模块的封装（三）：无伤大雅的形式主义

左手的ㄟ右手 2022-07-15 08:42 154阅读 0赞

在前面的讨论中，我们介绍了如何**在必要的情况下**，利用结构体和联合体在C语言中引入**应用所必须的**一些面向对象的  
特性，例如，[封装][Link 1]、[继承、派生以及覆盖][Link 2]。从功能性上来说，前两章的内容就足够满足应用了；但从形式上来说，模块封装  
（二）中提供的类的继承方式在使用的时候还有那么一点不爽，所以，作为弥补一小部分有代码洁癖人的心头缺憾，今天我  
们就来讨论一种在**不增加任何实质性系统开销的前提下**实现对象成员访问的**形式上的改进**。  
  
**特别提示：本帖仅用于娱乐，C++党请本着娱乐的心情吐槽和嘲讽，避免引起C党在代码效率上的反驳。形式主义  
就是形式主义，没有用，就是自己看着舒服**  
  
 首先我们来说说哪里不爽了，举个例子，我们定义了一个接口，用于封装一些针对存储器页（Page）的操作：

1.  
2.  //! \\name memory page access interface
3.  //! @\{
4.  DEF\_INTERFACE(i\_mem\_page\_t)
5.  
6.  fsm\_rt\_t (\*PageWrite) (mem\_t \*ptMal, uint32\_t wPageAddress, void \*ptBuffer);
7.  fsm\_rt\_t (\*PageRead) (mem\_t \*ptMal, uint32\_t wPageAddress, void \*ptBuffer);
8.  fsm\_rt\_t (\*PageErase) (mem\_t \*ptMal, uint32\_t wPageAddress);
9.  fsm\_rt\_t (\*Erase) (mem\_t \*ptMal);
10. 
11. END\_DEF\_INTERFACE(i\_mem\_page\_t)
12. //! @\}
13.

复制代码

这个接口本身没什么太特别的，就是定义了针对所有以Page的基本单位的存储器常见的四个操作：页写，页读，页擦除和  
整片擦除。接口类型叫做i\_mem\_page\_t，顾名思义，就是一个针对memory page的接口，详细内容不提也罢。接下来我  
们又定义了另外一个接口i\_mem\_t，这个接口试试图为存储器抽象一个更通用的操作方式，比如Init, Open, Close之类的，  
为了方便日后的统一操作，这里不妨也定义成接口i\_mcb\_t（这里mcb是memory control block的缩写），新的接口i\_mem\_t  
就同时继承了i\_mem\_page\_t和i\_mcb\_t，如下所示：

//! \\name memory control block

//! @\{

DEF\_INTERFACE(i\_mcb\_t)

fsm\_rt\_t (\*Init) (mem\_t \*ptMal, void \*ptCFG);

fsm\_rt\_t (\*Finish) (mem\_t \*ptMal);

mem\_info\_t (\*Info) (mem\_t \*ptMal);

fsm\_rt\_t (\*Open) (mem\_t \*ptMal);

fsm\_rt\_t (\*Close) (mem\_t \*ptMal);

mem\_status\_t (\*GetStatus) (mem\_t \*ptMal);

END\_DEF\_INTERFACE(i\_mcb\_t)

//! @\}

//! \\name Memory Abstraction Layers

//! @\{

DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

i\_mcb\_t CONTRL;

i\_mem\_page\_t PAGE;

...

END\_DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

//! @\}

复制代码  
 好的，问题来了：对一小部分人来说，下面的代码是有点不可容忍的，套用一句话说就是**“好焦虑”**。好焦虑对吧？  
不要怀疑，为了凸显这种莫名的焦虑，我特别用了红色。

i\_mem\_t \*ptMEM = xxxxxx;

...

ptMEM->CONTRL.Open(); //! 打开存储器

复制代码  
  
  
  
 这里所谓的多按一次“.”是针对那些有联想提示功能的IDE说的，因为通过上述方法，所谓的实现接口（Implement）实际  
上是通过简单的添加接口的成员变量来实现的，在这种情况下访问继承接口的成员函数必须要先通过这个成员变量，比如例子  
中的CONTRL。对某些人来说上面的例子代码应该支持这种形式才好：

i\_mem\_t \*ptMEM = xxxxxx;

...

ptMEM->Open(); //!< 直接打开存储器

...

i\_mcb\_t \*ptMCB = &(ptMEM->CONTRL); //!< CONTRL 仍然存在

复制代码  
 简单来说就是既可以直接访问被继承的接口的成员，又可以保留对接口的直接引用。做到第一点并不难，只要通过下面的  
代码就可以了：

//! \\name Memory Abstraction Layers

//! @\{

DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

fsm\_rt\_t (\*Init) (mem\_t \*ptMal, void \*ptCFG);

fsm\_rt\_t (\*Finish) (mem\_t \*ptMal);

mem\_info\_t (\*Info) (mem\_t \*ptMal);

fsm\_rt\_t (\*Open) (mem\_t \*ptMal);

fsm\_rt\_t (\*Close) (mem\_t \*ptMal);

mem\_status\_t (\*GetStatus) (mem\_t \*ptMal);

fsm\_rt\_t (\*PageWrite) (mem\_t \*ptMal, uint32\_t wPageAddress, void \*ptBuffer);

fsm\_rt\_t (\*PageRead) (mem\_t \*ptMal, uint32\_t wPageAddress, void \*ptBuffer);

fsm\_rt\_t (\*PageErase) (mem\_t \*ptMal, uint32\_t wPageAddress);

fsm\_rt\_t (\*Erase) (mem\_t \*ptMal);

