我一直對(duì)計(jì)算機(jī)充滿好奇，總是會(huì)想：“好吧，我知道怎么用，但它到底是怎么工作的？”在這個(gè)過程中，我經(jīng)常會(huì)做個(gè)思想實(shí)驗(yàn)：如果讓我從零開始實(shí)現(xiàn)它，我會(huì)怎么做？在本文中，我們將探討接口在面向?qū)ο缶幊讨械墓ぷ髟恚ㄊ褂肑ava），然后在C語言中實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)陋的接口版本。

讓我們來看一個(gè)例子

我們的例子很簡(jiǎn)單：計(jì)算車輛的價(jià)格。如果是汽車，價(jià)格將根據(jù)其最高速度計(jì)算；如果是摩托車，價(jià)格將根據(jù)其排量計(jì)算。我們首先用接口定義車輛的行為：

public class Main {
    public interface Vehicle {
        Integer price();
    }
}

這里沒什么特別的，只是一個(gè)返回整數(shù)的方法。現(xiàn)在讓我們實(shí)現(xiàn)汽車類：

public class Main {
    // ...

    public static class Car implements Vehicle {
        private final Integer speed;

        public Car(Integer speed) {
            this.speed = speed;
        }

        @Override
        public Integer price() {
            return speed * 60;
        }
    }
}

很經(jīng)典：一個(gè)構(gòu)造函數(shù)和price方法的實(shí)現(xiàn)，將速度乘以60。現(xiàn)在，讓我們實(shí)現(xiàn)摩托車類：

public class Main {
    // ...

    public static class Motorcycle implements Vehicle {
        private final Integer cc;

        public Motorcycle(Integer cc) {
            this.cc = cc;
        }

        @Override
        public Integer price() {
            return cc * 10;
        }
    }
}

幾乎一樣，唯一的區(qū)別是現(xiàn)在我們將排量乘以10。然后，我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)打印車輛價(jià)格的方法：

public class Main {
    // ...

    public static void printVehiclePrice(Vehicle vehicle) {
        System.out.println("$" + vehicle.price() + ".00");
    }
}

沒什么秘密。最后，我們的main方法：

public class Main {
    // ...

    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car(120);
        Motorcycle motorcycle = new Motorcycle(1000);

        printVehiclePrice(car);
        printVehiclePrice(motorcycle);
    }
}

<code>$ java Main.java
00.00
000.00</code>

這就是我們想要達(dá)到的模型，但是現(xiàn)在要在C語言中從零開始實(shí)現(xiàn)。

我們?cè)撊绾谓鉀Q這個(gè)問題？

當(dāng)我想到對(duì)象時(shí)，首先想到的是一組表示狀態(tài)的數(shù)據(jù)和操作和管理該狀態(tài)的方法。在C語言中表示數(shù)據(jù)集合最直接的方法是結(jié)構(gòu)體。對(duì)于方法，最接近的方法是接收狀態(tài)作為參數(shù)的函數(shù)。此狀態(tài)將對(duì)應(yīng)于類中的this，例如：

typedef struct {
    int height_in_cm;
    int weight_in_kg;
} Person;

float person_bmi(Person *person) {
    float height_in_meters = (float)person->height_in_cm / 100;
    float bmi =
        (float)person->weight_in_kg / (height_in_meters * height_in_meters);

    return bmi;
}

在這里，我們?cè)赑erson結(jié)構(gòu)體中定義了一個(gè)人的數(shù)據(jù)，并使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。這是我們?cè)贑語言中可以擁有的最接近類的結(jié)構(gòu)。也許在結(jié)構(gòu)體中使用函數(shù)指針也是一個(gè)好主意？好吧，這留到下一篇文章再討論。

好的，我們有了一種類似類的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，我們?nèi)绾卧贑語言中定義接口？如果仔細(xì)想想，編譯器/解釋器不會(huì)做魔法來猜測(cè)哪些類實(shí)現(xiàn)了接口。它可以在編譯時(shí)確定這一點(diǎn)，并將我們使用接口的所有部分替換為具體的類型。在編譯后的程序中，接口甚至不存在。

由于C語言編譯器沒有提供這種可能性，我們必須自己實(shí)現(xiàn)這個(gè)方案。我們需要知道所有實(shí)現(xiàn)我們接口的類型，并想辦法使用這些實(shí)現(xiàn)的函數(shù)。

在C語言中實(shí)現(xiàn)接口

首先，讓我們定義我們簡(jiǎn)陋接口的框架。我們將創(chuàng)建一個(gè)枚舉，其中包含不同的實(shí)現(xiàn)和我們函數(shù)的簽名。

public class Main {
    public interface Vehicle {
        Integer price();
    }
}

