*_deinit”，即：stack_deinit()。該函數(shù)通常用于釋放在初始化對(duì)象時(shí)占用的其它資源。

對(duì)于純軟件對(duì)象（與硬件無(wú)關(guān)的軟件），通常其只會(huì)占用內(nèi)存資源，不會(huì)額外占用其它資源，對(duì)這類對(duì)象解初始化時(shí)可能無(wú)需做任何事情。例如前面關(guān)于棧的實(shí)現(xiàn)，在stack_init()函數(shù)中僅對(duì)幾個(gè)屬性進(jìn)行了賦值，沒(méi)有額外占用其它任何資源，此時(shí)，stack_deinit()可能無(wú)需做任何事情，成為一個(gè)空函數(shù)。

int?stack_deinit(struct?stack?*p_stack)
{
????return?0;
}

在嵌入式系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)遇到與硬件相關(guān)的對(duì)象，其初始化時(shí)往往會(huì)占用一定的硬件資源：I/O 引腳、系統(tǒng)中斷、系統(tǒng)總線。在解初始化這種對(duì)象時(shí)，應(yīng)同時(shí)釋放占用的資源。可重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象的初始化函數(shù)，查看其中是否分配、占用了某些資源。若有，則在解初始化函數(shù)中作相應(yīng)的釋放操作；若無(wú)，則解初始化函數(shù)留空。為了提高軟件的簡(jiǎn)潔性，也可刪除了空的解初始化函數(shù)，但這里為了展示軟件結(jié)構(gòu)，依然保留了解初始化函數(shù)。

將原 H 文件中的創(chuàng)建接口更新為初始化接口，刪除接口更新為解初始化接口，更新后的 H 文件內(nèi)容和 C 文件如下：

stack.h?文件

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
#ifndef?__STACK_H
#define?__STACK_H

/*?類型定義*/
struct?stack
{
????int?top;???/*?棧頂*/
????int?*p_buf;???/*?棧緩存*/
????unsigned?int?size;??/*?棧緩存的大小?*/
};

/*?初始化*/
int?stack_init(struct?stack?*p_stack,?int?*p_buf,?int?size);

/*?入棧*/
int?stack_push(struct?stack?*p_stack,?int?val);

/*?出棧*/
int?stack_pop(struct?stack?*p_stack,?int?*p_val);

/*?解初始化*/
int?stack_deinit(struct?stack?*p_stack);

#endif

?stack.c?文件

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
#include?"stack.h"

int?stack_init(struct?stack?*p_stack,?int?*p_buf,?int?size)
{
????p_stack->top?=?0;
????p_stack->size?=?size;
????p_stack->p_buf?=?p_buf;
????return?0;
}

int?stack_push(struct?stack?*p_stack,?int?val)
{
????if(p_stack->top?!=?p_stack->size)
????{
????????p_stack->p_buf[p_stack->top++]?=?val;
????????return?0;
????}
????return?-1;
}

int?stack_pop(struct?stack?*p_stack,?int?*p_val)
{
????if(p_stack->top?!=?0)
????{
????????*p_val?=?p_stack->p_buf[--p_stack->top];
????????return?0;
????}
????return?-1;
}

int?stack_deinit(struct?stack?*p_stack)
{
????return?0;
}

3． 銷毀對(duì)象的順序

創(chuàng)建對(duì)象時(shí)是先分配對(duì)象所需內(nèi)存，再初始化對(duì)象，因?yàn)樵诔跏蓟瘜?duì)象時(shí)，需要傳遞相應(yīng)內(nèi)存空間的首地址作為初始化函數(shù)的參數(shù)。這就保證了在初始化對(duì)象之前，必須完成相關(guān)內(nèi)存的分配。而銷毀一個(gè)對(duì)象時(shí)，釋放內(nèi)存與調(diào)用解初始化函數(shù)并不能通過(guò)接口進(jìn)行制約，銷毀過(guò)程與創(chuàng)建恰恰相反，應(yīng)先解初始化對(duì)象，再釋放對(duì)象占用的內(nèi)存。因?yàn)樵诮獬跏蓟瘜?duì)象時(shí)，還會(huì)使用到對(duì)象中的數(shù)據(jù)，若先釋放對(duì)象占用的內(nèi)存，則對(duì)象在被解初始化之前，就被徹底銷毀了，對(duì)象已經(jīng)不存在了，顯然無(wú)法再進(jìn)行解初始化操作。

