總結(jié)C++面向?qū)ο缶幊趟枷?/h2>

轉(zhuǎn)帖|其它|編輯：郝浩|2010-06-11 10:13:03.000|閱讀 669 次

概述：隨著面向?qū)ο缶幊趟枷氲膯?wèn)世，一種全新的設(shè)計(jì)方式誕生了。由于它是如此的好以至于廣為流傳，但理解的錯(cuò)誤導(dǎo)致錯(cuò)誤的思想遍地而生，本文對(duì)C++面向?qū)ο缶幊趟枷脒M(jìn)行總結(jié)，希望對(duì)大家有所幫助。

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　　C++面向?qū)ο缶幊趟枷?/font>

　　前面已說(shuō)明設(shè)計(jì)程序就是編寫(xiě)程序欲解決的問(wèn)題的描述，也就是編寫(xiě)論調(diào)。而論調(diào)可以只用“名詞性概念”和“動(dòng)詞性概念”表現(xiàn)出來(lái)，對(duì)象又正好是“名詞性概念”的實(shí)現(xiàn)，而利用前面說(shuō)的沒(méi)有成員變量的類(lèi)來(lái)映射“動(dòng)詞性概念”就可以將其轉(zhuǎn)換為對(duì)象。因此，一個(gè)世界，可以完全由對(duì)象組成，而將算法所基于的世界只用對(duì)象表現(xiàn)出來(lái)，再進(jìn)行后續(xù)代碼的編寫(xiě)，這種編程方法就被稱(chēng)作面向?qū)ο蟮木幊趟枷搿?/p>

　　注意，先設(shè)計(jì)算法應(yīng)基于的世界，再全部用對(duì)象將其表述出來(lái)，然后再設(shè)計(jì)算法，最后映射為代碼。但前面在編寫(xiě)商人過(guò)河問(wèn)題時(shí)是直接給出算法的，并沒(méi)有設(shè)計(jì)世界啊?其實(shí)由于那個(gè)問(wèn)題的過(guò)于簡(jiǎn)單，我直接下意識(shí)地設(shè)計(jì)了世界，并且用前面所說(shuō)的河岸論來(lái)描述它。應(yīng)注意世界的設(shè)計(jì)完全依賴(lài)于問(wèn)題，而準(zhǔn)確地說(shuō)，前面我并沒(méi)有設(shè)計(jì)世界，而是設(shè)計(jì)了河岸論來(lái)描述問(wèn)題。

　　接著，由于對(duì)象就是實(shí)例，因此以對(duì)象來(lái)描述世界在C++中就是設(shè)計(jì)類(lèi)，通過(guò)類(lèi)的實(shí)例來(lái)組合表現(xiàn)世界。但應(yīng)注意，面向?qū)ο笫且詫?duì)象來(lái)描述世界，但也描述算法，因?yàn)樗惴ㄒ矔?huì)提出一些需要被映射的概念，如前面商人過(guò)河問(wèn)題的算法中的過(guò)河方案。但切記，當(dāng)描述算法時(shí)操作了描述世界時(shí)定義的類(lèi)，則一定要保持那個(gè)類(lèi)的設(shè)計(jì)，不要因?yàn)樗惴ㄖ袑?duì)那個(gè)類(lèi)的實(shí)例的操作過(guò)于復(fù)雜而將那部分算法映射為這個(gè)類(lèi)的一個(gè)成員函數(shù)，因?yàn)檫@嚴(yán)重遮蔽了算法的實(shí)現(xiàn)，破壞了程序的架構(gòu)。如一個(gè)算法是讓汽車(chē)原地不停打轉(zhuǎn)，需要復(fù)雜的操作，那么難道給汽車(chē)加一個(gè)功能，讓它能原地不停地打轉(zhuǎn)?!這是在設(shè)計(jì)類(lèi)的時(shí)候經(jīng)常犯的錯(cuò)誤，也由于這個(gè)原因，一個(gè)面向?qū)ο缶帉?xiě)的代碼并不是想象的只由類(lèi)組成，其也可能由于將算法中的某些操作映射成函數(shù)而有大量的全局函數(shù)。請(qǐng)記?。涸O(shè)計(jì)類(lèi)時(shí)，如果是映射世界里的概念，不要考慮算法，只以這個(gè)世界為邊界來(lái)設(shè)計(jì)它，不要因?yàn)樗惴ɡ锏哪硞€(gè)需要而給它加上錯(cuò)誤的成員。

