面向?qū)ο?a target="_blank">編程（OOP），是一種設(shè)計(jì)思想或者架構(gòu)風(fēng)格。OO語(yǔ)言之父Alan Kay，Smalltalk的發(fā)明人，在談到OOP時(shí)是這樣說(shuō)的：

OOP應(yīng)該體現(xiàn)一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)“Object”只能通過(guò)“消息”和其他節(jié)點(diǎn)通訊。每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)有內(nèi)部隱藏的狀態(tài)，狀態(tài)不可以被直接修改，而應(yīng)該通過(guò)消息傳遞的方式來(lái)間接的修改。

以本段話作為開(kāi)場(chǎng)，展開(kāi)本文的探討。

1. 面向?qū)ο蟮膶?shí)質(zhì)

1.1 面向?qū)ο缶幊淌菫榱私鉀Q什么問(wèn)題？

大部分程序員都學(xué)過(guò)c語(yǔ)言，尤其是嵌入式工程師，可能只會(huì)c語(yǔ)言。

c語(yǔ)言是一項(xiàng)典型的面向過(guò)程的語(yǔ)言，一切都是流程。簡(jiǎn)單的單片機(jī)程序可能只有幾行，多的也不過(guò)幾百行。這時(shí)一個(gè)人的能力是完全可以走通整個(gè)代碼，但引入操作系統(tǒng)后，事情就變得復(fù)雜了。

進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理等各種功能使得代碼量劇增，一個(gè)簡(jiǎn)單的RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)都達(dá)到了上萬(wàn)行代碼，這個(gè)時(shí)候，走通也不是不行，就是比較吃力。

但Linux代碼量就完全不是正常人能讀完的，一秒鐘讀一行代碼，每天讀12小時(shí)，也需要幾年才能讀完Linux的源碼，這還僅僅是讀完，而不是理解。

再舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子

小公司往往只有幾個(gè)人，大家在一起干活，你完完全全可以看到每個(gè)人在干什么。

在大公司中呢？幾千、上萬(wàn)人的公司中，你要去弄清楚，每個(gè)人在干嘛，這是完全不可能的。于是就有了部門(mén)，各部門(mén)區(qū)分職責(zé)，各司其職，你可能不知道單個(gè)人的工作細(xì)節(jié)，但你只需要知道，銷(xiāo)售部負(fù)責(zé)賣(mài)，研發(fā)部負(fù)責(zé)研發(fā)，生產(chǎn)部負(fù)責(zé)生產(chǎn)......

面向?qū)ο缶幊桃鉀Q的根本問(wèn)題就是將程序系統(tǒng)化組織起來(lái)，從而方便構(gòu)建龐大、復(fù)雜的程序。

1.2 編程語(yǔ)言和面向?qū)ο缶幊痰年P(guān)系

很多人往往把編程語(yǔ)言和面向?qū)ο舐?lián)系起來(lái)，比如c語(yǔ)言是面向過(guò)程的語(yǔ)言，c++是面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，其實(shí)不完全準(zhǔn)確。

面向?qū)ο笫且环N設(shè)計(jì)思想，用c語(yǔ)言也可以完全實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο?，用c++等語(yǔ)言寫(xiě)出的程序可能是也面向過(guò)程而非對(duì)象。

c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο笠粋€(gè)最明顯的例子就是Linux內(nèi)核，可以說(shuō)是完完全全采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，它充分體現(xiàn)了多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的組件（進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)……）之間相互協(xié)作的思想。盡管Linux內(nèi)核是用C語(yǔ)言寫(xiě)的，但是他比很多用所謂OOP語(yǔ)言寫(xiě)的程序更加OOP。

這里用c++說(shuō)明一下，為什么面向?qū)ο笳Z(yǔ)言也會(huì)寫(xiě)出面向過(guò)程的程序：

本段適合有一些c++基礎(chǔ)的朋友，不會(huì)c++可跳過(guò)不看。

比如一個(gè)計(jì)算總價(jià)的程序，無(wú)非是數(shù)目*單價(jià)

#include< iostream >
using namespace std;
class calculate{
public:
  double price;
  double num;
  double result(void){
    return price*num;
  }  
};
int main ()
{
  calculate a;
  a.price=1;
  a.num=2;
  cout<

增加一個(gè)功能，雙11，打八折，你會(huì)怎么寫(xiě)？

#include< iostream >
using namespace std;
class calculate{
public:
  double price;
  double num;
  int date;
  double result(void){
    if(date==11)
      return price*num*0.8;
    else
      return price*num;
  }  
};
int main ()
{
  calculate a;
  a.price=1;
  a.num=2;
  cout< "please input the date:"<

如果這樣寫(xiě)，就是典型的面向過(guò)程思想，為什么？如果再加一個(gè)雙12打七折，按照這個(gè)思路怎么寫(xiě)？再在calculate類(lèi)里面加一個(gè)if else 判斷一下，如果來(lái)個(gè)過(guò)年打5折呢？再再在calculate類(lèi)里面加一個(gè)if else 判斷一下。我們?cè)賮?lái)看一下面向?qū)ο蟮乃枷朐撛趺磳?xiě)：

