C语言中的类模拟（C++编程思想）(2)

           但是在Pc环境下，由于程序规模比较大，更重要的是一些特殊的要求，使得对象的生命周期必须延续到申请的那个函数体以外，就不得不使用malloc，实际上即使在C＋＋中，new对象的自动释放始终是一个令人头疼的问题，新的标准引入了智能指针。但是就我个人而言，我觉得将内存释放的问题完全的交给机器是不可信任的，它只能达到准最佳。

           你知道设计Java的垃圾回收算法有多困难吗？现实世界是错综复杂的，在没有先验条件下，要想得到精确的结果及其困难。所以我说程序员要时刻将free记在心上，有关程序的健壮性和自我防御将在另外一篇文章中讲述。

    3．纯虚结构的退化
           下面我们来看看如果struct里面仅仅有一个函数是什么？ 这个时候如果我们不使用struct，仅仅使用函数指针又是什么？ 我们发现，这样就退化为普通的函数指针的使用了。

           所以说，有的时候我觉得面向对象仅仅是一种形式，而不是一种技术。是一种观点，而不是一种算法。但是，正如炭，石墨和钻石的关系一样，虽然分子式都是C，但是组成方法不一样，表现就完全不一样了！
           有的时候，我们经常被编程中琐碎的事情所烦恼，而偏离了重心，其实程序可进化的特性是很重要的。有可能，第一次是不成功的，但是只要可进化，就可以发展。

    4．进阶――类结构树，父类不是纯虚类的类
           前面仅仅讲的是父类是纯虚结构的情况 (面向对象建议的是所有类的基类都是从纯虚类开始的), 那么当类层次比较多的情况下，出现父类不是纯虚结构怎么办呢。嘿嘿，其实在C中的实现比C＋＋要简单多了。因为C中各个函数是分散的。

    在这里使用宏定义是一个很好的办法：比如两个类Act1，ActByOther1“继承”Act1：
                        MyVirtualInterface* ActByOther1_CreatInterface()
                         {
                                index=FindValid() //对象池或者使用Malloc
                                if(index==-1) return NULL;
                                St[index].Foo1= ActByOther1_Foo1; // Act1_Foo1要在下面具体实现
                                St[index].Foo2= ActByOther1_Foo2;
                                St[index].Foo3= ActByOther1_Foo3;
                                Return &st [index];
                         }

           ＃define ActByOther1_Foo1 Act1_Foo1  //这就是继承 嘿嘿
           ActByOther1_Foo2（）{}                    //  可以修改其实现
        ActByOther1_DoByOther() {}         //当然就可以添加新的实现咯

    5．实例――可以参见H264的源码，其中NalTool就是这样的一个纯虚结构。

    类模拟的性能分析
           类模拟中使用了大量的函数指针，结构体等等，有必须对此进行性能分析，以便观察这样的结构对程序的整体性能有什么程度的影响。

    1．函数调用的开销
    #define COUNTER XX
    void testfunc()
    {
           int i,k=0;
           for(i=0;i<YY;i++)
    }

           在测试程序里面，我们使用的是一个测试函数，函数体内部可以通过改变YY的值来改变函数的耗时。测试对比是 循环调用XX次函数，和循环XX次函数内部的YY循环。
           结果发现，在YY足够小，X足够大的情况下，函数调用耗时成为了主要原因。所以当一个“简单”功能需要“反复”调用的时候，将它编写为函数将会对性能有影响。这个时候可以使用宏，或者inline关键字。
           但是，实际上我设置XX＝10000000（1千万）的时候，才出现ms级别的耗时，对于非实时操作（UI等等），即使是很慢的cpu（嵌入式10M级别的），也只会在XX＝10万的时候出现短暂的函数调用耗时，所以实际上这个是可以忽略的。

    2．普通函数调用和函数指针调用的开销
    void (*tf)();
    tf=testfunc;

