在 C 中设计一个简单的 GUI 框架

Question

我需要为学校项目设计一个非常简单的 GUI框架，它需要支持以下controls/widgets：Window、面板、图像、标签和按钮。

我想到的第一个问题是 Window 是否应该是一个控件。我想应该可以。
我们有 Window 和 Panel 可以包含其他控件。 Button、Label 和 Image，不能。所以我们需要两种基本类型的控件；一个是容器，另一个不是（我已经看到在 Gtk 实现中后者也是一个容器，但只能包含一个 child。它被称为 GtkBin。我认为它是一个我的简单项目的开销。
我遇到的第三个问题是：我需要遍历UI树（用于绘图）但是由于 C 中没有多态性机制，它是变得有些问题。

我考虑了以下解决方案，利用 union。基本上我需要一些函数来将泛型 Control 转换为它的实际类型。

typedef struct button {
    char *image_path;
} Button;

typedef struct control_node {
    Control *node;
    struct control_node *next;
} ControlNode;

typedef struct panel {
    ControlNode *children;
} Panel;

typedef union control_data {
    Panel panel;
    Button button;
} ControlData;

typedef struct control {
    int x;
    int y;
    int type;
    ControlData *data;
} Control;

所以我想了解您对我提出的问题的看法以及对我当前策略的看法（我不是寻找实施，而是 thoughts/ideas等）

谢谢。

Answer 1

您应该在每个 "GUI class" 的布局中放置一个 void * 第一件事，它将指向为每个类型手动实现的 v-tables。每个类型的 v-table 中的第一个函数可以是一个，为每个类型返回一个唯一的整数（或者只是一个唯一的整数），这样你就可以分辨什么是什么并实现了一些类型安全。虽然没有必要，但您可以使用 v-table 指针值来确定类型（因为它将是唯一的），这将节省内存，但不太明显。在对象销毁中具有虚拟性也很重要，因此处理每个唯一类型的内部结构且其在 v-table 中的位置保持一致的析构函数也是必须的。虽然对于您的任务来说这实际上是可以避免的，但对于生产来说这是必须的。

至于真正的树，这应该是建立在一个简单的父子关系上，围绕着叶子和节点的接口，叶子只持有一个指向父节点的指针，节点还包括一个动态列表类型你也必须落实。那么遍历树就相当简单了。

您可以通过使用 "interfaces" 结构和聚合来代替继承来稍微模块化，但是与单独实现每种类型相比，只要您保持 v -table 指向类型布局中的第一个对象，以便您知道您正在使用什么以及如何使用它。其余部分的布局对于遵循任何准则都不是那么重要，只要您知道类型并将指针转换为适当的结构类型即可。但是因为每个对象都有一个父对象，甚至是根，可以通过它的父对象为 0 来识别，你真的应该把父对象放在 v-table 指针之后的第二个，这样你就可以避免在你所有的时候进行强制转换需要访问的是父级。

您可以从中受益的另一件事是使用信号，因为在每个按钮中都有另一个指针，因此您可以将其分配给一个要在 "click" 按钮时执行的函数。

Answer 2

这里有两个不同的问题：GUI 的概念和它在 C 中的实现。如果 OO 模型中的概念更简单，那么就这样写。由于第一个 C++ 编译器只是 C 代码的预处理器，C 可以使用 vtables 实现 OO 建模。

首先明确定义你的对象是什么（classes）：哪些可以是容器，哪些是可绘制对象，可以对鼠标或键盘事件作出反应。它们的属性是什么：文本、x-y 坐标、位图，可能还有 z 坐标。在该阶段结束时，您应该有一个 classes 的层次结构，其中包含属性和方法，以及子 classes 中可能的覆盖 - 如果您已经了解它，UML 可以帮助这部分。

其次，您必须在 C 中实现它。别担心。您不会免费获得复制和移动构造函数的语法糖，也不会得到 public、私有属性和受保护属性的概念，但是 struct 可以包含子对象、指向其他结构的指针和指向函数的指针.

你只需要一个词典来翻译 C 中的 OO 工具:

class: 结构
class的字段：结构
class 的方法：第一个属性是指向结构实例的指针的函数
虚方法：指向方法的指针
构造函数和析构函数：必须明确调用的特殊方法 - 如果结构超出范围则不会自动销毁

一个非 final class（包含虚拟方法）应该包含一个 VTABLE，它只是一个指向虚拟方法的指针数组。这个 VTABLE 应该是结构的第一个元素，以简化 class 指针转换。派生的 class 首先包含它自己的 vtable（如果它不是最终的），然后是它的属性，然后是它的父对象的实例。从父指针到派生指针的转换只是添加偏移量的问题。如果需要多重继承，则在结构中第一个之后添加其他父级。虚拟继承会稍微难以实现，因为它涉及 VTABLE 中的指针。同样，如果您需要 class 感知对象，只需在 VTABLE 中添加一个常量。但我不认为你需要所有这些来满足你的要求。

因此，如果您真的想要更难的部分，请多看两眼：多重继承和 class 感知对象，然后只需在其 .h + .c 文件中实现每个 class。您甚至可以免费获得私有方法：它们只是静态函数。

在 C 中设计一个简单的 GUI 框架

Designing a simple GUI framework in C

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