　　因此，將“名詞性概念”映射成類(lèi)，“名詞性概念”的屬性和狀態(tài)映射為成員變量，“名詞性概念”的功能映射為成員函數(shù)。那么“動(dòng)詞性概念”怎么辦?映射成沒(méi)有成員變量的類(lèi)?前面也看見(jiàn)，由于過(guò)于別扭，實(shí)際中這種做法并不常見(jiàn)(STL中也只是將其作為一種技巧)，故經(jīng)常是將它映射為函數(shù)，雖然這有背于面向?qū)ο蟮乃枷耄子诶斫獾枚啵M(jìn)而程序的架構(gòu)要簡(jiǎn)明得多。

　　隨著面向?qū)ο缶幊趟枷氲膯?wèn)世，一種全新的設(shè)計(jì)方式誕生了。由于它是如此的好以至于廣為流傳，但理解的錯(cuò)誤導(dǎo)致錯(cuò)誤的思想遍地而生，更糟糕的就是本末倒置，將這個(gè)設(shè)計(jì)方式稱(chēng)作面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，它的名字就是封裝。

　　封裝

　　先來(lái)看現(xiàn)在在各類(lèi)VC教程中關(guān)于對(duì)象的講解中經(jīng)常能看見(jiàn)的如下的一個(gè)類(lèi)的設(shè)計(jì)。

class Person 　　{ private: char m_Name[20]; unsigned long m_Age; bool m_Sex; 　　public: const char* GetName() const; void SetName( const char* ); 　　unsigned long GetAge() const; void SetAge( unsigned long ); 　　bool GetSex() const; void SetSex( bool ); 　　};

　　上面將成員變量全部定義為private，然后又提供三對(duì)Get/Set函數(shù)來(lái)存取上面的三個(gè)成員變量(因?yàn)樗鼈兪莗rivate，外界不能直接存取)，這三對(duì)函數(shù)都是public的，為什么要這樣?那些教材將此稱(chēng)作封裝，是對(duì)類(lèi)Person的內(nèi)部?jī)?nèi)存布局的封裝，這樣外界就不知道其在內(nèi)存上是如何布局的并進(jìn)而可以保證內(nèi)存的有效性(只由類(lèi)自身操作其實(shí)例)。

　　首先要確認(rèn)上面設(shè)計(jì)的荒謬性，它是正宗的“有門(mén)沒(méi)鎖”毫無(wú)意義。接著再看所謂的對(duì)內(nèi)存布局的封裝?；叵朐凇禖++從零開(kāi)始(十)》中說(shuō)的為什么每個(gè)要使用類(lèi)的源文件的開(kāi)頭要包含相應(yīng)的頭文件。假設(shè)上面是在Person.h中的聲明，然后在b.cpp中要使用類(lèi)Person，本來(lái)要#include "Person.h"，現(xiàn)在替換成下面：

class Person 　　{ public: char m_Name[20]; unsigned long m_Age; bool m_Sex; 　　public: const char* GetName() const; void SetName( const char* ); 　　unsigned long GetAge() const; void SetAge( unsigned long ); 　　bool GetSex() const; void SetSex( bool ); 　　};

　　然后在b.cpp中照常使用類(lèi)Person，如下：

Person a, b; a.m_Age = 20; b.GetSex();

　　這里就直接使用了Person::m_Age了，就算不做這樣蹩腳的動(dòng)作，依舊#include "Person.h"，如下：

struct PERSON { char m_Name[20]; unsigned long m_Age; bool m_Sex; }; 　　Person a, b; PERSON *pP = ( PERSON* )&a; pP->m_Age = 40;

　　上面依舊直接修改了Person的實(shí)例a的成員Person::m_Age，如何能隱藏內(nèi)存布局?!請(qǐng)回想聲明的作用，類(lèi)的內(nèi)存布局是編譯器生成對(duì)象時(shí)必須的，根本不能對(duì)任何使用對(duì)象的代碼隱藏有關(guān)對(duì)象實(shí)現(xiàn)的任何東西，否則編譯器無(wú)法編譯相應(yīng)的代碼。

