C Structs vs. C ++ Classi:differenze chiave
| Caratteristica | C Struttura | Classe C ++ | Impatto su OOP |
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| Accesso predefinito | `pubblico '(i membri sono accessibili per impostazione predefinita) | `private` (i membri sono inaccessibili per impostazione predefinita) | Incapsulamento |
| Funzioni membri (Metodi) | Non consentito direttamente. Puoi simularli usando i puntatori della funzione. | Consentito. Le classi possono avere metodi (funzioni) che operano sui dati della classe. | Incapsulamento, comportamento |
| Ereditarietà | Non supportato. | Supportato (eredità singola e multipla). | Riusabilità, polimorfismo |
| polimorfismo | Non supportato direttamente. Richiede l'implementazione manuale (ad esempio, usando puntatori di funzioni e `void*`). | Supportato (funzioni virtuali, classi astratte, interfacce). | Flessibilità, estensibilità |
| costruttori/distruttori | Non supportato. Inizializzazione in genere eseguita con le funzioni di assegnazione o inizializzazione. | Supportato. I costruttori inizializzano oggetti, i distruttori puliscono. | Gestione delle risorse |
| sovraccarico dell'operatore | Non supportato. | Supportato. Consente agli operatori (+, -, *, ==, ecc.) Di essere ridefiniti per gli oggetti di classe. | Espressività |
| Modelli | Non supportato. | Supportato. Consente una programmazione generica (creazione di classi che possono funzionare con diversi tipi di dati). | Resusabilità del codice |
| Allocazione della memoria | In genere utilizzato per l'allocazione statica o l'allocazione dello stack. Può essere usato con memoria allocata dinamicamente attraverso i puntatori. | Come le strutture. Generalmente preferito nei contesti di oggetti per creare oggetti su HEAP per utilizzare il polimorfismo. | Gestione della memoria |
in dettaglio:
1. Controllo di accesso (incapsulamento):
- C Strutture: Tutti i membri di una struttura C sono "pubblici" per impostazione predefinita. Ciò significa che qualsiasi parte del codice può accedere e modificare direttamente i dati all'interno della struttura. Non esiste un modo integrato per nascondere i dati interni o limitare l'accesso.
- Classi C ++: L'impeditore di accesso predefinito per una classe C ++ è `privato`. Ciò significa che, per impostazione predefinita, le variabili e le funzioni dei membri sono accessibili solo all'interno della classe stessa o dalle sue classi/funzioni di amici. Usi parole chiave `public`,` protette` e `private` per controllare la visibilità dei membri della classe. Questo è cruciale per incapsulamento , uno dei principi fondamentali di OOP.
2. Funzioni membri (metodi):
- C Strutture: C Strutture * non può * contenere direttamente funzioni (metodi) come membri. Per associare le funzioni a una struttura, in genere si utilizzano puntatori di funzioni come membri della struttura. Questo è un approccio più indiretto e meno integrato.
- Classi C ++: Classi * Possono * contenere funzioni membri (metodi). Questi metodi operano sui dati all'interno della classe e forniscono un modo per interagire e manipolare lo stato dell'oggetto. Ciò accoppia strettamente i dati e le funzioni che operano su di essi, migliorando l'organizzazione e la manutenibilità.
3. Ereditarietà:
- C Strutture: C Strutture * non * Supporta l'eredità. Non è possibile creare una nuova struttura che eredita i membri di una struttura esistente.
- Classi C ++: C ++ Classi * DO * Supportare l'eredità. Ciò consente di creare nuove classi (classi derivate o sottoclassi) che ereditano le proprietà e i comportamenti delle classi esistenti (classi di base o superclassi). Ciò promuove il riutilizzo del codice e ti consente di modellare le relazioni tra oggetti (ad esempio, una classe Dog "ereditando da una classe" animale "). È inoltre possibile utilizzare più ereditarietà (ereditare da più classi di base).
4. Polimorfismo:
- C Strutture: C le strutture non hanno supporto diretto per il polimorfismo (la capacità di un oggetto di assumere molte forme). Puoi*simulare*il polimorfismo in C usando puntatori di funzioni e `void*`, ma richiede più codifica manuale ed è meno elegante. Si creano essenzialmente una tabella di puntatori della funzione e selezioni la funzione appropriata da chiamare in base al tipo di oggetto.
