修練8年C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)之體會(huì)(上)

2019-11-17 05:50:05

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供稿：網(wǎng)友

六年前，我剛熱戀“面向?qū)ο蟆保∣bject-Oriented）時(shí)，一口氣記住了近十個(gè)定義。六年后，我從幾十萬行程序中滾爬出來預(yù)備寫點(diǎn)心得體會(huì)時(shí)，卻無法解釋什么是“面向?qū)ο蟆保拖笳f不清楚什么是數(shù)學(xué)那樣。軟件工程中的時(shí)髦術(shù)語“面向?qū)ο蠓治觥焙汀懊嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)”，通常是針對“需求分析”和“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)的。“面向?qū)ο蟆庇袔状髮W(xué)派，就象如來佛、上帝和真主用各自的方式定義了這個(gè)世界，并留下一堆經(jīng)書來解釋這個(gè)世界。有些學(xué)者建議這樣找“對象”：分析一個(gè)句子的語法，找出名詞和動(dòng)詞，名詞就是對象，動(dòng)詞則是對象的方法（即函數(shù)）。　　當(dāng)年國民黨的文人為了對抗毛澤東的《沁園春·雪》，特意請清朝遺老們寫了一些對仗工整的詩，請蔣介石過目。老蔣看了氣得大罵：“娘希匹，全都有一股棺材里腐尸的氣味。”我看了幾千頁的軟件工程資料，終于發(fā)現(xiàn)自己有些“弱智”，無法理解“面向?qū)ο蟆钡睦碚摚瑫r(shí)醒悟到“編程是硬道理。”　　面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言很多，如Smalltalk、Ada、Eiffel、Object Pascal、Visual Basic、C++等等。C++語言最討人喜歡，因?yàn)樗嫒軨語言，并且具備C 語言的性能。近幾年，一種叫java 的純面向?qū)ο笳Z言紅極一時(shí)，不少人叫喊著要用Java 革C++的命。我認(rèn)為Java 好比是C++的外甥，雖然不是直接遺傳的，但也幾分象樣。外甥在舅舅身上玩耍時(shí)灑了一泡尿，倆人不該為此而爭吵。　　關(guān)于C++程序設(shè)計(jì)的書藉非常多，本章不講C++的語法，只講一些小小的編程道理。假如我能早幾年明白這些小道理，就可以大大改善數(shù)十萬行程序的質(zhì)量了。1. C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的重要概念　　早期革命影片里有這樣一個(gè)角色，他說：“我是黨代表，我代表黨，我就是黨。”后來他給同志們帶來了災(zāi)難。　　會(huì)用C++的程序員一定懂得面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)嗎？　　不會(huì)用C++的程序員一定不懂得面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)嗎？　　兩者都未必。就象壞蛋入黨后未必能成為好人，好人不入黨未必變成壞蛋那樣。　　我不怕觸犯眾怒地說句大話：“C++沒有高手，C 語言才有高手。”在用C 和C++編程8年之后，我深深地遺憾自己不是C 語言的高手，更遺憾沒有人點(diǎn)撥我如何進(jìn)行面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。我和很多C++程序員一樣，在享用到C++語法的好處時(shí)便以為自己已經(jīng)明白了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。就象擠掉牙膏賣牙膏皮那樣，真是暴殄天物呀。　　人們不懂拼音也會(huì)講普通話，假如懂得拼音則會(huì)把普通話講得更好。不懂面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)也可以用C++編程，假如懂得面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)則會(huì)把C++程序編得更好。本節(jié)講述三個(gè)非常基礎(chǔ)的概念：“類與對象”、“繼續(xù)與組合”、“虛函數(shù)與多態(tài)”。理解這些概念，有助于提高程序的質(zhì)量，非凡是提高“可復(fù)用性”與“可擴(kuò)充性”。1.1 類與對象　　對象（Object）是類（Class）的一個(gè)實(shí)例（Instance）。假如將對象比作房子，那么類就是房子的設(shè)計(jì)圖紙。所以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的重點(diǎn)是類的設(shè)計(jì)，而不是對象的設(shè)計(jì)。類可以將數(shù)據(jù)和函數(shù)封裝在一起，其中函數(shù)表示了類的行為（或稱服務(wù)）。類提供要害字public、PRotected 和private 用于聲明哪些數(shù)據(jù)和函數(shù)是公有的、受保護(hù)的或者是私有的。　　這樣可以達(dá)到信息隱藏的目的，即讓類僅僅公開必須要讓外界知道的內(nèi)容，而隱藏其它一切內(nèi)容。我們不可以濫用類的封裝功能，不要把它當(dāng)成火鍋，什么東西都往里扔。　　類的設(shè)計(jì)是以數(shù)據(jù)為中心，還是以行為為中心？　　主張“以數(shù)據(jù)為中心”的那一派人關(guān)注類的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，他們習(xí)慣上將private 類型的數(shù)據(jù)寫在前面，而將public 類型的函數(shù)寫在后面，如表8.1(a)所示。　　主張“以行為為中心”的那一派人關(guān)注類應(yīng)該提供什么樣的服務(wù)和接口，他們習(xí)慣上將public 類型的函數(shù)寫在前面，而將private 類型的數(shù)據(jù)寫在后面，如表8.1(b)所示。