若內(nèi)存來(lái)源于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，則完整的應(yīng)用程序范例如下：

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
#include?"stack.h"
#include?"stdio.h"
#include?"stdlib.h"
int?main()
{
????int?val;
????struct?stack?*p_stack?=?(struct?stack?*)malloc(sizeof(struct?stack));
????int?*p_buf?=?(int?*)malloc(sizeof(int)?*?20);

?//?初始化
????stack_init(p_stack,?buf,?20);

?//依次壓入數(shù)據(jù)：2、4、5、8
????stack_push(p_stack,?2);
????stack_push(p_stack,?4);
????stack_push(p_stack,?5);
????stack_push(p_stack,?8);

?//依次彈出各個(gè)數(shù)據(jù)，并打印
????stack_pop(p_stack,?&val);
????printf("%d?",?val);
????stack_pop(p_stack,?&val);
????printf("%d?",?val);
????stack_pop(p_stack,?&val);
????printf("%d?",?val);
????stack_pop(p_stack,?&val);
????printf("%d?",?val);

?//?解初始化
????stack_deinit(p_stack);

?//?釋放內(nèi)存
????free(p_stack);
????free(p_buf);
?
????return?0;
}

若內(nèi)存來(lái)源于靜態(tài)內(nèi)存分配，則內(nèi)存的分配和釋放完全由系統(tǒng)自行完成，如內(nèi)存以“局部變量”的形式分配，范例程序如下：

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
#include?"stack.h"
#include?"stdio.h"
int?main()
{
????int?val;
????int?buf[20];
????struct?stack?stack;
????struct?stack?*p_stack?=?&stack;

????stack_init(p_stack,?buf,?20);

?//?依次壓入數(shù)據(jù)：2、4、5、8
????stack_push(p_stack,?2);
????stack_push(p_stack,?4);
????stack_push(p_stack,?5);
????stack_push(p_stack,?8);

?//?依次彈出各個(gè)數(shù)據(jù)，并打印
????stack_pop(p_stack,?&val);
????printf("%d?",?val);
????stack_pop(p_stack,?&val);
????printf("%d?",?val);
????stack_pop(p_stack,?&val);
????printf("%d?",?val);
????stack_pop(p_stack,?&val);
????printf("%d?",?val);

????stack_deinit(p_stack);
????return?0;
}

從形式上看，雖然棧類的代碼變得復(fù)雜了一些，但對(duì)象內(nèi)存的來(lái)源更具有靈活性，使得棧的適用范圍更加廣泛。在部分系統(tǒng)中，在保證對(duì)象內(nèi)存來(lái)源不受限制的同時(shí)，為了特殊情況下的便利性，往往還保留了基于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配創(chuàng)建對(duì)象的方法，在這種情況下，將同時(shí)提供create 和 init 兩套接口。

以 FreeRTOS 為例，其提供了兩套創(chuàng)建任務(wù)的接口：xTaskCreate()和 xTaskCreateStatic()。其中，xTaskCreate()函數(shù)中采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的方法獲得了任務(wù)相關(guān)內(nèi)存；而 xTaskCreateStatic()函數(shù)即用于以“靜態(tài)”的方式創(chuàng)建任務(wù)，任務(wù)相關(guān)的內(nèi)存需要用戶通過(guò)函數(shù)的參數(shù)傳遞（實(shí)際上該函數(shù)的作用就類似于 init 初始化函數(shù)，只不過(guò)其命名為了 Create）。freeRTOS可以作為RTOS開(kāi)發(fā)入門的基礎(chǔ)，具體可參考《FreeRTOS及其應(yīng)用，萬(wàn)字長(zhǎng)文，基礎(chǔ)入門》、《基于RTOS的軟件開(kāi)發(fā)理論》。

