多态性（在 C 中）[重复]答案

【问题标题】：Polymorphism (in C) [duplicate]多态性（在 C 中）[重复]
【发布时间】：2012-01-01 21:58:03
【问题描述】：

可能重复：
How can I simulate OO-style polymorphism in C?

我试图通过我所知道的语言中的示例来更好地理解多态性的概念； C语言中是否存在多态性？

【问题讨论】：

您总是可以通过实现一些 vtable 技术来编写多态的东西。这只是玩弄函数指针来创建合适的间接级别。
stackoverflow.com/questions/524033/…

标签： c oop polymorphism

【解决方案1】：

这是Nekuromento's second example，我认为这是面向对象 C 的惯用方式：

动物.h

#ifndef ANIMAL_H_
#define ANIMAL_H_

struct animal
{
    // make vtable_ a pointer so they can be shared between instances
    // use _ to mark private members
    const struct animal_vtable_ *vtable_;
    const char *name;
};

struct animal_vtable_
{
    const char *(*sound)(void);
};

// wrapper function
static inline const char *animal_sound(struct animal *animal)
{
    return animal->vtable_->sound();
}

// make the vtables arrays so they can be used as pointers
extern const struct animal_vtable_ CAT[], DOG[];

#endif

cat.c

#include "animal.h"

static const char *sound(void)
{
    return "meow!";
}

const struct animal_vtable_ CAT[] = { { sound } };

dog.c

#include "animal.h"

static const char *sound(void)
{
    return "arf!";
}

const struct animal_vtable_ DOG[] = { { sound } };

main.c

#include "animal.h"
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    struct animal kitty = { CAT, "Kitty" };
    struct animal lassie = { DOG, "Lassie" };

    printf("%s says %s\n", kitty.name, animal_sound(&kitty));
    printf("%s says %s\n", lassie.name, animal_sound(&lassie));

    return 0;
}

这是一个运行时多态性的例子，因为那是方法解析发生的时候。

C1x 添加了泛型选择，这使得通过宏实现编译时多态性成为可能。以下示例摘自 C1x 4 月草案，第 6.5.1.1 节第 5 节：

#define cbrt(X) _Generic((X), \
    long double: cbrtl, \
    default: cbrt, \
    float: cbrtf \
)(X)

用于数学函数的类型通用宏已经在 C99 中通过标题 tgmath.h 提供，但用户无法在不使用编译器扩展的情况下定义自己的宏。

【讨论】：

将DOG AND CAT 放在animal.h 中是否约定俗成？我可以想象他们也可以进入各自的标题。

【解决方案2】：

C 中几乎所有运行时多态的实现都将使用函数指针，因此这是基本的构建块。

这是一个简单的例子，当过程运行时行为根据它的参数而改变时。

#include <stdio.h>

int tripple(int a) {
    return 3 * a;
}

int square(int a) {
    return a * a;
}

void transform(int array[], size_t len, int (*fun)(int)) {
    size_t i = 0;
    for(; i < len; ++i)
        array[i] = fun(array[i]);
}

int main() {
    int array[3] = {1, 2, 3};
    transform(array, 3, &tripple);
    transform(array, 3, &square);

    size_t i = 0;
    for (; i < 3; ++i)
        printf("%d ", array[i]);

    return 0;
}

使用函数指针，您可以创建 virtual tables 并使用它来创建将被统一处理但在运行时行为不同的“对象”。

#include <stdio.h>

struct animal_vtable {
    const char* (*sound)();
};

struct animal {
    struct animal_vtable methods;
    const char* name;
};

const char* cat_sound() {
    return "meow!";
}

const char* dog_sound() {
    return "bark!";
}

void describe(struct animal *a) {
    printf("%s makes \"%s\" sound.\n", a->name, a->methods.sound());
}

struct animal cat = {{&cat_sound}, "cat"};
struct animal dog = {{&dog_sound}, "dog"};

int main() {
    describe(&cat);
    describe(&dog);

    return 0;
}

【讨论】：

在 C 中执行 OO 的“惯用”方式（只要有这样的事情）将使 struct animal 的成员 methods 成为指针，因此同一“类”的不同实例可以分享他们的 vtables
@Christoph：这是一个额外的间接级别，可能是好事也可能是坏事。这是空间与速度的权衡。
@yi_H：当然，但我仍然会考虑使用惯用的指针，因为 vtable 对应于对象的类，它（至少在概念上）在实例之间共享；如果这样看的话，包括实例中的vtable提供了一个方法缓存，即是一种优化的形式……
@Christoph：那是因为你在类中思考。想象一个可以独立设置每个 vtable 条目的系统。有一种类方法会导致组合爆炸。再说一次，我只是说没有正确的方法，有取舍。
“Woof”是 Dog 发出的惯用噪音，在 RFC K9 中建立

【解决方案3】：

我猜，你已经查看了polymorphism 上的维基百科文章。

在计算机科学中，多态性是一种编程语言特性允许使用 a 来处理不同数据类型的值统一的界面。

根据该定义，不，C 本身并不支持多态性。例如，没有获取数字绝对值的通用函数（abs 和 fabs 分别用于整数和双精度数）。

如果您也熟悉 C++，请查看 OOP 继承和模板 - 这些是那里的多态机制。

【讨论】：

您需要将指针转换为指向它的指针，因此从技术上讲，它们不再属于不同类型。不过，这是一种可能的解决方法。
C99 在名为 tgmath.h 的标头中添加了算术类型的多态数学函数； C1x 新增_Generic 让用户自定义多态宏成为可能

【解决方案4】：

C 中没有对多态性的内在支持，但是有一些设计模式，使用函数指针、基类“类”（结构）强制转换等，可以提供动态分派的逻辑等价物。 GTK library 就是很好的例子。

【讨论】：