浅谈面向对象思想下的 C 语言

如何使用OO思维方式

面向对象(object Oriented，简称：OO)在于用“找对象”的方式去规划和描述问题。

一、怎样“找对象” （思维过程）

“对象”是具有共性的一个群体。以 L298N 控制马达的官方推荐方法为例，控制的共性在于：每个马达都需要 2 个 GPIO 来控制转向，1 路 PWM 来控制转速。不妨如下定义马达这个群体：

马达
{2 个控制转向的 GPIO；  1 路控制转速的 PWM；
};

二、怎样“用 C 语言找对象”（思维到代码的过程）

一个车有四个马达，每个马达独立控制。要完成这个控制目标，需要把“马达”在程序里实例化，造出四个互不干涉的实例来。

1、把思维变成 C 语言的过程

说到“实例化”就想到了 C 语言里的“结构体”，所以上面的定义变为：

struct 马达
{uint16_t 2个_控制转向的 GPIO；  uint8_t  1路_控制转速的 PWM；
}；

为了使用的时候少打点关键字、省点力，我们引入 typedef 关键字，如下：

typedef struct 马达
{uint16_t 2个_控制转向的 GPIO；  uint8_t  1路_控制转速的 PWM；
} 马达；

通常把结构体定义在头文件里，所以：

// motor.h 头文件内容#ifndef __MOTOR_H__#define __MOTOR_H__
#include
typedef struct stm32_motor{  // 2个_控制转向的 GPIO；  GPIO_TypeDef      *dir_port;  uint16_t          pin_1;  uint16_t          pin_2;// 1路_控制转速的 PWM；  TIM_HandleTypeDef  *tim;  uint8_t            channel;} stm32_motor;#endif /* __MOTOR_H__ */

为了易懂，Sugar 这里直接使用 CubeMX 生成的 HAL 库 API，不加入操作系统。这里涉及两个小知识点：如何使用 GPIO 点亮 LED、如何使用定时器产生 PWM。不懂的读者可以网上搜一下，大把大把的教程。

2、对象实例化

以上完成了“对象的抽象过程”，使用的就是面象对向的思维方式。直至目前相当于计划有了，下面就要落实。对象的实例化在 C 语言里就是：用结构体定义变量，如下：

// motor.c 源文件内容#include "motor.h"
extern TIM_HandleTypeDef htim5;
static stm32_motor motor_1 = {GPIOC,                              GPIO_PIN_1,                              GPIO_PIN_3,                              &htim5,                              TIM_CHANNEL_4};static stm32_motor motor_2 = {GPIOE,                              GPIO_PIN_2,                              GPIO_PIN_4,                              &htim5,                              TIM_CHANNEL_1};static stm32_motor motor_3 = {GPIOE,                              GPIO_PIN_3,                              GPIO_PIN_5,                              &htim5,                              TIM_CHANNEL_2};static stm32_motor motor_4 = {GPIOC,                              GPIO_PIN_0,                              GPIO_PIN_2,                              &htim5,                              TIM_CHANNEL_3};

至此，可以看到面向对象思想就是对目标进行归类划分的思想。上面把“马达”抽象成一个有共性的群体，这样的操作在 C 里就是“类的划分过程”。

在 ArduPilot 开源飞控中，Libraries 库里都是 C 的类。在了解上面所述的面向对象思想后，可以发现 Libraries 里那么多的代码基本就是四种对象：
(1) 具体的硬件对象，这与本例所述的马达类似，比如：AP_Baro、AP_GPS等；
(2) 一整套有明确功能的算法对象，比如：AC_AttitudeControl、AC_WPNav、AP_NavEKF2等；
(3) 硬件平台对象，这里说的是：AP_HAL 及其子类；
(4) 基本数学方法对象，Sugar 在麦轮车上就移出了 ArduPilot 的 AP_Math 基本数学方法库。

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