C語言面向對象程式設計（四）：面向接口程式設計

    Java 中有 interface 關鍵字，C++ 中有抽象類或純虛類可以與 interface 比拟，C 語言中也可以實作類似的特性。

    在面試 Java 程式員時我經常問的一個問題是：接口和抽象類有什麼差別。

    很多程式設計書籍也經常說要面向接口程式設計，我的了解是，接口強制派生類必須實作基類（接口）定義的契約，而抽象類則允許實作繼承進而導緻派生類可以不實作（重寫）基類（接口）定義的契約。通常這不是問題，但在有一些特定的情況，看起來不那麼合适。

    比如定義一個 Shape 基類，其中定義一個 draw() 方法，給一個什麼都不做的預設實作（通常是空函數體），這實際沒有任何意義。

    再比如基類改變某個方法的實作，而派生類采用實作繼承并沒有重寫這個方法，此時可能會導緻一些奇怪的問題。以鳥為例，基類為 Bird ，我們可能會定義一個 fly() 方法，一個 walk() 方法，因為有的人認為鳥既可以走又可以飛。開始時我們在 walk() 的實作裡作了假定，認為雙腳交叉前進才是 walk ，可是後來發現有些鳥是雙腳一齊蹦的，不會交叉前進。這個時候怎麼辦？基類 Bird 的 walk() 方法是否要修改、如何修改？

    在 C++ 中，沒有接口關鍵字 interface ，同時為了代碼複用，經常采用實作繼承。在 C 語言中，我們前面幾篇文章讨論了封裝、隐藏、繼承、虛函數、多态等概念，雖然都可以實作，但使用起來總不如自帶這些特性的語言（如 C++ 、Java ）等得心應手。一旦你采用我們前面描述的方法來進行面向對象程式設計，就會發現，在 C 語言中正确的維護類層次是一件非常繁瑣、容易出錯的事情，而且要比面向對象的語言多寫很多代碼（這很容易了解，面向對象語言自帶輪子，而 C 要自己造輪子，每實作一個類都要造一遍）。但有一點，當我們使用 C 語言作面向對象程式設計時，比 C++ 有明顯的優勢，那就是接口。

    接口強制派生類實作，這點在 C 中很容易做到。而且我們在程式設計中，實際上多數時候也不需要那麼多的繼承層次，一個接口類作為基類，一個實作類繼承接口類，這基本就夠了。在 C 語言中采用這種方式，可以不考慮析構函數、超過 3 層繼承的上下類型轉換、虛函數調用回溯、虛函數表裝配等等問題，我們所要做的，就是實作基類接口，通過基類指針，就隻能操作繼承層次中最底層的那個類的對象；而基類接口，天生就是不能執行個體化的（其實是執行個體化了沒辦法使用，因為結構體的函數指針沒人給它指派）。

    一個示例如下：

struct base_interface {
    void (*func1)(struct base_interface* b);
    void (*func2)(struct base_interface* b);
    int (*func_3)(struct base_interface* b, char * arg);
};

struct derived {
    struct base_interface bi;
    int x;
    char ch;
    char *name;
};
           

    上面是頭檔案，derived 結構體通過包含 base_interface 類型的成員 bi 來達到繼承的效果；而 base_interface 無法執行個體化，我們沒有提供相應的構造函數，也沒有提供與 func_1 ， func_2 等函數指針對應的實作，即便有人 malloc 了一個 base_interface ，也無法使用。

    derived 類可以提供一個構造函數 new_derived ，同時在實作檔案中提供 func_1 ， func_2 ，func_3 的實作并将函數位址指派給 bi 的成員，進而完成 derived 類的裝配，實作 base_interface 定義的契約。

    示例實作如下：

static void _derived_func_1(struct base_interface *bi)
{
    struct derived * d = (struct derived*)bi;
    d->x *= 2;
    printf("d->name = %s\n", d->name);
}

/* _derived_func_2 impl */
/* _derived_func_3 impl */

struct derived *new_derived()
{
    struct derived *d = malloc(sizeof(struct derived));
    d->bi.func_1 = _derived_func_1;
    d->bi.func_2 = _derived_func_2;
    d->bi.func_3 = _derived_func_3;
    d->x = 0;
    d->ch = 'a';
    d->name = NULL;

    return d;
}
           

    我們可以這麼使用 base_interface 接口：

void do_something(struct base_interface *bi)
{
    bi->func_1(bi);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    struct derived * d = new_derived();
    do_something((struct base_interface*)d);

    return 0;
}
           

    上面的代碼中 do_something 函數完全按照接口程式設計，而 bi 可以實際指向任意一個實作了 base_interface 接口的類的執行個體，在一定程式上達到多态的效果，花費的代價相當小，卻可以讓我們的程式提高可擴充性，降低耦合。

    這種簡單的方法也是我在自己的項目中使用的方法，效果不錯。

    好啦，C 語言面向對象程式設計系列的基礎性介紹就告一段落，下面是前幾篇的連結，有興趣的可以回頭看看：

• C語言面向對象程式設計（一）：封裝與繼承
• C語言面向對象程式設計（二）：繼承詳解
• C語言面向對象程式設計（三）：虛函數與多态

    接下來我會提供幾個實作的例子，包括基本的資料結構，如單連結清單、樹，還有一個 http server 的例子。