在這里，我們定義了我們的枚舉，其中包含我們稍后將要實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)。這看起來可能不像，但這部分非常重要。接下來，我們聲明了vehicle_free函數(shù)（稍后將解釋）和vehicle_price函數(shù)，我們希望在我們的“類”中實(shí)現(xiàn)這些函數(shù)?，F(xiàn)在讓我們來看汽車的實(shí)現(xiàn)：

public class Main {
    // ...

    public static class Car implements Vehicle {
        private final Integer speed;

        public Car(Integer speed) {
            this.speed = speed;
        }

        @Override
        public Integer price() {
            return speed * 60;
        }
    }
}

car_init函數(shù)在內(nèi)存中初始化一個(gè)新的“對(duì)象”Car。在Java中，這將通過new自動(dòng)完成。在這里，我們需要手動(dòng)完成。vehicle_free函數(shù)將用于釋放之前初始化的任何“對(duì)象”分配的內(nèi)存，使用car_free等實(shí)現(xiàn)。摩托車的實(shí)現(xiàn)非常相似：

public class Main {
    // ...

    public static class Motorcycle implements Vehicle {
        private final Integer cc;

        public Motorcycle(Integer cc) {
            this.cc = cc;
        }

        @Override
        public Integer price() {
            return cc * 10;
        }
    }
}

幾乎一樣，只是現(xiàn)在我們用VEHICLE_MOTORCYCLE初始化，并乘以10?，F(xiàn)在讓我們來看打印車輛價(jià)格的函數(shù)：

public class Main {
    // ...

    public static void printVehiclePrice(Vehicle vehicle) {
        System.out.println("$" + vehicle.price() + ".00");
    }
}

如此簡(jiǎn)單……這樣看來，我們似乎沒有做太多工作?，F(xiàn)在，最后也是最重要的一點(diǎn)，我們必須實(shí)現(xiàn)我們?cè)谏厦娼涌诙x中聲明的函數(shù)，還記得嗎？幸運(yùn)的是，我們甚至不需要考慮這個(gè)實(shí)現(xiàn)。我們總會(huì)有一個(gè)簡(jiǎn)單的窮舉switch/case，僅此而已。

public class Main {
    // ...

    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car(120);
        Motorcycle motorcycle = new Motorcycle(1000);

        printVehiclePrice(car);
        printVehiclePrice(motorcycle);
    }
}

現(xiàn)在我們可以使用我們所做的一切：

<code>$ java Main.java
00.00
000.00</code>

typedef struct {
    int height_in_cm;
    int weight_in_kg;
} Person;

float person_bmi(Person *person) {
    float height_in_meters = (float)person->height_in_cm / 100;
    float bmi =
        (float)person->weight_in_kg / (height_in_meters * height_in_meters);

    return bmi;
}

成功了！但是你可能會(huì)想：“好吧，這有什么用？”

一個(gè)真實(shí)的用例

我最喜歡的項(xiàng)目類型之一是解析器，從解釋器到簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式解析器。通常，當(dāng)您實(shí)現(xiàn)這些解析器時(shí)，會(huì)遇到稱為AST（抽象語法樹）的東西。顧名思義，它是一棵樹，它將表示您正在處理的語法，例如，變量聲明int foo = 10; 是AST的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它包含另外三個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)類型節(jié)點(diǎn)，用于int，一個(gè)標(biāo)識(shí)符節(jié)點(diǎn)，用于foo，以及一個(gè)表達(dá)式節(jié)點(diǎn)，用于10，該節(jié)點(diǎn)包含另一個(gè)值為10的整數(shù)節(jié)點(diǎn)?？吹剿卸鄰?fù)雜了嗎？

當(dāng)我們?cè)贑語言中這樣做時(shí)，我們必須在包含多個(gè)字段的巨大結(jié)構(gòu)體之間進(jìn)行選擇，以表示任何可能的AST節(jié)點(diǎn)，或者使用多個(gè)小型結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)抽象定義，每個(gè)結(jié)構(gòu)體表示不同的節(jié)點(diǎn)，就像我們?cè)谶@里用我們的“接口”所做的那樣。如果您想查看一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，在這個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式解析器中，我實(shí)現(xiàn)了第二種方法。

結(jié)論

編譯器或解釋器所做的任何事情都不是魔法。嘗試自己實(shí)現(xiàn)一些東西總是一個(gè)有趣的練習(xí)。希望這是一篇有益的閱讀。謝謝！

以上是C語言中的面向?qū)ο?？從頭開始實(shí)現(xiàn)接口。的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！