0、简述
在此之前，我们一起学习了如何用C语言进行OOP，并了解了组合和聚合的概念。在这里我们继续讨论对象及其对应类之间的关系，涵盖继承和多态。
我们已经知道类之间可能存在的关系，C中继承和多态很大程度上依赖于前两章解释的理论基础。我们已经解释了组合和聚合关系，该文将继续讨论继承关系，以及一些其他主题。
以下是我们接下来将解释的主题：
第一个主题是继承关系：本章将介绍在C语言中实现继承关系的各种方法，并对它们进行比较。
第二个主题是多态：在各类之间具有继承关系的情况下，多态允许我们在子类中拥有关于相同行为函数的不同版本。我们将一起学习在C语言中拥有多态函数的方法，这将是我们理解C++如何提供多态的第一步。
让我们从继承关系开始讨论。
一、继承
在上一篇笔记中，我们讨论了“拥有”关系，最终得到了组合和聚合关系。在该笔记中，我们将讨论“是”或“是一个”关系
继承关系是“是”的关系。
继承关系也可以称为扩展关系，因为它只向已存在的对象或类中添加额外的属性和行为。
在某些情况下，一个对象需要具有与另一个对象相同的属性。换句话说，新对象是对老对象的扩展。
例如，一个学生具有一个人的所有属性，但也可能有额外的属性，如下：
上述例子清楚地说明了，student_t 扩展了 person_t，有了新的属性：student_number 和 student_GPA，这是学生的特有属性。
前面指出，继承（或扩展）关系与组合、聚合那么“拥有”关系不同，它是一种“是”的关系。因此，对于上述的例子，我们可以说“一个学生是一个人”，这在教育软件领域似乎是正确的。只要在一个领域中存在“是”的关系时，他就可能是继承关系。在前面的例子中，person_t通常称为基类型或父类型。student_t通常称为子类型或继承的子类型。
二、继承的本质
如果要深入挖掘并了解继承关系到底是什么，就会发现它本质上确实是一个组合关系。我们可以说一个学生具有人的特性，我们可以假设在Student类的属性结构中存在一个私有的person对象。也就是说，继承关系可以等价于一对一的组合关系。
因此，还可以这样写：
这样的语法在C语言中完全有效，实际上，使用结构变量（而不是指针）进行结构嵌套的设置方法功能很强大。它允许在新的结构中加入一个结构变量，这个新结构实际是对原有结构的扩展。
在前面结构类型的设置中，需要将person_t类型的字段作为第一个字段，这样指向student_t类型的指针可以很容易地转换为指向person_t类型的指针，它们都可以指向内存中的相同地址。这种情况叫做向上转换。注意：结构变量不具有此性能。
看如下演示：
可以看到，我们期望 s_ptr 和 p_ptr 指针都指向内存中相同的地址。注意，每次运行时显示的地址可能不同，但关键是两个指针指向的是相同的地址。这意味着 student_t 类型的结构变量在内存分布上确实继承了 person_t 结构。这也意味着，我们可以使用指向 student 对象的指针来使用Person 类的行为函数。
换句话说：Person类的行为函数可以被 Student 对象重用！
请注意，下面的这段代码是错误的，不能编译：
声明 person 字段时产生了错误，因为不能由不完整的类型创建变量。记住，结构的前向声明会得到一个不完整的类型声明。只能有不完整类型的指针，而不能有不完整的变量。之前已经看到，对不完整类型，甚至无法为其分配堆内存。
这是什么意思呢？这意味着，如果打算使用嵌套结构变量来实现继承，则 student_t 结构应该看到 person_t 结构的实际定义，根据我们对封装的了解，person_t 应该是私有的，对任何其他类都不可见。
因此，有两种方法来实现继承关系：
1、使子类能够访问基类的私有实现。
2、使子类只能访问基类的公共接口。
2.1 C语言中实现继承的第一种方法
我们将在下例中举例演示第一种方法，它们都用一些行为函数表示了相同的类：Student 和 Person。在 main 函数中构造了这些类的对象，并在一个简单的场景中运行。
其中Student类需要能访问实际的Person类属性结构的私有定义。
Person类的头文件：
详看上述构造函数，它接受创建person对象所需的所有值：人名、性别、年龄。可以看到，属性结构person_t是不完整的，因此 Student 类不能使用该头文件来建立继承关系，因为person_t只有声明没有定义。
另一方面，该头文件不能包含 person_t 属性结构的实际定义，因为该头文件将被代码的其他部分使用，这部分代码不应该知道Person内部的任何情形。那么，这该怎么办呢？我们希望逻辑的某个部分知道一个结构定义，而其他部分不能知道。这就是私有头文件的切入点。
私有头文件是一个普通的头文件，它应该被实际需要它的特定代码部分或特点类所包含和使用。对于上述代码，person_t 的实际定义应该就是私有头文件中的一部分。看如下私有头文件的示例：
可以看到，它只包含了person_t结构的定义，仅此而已。这是Person类中应该保持私有的一部分，但它需要对Student类公开。
这时，需要这个定义来定义 student_t 属性结构。下面的代码展示了Person类属性的私有实现源文件：
Person类的源文件：
#include
#include
#include"person_private.h" //person_t的定义 在这个私有头文件中