#include< iostream >
using namespace std;
class calculate{
public:
  double price;
  double num;
  virtual double result(void){
  }  
};
class normal:public calculate{
public:
  double result(void){
    return price*num;
  }  
};
class discount:public calculate{
public:
  double result(void){
  return price*num*0.8;
  }
};
int main ()
{
  calculate *a;
  int date;
  cout< "please input the date:"<

利用了繼承和多態(tài)，把雙11抽象出一個(gè)單獨(dú)的類(lèi)，繼承自calculate類(lèi)，把平時(shí)normal也抽象出一個(gè)單獨(dú)的類(lèi)，繼承自calculate類(lèi)。在子類(lèi)中提供result的實(shí)現(xiàn)。

如果來(lái)個(gè)雙12，該怎么寫(xiě)？再寫(xiě)一個(gè)雙12的類(lèi)，繼承自calculate類(lèi)并實(shí)現(xiàn)自己的result計(jì)算。

有朋友可能疑惑了，你這在主函數(shù)main中不還是要進(jìn)行if else判斷嗎，和第一種有什么區(qū)別？

區(qū)別就在于，我添加新需求的時(shí)候不再需要修改原來(lái)的代碼，（原來(lái)的代碼指計(jì)算的核心部分）充分吸收了原代碼的特性。

當(dāng)我不需要某個(gè)功能時(shí)，我把對(duì)應(yīng)的類(lèi)刪了就行，靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)。

這里看著沒(méi)什么差別是因?yàn)檫@代碼簡(jiǎn)單，當(dāng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的功能時(shí)，代碼經(jīng)過(guò)測(cè)試后，就不應(yīng)該去動(dòng)他了，第一種方法不斷修改核心部分，帶來(lái)很大的隱患，而且若原來(lái)的代碼復(fù)雜度高，修改難度會(huì)很高。

這里要特別強(qiáng)調(diào)，簡(jiǎn)單用面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言寫(xiě)代碼，程序也不會(huì)自動(dòng)變成面向?qū)ο?，也不一定能得到面向?qū)ο蟮母鞣N好處

所以面向?qū)ο笾卦谒枷?，而非編程語(yǔ)言，在第二節(jié)中，我將談?wù)劊琹inux內(nèi)核是如何用c語(yǔ)言體現(xiàn)面向?qū)ο笏枷氲摹?/p>

1.3 面向?qū)ο笫侵阜庋b、繼承、多態(tài)嗎？

其實(shí)從1.1舉例大公司的例子和1.2中舉例兩個(gè)c++程序不同的例子中，就可以看出來(lái)，封裝、繼承、多態(tài)只是面向?qū)ο缶幊讨械奶匦?，而非核心思想?/p>

面向?qū)ο缶幊套罡镜囊稽c(diǎn)是屏蔽和隱藏

每個(gè)部門(mén)相對(duì)的獨(dú)立，有自己的章程，辦事方法和規(guī)則等。獨(dú)立性就意味著“隱藏內(nèi)部狀態(tài)”。比如你只能說(shuō)申請(qǐng)讓某部門(mén)按照章程辦一件事，卻不能說(shuō)命令部門(mén)里的誰(shuí)誰(shuí)誰(shuí)，在什么時(shí)候之前一定要辦成。這些內(nèi)部的細(xì)節(jié)你看不見(jiàn)，也管不著。

應(yīng)當(dāng)始終記住一件事情，面向?qū)ο笫菫榱朔奖銟?gòu)建復(fù)雜度高的大型程序。

2. Linux內(nèi)核中面向?qū)ο笏枷氲捏w現(xiàn)

2.1 封裝

封裝的定義是在程序上隱藏對(duì)象的屬性和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，僅對(duì)外公開(kāi)接口，控制在程序中屬性的讀和修改的訪問(wèn)級(jí)別；將抽象得到的數(shù)據(jù)和行為（或功能）相結(jié)合，形成一個(gè)有機(jī)的整體，也就是將數(shù)據(jù)與操作數(shù)據(jù)的源代碼進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，形成“類(lèi)”，其中數(shù)據(jù)和函數(shù)都是類(lèi)的成員。

面向?qū)ο笾械姆庋b，把數(shù)據(jù)，和方法（函數(shù)）放到了一起。

在c語(yǔ)言中，定義一個(gè)變量，int a，可以再定義很多函數(shù)fun1，fun2，fun3.

