用 C 语言模擬 C++ 類、多態與繼承機制

面向對象語言引入類概念，屬程式設計思想的進化。類封裝特定資料與操作；C 語言 struct 僅為資料集合。本文示範如何用 C 結構體與函數指標模擬 C++ 的類、繼承、虛函數與多態。

核心代碼

#ifndef C_Class
#define C_Class struct
#endif

C_Class A {
    C_Class A *A_this;
    void (*Foo)(C_Class A *A_this); // 虛函數指標
    int a, 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);
    int a, 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(struct A* p) {
    p->Foo = A_Foo; p->a = 1; p->b = 2; p->A_this = p;
}
void B_Creat(struct 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：基類指標指向派生對象
    printf("%d\n", ma->a);        // 11 (B 的 a)
    ma->Foo(ma);                  // 多態調用：It is B.c=13
    a.Foo(&a);                    // 靜態調用：It is A.a=1
    B_F2(&b);                     // 普通成員函數
    return 0;
}

關鍵點解析

• 繼承模擬：派生結構體首欄放基類結構體，確保記憶體佈局相容。
• 虛函數表模擬：結構體內嵌函數指標 Foo，建構時指派對應函數位址。
• 多態實現：基類指標指向派生對象，透過函數指標調用實現動態綁定。
• this 指標模擬：各結構體含自指標 (A_this/B_this)，對應 C++ 隱含 this。

輸出結果

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

此模型揭示 C++ 物件模型底層運作：繼承即記憶體佈局延伸，虛函數即函數指標表，多態即基類指標調用派生類函數指標。