Pembangun C Berdebat Mengenai Corak Pengaturcaraan Berorientasikan Objek dalam Pembangunan Kernel

Perbincangan terkini mengenai pelaksanaan corak reka bentuk berorientasikan objek dalam C telah mencetuskan perdebatan sengit dalam kalangan pembangun, terutamanya sekitar amalan pembangunan kernel. Perbualan ini tertumpu pada penggunaan penunjuk fungsi dalam struktur untuk mencapai polimorfisme dalam C , satu teknik yang mendahului bahasa pengaturcaraan berorientasikan objek tradisional tetapi berkongsi matlamat yang serupa.

Pendekatan Vtable berbanding OOP Tradisional

Teknik teras melibatkan penciptaan vtable - struktur yang mengandungi penunjuk fungsi yang bertindak sebagai antara muka untuk jenis objek yang berbeza. Ini membolehkan pembangun menulis kod di mana peranti atau perkhidmatan yang berbeza boleh berkongsi API yang sama sambil melaksanakan fungsi asas yang sangat berbeza. Walau bagaimanapun, ahli komuniti berpecah mengenai sama ada pendekatan ini benar-benar merupakan pengaturcaraan berorientasikan objek atau mewakili sesuatu yang berbeza secara asasnya.

Sesetengah pembangun berhujah bahawa corak ini sebenarnya adalah abstraksi data dan bukannya OOP tulen, dengan menunjukkan perbezaan utama daripada bahasa seperti C++ dan Java . Tidak seperti OOP tradisional, pendekatan berasaskan C ini membenarkan fungsi yang tidak dilaksanakan (penunjuk NULL) dan tidak menguatkuasakan kontrak yang sama yang biasanya diperlukan oleh bahasa berorientasikan objek. Kernel Linux menggunakan corak ini secara meluas dalam struktur seperti file_operations, walaupun pengkritik menyatakan bahawa ini mengandungi penunjuk fungsi yang biasanya tidak akan muncul dalam vtable sebenar.

Perbezaan Utama: Abstraksi Data vs OOP

• Abstraksi Data (corak C): Membenarkan penunjuk fungsi NULL, tiada kontrak pewarisan, pemindahan objek secara eksplisit
• OOP Tradisional: Menguatkuasakan kontrak pelaksanaan, penunjuk this tersirat, hierarki pewarisan
• Prestasi: Vtable C boleh ditukar semasa runtime untuk perubahan tingkah laku dinamik

Cabaran Sintaks dan Kebimbangan Praktikal

Titik perbalahan utama berkisar pada keperluan sintaks pendekatan ini. Corak ini sering menghasilkan kod yang bertele-tele di mana pembangun mesti menghantar rujukan objek secara eksplisit, yang membawa kepada panggilan seperti object->ops->start(object). Kelebihan ini mengecewakan ramai pembangun yang lebih suka tingkah laku penunjuk this tersirat yang terdapat dalam bahasa OOP tradisional.

Terpaksa menghantar objek secara eksplisit setiap kali terasa janggal, terutamanya berbanding dengan C++ di mana ini adalah tersirat.

Walau bagaimanapun, penyokong berhujah bahawa pendekatan eksplisit ini sebenarnya meningkatkan kejelasan kod dengan menjadikan kebergantungan dan hubungan objek lebih telus - sifat yang berharga dalam pengaturcaraan peringkat kernel di mana memahami aliran data adalah kritikal.

Struktur Asas Corak Vtable:

/*Interface dengan penunjuk fungsi*/
struct device_ops {
    void (*start)(void);
    void (*stop)(void);
};

/*Struct peranti yang memegang penunjuk kepada ops*/
struct device {
    const char *name;
    const struct device_ops*ops;
};

Penyelesaian Alternatif dan Evolusi Bahasa

Perbincangan ini telah menyerlahkan pelbagai penyelesaian dan pendekatan alternatif. Sesetengah pembangun mencadangkan menggunakan sihir makro untuk memudahkan sintaks yang bertele-tele, manakala yang lain menunjuk kepada rangka kerja sedia ada seperti GLib atau alat khusus seperti projek co2 yang menyediakan corak berorientasikan objek yang lebih elegan dalam C .

Perdebatan ini juga menyentuh mengapa corak-corak ini tidak dimasukkan secara rasmi ke dalam piawaian C yang lebih baru, walaupun penggunaannya yang meluas. Ahli komuniti menyatakan bahawa falsafah C menekankan untuk menjadikan kerumitan kelihatan dan bukannya menyembunyikannya di sebalik gula sintaksis, yang mempengaruhi pembangun untuk menggunakan penghantaran dinamik hanya apabila benar-benar diperlukan.

Contoh Linux Kernel:

• struct file_operations - Lapisan abstraksi sistem fail
• struct inode_operations - Fungsi manipulasi inode
• Struktur pengurusan perkhidmatan untuk thread kernel
• Implementasi dasar penjadual dengan operasi yield, block, add, next

Faedah Prestasi dan Fleksibiliti

Walaupun terdapat kebimbangan sintaks, ramai pembangun menghargai fleksibiliti masa jalan yang disediakan oleh pendekatan ini. Vtable boleh ditukar semasa pelaksanaan program, membolehkan perubahan tingkah laku dinamik tanpa mengubah suai kod panggilan. Keupayaan ini terbukti sangat berharga dalam modul kernel dan sistem terbenam di mana kebolehsuaian masa jalan adalah penting.

Corak ini juga berpasangan dengan baik dengan sistem modul kernel, membolehkan pemuatan dinamik pemacu atau cangkuk tersuai dengan menggantikan vtable dalam struktur sedia ada. Kebolehluasan ini membenarkan pengubahsuaian kernel tanpa penyusunan semula atau but semula sistem, menjadikannya menarik untuk pembangunan peringkat sistem.

Perdebatan yang berterusan mencerminkan persoalan yang lebih luas mengenai evolusi paradigma pengaturcaraan dan pertukaran antara kesederhanaan bahasa dan kemudahan pembangun. Walaupun sesetengah pihak menyokong untuk beralih kepada bahasa dengan sokongan OOP asli, yang lain menghargai pendekatan eksplisit C dan kawalan yang disediakannya ke atas sumber dan tingkah laku sistem.

Rujukan: Object-oriented design patterns