C语言面向对象编程（二）：继承详解

在C 语言面向对象编程（一）里说到继承，这里再详细说一下。

C++ 中的继承，从派生类与基类的关系来看（出于对比 C 与 C++，只说公有继承）：

• 派生类内部可以直接使用基类的 public 、protected 成员（包括变量和函数）
• 使用派生类的对象，可以像访问派生类自己的成员一样访问基类的成员
• 对于被派生类覆盖的基类的非虚函数，在派生类中可以通过基类名和域作用符（::）来访问
• 当使用基类指针调用虚函数时，会调用指针指向的实际对象实现的函数，如果该对象未重载该虚函数，则沿继承层次，逐级回溯，直到找到一个实现

上面的几个特点，我们在 C 语言中能否全部实现呢？我觉得可以实现类似的特性，但在使用方法上会有些区别。后面我们一个一个来说，在此之前呢，先说继承的基本实现。

先看 C 语言中通过“包含”模拟实现继承的简单代码框架：

struct base{
    int a;
};

struct derived{
    struct base parent;
    int b;
};

struct derived_2{
    struct derived parent;
    int b;
};

上面的示例只有数据成员，函数成员其实是个指针，可以看作数据成员。 C 中的 struct 没有访问控制，默认都是公有访问（与 java 不同）。

下面是带成员函数的结构体：

struct base {
    int a;
    void (*func1)(struct base *_this);
};

struct derived {
    struct base parent;
    int b;
    void (*func2)(struct derived* _this;
};

为了像 C++ 中一样通过类实例来访问成员函数，必须将结构体内的函数指针的第一个参数定义为自身的指针，在调用时传入函数指针所属的结构体实例。这是因为 C 语言中不存在像 C++ 中那样的 this 指针，如果我们不显式地通过参数提供，那么在函数内部就无法访问结构体实例的其它成员。

下面是在 c 文件中实现的函数：

static void base_func1(struct base *_this)
{
    printf("this is base::func1\n");
}
static void derived_func2(struct derived *_this)
{
    printf("this is derived::func2\n");
}

C++ 的 new 操作符会调用构造函数，对类实例进行初始化。 C 语言中只有 malloc 函数族来分配内存块，我们没有机会来自动初始化结构体的成员，只能自己增加一个函数。如下面这样（略去头文件中的声明语句）：

struct base * new_base()
{
    struct base * b = malloc(sizeof(struct base));
    b->a = 0;
    b->func1 = base_func1;
    return b;
}

好的，构造函数有了。通过 new_base() 调用返回的结构体指针，已经可以像类实例一样使用了：

struct base * b1 = new_base();
b1->func1(b1);

到这里我们已经知道如何在 C 语言中实现一个基本的“类”了。接下来一一来看前面提到的几点。

第一点，派生类内部可以直接使用基类的 public 、protected 成员（包括变量和函数）。具体到上面的例子，我们可以在 derived_func2 中访问基类 base 的成员 a 和 func1 ，没有任何问题，只不过是显式通过 derived 的第一个成员 parent 来访问：

static void derived_func2(struct derived *_this)
{
    printf("this is derived::func2, base::a = %d\n", _this->parent.a);
    _this->parent.func1(&_this->parent);
}

第二点，使用派生类的对象，可以像访问派生类自己的成员一样访问基类的成员。这个有点变化，还是只能通过派生类实例的第一个成员 parent 来访问基类的成员（通过指针强制转换的话可以直接访问）。代码如下：

struct derived d;
printf("base::a = %d\n",d.parent.a);

struct derived *p = new_derived();
((struct base *)p)->func1(p);

第三点，对于被派生类覆盖的基类的非虚函数，在派生类中可以通过基类名和域作用符（::）来访问。其实通过前两点，我们已经熟悉了在 C 中访问“基类”成员的方法，总是要通过“派生类”包含的放在结构体第一个位置的基类类型的成员变量来访问。所以在 C 中，严格来讲，实际上不存在覆盖这种情况。即便定义了完全一样的函数指针，也没有关系，因为“包含”这种方式，已经从根本上分割了“基类”和“派生类”的成员，它们不在一个街区，不会冲突。

下面是一个所谓覆盖的例子：

struct base{
    int a;
    int (*func)(struct base * b);
};

struct derived {
    struct base b;
    int (*func)(struct derived *d);
};

/* usage */
struct derived * d = new_derived();
d->func(d);
d->b.func((struct base*)d);

如上面的代码所示，不存在名字覆盖问题。

第四点，虚函数。虚函数是 C++ 里面最有意义的一个特性，是多态的基础，要想讲明白比较困难，我们接下来专门写一篇文章讲述如何在 C 中实现类似虚函数的效果，实现多态。

回顾一下：

• C语言面向对象编程（一）：封装与继承