　　那么從語(yǔ)義上來(lái)看。Person映射的不是真實(shí)世界中的人的概念，應(yīng)該是存放某個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的某個(gè)記錄人員信息的表中的記錄的緩沖區(qū)，那么緩沖區(qū)應(yīng)該具備那三對(duì)Get/Set所代表的功能嗎?緩沖區(qū)是緩沖數(shù)據(jù)用的，緩沖后被其它操作使用，就好像箱子，只是放東西用。故上面的三對(duì)Get/Set沒(méi)有存在的必要，而三個(gè)成員變量則不能是private。當(dāng)然，如果Person映射的并不是緩沖區(qū)，而在其它的世界中具備像上面那樣表現(xiàn)的語(yǔ)義，則像上面那樣定義就沒(méi)有問(wèn)題，但如果是因?yàn)閷?duì)內(nèi)存布局的封裝而那樣定義類(lèi)則是大錯(cuò)特錯(cuò)的。

　　上面錯(cuò)誤的根本在于沒(méi)有理解何謂封裝。為了說(shuō)明封裝，先看下MFC(Microsoft Foundation Class Library——微軟功能類(lèi)庫(kù)，一個(gè)定義了許多類(lèi)的庫(kù)文件，其中的絕大部分類(lèi)是封裝設(shè)計(jì)。關(guān)于庫(kù)文件在說(shuō)明SDK時(shí)闡述)中的類(lèi)CFile的定義。從名字就可看出它映射的是操作系統(tǒng)中文件的概念，但它卻有這樣的成員函數(shù)——CFile::Open、CFile::Close、CFile::Read、CFile::Write，有什么問(wèn)題?這四個(gè)成員函數(shù)映射的都是對(duì)文件的操作而不是文件所具備的功能，分別為打開(kāi)文件、關(guān)閉文件、從文件讀數(shù)據(jù)、向文件寫(xiě)數(shù)據(jù)。這不是和前面說(shuō)的成員函數(shù)的語(yǔ)義相背嗎?上面四個(gè)操作有個(gè)共性，都是施加于文件這個(gè)資源上的操作，可以將它們叫做“被功能”，如文件具有“被打開(kāi)”的功能，具有“被讀取”的功能，但應(yīng)注意它們實(shí)際并不是文件的功能。

　　按照原來(lái)的說(shuō)法，應(yīng)該將文件映射為一個(gè)結(jié)構(gòu)，如FILE，然后上面的四個(gè)操作應(yīng)映射成四個(gè)函數(shù)，再利用名字空間的功能，如下：

namespace OFILE 　　{ 　　bool Open( FILE&, … ); bool Close( FILE&, … ); 　　bool Read( FILE&, … ); bool Write( FILE&, … ); 　　}

　　上面的名字空間OFILE表示里面的四個(gè)函數(shù)都是對(duì)文件的操作，但四個(gè)函數(shù)都帶有一個(gè)FILE&的參數(shù)?；叵敕庆o態(tài)成員函數(shù)都有個(gè)隱藏的參數(shù)this，因此，一個(gè)了不起的想法誕生了。

　　將所有對(duì)某種資源的操作的集合看成是一種資源，把它映射成一個(gè)類(lèi)，則這個(gè)類(lèi)的對(duì)象就是對(duì)某個(gè)對(duì)象的操作，此法被稱(chēng)作封裝，而那個(gè)類(lèi)被稱(chēng)作包裝類(lèi)或封裝類(lèi)。很明顯，包裝類(lèi)映射的是“對(duì)某種資源的操作”，是一抽象概念，即包裝類(lèi)的對(duì)象都是無(wú)狀態(tài)對(duì)象(指邏輯上應(yīng)該是無(wú)狀態(tài)對(duì)象，但如果多個(gè)操作間有聯(lián)系，則還是可能有狀態(tài)的，但此時(shí)它的語(yǔ)義也相應(yīng)地有些變化。如多一個(gè)CFile::Flush成員函數(shù)，用于刷新緩沖區(qū)內(nèi)容，則此時(shí)就至少有一個(gè)狀態(tài)——緩沖區(qū)，還可有一個(gè)狀態(tài)記錄是否已經(jīng)調(diào)用過(guò)CFile::Write，沒(méi)有則不用刷新)。

