C語言的面向對象實現在車燈軟件中的應用

于杰

摘要

隨著汽車LED前燈的功能越來越豐富，集成度越來越高，對于LED前燈控制器的實現加入軟件模塊已成為必然，但隨著軟件復雜程度的提高往往伴隨著系統缺陷數量的增長。與面向過程編程相比，面向對象編程的封裝、多態和繼承特性降低了軟件開發復雜度，提升了軟件的可靠性、穩定性和擴展性。為了降低前燈軟件的復雜度，可以在資源有限的單片機中利用C語言實現面向對象編程，以降低開發難度，提升軟件質量

【關鍵詞】汽車 LED C語言 面向對象 單片機

1 引言

車燈作為汽車的外部關鍵部件，近些年發展十分迅速，LED車燈應用越來越廣泛，功能越來越豐富。因為成本的原因，在汽車LED前燈中往往使用價格低廉，資源有限的微控制器，在這類控制器中，一般只能使用面向過程的C語言進行編程。而與面向過程編程相比，面向對象編程具有封裝、多態和繼承特性，更加容易維護、復用和擴展。如果能使用面向對象實現LED前燈的軟件系統，可以提高整個系統的可靠性、穩定性、可擴展性。

本文分析了面向對象的主要特點，給出了使用C語言實現面向對象的方法。

2 面向對象的主要特點及C語言實現

2.1 封裝

類是面向對象編程里最重要的一個概念，它是對現實世界中具有共同屬性的一類對象的抽象。類的概念中包含兩部分內容：屬性和行為。屬性是對象擁有的性質和狀態，行為是定義在對象上的一組操作。一個好的封裝設計可以降低軟件設計的復雜性，提升軟件產品質量。

C++語言通過關鍵詞class定義一個類，實現對一個對象屬性和方法的封裝，類的概念相當于定義了一個新的數據類型。在C語言中，雖然沒有類的概念和class關鍵字，但是可以使用相似的struct來模擬一個類，對于屬性依然使用變量來定義，對于方法可以使用函數指針來定義。

typedef struct_led

{

void（*Led0n）（struct_pwm_led*this）;

void（*LedOff）（struct_pwm_led*this）;

}CLed;

對于定義的函數指針必須進行初始化，指向具體的函數之后才能使用，這里提供一個宏來實現對內部變量和函數指針進行初始化，其中Led_SetDuty、Led_On均是定義完整的函數

#define LED GENERATE{＼

Led_On，＼

Led_Off＼

}

CLed led=LED_GENERATE;

led.LedOn（&led）;//由于C語言編譯器中不會為函數提供this指針，因此這里手工添加

2.2 繼承

汽車LED前燈中，不同型號的產品間有許多相同或相似的功能，即使是同一產品也會因為降成本或優化，在不改變功能的情況下更改硬件設計，因此在汽車LED前燈的軟件產品中，軟件的復用性就顯得更加重要。在面向對象編程中，繼承是復用己存在代碼元素的一項重要特性。

在面向對象編程中，繼承是復用己存在代碼元素的一項重要特性，通過定義一個繼承自基類的派生類，在不編寫一行代碼的情況下，即可擁有基類的全部特性，在派生類中編寫代碼即可實現對己有功能進行擴展。在C語言的結構體中并沒有提供繼承的方法，這里我們使用包含的關系來模擬面向對象中的繼承，在模擬的派生類中包含基類的對象，并將其作為模擬派生類的第一個元素（為了方便使用基類指針訪問派生類對象），即可擁有與繼承相同的特性：

//CLed為己定義的結構體

typedef struct_pwm_led

{

CLed base;

uint32_t pwm_duty;

void（*SetDuty）（struct_pwm_led*this，uint32_t duty）：

}CPwmLed;

#define PWMLED GENERATE{＼

LED_GENERATE，＼

0，＼

LED SetDuty＼

}

2.3 多態

汽車LED前燈往往需要在不同的外界條件或點亮時機有不同的點亮行為，使用面向過程的方法，則需要針對每一種點亮模式定義不同的接口函數，在應用中在根據當前條件進行調用，當點亮模式改變或增加新的模式時，我們就需要對接口函數和調用進行刪減更改，這無形中降低了軟件的可擴展性，在每次修改中更容易引入新的bug。

在面向對象的設計中，多態是指一組相關的類對象具有相同的函數原型，但具有不同的函數行為。C++語言中使用虛函數實現多態的功能，但C語言中雖然沒有虛函數這樣的特性，但可以利用函數指針實現多態的功能。首先通過定義函數指針抽象出統一的函數接口，在將函數指針指向不同的函數實現，這樣當調用函數指針時就會表現出不同的行為：

//CLed為己定義的結構體

typedefstruct_bin_led

{

CLed led;

}CB1nLed;

//通過宏對基類中的函數指針進行重新定義

#define BLNLED_GENERATE{＼

{B1nLed_On}＼

}

CB1nLed bln_led=BLNLED_GENERATE;

CLed*pLed=（CLed*）（&bln_led）;

pLed->LedOn（pLed）;

3 結論

通過使用C語言模擬出面向對象語言的特點，使得軟件系統的模塊化設計更加容易的實現。高內聚低耦合的模塊設計提高軟件系統代碼的重復利用率，方便了軟件系統的維護和修改，便于調試排錯，易于擴展，進一步降低了軟件復雜度，提高了系統的健壯性、靈活性、可靠性。在獲得面向對象編程的優點的同時，依然保留著C語言高效的特點，適合在資源有限的單片機中應用。

參考文獻

[1]譚浩強.C語言程序設計[M].北京：電子工業出版社，2005.

[2]錢能.C++程序設計教程[M].北京：清華大學出版社，1999.

[3]章遠陽，楊芙清，邵維中.C++語言的面向對象特性分析[J].計算機工程與應用，1992（09）.

[4]劉宇，王煒，張見威.C++語言面向對象機制的底層實現[J].華南師范大學學報，1998（04）.

[5]陳飛，陳啟安.面向對象的嵌入式系統開發技術[J].單片機與嵌入式系統應用，2005.