　　很多C++教課書主張?jiān)谠O(shè)計(jì)類時(shí)“以數(shù)據(jù)為中心”。我堅(jiān)持并且建議讀者在設(shè)計(jì)類時(shí)“以行為為中心”，即首先考慮類應(yīng)該提供什么樣的函數(shù)。Microsoft 公司的COM 規(guī)范的核心是接口設(shè)計(jì)，COM 的接口就相當(dāng)于類的公有函數(shù)[Rogerson 1999]。在程序設(shè)計(jì)方面，咱們不要懷疑Microsoft 公司的風(fēng)格。　　設(shè)計(jì)孤立的類是比較輕易的，難的是正確設(shè)計(jì)基類及其派生類。因?yàn)橛行┏绦騿T搞不清楚“繼續(xù)”（Inheritance）、“組合”（Composition）、“多態(tài)”（ Polymorphism）這些概念。1.2 繼續(xù)與組合　　假如A 是基類，B 是A 的派生類，那么B 將繼續(xù)A 的數(shù)據(jù)和函數(shù)。示例程序如下：class A
{
public:
void Func1(void);
void Func2(void);
};
class B : public A
{
public:
void Func3(void);
void Func4(void);
};
// Example
main()
{
B b; // B的一個(gè)對象
b.Func1(); // B 從A 繼續(xù)了函數(shù)Func1
b.Func2(); // B 從A 繼續(xù)了函數(shù)Func2
b.Func3();
b.Func4();
}　　這個(gè)簡單的示例程序說明了一個(gè)事實(shí)：C++的“繼續(xù)”特性可以提高程序的可復(fù)用性。正因?yàn)椤袄^續(xù)”太有用、太輕易用，才要防止亂用“繼續(xù)”。我們要給“繼續(xù)”立一些使用規(guī)則：　　一、假如類A 和類B 毫不相關(guān)，不可以為了使B 的功能更多些而讓B 繼續(xù)A 的功能。　　不要覺得“不吃白不吃”，讓一個(gè)好端端的健壯青年無緣無故地吃人參補(bǔ)身體。　　二、假如類B 有必要使用A 的功能，則要分兩種情況考慮：　　（1）若在邏輯上B 是A 的“一種”（a kind of ），則答應(yīng)B 繼續(xù)A 的功能。如男人（Man）是人（Human）的一種，男孩（Boy）是男人的一種。那么類Man 可以從類Human 派生，類Boy 可以從類Man 派生。示例程序如下：class Human

{
…
};
class Man : public Human
{
…
};
class Boy : public Man
{
…
};　　（2）若在邏輯上A 是B 的“一部分”（a part of），則不答應(yīng)B 繼續(xù)A 的功能，而是要用A和其它東西組合出B。例如眼（Eye）、鼻（Nose）、口（Mouth）、耳（Ear）是頭（Head）的一部分，所以類Head 應(yīng)該由類Eye、Nose、Mouth、Ear 組合而成，不是派生而成。示例程序如下：class Eye
{
public:
void Look(void);
};
class Nose
{
public:
void Smell(void);
};
class Mouth
{
public:
void Eat(void);
};
class Ear
{
public:
void Listen(void);
};
// 正確的設(shè)計(jì)，冗長的程序
class Head
{
public:
void Look(void) { m_eye.Look(); }
void Smell(void) { m_nose.Smell(); }
void Eat(void) { m_mouth.Eat(); }
void Listen(void) { m_ear.Listen(); }
private:
Eye m_eye;
Nose m_nose;
Mouth m_mouth;
Ear m_ear;
};　　假如答應(yīng)Head 從Eye、Nose、Mouth、Ear 派生而成，那么Head 將自動(dòng)具有Look、Smell、Eat、Listen 這些功能：// 錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)
class Head : public Eye, public Nose, public Mouth, public Ear
{
};　　上述程序十分簡短并且運(yùn)行正確，但是這種設(shè)計(jì)卻是錯(cuò)誤的。很多程序員經(jīng)不起“繼續(xù)”的誘惑而犯下設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。　　一只公雞使勁地追打一只剛下了蛋的母雞，你知道為什么嗎？　　因?yàn)槟鸽u下了鴨蛋。　　本書3.3 節(jié)講過“運(yùn)行正確”的程序不見得就是高質(zhì)量的程序，此處就是一個(gè)例證。

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