如何寫出易維護的嵌入式代碼？

面向對象的C

面向對象的語言更接近人的思維方式，而且在很大程度上降低了代碼的復雜性，同時提高了代碼的可讀性和可維護性，傳統(tǒng)的C代碼同樣可以設計出比較易讀，易維護，復雜度較低的優(yōu)美代碼，本文將通過一個實際的例子來說明這一點。

基礎知識

結構體

除了提供基本數據類型外，C語言還提供給用戶自己定制數據類型的能力，那就是結構體，在C語言中，你可以用結構體來表示任何實體。結構體正是面向對象語言中的類的概念的雛形，比如：

typedef struct{ 
    float x; 
    float y; 
 }Point;

定義了一個平面坐標系中的一個點，點中有兩個域，x坐標和y坐標。

結構體中的域稱為結構體的成員。結構體中的數據類型可以是簡單數據類型，也可以是其他的結構體，甚至結構體本身還可以嵌套，比如，一個標準的鏈表結構可以進行如下定義：

typedef struct node{ 
    void *data;// 數據指針
    int dataLength;// 數據長度
    struct node *next;// 指向下一個節(jié)點
 }Node;

可以看到，結構體node中的next指針的類型又是node類型。

函數指針

指針是C語言的靈魂，是C比其他語言更靈活，更強大的地方。所以學習C語言必須很好的掌握指針。函數指針，即指向函數在內存映射中的首地址的指針，通過函數指針，可以將函數作為參數傳遞給另一個函數，并在適當的時候調用，從而實現異步通信等功能。

比如， UNIX/Linux系統(tǒng)中的信號注冊函數，其原型如下：

void (*signal(int signo,void (*func)(int))) (int)

使用的時候，需要自己在外部定義一個信號處理函數(signal handler), 然后使用signal(sigNo, handler)將處理程序注冊在進程上，當信號發(fā)生時，進程就可以回調信號處理函數。

將函數指針作為結構體的成員

正如前面提到的，結構體的成員可以是簡單的數據結構，也可以是其他的結構體，當然，也可以是指針。當將函數指針作為結構體的成員，并且這些函數只用來操作本結構體中的數據時，就可以形成一個獨立的實體，這個實體中既有數據，也有對數據的操作，這樣自然就可以引出類(class)的概念。

面向對象語言的特性

一般而言，繼承，封裝和多態(tài)被認為是面向對象語言所必須支持的三種特征，也正是通過這三種特征才可以體現出面向對象在哪些方面優(yōu)于面向過程。

由于語言開發(fā)商的宣傳或其他的各種原因，使的表面上面向對象的思想要通過語言為載體而得以實現，然而實際上，面向對象是一種軟件設計思想，完全是可以與具體實現無關的。

雖然如此，但是不可否認，這些所謂的純面向對象的語言，在其代碼的可讀性以及與人的自然思維的匹配方面，比面向過程的語言要好的多。

語言層次的面向對象

我們一般要描述一個對象，一般需要描述這個對象的一些屬性，比如盒(box)是一個實體，它有6個面，有顏色，重量，是否為空等屬性，并且可以放東西進去，可以取東西出來。

在面向對象的語言中，通常將這樣的對象抽象成一個類(class):

class Box{ 
    clolr color; 
    int weight; 
    boolean empty; 
    
    put(something); 
    something get(); 
 }

對盒子進行操作時，可以做一下動作：

 Box.put(cake); 
 Box.get();// 取到某個東西，從盒子中。

而面向過程的語言中，通常是將實體傳遞給一個貫穿全局的函數來進行的，同樣以Box為例，對Box進行操作時，往往是這樣：

 Put(Box, cake);// 將一個蛋糕放到盒子中
 Get(Box);// 從盒子中取出某個東西來

而顯然，第一種代碼形式更符合常理，所以面向對象的語言大都提供這種語言層面的細節(jié)的支持，使得代碼的可讀性，可理解性大大增加。

C語言，作為一個靈活而簡單的語言，我們完全可以通過C提供的簡單機制，實現這樣的比較優(yōu)美的代碼形式。

C語言的面對對象

如前所說，面向對象是一種軟件設計的思想，是語言無關的。在本節(jié)中，我舉一個鏈表(list)的例子來說明如何在C語言中的設計出有面向對象風格的代碼。

定義接口

接口是面向對象語言中的一個比較重要的概念，接口只對外部承諾實現該接口的實體可以完成什么樣的功能，但是不暴露實現的方式。這樣的好處是，實現者可以在不接觸接口使用者的代碼的情況下，對實現進行調整。

