用 C 語言實現面向物件程式設計（三）：繼承機制與虛函式表映射

繼承實現：巨集模擬

透過巨集套件 OOSM 模擬類別宣告與繼承關係：

標頭檔：csqua.h —— Square 類別繼承 Rectangle

#ifndef __CSQUA_H__
#define __CSQUA_H__

#include "crect.h"

class(csqua) {
    extends(crect);   /* 繼承自 crect */
};

#endif

class、extends 為巨集，展開後建立結構體並內嵌父類別結構體作為第一個成員，實現記憶體佈局相容。

實作檔：csqua.c —— 覆寫虛函式

#include "csqua.h"

static double peri(void *this)
{
    return 4 * ((crect *)this)->width;          // 正方形周長 = 4 * 邊長
}

static double area(void *this)
{
    return ((crect *)this)->width * ((crect *)this)->width;  // 面積 = 邊長²
}

constructor(csqua)
{
    mapping(crect.imeas.peri, peri);   // 將虛函式指標指向自已實作
    mapping(crect.imeas.area, area);
}

destructor(csqua)
{
    return 1;   // 回傳 1 表示釋放記憶體
}

關鍵技術點

1. 繼承即結構體內嵌：csqua 結構體第一個成員為 crect，指標轉換 (crect*)this 安全且零成本。
2. 虛函式表手動映射：父類別定義介面結構體 imeas 包含函式指標；子類別建構子中用 mapping 巨集將指標指向自已實作。
3. this 指標顯式傳遞：C 無隱含 this，所有成員函式第一參數為 void*，呼叫時手動傳遞物件指標。
4. 建構子/解構子命名慣例：constructor(csqua)、destructor(csqua) 由巨集展開為具體函式名。

完整物件模型圖解

crect 結構體:
+------------------+
| width            |
| height           |
| imeas (vtable)   | → { peri_func, area_func }
+------------------+

csqua 結構體 (繼承):
+------------------+
| crect (父類別)   |  ← 記憶體起始位址相同
|   width          |
|   height         |
|   imeas          | → 被建構子覆寫指向 csqua 實作
+------------------+

侷限性與現代替代方案

• 無存取控制：C 無 private/protected/public，靠命名慣例（_ 前綴）與紀律約束。
• this 指標不可隱藏：呼叫語法 obj->method(obj, ...) 顯得冗長。
• 多重繼承極其複雜：需手動調整指標偏移，極易出錯。
• 現代替代：C++ 原生支援；C 專案若需 OOP，可考慮 GObject (GLib) 或自行實現輕量級物件系統。

系列總結

本系列展示：

1. 封裝：結構體 + 函式指標模擬方法。
2. 多型：虛函式表手動映射。
3. 繼承：結構體內嵌 + 建構子鏈。

證明面向物件是設計思維，非語言專利。C 語言雖無語法糖，但以紀律與巨集可實現核心機制，深入理解有助於掌握 C++ 底層模型。