UML+OOPC嵌入式C语言开发精讲
上QQ阅读APP看本书，新人免费读10天
设备和账号都新为新人
上一章目录下一章

第2章 C程序的基本组成

2.1 认识C语言与LW_OOPC语言

2.1.1 C语言的身世背景

20世纪70年代，D. Richie及K. Thompson任职于美国贝尔实验室（Bell Labs）。当时Thompson正在设计Unix操作系统，而Richie负责设计新语言来编写Unix程序。新语言继承了Thompson原来设计的B语言，因此，称之为C语言。后来，Unix平步青云，成为标准操作系统，C随即水涨船高，受人青睐。

Unix以前的操作系统，皆以“汇编语言”（Assembly Language）编写。C问世后，逐渐取代了汇编语言的角色。Unix、DOS、Windows、OS/2等操作系统皆以C写成。到了2008年的今天，许多软件系统，如Google推出的Android手机平台，其内核模块仍是C语言的杰作呢！

C语言能获得极大的成功，D. Richie认为有五项主要因素：

1. C语言既不够优雅，也不够正式；

2. C语言符合程序员的需要，并且到处可见支持C语言的程序开发环境；

3. 众多人持续加以修改，与大环境保持交互；

4. 一开始把焦点设定在操作系统的开发是相当正确的，所谓好的开始是成功的一半；

5. 运气好。

2.1.2 C影响C++、Java、C#等语言文化

Java是由SUN公司的James Gosling率领的小组开发出来的。本来该小组的任务是要开发可以控制小家电、交互电视等的编程语言，之后因缘际会，与当时逐渐流行的Internet技术结合，在1995年发布并取名为Java。

Gosling在学生时代就深受C语言的洗礼，他在C.M.U.攻读博士学位的时候，曾经开发了一个C语言版本的Emacs，因而在Unix领域享有盛名。

Java从原本定位为家电控制语言，到后来成为Internet上热门的编程语言，在其发展过程中，从C++那里借鉴了许多宝贵的经验。例如效仿C++的标准程序库，推出一套完善的Java标准程序库；另外加上网络应用，以及最棘手的安全机制。至今，Java仍是Internet应用上最流行的编程语言（见图2-1）。

图2-1

到了2000年以后，Microsoft又从C++派生出C#作为与Java分庭抗礼的编程语言。之后连VB.NET都沿袭了C++的编译引擎设计，从而大幅提升了VB.NET的执行效率，并提供完整的OOP功能。

2.1.3 用C语言编写面向对象（Object-Oriented）程序

何谓OOPC，OOPC是指OOP（Object-Oriented Programming）与C语言结合，藉由C语言的Macro指令定义出OOP概念的关键字（Key Word）。这样，C程序员就能运用这些关键字来表达OOP的概念，如类、对象、信息、继承、接口等。

虽然OOPC程序的语法不像C++那么简洁，但是OOPC也有其亮丽的特色，就是编译后的程序所占的内存空间（Size）比C++程序小，能够满足像Embedded System等的内存限制，程序员也能有效地调整程序的瓶颈，从而提升其执行效率。

C++的功能齐全，但是在一般的嵌入式系统（Embedded System）开发上，经常只用到其中的一小部分功能，而不需要用到全部的机制，例如多重继承（Multiple Inheritance）、运算符的重载（Overloading）等。此时，许多嵌入式系统的开发者就舍弃C++的庞大身躯而回归到精简的C环境里。只是开发者舍弃C++的同时也舍弃了珍贵的OOP能力，实在太可惜了。

OOPC就是要弥补这个缺憾的。它是以C的宏写成的Header文件，可以任由C程序员对它瘦身美容，删去不需要的部分，挑出自己所需要的OOP特性，以小而美的身材满足嵌入式系统开发的需要。

以LW_OOPC为例

LW_OOPC是一种既轻便又快速的面向对象的C语言。做嵌入式开发的程序员还是比较青睐C语言的，只是C语言没有对象、类等概念，程序很容易变成意大利面型的结构，维护上比较费力。在1986年C++上市时，开发者希望大家改用C++，但是C++的效率不如C，因而不受嵌入式系统开发的程序员的喜爱。于是，MISOO团队便设计了一个既轻便又高效的OOPC语言。轻便的意思是它只用了约20个C宏语句而已，简单易学。其宏如下：

