C 語言模擬 C++ 類別：多態與繼承的手動實作

前言

面向物件語言引入類別概念，封裝資料與操作。C 語言 struct 僅能封裝資料。本文示範以 C 結構體與函式指標手動模擬類別、繼承、多態機制。

核心程式碼

#ifndef C_Class
#define C_Class struct
#endif

C_Class A {
    C_Class A* A_this;
    void (*Foo)(C_Class A* A_this);
    int a; int b;
};

C_Class B { // B 繼承 A
    C_Class B* B_this; // 順序關鍵：基類成員在前
    void (*Foo)(C_Class B* B_this); // 虛函式
    int a; int b;
    int c;
};

void B_F2(C_Class B* B_this) { printf("It is B_Fun\n"); }
void A_Foo(C_Class A* A_this) { printf("It is A.a=%d\n", A_this->a); }
void B_Foo(C_Class B* B_this) { printf("It is B.c=%d\n", B_this->c); }

void A_Creat(C_Class A* p) {
    p->Foo = A_Foo; p->a = 1; p->b = 2; p->A_this = p;
}
void B_Creat(C_Class B* p) {
    p->Foo = B_Foo; p->a = 11; p->b = 12; p->c = 13; p->B_this = p;
}

int main() {
    C_Class A *ma, a;
    C_Class B *mb, b;
    A_Creat(&a); B_Creat(&b);
    mb = &b; ma = &a;
    ma = (C_Class A*)mb; // 多態指標轉換
    printf("%d\n", ma->a);        // 11 (B 的 a)
    ma->Foo(ma);                  // It is B.c=13 (多態呼叫)
    a.Foo(&a);                    // It is A.a=1 (靜態呼叫)
    B_F2(&b);                     // It is B_Fun (一般成員函式)
    return 0;
}

輸出結果

11
It is B.c=13
It is A.a=1
It is B_Fun

關鍵技術點

1. 繼承模擬：衍生結構體首欄位包含基類結構體 (或指標)，確保記憶體佈局相容。
2. 虛函式表模擬：函式指標成員 Foo 對應虛函式，建構函式 (A_Creat/B_Creat) 設定實際函式位址。
3. this 指標調整：A_this/B_this 分別指向各自結構體起始位址，多態呼叫時傳遞正確 this。
4. 多態指標轉換：ma = (C_Class A*)mb 將衍生類指標隱性轉換為基類指標，呼叫 Foo 時實際執行 B_Foo。
5. 非虛函式：B_F2 直接呼叫，不經函式指標，效率較高。

結語

此模擬揭示 C++ 物件模型底層運作：虛函式透過函式指標實現動態綁定，繼承靠記憶體佈局相容，多態靠基類指標指向衍生物件。理解此機制有助於深入掌握 C++ 效能與行為特性。