- Classi C ++: C ++ fornisce supporto integrato per il polimorfismo attraverso:
- Funzioni virtuali: Dichiarato con la parola chiave `virtual` nella classe base. Quando una funzione virtuale viene chiamata tramite un puntatore o riferimento a un oggetto di classe base, la funzione effettiva che viene eseguita viene determinata in fase di esecuzione in base al tipo * effettivo * dell'oggetto (dispatch dinamico).
- Classi astratte: Una classe con almeno una funzione virtuale pura (dichiarata come `=0`). Le classi astratte non possono essere istanziate direttamente, ma definiscono un'interfaccia che le classi derivate devono implementare.
5. Costruttori e distruttori:
- C Strutture: C le strutture non hanno costruttori o distruttori. L'inizializzazione viene in genere eseguita assegnando valori agli elementi della struttura dopo la dichiarazione della struttura o utilizzando le funzioni di inizializzazione. La pulizia (rilascio di memoria allocata dinamicamente) deve essere eseguita manualmente.
- Classi C ++: Le classi C ++ hanno costruttori (funzioni di membro speciali che vengono automaticamente chiamati quando viene creato un oggetto della classe) e Destructors (funzioni speciali per membri che vengono automaticamente chiamati quando un oggetto viene distrutto). I costruttori vengono utilizzati per inizializzare i membri dei dati dell'oggetto e i distruttori vengono utilizzati per rilasciare qualsiasi risorsa che l'oggetto detiene (ad esempio, memoria allocata dinamicamente).
6. Sovraccarico dell'operatore:
- C Strutture: Il sovraccarico dell'operatore non è supportato in C. Non è possibile ridefinire il significato degli operatori (come +, -, ==) per le strutture.
- Classi C ++: C ++ consente di sovraccaricare gli operatori per gli oggetti di classe. Ciò significa che puoi definire cosa significa aggiungere due oggetti della tua classe, confrontarli per l'uguaglianza, ecc. Questo può rendere il tuo codice più espressivo e più facile da leggere.
7. Modelli:
- C Strutture: C non ha modelli.
- Classi C ++: C ++ supporta i modelli, che consentono di scrivere un codice generico in grado di funzionare con diversi tipi di dati senza dover riscrivere il codice per ogni tipo. Questa è una caratteristica potente per il riutilizzo del codice.
Impatto sull'implementazione del design di programmi orientati agli oggetti in C:
A causa di questi limiti, scrivere programmi veramente orientati agli oggetti in C è * significativamente * più impegnativo e richiede un approccio diverso. Devi implementare manualmente molte delle funzionalità integrate nelle classi C ++. Ecco come potresti avvicinarti al design OOP in C:
1. Emulando l'incapsulamento:
- Utilizzare la parola chiave `static` per limitare l'ambito di variabili e funzioni al file corrente. Ciò fornisce una forma di nascondere le informazioni, ma non è così robusto come il "privato" di C ++.
- Utilizzare le convenzioni di denominazione (ad esempio, prefissi membri "privati" con un sottolineaggio:`_private_member`) per indicare quali membri sono destinati a essere interni. Questo si basa sulla disciplina del programmatore.
2. Metodi di simulazione:
- Definire le funzioni che prendono un puntatore alla struttura come primo argomento (l'equivalente del puntatore "questo"). Queste funzioni fungono da metodi per la struttura.
`` `c
typedef struct {
int x;
int y;
} Punto;
void point_move (punto *p, int dx, int dy) {// "metodo" per punto
p-> x +=dx;
p-> y +=dy;
}
`` `
3. Imitare l'eredità:
- Composizione: Incorporare una struttura all'interno di un'altra struttura. Questo ti dà una relazione "has-a" (ad esempio, un'auto "ha un" motore ").
`` `c
typedef struct {
Int Horsepower;
// ...
} Motore;
typedef struct {
Motore motore; // auto * has-a * motore
int Num_Wheels;
} Auto;
`` `
- "eredità" (manuale): Includi la struttura di base come primo membro della struttura derivata. Ciò garantisce che i membri della struttura di base siano disposti in memoria prima dei membri della struttura derivata. È quindi possibile lanciare un puntatore alla struttura derivata su un puntatore alla struttura di base (ma ciò richiede un'attenta gestione della memoria ed è soggetto a errori).