END\_DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

复制代码  
看到这里，一群人就要“呵呵”了，我也“呵呵”，你会管这个叫做对接口i\_mcb\_t和i\_mem\_page\_t的继承么？你骗谁呢！  
 a . 如果修改了i\_mcb\_t或者i\_mem\_page\_t的内容，我们还需要一起修改所有“所谓继承”了他们的接口，这哪里是  
 面向接口开发？这简直就是面向麻烦啊，我都不会同意  
 b. 有些应用就是纯粹的面向接口（虚函数表）的，因此必须要保留对原有接口的引用能力。因此CONTRL和PAGE是  
 必须要保留的。  
  
 要想同时保留名副其实的“继承”，又想有能力直接访问被继承接口的成员，就只有借助ANSI-C11标准引入的匿名结构  
体了。上述例子的解决方案如下：

//! \\name Memory Abstraction Layers

//! @\{

DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

union \{

struct \{

fsm\_rt\_t (\*Init) (mem\_t \*ptMal, void \*ptCFG);

fsm\_rt\_t (\*Finish) (mem\_t \*ptMal);

mem\_info\_t (\*Info) (mem\_t \*ptMal);

fsm\_rt\_t (\*Open) (mem\_t \*ptMal);

fsm\_rt\_t (\*Close) (mem\_t \*ptMal);

mem\_status\_t (\*GetStatus) (mem\_t \*ptMal);

\};

i\_mcb\_t CONTRL;

\};

union \{

struct \{

fsm\_rt\_t (\*PageWrite) (mem\_t \*ptMal, uint32\_t wPageAddress, void \*ptBuffer);

fsm\_rt\_t (\*PageRead) (mem\_t \*ptMal, uint32\_t wPageAddress, void \*ptBuffer);

fsm\_rt\_t (\*PageErase) (mem\_t \*ptMal, uint32\_t wPageAddress);

fsm\_rt\_t (\*Erase) (mem\_t \*ptMal);

\};

i\_mem\_page\_t PAGE;

\};

END\_DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

//! @\}

复制代码  
  
 其实匿名一直是很强大的——比如匿名结构体啊，匿名联合体啊，比如，其实上面的方式可以写成如下的形式（感谢15楼剧透）：

//! \\name Memory Abstraction Layers

//! @\{

DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

union \{

i\_mcb\_t;

i\_mcb\_t CONTRL;

\};

union \{

i\_mem\_page\_t;

i\_mem\_page\_t PAGE;

\};

END\_DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

//! @\}

复制代码  
如果你不想保留对原有接口的引用，你甚至可以这么写：

//! \\name Memory Abstraction Layers

//! @\{

DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

i\_mcb\_t;

i\_mem\_page\_t;

END\_DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

//! @\}

复制代码  
肿么样，强大的cry了吧。接下来，让我们把形式主义进行到底，首先来定义一个宏：

//! \\brief macro for inheritance

\#define INHERIT\_EX(\_\_TYPE, \_\_NAME) \\

union \{ \\

\_\_TYPE \_\_NAME; \\

\_\_TYPE; \\

\};

/\*! \\note When deriving a new class from a base class, you should use INHERIT

\* other than IMPLEMENT, although they looks the same now.

\*/

\#define INHERIT(\_\_TYPE) INHERIT\_EX(\_\_TYPE, base\_\_\#\#\_\_TYPE)

/\*! \\note You can only use IMPLEMENT when defining INTERFACE. For Implement

\* interface when defining CLASS, you should use DEF\_CLASS\_IMPLEMENT

\* instead.

\*/

\#define IMPLEMENT(\_\_INTERFACE) INHERIT\_EX(\_\_INTERFACE, base\_\_\#\#\_\_INTERFACE)

/\*! \\note if you have used INHERIT or IMPLEMENT to define a CLASS / INTERFACE,

you can use OBJ\_CONVERT\_AS to extract the reference to the inherited

object.

\\\*/

\#define OBJ\_CONVERT\_AS(\_\_OBJ, \_\_INTERFACE) (\_\_OBJ.base\_\_\#\#\_\_INTERFACE)

复制代码  
然后自然就得到以下的代码：

//! \\name Memory Abstraction Layers

//! @\{

DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t) INHERIT(i\_mcb\_t) INHERIT(i\_mem\_page\_t)

...

... //! 继承后增加的成员

...

END\_DEF\_INTERFACE(i\_mem\_t)

//! @\}

复制代码  
  
 对于i\_mem\_t的对象，如果我们想访问其继承的接口，可以通过下面的代码来实现：

i\_mem\_t \*ptMEM = .....;

i\_mcb\_t \*ptMCB = &OBJ\_CONVERT\_AS((\*ptMEM), i\_mcb\_t);

ptMCB->Init(...)

...

复制代码  
 当然，普通情况下，我们只要直接用ptMEM访问Init()方法就好了。上面的方法的方法是为面向接口开发所余留的能力。  
  
 最后我们来谈一个C语言对“匿名”的支持问题。因为这是一个比较新的特性，很多C编译器并不默认支持。别的环境我们  
就不管了，从事嵌入式开发，常见的几个C编译环境比如IAR，ARM\_MDK，GCC等等都是支持的，但需要编译开关打开。  
粘贴下面的代码到你的系统级头文件中，就可以让你的匿名代码在以上几个环境下都获得支持：

/\* ------------------- Start of section using anonymous unions ------------------ \*/

\#if defined(\_\_CC\_ARM)

//\#pragma push

\#pragma anon\_unions

\#elif defined(\_\_ICCARM\_\_)

\#pragma language=extended

\#elif defined(\_\_GNUC\_\_)

/\* anonymous unions are enabled by default \*/

\#elif defined(\_\_TMS470\_\_)

/\* anonymous unions are enabled by default \*/

\#elif defined(\_\_TASKING\_\_)

\#pragma warning 586