我們來看看鏈表的接口定義：

清單 1.鏈表的接口定義

#ifndef _ILIST_H 
 #define   _ILIST_H 
 
 // 定義鏈表中的節(jié)點結構
 typedef struct node{ 
    void *data; 
    struct node *next; 
 }Node; 
 
 // 定義鏈表結構
 typedef struct list{ 
    struct list *_this; 
    Node *head; 
    int size; 
    void (*insert)(void *node);// 函數指針
    void (*drop)(void *node); 
    void (*clear)(); 
    int (*getSize)(); 
    void* (*get)(int index); 
    void (*print)(); 
 }List; 
 
 void insert(void *node); 
 void drop(void *node); 
 void clear(); 
 int getSize(); 
 void* get(int index); 
 void print(); 
 
 #endif   /* _ILIST_H */

IList接口中，可以清晰的看到，對于一個list實體(也就是對象)來說，可以在其上進行insert、drop、clear、getSize、get(index)以及print等操作。

接口的實現

清單 2.構造方法

Node *node = NULL; 
 List *list = NULL; 
 
 void insert(void *node); 
 void drop(void *node); 
 void clear(); 
 int getSize(); 
 void print(); 
 void* get(int index); 
 
 List *ListConstruction(){ 
    list = (List*)malloc(sizeof(List)); 
    node = (Node*)malloc(sizeof(Node)); 
    list->head = node; 
    list->insert = insert;// 將 insert 函數實現注冊在 list 實體上
    list->drop = drop; 
    list->clear = clear; 
    list->size = 0; 
    list->getSize = getSize; 
    list->get = get; 
    list->print = print; 
    list->_this = list;// 用 _this 指針將 list 本身保存起來
 
    return (List*)list; 
 }

需要注意的是此處的_this指針，_this指針可以保證外部對list的操作映射到對_this的操作上，從而使得代碼得到簡化。

清單 3.插入及刪除

// 將一個 node 插入到一個 list 對象上
 void insert(void *node){ 
    Node *current = (Node*)malloc(sizeof(Node)); 
    
    current->data = node; 
    current->next = list->_this->head->next; 
    list->_this->head->next = current; 
    (list->_this->size)++; 
 } 
 
 // 刪除一個指定的節(jié)點 node 
 void drop(void *node){ 
    Node *t = list->_this->head; 
    Node *d = NULL; 
    int i = 0; 
    for(i;i < list->_this->size;i++){ 
        d = list->_this->head->next; 
        if(d->data == ((Node*)node)->data){ 
            list->_this->head->next = d->next; 
            free(d); 
            (list->_this->size)--; 
            break; 
        }else{ 
            list->_this->head = list->_this->head->next; 
        } 
    } 
    list->_this->head = t; 
 }

其他的實現代碼可以參看下載部分，這里限于篇幅就不再意義列舉出來。

測試

測試代碼

好了，前面做的一切工作都是為了保證我們的暴露給使用者的API可以盡量的簡潔優(yōu)美，現在到測試的時候了。

清單 4.測試代碼

int main(int argc, char** argv) { 
    List *list = (List*)ListConstruction();// 構造一個新的鏈表
    
 // 插入一些值做測試
    list->insert("Apple"); 
    list->insert("Borland"); 
    list->insert("Cisco"); 
    list->insert("Dell"); 
    list->insert("Electrolux"); 
    list->insert("FireFox"); 
    list->insert("Google"); 
    
    list->print();// 打印整個列表
            
    printf("list size = %dn",list->getSize()); 
    
    Node node; 
    node.data = "Electrolux"; 
    node.next = NULL;  
    list->drop(&node);// 刪除一個節(jié)點
    
    node.data = "Cisco"; 
    node.next = NULL; 
    list->drop(&node);// 刪除另一個節(jié)點
    
    list->print();// 再次打印
    printf("list size = %dn",list->getSize()); 
    list->clear();// 清空列表
 
    return 0; 
 }

圖 1.運行結果

結束語

C語言所誕生的UNIX平臺提倡這樣一種設計哲學：盡量進行簡單的設計，讓使用者如同搭積木一樣的將這些簡單的工具連接成強大的，完整的應用。

應該說，C比較好的繼承了這一點，C語言非常簡潔，非常強大，而由于C語言誕生的比較早，當時的面向對象的思想還不成熟，所以出現了大量的過程式的C應用，從而給人們一種C語言是面向過程的語言的錯覺，其實C只是提供了一些簡單，強大而通用的能力，至于你想將其搭成什么樣的積木，則全靠你自己了。