        /＊  lw_oopc.h ＊/  /＊ 这就是MISOO团队所设计的C宏 ＊/
        #include "malloc.h"
        #ifndef LOOPC_H
        #define LOOPC_H
        #define CLASS(type)\
        typedef struct type type; \
        struct type

        #define CTOR(type) \
        void＊ type##New() \
        { \
          struct type ＊t; \
          t = (struct type ＊)malloc(sizeof(struct type));
        }
        #define CTOR2(type, type2) \
        void＊ type2##New() \
        { \
          struct type ＊t; \
          t = (struct type ＊)malloc(sizeof(struct type));
        }
        #define END_CTOR return (void＊)t;
        #define FUNCTION_SETTING(f1, f2)  t->f1 = f2;
        #define IMPLEMENTS(type) struct type type
        #define INTERFACE(type) struct type
        #endif
        /＊    end    ＊/

高效的意思是它没提供类继承，内部没有虚函数表（Virtual Function Table），所以仍保持着原来C语言的高效率。除了没有继承机制之外，它提供了类、对象、信息传递、接口和接口多态等常用的机制。目前受到不少C程序员的喜爱。

2.1.4 面向对象概念让UML与C携手合作

简单示例：从UML到OOPC程序

UML来自OO（Object-Oriented）领域，通过OO概念，善加运用UML，能让C程序员更上一层楼。由于UML也能创建硬件系统的模型，愈来愈多的嵌入式系统公司藉由UML来表达软件与硬件的分析与设计。

由于一般C语言并没有使用OO概念，因此将UML设计图实现为C程序的过程让人感到不顺畅。所以，MISOO团队将OO概念添加到C语言，让人们既能以OO概念去分析和设计，也能以OO概念去编写C程序。这样一来，从分析、设计到程序编写的过程就非常直截了当了。如下述的步骤。

Step-1 分析出一个类叫Light，它提供两项服务，以UML表达（见图2-2）。

图2-2

Step-2 实现为LW_OOPC程序。

基于上述的lw_oopc.h就可以定义出类了，例如定义一个Light类，其light.h的内容为：

    /＊   light.h   ＊/
    #include "lw_oopc.h"

    CLASS(Light)
    {
      void (＊turnOn)();
      void (＊turnOff)();
    };

类里的函数定义格式为：

      返回值的类型 (＊函数名称)();

类定义好了，就开始编写函数的实现内容，代码如下：

    /＊ light.c   ＊/
    #include "stdio.h"
    #include "light.h"

    static void turnOn()
    { printf("Light is ON\n");  }
    static void turnOff()
    { printf("Light is OFF\n");  }

    CTOR(Light)
      FUNCTION_SETTING(turnOn, turnOn)
      FUNCTION_SETTING(turnOff, turnOff)
    END_CTOR

这个FUNCTION_SETTING（turnOn, turnOn）宏的用意是：让类定义（.h文件）函数名称能够与实现的函数名称不同。例如在light.c里可写为：

          static void TurnLightOn()
          { ….. }
          CTOR(Light)
          {
            FUNCTION_SETTING(turnOn, TurnLightOn);
            …..
          }

这是创造.c文件自由替换的空间，是实现接口的重要基础。最后看看如何编写主程序：

    /＊ tc_ex01.c   ＊/
    #include "stdio.h"
    #include "lw_oopc.h"
    #include "light.h"
    extern void＊ LightNew();
    void main()
    {
      Light＊ light = (Light＊)LightNew();
      light->turnOn();
      light->turnOff();
      getchar();
      return;
    }

LightNew()是由CTOR宏所生成的类构造器（Constructor）。由于它定义于别的文件，所以必须加上extern void* LightNew();指令。生成对象的基本格式为：

      类名称＊  对象指针 = (类名称＊)类名称New();
      示例：Light＊ light=(Light＊)LightNew()

然后就能通过对象指针去调用成员函数了。

使用Turbo C 2.0开发环境

创建一个项目文件名叫PRJ_EX01.PRJ，并输入内容，如图2-3所示。

图2-3

按ALT+R执行，则输出如图2-4所示的执行结果。

图2-4

上一章目录下一章