C语言的面向对象实现在车灯软件中的应用

于杰

摘要

随着汽车LED前灯的功能越来越丰富，集成度越来越高，对于LED前灯控制器的实现加入软件模块已成为必然，但随着软件复杂程度的提高往往伴随着系统缺陷数量的增长。与面向过程编程相比，面向对象编程的封装、多态和继承特性降低了软件开发复杂度，提升了软件的可靠性、稳定性和扩展性。为了降低前灯软件的复杂度，可以在资源有限的单片机中利用C语言实现面向对象编程，以降低开发难度，提升软件质量

【关键词】汽车 LED C语言 面向对象 单片机

1 引言

车灯作为汽车的外部关键部件，近些年发展十分迅速，LED车灯应用越来越广泛，功能越来越丰富。因为成本的原因，在汽车LED前灯中往往使用价格低廉，资源有限的微控制器，在这类控制器中，一般只能使用面向过程的C语言进行编程。而与面向过程编程相比，面向对象编程具有封装、多態和继承特性，更加容易维护、复用和扩展。如果能使用面向对象实现LED前灯的软件系统，可以提高整个系统的可靠性、稳定性、可扩展性。

本文分析了面向对象的主要特点，给出了使用C语言实现面向对象的方法。

2 面向对象的主要特点及C语言实现

2.1 封装

类是面向对象编程里最重要的一个概念，它是对现实世界中具有共同属性的一类对象的抽象。类的概念中包含两部分内容：属性和行为。属性是对象拥有的性质和状态，行为是定义在对象上的一组操作。一个好的封装设计可以降低软件设计的复杂性，提升软件产品质量。

C++语言通过关键词class定义一个类，实现对一个对象属性和方法的封装，类的概念相当于定义了一个新的数据类型。在C语言中，虽然没有类的概念和class关键字，但是可以使用相似的struct来模拟一个类，对于属性依然使用变量来定义，对于方法可以使用函数指针来定义。

typedef struct_led

{

void（*Led0n）（struct_pwm_led*this）;

void（*LedOff）（struct_pwm_led*this）;

}CLed;

对于定义的函数指针必须进行初始化，指向具体的函数之后才能使用，这里提供一个宏来实现对内部变量和函数指针进行初始化，其中Led_SetDuty、Led_On均是定义完整的函数

#define LED GENERATE{＼

Led_On，＼

Led_Off＼

}

CLed led=LED_GENERATE;

led.LedOn（&led）;//由于C语言编译器中不会为函数提供this指针，因此这里手工添加

2.2 继承

汽车LED前灯中，不同型号的产品间有许多相同或相似的功能，即使是同一产品也会因为降成本或优化，在不改变功能的情况下更改硬件设计，因此在汽车LED前灯的软件产品中，软件的复用性就显得更加重要。在面向对象编程中，继承是复用己存在代码元素的一项重要特性。

在面向对象编程中，继承是复用己存在代码元素的一项重要特性，通过定义一个继承自基类的派生类，在不编写一行代码的情况下，即可拥有基类的全部特性，在派生类中编写代码即可实现对己有功能进行扩展。在C语言的结构体中并没有提供继承的方法，这里我们使用包含的关系来模拟面向对象中的继承，在模拟的派生类中包含基类的对象，并将其作为模拟派生类的第一个元素（为了方便使用基类指针访问派生类对象），即可拥有与继承相同的特性：

//CLed为己定义的结构体

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 多态

汽车LED前灯往往需要在不同的外界条件或点亮时机有不同的点亮行为，使用面向过程的方法，则需要针对每一种点亮模式定义不同的接口函数，在应用中在根据当前条件进行调用，当点亮模式改变或增加新的模式时，我们就需要对接口函数和调用进行删减更改，这无形中降低了软件的可扩展性，在每次修改中更容易引入新的bug。

在面向对象的设计中，多态是指一组相关的类对象具有相同的函数原型，但具有不同的函数行为。C++语言中使用虚函数实现多态的功能，但C语言中虽然没有虚函数这样的特性，但可以利用函数指针实现多态的功能。首先通过定义函数指针抽象出统一的函数接口，在将函数指针指向不同的函数实现，这样当调用函数指针时就会表现出不同的行为：

//CLed为己定义的结构体

typedefstruct_bin_led

{

CLed led;

}CB1nLed;

//通过宏对基类中的函数指针进行重新定义

#define BLNLED_GENERATE{＼

{B1nLed_On}＼

}

CB1nLed bln_led=BLNLED_GENERATE;

CLed*pLed=（CLed*）（&bln_led）;

pLed->LedOn（pLed）;

3 结论

通过使用C语言模拟出面向对象语言的特点，使得软件系统的模块化设计更加容易的实现。高内聚低耦合的模块设计提高软件系统代码的重复利用率，方便了软件系统的维护和修改，便于调试排错，易于扩展，进一步降低了软件复杂度，提高了系统的健壮性、灵活性、可靠性。在获得面向对象编程的优点的同时，依然保留着C语言高效的特点，适合在资源有限的单片机中应用。

参考文献

[1]谭浩强.C语言程序设计[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]钱能.C++程序设计教程[M].北京：清华大学出版社，1999.

[3]章远阳，杨芙清，邵维中.C++语言的面向对象特性分析[J].计算机工程与应用，1992（09）.

[4]刘宇，王炜，张见威.C++语言面向对象机制的底层实现[J].华南师范大学学报，1998（04）.

[5]陈飞，陈启安.面向对象的嵌入式系统开发技术[J].单片机与嵌入式系统应用，2005.