在絕大部分面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言中，也有類似于初始化和解初始化的接口，以C++為例，在定義類時(shí)，每個(gè)類都有構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)兩個(gè)特殊的函數(shù)。構(gòu)造函數(shù)就相當(dāng)于這里的初始化函數(shù)，其在創(chuàng)建對(duì)象時(shí)自動(dòng)調(diào)用；析構(gòu)函數(shù)就相當(dāng)于這里的解初始化函數(shù)，其在銷毀對(duì)象時(shí)自動(dòng)調(diào)用。例如，以局部變量的形式定義一個(gè)對(duì)象，則在定義對(duì)象時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)；在退出當(dāng)前作用域（函數(shù)返回）時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。高級(jí)的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，為很多操作提供了語(yǔ)法特性上的原生支持，給實(shí)際編程帶來(lái)了極大的便利。

3 繼承

繼承表示了一種類與類之間的特殊關(guān)系，即 is-a 關(guān)系，例如蘋果是一種水果。A is-a B，表明了 A 只是 B 的一個(gè)特例，并不是 B 的全部，A（蘋果）是子類，B（水果）是父類（又稱基類、超類）。

子類是父類的一個(gè)特例，可以看作是在父類的基礎(chǔ)上作了一些屬性或方法的擴(kuò)展，子類依然具有父類的屬性和方法。使用繼承關(guān)系在一個(gè)已經(jīng)存在的類的基礎(chǔ)上，定義一個(gè)新類。新類將自動(dòng)繼承已存在類的屬性和方法，并可根據(jù)需要添加新的屬性和方法。繼承使子類可以重用父類中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的屬性和方法，無(wú)需再重復(fù)設(shè)計(jì)和編程，以此實(shí)現(xiàn)代碼最大限度的復(fù)用。

3.1 “繼承”示例

在 C 語(yǔ)言編程中，在定義子類（子類結(jié)構(gòu)體類型）時(shí)，通過(guò)將父類作為子類的第一個(gè)成員實(shí)現(xiàn)繼承。之所以這樣做，是因?yàn)樵?C 語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體中，第一個(gè)成員（父類）的地址和結(jié)構(gòu)體自身（子類）的地址相同，當(dāng)子類需要復(fù)用父類的方法時(shí)，子類的地址也可以作為父類的地址使用（微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】這是后續(xù)繼承操作取巧的基礎(chǔ)）。

例如在一個(gè)系統(tǒng)中具有多個(gè)棧，為便于區(qū)分，每個(gè)?？梢跃哂胁煌拿Q（系統(tǒng)棧、數(shù)據(jù)棧、符號(hào)棧……）?；谠撔枨?，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)帶名稱的棧（為便于和前文普通棧區(qū)分，后文將其稱為“命名?！保丛谄胀５幕A(chǔ)上，增加一個(gè)“名稱”屬性，該屬性使每個(gè)棧都具有一個(gè)可供識(shí)別的名稱，該棧類型的定義及接口聲明如下：

stack_named.h文件

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
#ifndef?__STACK_NAMED_H
#define?__STACK_NAMED_H

#include?"stack.h"????/*?包含基類頭文件*/

struct?stack_named
{
????struct?stack?super;??/*?基類（超類）*/
????const?char?*p_name;??/*?棧名*/
};

/*?初始化?*/
int?stack_named_init(struct?stack_named?*p_stack,?int?*p_buf,?int?size,?const?char?*p_name);

/*?設(shè)置名稱*/
int?stack_named_set(struct?stack_named?*p_stack,?const?char?*p_name);

/*?獲取名稱*/
const?char?*?stack_named_get(struct?stack_named?*p_stack);

/*?解初始化*/
int?stack_named_deinit(struct?stack_named?*p_stack);

#endif

stack_named.c文件

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
#include?"stack_named.h"

int?stack_named_init(struct?stack_named?*p_stack,?int?*p_buf,?int?size,?const?char?*p_name)
{
????stack_init(&p_stack->super,?p_buf,?size);?/*?初始化基類*/
????p_stack->p_name?=?p_name;?/*?初始化子類成員?*/
????return?0;
}

int?stack_named_set(struct?stack_named?*p_stack,?const?char?*p_name)
{
????p_stack->p_name?=?p_name;
????return?0;
}

const?char?*?stack_named_get(struct?stack_named?*p_stack)
{
????return?p_stack->p_name;
}

int?stack_named_deinit(struct?stack_named?*p_stack)
{
????return?stack_deinit(&p_stack->super);?/*?解初始化基類*/
}