通過(guò)指針，這些函數(shù)都能對(duì)a修改，甚至這些函數(shù)都不一定與a在同一個(gè).c文件中，這樣就特別混亂。

但是我們也可以進(jìn)行封裝：

struct file {
  struct path    f_path;
  struct inode    *f_inode;  /* cached value */
  const struct file_operations  *f_op;

  spinlock_t    f_lock;
  enum rw_hint    f_write_hint;
  atomic_long_t    f_count;
  unsigned int     f_flags;
  fmode_t      f_mode;
  struct mutex    f_pos_lock;
  loff_t      f_pos;
    略去一部分
}

例如Linux內(nèi)核中的struct file，里面有file的各種屬性，還包含了file_operrations結(jié)構(gòu)體，這個(gè)結(jié)構(gòu)體就是對(duì)file的一堆操作函數(shù)

struct file_operations {
  loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
  ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
  ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
  ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
  int (*open) (struct inode *, struct file *);
    略去一部分
}

file_operations結(jié)構(gòu)體里是一堆的函數(shù)指針，并不是真正的操作函數(shù)，這是為了實(shí)現(xiàn)多態(tài)。

實(shí)際上這個(gè)例子也很像繼承，struct file繼承了struct file_operations的一切，但我會(huì)用其他例子來(lái)更好體現(xiàn)繼承。

2.2 繼承

特殊類(lèi)（或子類(lèi)、派生類(lèi)）的對(duì)象擁有其一般類(lèi)（或稱(chēng)父類(lèi)、基類(lèi)）的全部屬性與服務(wù)，稱(chēng)作特殊類(lèi)對(duì)一般類(lèi)的繼承。

從繼承的思想和目的來(lái)看,就是讓子類(lèi)能夠共享父類(lèi)的數(shù)據(jù)和方法,同時(shí)又能在父類(lèi)的基礎(chǔ)上定義擴(kuò)展新的數(shù)據(jù)成員和方法,從而消除類(lèi)的重復(fù)定義,提高軟件的可重用性。

c語(yǔ)言中一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)如下：

struct A_LIST {
    data_t        data; // 不同的鏈表這里的data_t類(lèi)型不同。
    struct A_LIST    *next;
};

Linux 內(nèi)核中有一個(gè)通用鏈表結(jié)構(gòu)：

struct list_head {
    struct list_head *next, prev；
)；

可以把這個(gè)結(jié)構(gòu)體看作一個(gè)基類(lèi),對(duì)它的基本操作是鏈表節(jié)點(diǎn)的插入,刪除,鏈表的初始化和移動(dòng)等。其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(可看作子類(lèi))如果要組織成雙向鏈表,可以在鏈表節(jié)點(diǎn)中包含這個(gè)通用鏈表對(duì)象(可看作是繼承)。

同上面的例子，我們只需要聲明

struct A_LIST {
    data_t            data;
    struct list_head    *list;
};

鏈表的本質(zhì)就是一個(gè)線性序列,其基本操作為插入和刪除等,不同鏈表間的差別在于各個(gè)節(jié)點(diǎn)中存放的數(shù)據(jù)類(lèi)型,因此把鏈表的特征抽象成這個(gè)通用鏈表,作為父類(lèi)存在,具體不同的鏈表則繼承這個(gè)父類(lèi)的基本方法，并擴(kuò)充自己的屬性。

通用鏈表其作為一個(gè)連接件，只對(duì)本身結(jié)構(gòu)體負(fù)責(zé)，而不需要關(guān)注真正歸屬的結(jié)構(gòu)體。正如繼承的特性，父類(lèi)的方法無(wú)法操作也不需要操作子類(lèi)的成員。

關(guān)于鏈表結(jié)構(gòu)的宿主指針獲取方法，

獲取結(jié)構(gòu)類(lèi)型TYPE里的成員MEMBER 在結(jié)構(gòu)體內(nèi)的偏移

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t)&((TYPE *)0)- >MEMBER)

通過(guò)指向成員member的指針ptr獲取該成員結(jié)構(gòu)體type的指針

#define container_of(ptr, type, member) ({          
    const typeof(((type *)0)- >member)*__mptr = (ptr);    
         (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); })

**2.3 多態(tài) **

Linux中多態(tài)最明顯的例子就是字符設(shè)備應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序之間的交互，應(yīng)用程序調(diào)用open，read，write等函數(shù)打開(kāi)設(shè)備即可操作，而并不關(guān)心open，read，write是如何實(shí)現(xiàn)，這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)程序之中，而不同設(shè)備的open、read、write函數(shù)各不相同，實(shí)現(xiàn)與多態(tài)中的運(yùn)行時(shí)多態(tài)一樣的功能。

過(guò)程簡(jiǎn)化其實(shí)就是不同的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)

struct file_operations drv_opr1

struct file_operations drv_opr2

struct file_operations drv_opr3

而應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)設(shè)備號(hào)找到對(duì)應(yīng)的struct file_operations，并將指針指向他，即可調(diào)用對(duì)應(yīng)的struct file_operations里的open，read，write函數(shù)（實(shí)際過(guò)程比這復(fù)雜）。

一個(gè)帶有面向?qū)ο箅r形的c程序：

#include< stdio.h >
double normal_result(double price,double num)
{
  return price * num; 
}
double discount_result(double price,double num)
{
  return price * num * 0.8; 
}

struct calculate{
  double price;
  double num;
  double (*result)(double price,double num);
};

int main ()
{
  struct calculate a;
  int date;
  a.price=1;
  a.num=2;
  printf("please input the date:n");
  scanf("%d",&date);
  if(date==11)
    a.result=discount_result;
  else
    a.result=normal_result;
  printf("%lfn",a.result(a.price,a.num));
  return 0;
}