           测试程序修改为一个使用函数调用，一个使用函数指针调用。测试发现对时间基本没有什么影响。（在第一次编写的时候，发现在函数调用出现耗时的情况下（XX＝1亿），函数指针的调用要慢（release版本），调用耗时350：500。后来才发现这个影响是由于将变量申请为全局的原因，全局变量的访问要比局部变量慢很多）。

    3．函数指针和指针结构访问的开销
    struct a {
           void (*tf)();
    };

           测试程序修改为使用结构的函数指针，测试发现对时间基本没有什么影响。其实使用结构并不会产生影响，因为结构的访问是固定偏移量的。所以结构变量的访问和普通变量的访问对于机器码来说是一样的。

    测试结论：使用类模拟的办法对性能不会产生太大的影响。

    C语言中的面向对象思想

    经常听见别人说面向对象的程序设计，以前在学校上课的时候，也有开面向对象程序设计这门课。可是不幸的是，这些都是以C＋＋，甚至VC＋＋为基础的。而更加不幸的是，多年以来我一直是一个C的使用者。在学校的时候，我主要做的是硬件上的驱动层，和底层功能层。在工作以后，又做的是手机上的软件开发，所有这些都是和C离不开的。虽然我不得不说，C＋＋是一门很好的语言，但是它的编译速度，代码效率，编译后的代码大小都限制了它在嵌入式上的应用。（但现在的嵌入式CPU越来越快，内存容量变大。我觉得用C＋＋也应该没有什么问题。这使我觉得似乎是嵌入式编译器的限制。虽然菲利普和TI好像都有C＋＋的编译器，但是似乎没人用这个。难道是太贵了？ 但不管怎么说，嵌入式应用中，C语言的普遍使用是肯定的）

    那么在面向过程的时代产生的C语言能否使用面向对象的思想呢？我认为是肯定可以的，C＋＋不过是在语言级别上加入了对对象的支持，同时提供了丰富的对象库。而在C语言下，我们只好自力更生了。

    一、           面向对象思想的目的是框架化，手段是抽象

    相信很多人都明白面向对象讲了什么：类，抽象类，继承，多态。但是是什么原因促使这些概念的产生呢？

    打个比方说：你去买显示器，然而显示器的品牌样式是多种多样的，你在买的过程中发生的事情也是不可预测的。对于这样的事情，我们在程序语言中如何去描述呢。面向对象的思想就是为了解决这样的问题。编写一个程序（甚至说是一个工程），从无到用是困难的，从有到丰富是更加困难的。面向对象将程序的各个行为化为对象，而又用抽象的办法将这些对象归类（抽象），从而将错综复杂的事情简化为几个主要的有机组合（框架化）。

    其实我们的身边很多东西都是这样组成的：比如说电脑：电脑是由主板，CPU加上各种卡组成的。这就是一个框架化。而忽略不同的CPU，不同的主板，不同的声卡，网卡，显卡的区别，这就是抽象。再比如说现在的教育网：是由主核心节点：清华，北大，北邮等几个，然后是各个子节点，依次组成了整个教育网网络。

    所以我觉得面向对象的编程思想就是：一个大型工程是分层次结构的，每层又由抽象的结构连接为整体（框架化），各个抽象结构之间是彼此独立的，可以独立进化（继承，多态）。层次之间，结构之间各有统一的通讯方式（通常是消息，事件机制）。

    二、           以前C语言编程中常用的“面向对象”方法

    其实C语言诞生以来，人们就想了很多办法来体现“面向对象”的思想。下面就来说说我所知道的方法。先说一些大家熟悉的东东，慢慢再讲诡异的。呵呵

    1．  宏定义：
       有的人不禁要问，宏定义怎么扯到这里来了，我们可以先看一个简单的例子：
    ＃define MacroFunction  Afunction
       然后在程序里面你调用了大量的AFunction，但是有一天，你突然发现你要用BFunction了，（不过AFunction又不能不要，很有可能你以后还要调用），这个时候，你就可以＃define MacroFunction  Bfunction来达到这样的目的。
       当然，不得不说这样的办法是too simple，sometime na?ve的，因为一个很滑稽的问题是如果我一般要改为BFunction，一半不变怎么办？ 那就只好查找替换了。

    2．  静态的入口函数，保证函数名相同，利用标志位调用子函数：
       这样的典型应用很多，比如说网卡驱动里面有一个入口函数Nilan（int FunctionCode，Para*）。具体的参数是什么记不清楚了。不过NiLan的主体是这样的：
    Long Nilan（int FunctionCode，Para*）{

    Switch(FunctionCode){

           Case SendPacket:         send(….)