實(shí)現(xiàn)“命名棧”時(shí)，除初始化函數(shù)和解初始化函數(shù)外，僅為新增的屬性p_name 提供了設(shè)置和獲取方法，棧的核心邏輯相關(guān)函數(shù)（入棧、出棧）無(wú)需重復(fù)實(shí)現(xiàn)，入棧和出棧方法作為“命名?！备割惖姆椒ǎ梢员粡?fù)用。使用“命名?！钡膽?yīng)用程序范例如下：

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
#include?"stack_named.h"
#include?"stdio.h"
int?main()
{
????int?val;
????int?buf[20];
????struct?stack_named?stack_named;
????struct?stack_named?*p_stack_named?=?&stack_named;

????stack_named_init(p_stack_named,?buf,?20,?"chengj");
????printf("The?stack?name?is?%s!n",?stack_named_get(p_stack_named));

????//?依次壓入數(shù)據(jù)：2、4、5、8
????stack_push((struct?stack?*)p_stack_named,?2);??//強(qiáng)制棧類型轉(zhuǎn)換
????stack_push((struct?stack?*)p_stack_named,?4);
????stack_push((struct?stack?*)p_stack_named,?5);
????stack_push((struct?stack?*)p_stack_named,?8);

????//?依次彈出各個(gè)數(shù)據(jù)，并打印
????stack_pop((struct?stack?*)p_stack_named,?&val);??//強(qiáng)制棧類型轉(zhuǎn)換
????printf("%d?",?val);
????stack_pop((struct?stack?*)p_stack_named,?&val);
????printf("%d?",?val);
????stack_pop((struct?stack?*)p_stack_named,?&val);
????printf("%d?",?val);
????stack_pop((struct?stack?*)p_stack_named,?&val);
????printf("%d?",?val);

????stack_named_deinit(p_stack_named);
????return?0;
}

程序中，因?yàn)楦割悾╯truct stack）和子類（struct stack_named）對(duì)應(yīng)的類型并不相同，所以當(dāng)父類方法（stack_push()、stack_pop()）作用于子類對(duì)象（stack_named）時(shí)，為了避免編譯器輸出“類型不匹配”的警告，必須對(duì)類型進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。

在 C 語(yǔ)言中，大量的使用類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，如兩個(gè)類之間沒(méi)有繼承關(guān)系，使用強(qiáng)制轉(zhuǎn)換將屏蔽編譯器輸出的警告信息，導(dǎo)致這類錯(cuò)誤在編譯階段無(wú)法發(fā)現(xiàn)。為了避免使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，可以多做一步操作，從子類中取出父類的地址進(jìn)行傳遞，保證參數(shù)類型一致：

stack_push((struct?stack?*)p_stack_named,?2);
//改為
stack_push(&p_stack_named->super,?2);

但無(wú)論使用哪種方法，看起來(lái)都不是很完美。這類問(wèn)題的存在主要是因?yàn)?C語(yǔ)言并非真正的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，使用 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο缶幊虝r(shí)，需要使用到一些看似“投機(jī)取巧”的手段。在真正的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言中，編譯器可以識(shí)別繼承關(guān)系，無(wú)需任何強(qiáng)制轉(zhuǎn)換語(yǔ)句，父類的方法可以直接作用于子類。

3.2 初始化函數(shù)

回顧前面命名棧初始化函數(shù)：

int?stack_named_init(struct?stack_named?*p_stack,?int?*p_buf,?int?size,?const?char?*p_name)
{
????stack_init(&p_stack->super,?p_buf,?size);?/*?初始化基類*/
????p_stack->p_name?=?p_name;?/*?初始化子類成員?*/
????return?0;
}

先調(diào)用了父類的初始化函數(shù)（stack_init()），再初始化命名棧特有的 p_name 屬性。這里指出了一個(gè)隱含的規(guī)則：先初始化基類的成員，再初始化派生類特有的成員。該規(guī)則與面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言中構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序是一致的：在建立一個(gè)對(duì)象時(shí)，首先調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)，然后再調(diào)用派生類的構(gòu)造函數(shù)。