person_t* person_new(void)
{
return (person_t*)malloc(sizeof(person_t));
}
void person_ctor(person_t *person, const char *name, const char *gender, unsigned int age)
{
strcpy(person->name, name);
strcpy(person->gender, gender);
person->age = age;
}
void person_dtor(person_t* person)
{
//什么也不用做
}
void person_get_name(person_t* person, char *buffer)
{
strcpy(buffer, person->name);
}
void person_get_gender(person_t* person, char *buffer)
{
strcpy(buffer, person->gender);
}
unsigned int person_get_age(person_t* person)
{
return person->age;
}
与之前的所有例子一样，这里对Person类定义除了加了私有头文件的这一概念，其他没有什么特别的。
Student类的头文件：
可以看到，Student类的构造函数接受与Person类的构造函数相似的参数。这是因为student对象实际上包含了person对象，它需要这些值来填充其组合的person对象。这意味着student构造函数需要为student对象中的person部分设置属性。
注意：我们只为Student类增加了两个额外拓展的行为函数，因为我们可以对student对象使用Person类的行为函数。
Student类的源文件：
#include
#include
#include"person.h"
#include"person_private.h"
typedef struct
{
person_t person; //这里继承person类的所有属性，并且由于采用结构嵌套，还可以使用它的所有行为函数。
char *student_number;
unsigned int GPA;
}student_t;
student_t* student_new(void)
{
return (student_t*)malloc(sizeof(student_t));
}
void student_ctor(student_t *student, const char *name,
const char *gender, unsigned int age,
const char *student_number, float GPA)
{
//调用基类的构造函数
person_ctor( (struct person_t*)student, name, gender, age );
student->student_number = (char*)malloc(sizeof(char)*16);
strcpy(student->student_number, student_number);
student->GPA = GPA;
}
void student_dtor(student_t* student)
{
free(student->student_number);
person_dtor((struct person*)student);
}
void student_get_Number(student_t *student, char *buffer)
{
strcpy(buffer, student->student_number);
}
unsigned int student_get_GPA(student_t *student)
{
return student->GPA;
}
上述代码包含有关继承关系的最重要的代码。首先，我们需要包含Person类的私有头文件，因为在定义student_t结构类型时，需要使用person_t类型来定义第一个字段。而且，因为这个字段是一个实际的变量而不是一个指针，它要求 person_t 是预先定义好的。
注意，这个变量必须是结构中的第一个字段。否则，就不可能使用Person类的行为函数。
同样，在Student类的构造函数中，调用了基类的构造函数来初始化基类对象的属性。看看在将指向 student_t 类型的指针传递给 person_ctor 函数时，是如何将 student_t 指针转换为 person_t 指针的。之所以可以这样做，是因为 person 字段是 student_t 的第一个成员。
同样，在Student类的析构函数中，也调用了基类的析构函数。这种析构应该首先发生在子级，然后是基级，和构造顺序相反。
下面这个主逻辑源文件中，它将使用Student类并创建一个 Student类型的对象：
在这个主要场景中，我们已经包含了Person和Student两个类的公共接口（不是私有头文件），但是只创建了一个student对象。可以看到，student对象继承了其内部person对象的所有属性，可以通过person类的行为函数读取这些属性。
main函数运行结果：