嵌入式C语言面向对象编程应用及优势

什么是 C 语言面向对象？

在开始嵌入式 C 语言设计模式系列文章之前，先通过三篇文章讲述了如何使用 C  语言实现面向对象的三大特性，封装，继承，多态。

图片来源公众号：码农翻身

对于“面向对象”这个词语，相信很多软件工程师都不会感觉到陌生，并且很多软件工程师在刚开始学习编程的时候，讲师一般都会跟我们讲，C 语言是一门面向过程的语言，而 C++，Java，Python，Go 等高级语言，才是主流的面向对象语言。

那到底什么是“面向过程”，什么是“面向对象”呢？关于这两者的概念，我相信网络上并不缺少相关的信息，这里也不再复制粘贴网上的概念介绍。

举几个例子：

例子1：

客户：“我需要一份蛋炒饭”。

面向过程：先把饭煮好，点火起锅烧油，鸡蛋先放，炒好捞出，再起锅烧油，瘦肉豆芽胡萝卜丝翻炒半熟捞出，刷锅起锅烧油，倒入米饭。。。。一顿操作猛如虎。

面向对象：蛋炒饭有米饭，鸡蛋瘦肉豆芽胡萝卜丝，需要花生油，炒锅，等等工具，需要厨师，需要。。。。

例子2：

客户：“我需要一辆自行车”。

面向过程：先把自行车的机架车身电焊，上油漆，再安装前后两个车轱辘，安装刹车，安装停车支架，安装扶手，安装坐垫，安装篮子。。。

面向对象：自行车有机架车身，有车轱辘，有刹车，有停车支架，有扶手，有坐垫，有篮子，刹车用来刹车（这话有点废，哈哈哈），车轱辘用来行走。。。

例子3：

客户：“我需要一架航天飞机”。

面向过程：先找来一些耐高温耐辐射的航天级工业材料，用来打造航天飞机的机身，机身主要分为前段机身、中段机身和后段机身，各段机身打造完成后，开始设计机身内部航天员活动空间，然后再设计主发动机和轨道控制发动机，然后再。。。。（编不下去了）

面向对象：找NASA。（开玩笑，哈哈哈哈）

如上面三个（其实是前两个）例子所述，面向过程主要思考的是“如何（HOW）”的问题，也就是把一个目标，拆分为多个流程环节，然后把每个流程环节拼凑起来，最终实现客户想要的目标。

而面向对象，主要思考的是“什么（WHAT）”的问题，面向对象会先把一句具体的目标拆分，目标里面包含什么，每一个“什么”各自能完成哪些功能，把这些一个个的“什么”拼凑起来，就可以实现客户想要的目标。

面向过程的思维，和面向对象的思维，有着本质上的区别，一直从事嵌入式开发的工程师，特别是单片机工程师，在面对销售业务提出的需求或者疑问的时候，多数都是采用面向过程而非面向对象的思维方式进行思考。

也就是说，单片机工程师第一反应，是想着“如何（HOW）”去解决业务端的需求，而不是去深挖这个需求的本质是“什么（WHAT）”。

很多嵌入式C语言的入门教程，以及网络上大多数的开发示例，都是用“HOW”的思维方式去告诉我们怎么解决一个问题，很少用“WHAT”的思维去让工程师们思考问题的本质。

（注意：这里并不是在否定面向过程的优势之处！）

“HOW”的思维模式跟 C 语言的语法有着很大的关系，因为基于 C 语言的语法实现面向对象，会绕一些弯路，C 语言的语法没有面向对象的语法糖支持，所以用 C 语言实现面向对象会有一定的困难。

但往往在一些业务复杂的场景下，使用“WHAT”的思维比使用“HOW”的思维更加凑效，更能反映问题的本质，再往更深层次的思考，就会去到“WHY”的层面了。

编程语言只是一种工具，而“面向对象”和“面向过程”是两种编程思想，编程思想会指导嵌入式工程师如何使用程序语言工具，这就是 C 语言和面向对象的本质。

为什么要用 C语言面向对象？

既然面向对象是一种编程思想，而编程语言只是一种工具，那么，思想与工具之间就不存在一种强耦合的关系，C++可以面向对象，Java可以面向对象，C 语言同样可以面向对象。

图片来源公众号：码农翻身

现在很多嵌入式设备的处理器，都可以支持使用 C++ 语言进行开发，但对于以往惯用的开发方式，嵌入式设备还是用 C 语言开发居多。

一些业务简单，逻辑不复杂的嵌入式设备或嵌入式软件模块，其实是可以直接使用“面向过程”的思维模式去进行开发，这样最直接高效，对于初学者，也建议用“HOW”的方式去进行入门。

而一些复杂的业务场景，比如，操作系统内核，协议栈，通用的驱动模块，等等，就不得考虑使用面向对象“WHAT”的思维方式去思考和设计了。

因为像操作系统、协议栈这些复杂的业务模块，所面对的场景是很丰富而且很复杂的，面向过程的思维就会让这些业务模块在设计和使用的时候受限。

这些运行在嵌入式设备里面的业务模块，为了执行效率，通常都是用 C 语言进行开发的，所以，就不得不用C语言进行面向对象开发。

关于C 语言面向对象的争议

用 C 语言进行面向对象开发，在嵌入式工程师群体里面，一直都存在着争议，并且这个争议维持了很长一段时间，都没有得出正确的结论，并且群里面的小伙伴有时候会为这个话题争论得面红耳赤。

有些工程师认为，既然嵌入式设备要进行面向对象设计，为啥不用 C++ 语言，或者用 Rust 语言，这些语言岂不是支持更多面向对象的语法特性，因为这些语言的语法支持面向对象，使用起来岂不是更加简单？

也有一些工程师认为，既然一些规模比较大的芯片厂家提供的 SDK，基本上都是使用面向对象进行框架设计，还有世界上最优秀的开源操作系统 Linux，里面也大量使用了 C 语言面向对象来设计驱动框架，

那么，作为嵌入式软件工程师，并且主要使用的编程语言是 C 语言，就更需要学习如何使用 C 语言面向对象的方式，去应对复杂庞大的业务需求，设计出高弹性可扩展的业务框架。

笔者认为，不管“面向过程”还是“面向对象”，不管是 C 语言还是其他高级语言，其本质都是解决业务问题的工具，除了要学习如何使用这些工具，还需要学习如何选择合适的工具去解决特定的问题。

编程思维没有高低优劣之分，编程语言更是如此，因为这些编程思维和编程工具，都是在特定场景下，解决特定问题的工具。

网络上经常会看到很多人拿 C 语言去跟其他语言比较，说某某语言将会被淘汰，不建议再学习，某某语言天下第一YYDS，等等。

且不说是不是有人别有用心，为了噱头而抛出这些话题，光是这种片面的对比，就知道这些人的论点和论据过于片面而经不起事实的推敲，参与这些话题的争论，最终只会浪费自己的时间。

最后，本系列文章需要强调一个基本原则，就是：不是所有使用C语言开发的嵌入式软件，都一定要用面向对象的思维进行编码指导，也并不是否定C语言面向过程开发的优势之处。一名优秀的嵌入式软件工程师，需要学会根据实际的项目情况，合理地选择编程语言和编程思维，才能创造出稳定可靠，高内聚低耦合，高弹性易扩展的应用软件。

编辑：黄飞