3.3 解初始化函數(shù)

解初始化的順序與初始化的順序是恰好相反的，應(yīng)先對(duì)派生類中特有的數(shù)據(jù)“解初始化”，再對(duì)基類作解初始化操作。解初始化函數(shù)的實(shí)現(xiàn)詳見(jiàn)程序如下：

int?stack_deinit(struct?stack?*p_stack)
{
????p_stack->top?=?0;
????return?0;
}

int?stack_named_deinit(struct?stack_named?*p_stack)
{
????p_stack->p_name?=?NULL;
????return?stack_deinit(&p_stack->super);?/*?解初始化基類在后*/
}

3.4 最少知識(shí)原則

所謂 “最少知識(shí)原則”就是，對(duì)使用者而言，不管類的內(nèi)部如何，只調(diào)用提供的方法，其他的一概不管。（微信公眾號(hào)【嵌入式系統(tǒng)】更多編碼原則可以參考《嵌入式軟件設(shè)計(jì)原則隨想》）顯然前面的“命名?！辈⒎侨绱?，對(duì)于命名棧的使用者，其必須知道命名棧與普通棧之間的繼承關(guān)系，進(jìn)而才可以正確的使用普通棧的入棧方法，操作命名棧，例如：

stack_push((struct?stack?*)p_stack_named,?2);?//類型轉(zhuǎn)換關(guān)系

這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)并不友好，因?yàn)槠涫褂玫氖恰懊麠！鳖悾╯tack_named.h），卻還要關(guān)心“普通?！鳖悾╯tack.h）。為滿足“最少知識(shí)原則”，命名棧也可以提供入棧和出棧方法，使用戶僅需關(guān)心命名棧的公共接口就可以完成命名棧的所有操作。

stack_named.h文件

#ifndef?__STACK_NAMED_H
#define?__STACK_NAMED_H

#include?"stack.h"

/*?包含基類頭文件*/

struct?stack_named
{
????struct?stack?super;?/*?基類（超類）*/
????const?char?*p_name;?/*?棧名*/
};

/*?初始化?*/
int?stack_named_init(struct?stack_named?*p_stack,?int?*p_buf,?int?size,?const?char?*p_name);

/*?設(shè)置名稱?*/
int?stack_named_set(struct?stack_named?*p_stack,?const?char?*p_name);

/*?獲取名稱?*/
const?char?*?stack_named_get(struct?stack_named?*p_stack);

//微信公眾號(hào)：嵌入式系統(tǒng)
static?inline?int?stack_named_push(struct?stack_named?*p_stack,?int?val)
{
????return?stack_push(&p_stack->super,?val);
}
static?inline?int?stack_named_pop(struct?stack_named?*p_stack,?int?*p_val)
{
????return?stack_pop(&p_stack->super,?p_val);
}

/*?解初始化?*/
int?stack_named_deinit(struct?stack_named?*p_stack);

#endif

頭文件中增加了兩個(gè)方法：stack_named_push()和 stack_named_pop()，由于這兩個(gè)函數(shù)非常簡(jiǎn)單，只是調(diào)用了其父類中相應(yīng)的方法，僅一行代碼，因而使用了內(nèi)聯(lián)函數(shù)的形式，如此可以優(yōu)化代碼大小和執(zhí)行速度。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的包裝后，用戶使用的所有方法都是作用于“命名?！睂?duì)象的，無(wú)需再使用類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換等特殊的方法。更新后的“命名棧”使用范例片段如下：

//?壓入數(shù)據(jù)
stack_named_push(p_stack_named,?2);

//?彈出數(shù)據(jù)并打印
stack_named_pop(p_stack_named,?&val);?printf("%d?",?val);

從用戶角度看，包裝后的“命名?！睂?duì)用戶來(lái)講更加友好（無(wú)需類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換）。但在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，若所有繼承關(guān)系都再次封裝一遍會(huì)顯得累贅。因此，只對(duì)用戶開(kāi)放的類才需要這樣做，如果某些類無(wú)需對(duì)用戶開(kāi)放，僅在內(nèi)部使用，則可以酌情省略包裝過(guò)程。

> 預(yù)知后事如何，且看下集分解 ...

嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的對(duì)象在哪（下）