`` `c
typedef struct {
int larghezza;
Altezza int;
} Rettangolo;
typedef struct {
Base rettangolo; // "eredita" dal rettangolo (primo membro)
int colore;
} ColorERecTangle;
void Printrectanglearea (rettangolo *rect) {
printf ("area:%d \ n", rect-> larghezza * rect-> altezza);
}
ColorsERectangle Cr ={{10, 5}, 0xFF0000}; // Inizializza la struttura nidificata
Printrectanglearea ((rettangolo*) e Cr); // valido, poiché il rettangolo è il primo in memoria
`` `
4. Polimorfismo di falsa:
- Usa i puntatori della funzione all'interno della struttura per indicare diverse implementazioni della stessa funzione, in base al tipo dell'oggetto. Questo è simile al modello di strategia. È necessario mantenere manualmente una tabella di puntatori della funzione.
`` `c
Forma struct typedef {
int x;
int y;
void (*Draw) (Struttura forma*); // Puntatore di funzione per il disegno
} Forma;
void DrawCircle (Shape *s) {
printf ("Drawing Circle a ( %d, %d) \ n", s-> x, s-> y);
}
void DrawSquare (Shape *s) {
printf ("disegnare quadrato a ( %d, %d) \ n", s-> x, s-> y);
}
Forma cerchio ={10, 20, drawcircle};
Shape Square ={30, 40, DrawSquare};
Circle.Draw (&Circle); // chiama Drawcircle
Square.Draw (&Square); // chiama Drawsquare
`` `
5. Gestione manuale della memoria:
- Poiché le strutture C non hanno costruttori e distruttori, è necessario gestire attentamente l'allocazione della memoria e la separazione utilizzando `malloc` e` free`. In caso contrario, porterà a perdite di memoria.
In sintesi:
- C le strutture sono strutture di dati più semplici con funzionalità limitate. Sono adatti per situazioni in cui devi solo raggruppare i dati correlati insieme.
- Le classi C ++ forniscono potenti caratteristiche per la programmazione orientata agli oggetti, tra cui incapsulamento, ereditarietà, polimorfismo, costruttori, distruttori, sovraccarico di operatori e modelli.
-Mentre * puoi * implementare concetti orientati agli oggetti in C usando strutture, puntatori di funzioni e gestione della memoria manuale, è significativamente più complesso, soggetto a errori e meno mantenebili rispetto all'utilizzo di classi C ++. Stai essenzialmente reimplementando le funzionalità che C ++ fornisce in modo nativo.
Quando utilizzare le strutture C anziché le classi C ++
Ci sono alcune situazioni in cui l'uso di una struttura C, anche in un programma C ++, potrebbe essere utile:
1. Tipi di vecchi dati (POD): Quando si dispone di una semplice struttura di dati che contiene solo dati e non richiede alcun metodo o comportamento speciale, una struttura POD può essere più efficiente. Una struttura POD può essere copiata banalmente, confrontata e serializzata senza alcun codice speciale. C ++ offre `std ::is_trivial` e` std ::is_standard_layout` tratti di tipo per determinare se un tipo ha queste proprietà.
2. Interoperabilità con codice C: Se è necessario interfacciarsi con il codice C esistente, l'utilizzo delle strutture C è spesso il modo più semplice per passare i dati tra le due lingue. C ++ può utilizzare direttamente le strutture C, mentre le classi C ++ con caratteristiche complesse (come costruttori, funzioni virtuali, ecc.) Non sono direttamente compatibili con C.
3. Programmazione di basso livello/astrazione hardware: Nella programmazione di basso livello (ad es. Driver di dispositivo, sistemi incorporati), potrebbe essere necessario controllare con precisione il layout di memoria delle strutture di dati. C Strutture ti danno un maggiore controllo su questo rispetto alle classi C ++, in cui il compilatore potrebbe aggiungere membri nascosti (come un puntatore della tabella delle funzioni virtuali).
4. Sezioni di performance-critica: Sebbene i moderni compilatori C ++ siano altamente ottimizzanti, le strutture POD possono talvolta offrire un leggero vantaggio di prestazioni in sezioni di codice molto critiche per le prestazioni perché mancano del sovraccarico associato alle classi (come le chiamate di funzione virtuale). *Tuttavia*, questa differenza è spesso trascurabile e un buon codice C ++ può funzionare altrettanto bene, se non meglio.
in conclusione :
Mentre C può simulare i principi orientati agli oggetti, C ++ è progettato per facilitare direttamente. C ++ offre potenti strumenti per l'incapsulamento, l'eredità e il polimorfismo, semplificando il design orientato agli oggetti rispetto all'approccio più manuale richiesto in C. Se il progetto beneficia dei principi fondamentali di OOP, C ++ è la scelta più adatta. C le strutture vengono utilizzate al meglio nei progetti C ++ quando è necessaria l'interazione del codice C diretto o quando si creano strutture puramente incentrate sui dati.
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