           Case ReceivePacket:      receive(…)

           …..

    }

   写到这里大家明白什么意思了吧。保证相同的函数名就是说：网卡驱动是和pNA+协议栈互连的，那么如何保证pNA+协议栈和不同的驱动都兼容呢，一个简单的办法就是仅仅使用一个入口函数。通过改变如果函数的参数值，来调用内部的各个函数。这样的做法是可以进化的：如果以后想调用新的函数，增加相应的函数参数值就好了。如果我们将网卡驱动和pNA+协议栈看作两个层的话，我们可以发现：

    层与层之间的互连接口是很小的（这里是一个入口函数），一般是采用名字解析的办法而不是具体的函数调用（利用FunctionCode调用函数，Nilan仅仅实现名字解析的功能）――！接口限制和名字解析

    接口限制：层与层之间仅仅知道有限的函数

    名字解析：层与层之间建立共同的名字与函数的对应关系，之间利用名字调用功能。

    3．CALLBACK函数。

    我觉得这是C语言的一个创举，虽然它很简单，就象如何把鸡蛋竖起来一样，但是你如果没想到的话，嘿嘿。如果说静态入口函数实现了一个可管理的宏观的话，CallBack就是实现了一个可进化的微观：它使得一个函数可以在不重新编译的情况下实现功能的添加！但是在最最早期的时候，也有蛮多人持反对态度，因为它用了函数指针。函数指针虽然灵活，但是由于它要访问内存两次才可以调用到函数，第一次访问函数指针，第二次才是真正的函数调用。它的效率是不如普通函数的。但是在一个不太苛刻的环境下，函数调用本身就不怎么耗时，函数指针的性能又不是特别糟糕，使用函数指针其实是一个最好的选择。但是函数指针除了性能，最麻烦的地方就是会导致程序的“支离破碎”。试想：在程序中，你读到一个函数指针的时候，如果你愣是不知道这个函数指针指向的是哪个函数，那个感觉真的很糟糕。（可以看后面的文章，要使用先进的程序框架，避免这样的情况）

    三、           Event和Message

    看了上面的描述，相信大家多少有些明白为什么要使用Event和Message了。具体的函数调用会带来很多的问题（虽然从效率上讲，这样做是很好的）。为了提高程序的灵活性，Event和Message的办法产生了。用名字解析的办法代替通常的函数调用，这样，如果双方对这样的解析是一致的话，就可以达到一个统一。不过Event和Message的作用还不仅仅是如此。

    Event和Message还有建立进程间通信的功能。进程将自己的消息发给“控制中心”（简单的就是一个消息队列，和一个while循环不断的取消息队列的内容并执行），控制程序得到消息，分发给相应的进程，这样其他进程就可以得到这个消息并进行响应。

    Event和Message是很灵活的，因为你可以随时添加或者关闭一个进程，（仅仅需要添加分发消息的列表就可以了）Event和Message从程序实现上将我觉得是一样的，只不过概念不同。Event多用于指一个动作，比如硬件发生了什么事情，需要调用一个什么函数等等。Message多用于指一个指示，比如什么程序发生了什么操作命令等等。

    四、           小结

    其实编程序和写文章一样，都是先有一个提纲，然后慢慢的丰富。先抽象化得到程序的骨架，然后再考虑各个方面的其他内容：程序极端的时候会发生什么问题？程序的这个地方的功能现在还不完善，以后再完善会有什么问题？程序是不是可以扩展的？