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c父类存储子类

admin
行业动态
2025-03-19
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父类可以存储子类对象，通过多态性实现，但需确保父类引用指向子类实例。

C父类存储子类：深度解析与实践指南

在面向对象编程（OOP）中，理解父类如何存储和管理子类的信息是掌握多态、继承和封装等核心概念的关键，C语言虽然不是纯粹的面向对象编程语言，但它通过结构体（struct）和函数指针等方式，也能实现类似面向对象编程的特性，本文将深入探讨C语言中父类如何存储子类信息的原理与实践方法。

一、基本概念

1、父类与子类：在OOP中，父类（或基类）是其他类继承的基础，它定义了公共的属性和方法，子类则继承自父类，并可以添加新的属性和方法，或者重写父类的方法。

2、多态性：指同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释和执行结果，在C语言中，这通常通过函数指针来实现。

3、内存布局：理解父类如何存储子类信息，关键在于理解对象的内存布局，包括数据成员的存储顺序、偏移量以及vtable（虚函数表）的引入。

二、C语言中的实现方式

1. 结构体嵌套

C语言中没有直接的继承机制，但可以通过结构体嵌套来模拟，父类作为子类的一个成员，子类包含父类的所有成员变量。

c父类存储子类

typedef struct {
    int a;
    float b;
} Parent;
typedef struct {
    Parent parent; // 嵌入父类
    char name;
    int age;
} Child;

这种方式下，Child类型包含了Parent类型的所有成员，实现了“继承”，访问父类成员时，可以直接通过child_instance.parent.a来访问。

2. 函数指针与多态

为了实现多态，可以在父类中定义函数指针，指向具体的实现函数，子类提供这些函数的具体实现。

typedef struct {
    void (print)(void self);
} Base;
typedef struct {
    Base base;
    int value;
} Derived;
void printDerived(void self) {
    Derived d = (Derived)self;
    printf("Derived value: %d
", d->value);
}
int main() {
    Derived d = {{printDerived}, 42};
    d.base.print(&d); // 输出: Derived value: 42
    return 0;
}

这里，Base类中的print函数指针被设置为指向printDerived函数，实现了运行时的多态调用。

c父类存储子类

三、内存布局分析

无虚函数时：对象按声明顺序存储，子类对象开始部分是父类成员，后跟子类特有的成员，上述Child结构体实例化后，内存中先存储Parent部分，再存储name和age。

有虚函数时：引入vtable机制，每个有虚函数的类都有一个指向函数指针数组（vtable）的指针，该数组存储着类中虚函数的具体实现地址，子类对象除了存储自身数据外，还隐含一个指向其vtable的指针，用于动态绑定。

四、示例代码

以下是一个结合结构体嵌套和函数指针实现简单继承和多态的完整示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct {
    void (display)(void);
} Shape;
typedef struct {
    Shape base;
    int width;
    int height;
} Rectangle;
typedef struct {
    Shape base;
    int radius;
} Circle;
void displayRectangle(void self) {
    Rectangle r = (Rectangle)self;
    printf("Rectangle: %dx%d
", r->width, r->height);
}
void displayCircle(void self) {
    Circle c = (Circle)self;
    printf("Circle: radius %d
", c->radius);
}
int main() {
    Rectangle r = {{displayRectangle}, 10, 5};
    Circle c = {{displayCircle}, 7};
    Shape shapes[2] = {(Shape)&r, (Shape)&c};
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        shapes[i]->display(shapes[i]);
    }
    return 0;
}

此代码展示了如何使用结构体嵌套和函数指针实现简单的图形类层次结构及其多态行为。

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