用 C 語言實現面向對象程式設計 (二)：介面、多態與矩形/圓形類別實作

編輯：關於C語言

承接上篇：OOSM 宏包已就緒，進入實戰建模

本篇展示如何用 OOSM 定義介面、實作具體類別、達成執行期多態。

介面定義：`imeas.h` — 測量周長與面積

#ifndef __IMEAS_H__
#define __IMEAS_H__
#include "oosm.h"

/* 介面：純行為契約，無狀態 */
interface(imeas) {
    double (*peri)(void* this);  // 周長
    double (*area)(void* this);  // 面積
};

#endif

關鍵設計：方法第一參數用 void*，允許任意實作類別的 this 隱式轉換（類似 C++ 虛函數 this 指標調整）。

矩形類別：`crect.h` / `crect.c`

/* crect.h */
#ifndef __CRECT_H__
#define __CRECT_H__
#include "imeas.h"

class(crect) {
    implements(imeas);  // 嵌入介面結構體
    double width;
    double height;
};
#endif

/* crect.c */
#include "crect.h"

static double peri(void* this) {
    crect* r = (crect*)this;
    return 2 * (r->width + r->height);
}

static double area(void* this) {
    crect* r = (crect*)this;
    return r->width * r->height;
}

constructor(crect) {
    mapping(imeas.peri, peri);
    mapping(imeas.area, area);
}

destructor(crect) {
    return 1;  // 釋放記憶體
}

圓形類別：`ccirc.h` / `ccirc.c`

/* ccirc.h */
#ifndef __CCIRC_H__
#define __CCIRC_H__
#include "imeas.h"

class(ccirc) {
    implements(imeas);
    double radius;
    double (*diam)(ccirc* this);  // 自有方法：直徑
};
#endif

/* ccirc.c */
#include "ccirc.h"
#define PI 3.1415926

static double peri(void* this) {
    ccirc* c = (ccirc*)this;
    return 2 * PI * c->radius;
}

static double area(void* this) {
    ccirc* c = (ccirc*)this;
    return PI * c->radius * c->radius;
}

static double diam(ccirc* this) {
    return 2 * this->radius;
}

constructor(ccirc) {
    mapping(imeas.peri, peri);
    mapping(imeas.area, area);
    mapping(diam, diam);  // 自有方法直接映射
}

destructor(ccirc) {
    return 1;
}

多態使用範例

#include 
#include "imeas.h"
#include "ccirc.h"
#include "crect.h"

int main() {
    ccirc* c = ccirc_new();
    crect* r = crect_new();
    
    c->radius = 9.23;
    r->width = 23.09; r->height = 78.54;
    
    /* 介面多態：統一呼叫介面方法 */
    printf("Circle:    直徑=%.2f 周長=%.2f 面積=%.2f\n", 
           c->diam(c), c->imeas.peri(c), c->imeas.area(c));
    printf("Rectangle: 周長=%.2f 面積=%.2f\n", 
           r->imeas.peri(r), r->imeas.area(r));
    
    ccirc_delete(c);
    crect_delete(r);
    return 0;
}

核心機制圖解

記憶體佈局 (crect 實例):
+------------------+
| imeas (介面)     |  ← 偏移量 0
|   peri: &peri    |
|   area: &area    |
+------------------+
| width: 23.09     |
| height: 78.54    |
+------------------+

記憶體佈局 (ccirc 實例):
+------------------+
| imeas (介面)     |  ← 偏移量 0 (關鍵！介面必須在首位)
|   peri: &peri    |
|   area: &area    |
+------------------+
| radius: 9.23     |
| diam: &diam      |
+------------------+

多態呼叫 c->imeas.peri(c):
1. c 指向 ccirc 實例開頭
2. c->imeas 取得介面子物件 (偏移量 0)
3. imeas.peri 取得函數指標 &ccirc_peri
4. 呼叫 ccirc_peri(c) → this 為 ccirc*，內部轉型存取 radius