　　現(xiàn)在應(yīng)能了解封裝的含義了。將對(duì)某種資源的操作封裝成一個(gè)類(lèi)，此包裝類(lèi)映射的不是世界中定義的某一“名詞性概念”，而是世界的“動(dòng)詞性概念”或算法中“對(duì)某一概念的操作”這個(gè)人為定出來(lái)的抽象概念。由于包裝類(lèi)是對(duì)某種資源的操作的封裝，則包裝類(lèi)對(duì)象一定有個(gè)屬性指明被操作的對(duì)象，對(duì)于MFC中的CFile，就是CFile::m_hFile成員變量(類(lèi)型為HANDLE)，其在包裝類(lèi)對(duì)象的主要運(yùn)作過(guò)程(前面的CFile::Read和CFile::Write)中被讀。

　　有什么好處?封裝提供了一種手段以將世界中的部分“動(dòng)詞性概念”轉(zhuǎn)換成對(duì)象，使得程序的架構(gòu)更加簡(jiǎn)單(多條“動(dòng)詞性概念”變成一個(gè)“名詞性概念”，減少了“動(dòng)詞性概念”的數(shù)量)，更趨于面向?qū)ο蟮木幊趟枷搿?/p>

　　但應(yīng)區(qū)別開(kāi)包裝類(lèi)對(duì)象和被包裝的對(duì)象。包裝類(lèi)對(duì)象只是個(gè)外殼，而被包裝的對(duì)象一定是個(gè)具有狀態(tài)的對(duì)象，因?yàn)椴僮骶褪歉淖冑Y源的狀態(tài)。對(duì)于CFile，CFile的實(shí)例是包裝類(lèi)對(duì)象，其保持著一個(gè)對(duì)被包裝對(duì)象——文件內(nèi)核對(duì)象(Windows操作系統(tǒng)中定義的一種資源，用HANDLE的實(shí)例表征)——的引用，放在CFile::m_hFile中。因此，包裝類(lèi)對(duì)象是獨(dú)立于被包裝對(duì)象的。即CFile a;，此時(shí)a.m_hFile的值為0或-1，表示其引用的對(duì)象是無(wú)效的，因此如果a.Read( … );將失敗，因?yàn)椴僮魇┘拥馁Y源是無(wú)效的。對(duì)此，就應(yīng)先調(diào)用a.Open( … );以將a和一特定的文件內(nèi)核對(duì)象綁定起來(lái)，而調(diào)用a.Close( … );將解除綁定。注意CFile::Close調(diào)用后只是解除了綁定，并不代表a已經(jīng)被銷(xiāo)毀了，因?yàn)閍映射的并不是文件內(nèi)核對(duì)象，而是對(duì)文件內(nèi)核對(duì)象操作的包裝類(lèi)對(duì)象。

　　如果仔細(xì)想想，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，老虎能夠吃兔子，兔子能夠被吃，那這里應(yīng)該是老虎有個(gè)功能是“吃兔子”還是多個(gè)兔子的包裝類(lèi)來(lái)封裝“吃兔子”的操作?這其實(shí)不存在任何問(wèn)題，“老虎吃兔子”和“兔子被吃”完全是兩個(gè)不同的操作，前者涉及兩種資源，后者只涉及一種資源，因此可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩者，具體應(yīng)視各自在相應(yīng)世界中的語(yǔ)義。如果對(duì)于真實(shí)世界，則可以簡(jiǎn)略地說(shuō)老虎有個(gè)“吃”的功能，可以吃“肉”，而動(dòng)物從“肉”和“自主能動(dòng)性”多重繼承，兔子再?gòu)膭?dòng)物繼承。這里有個(gè)類(lèi)叫“自主能動(dòng)性”，指動(dòng)物具有意識(shí)，能夠自己動(dòng)作，這在C++中的表現(xiàn)就是有成員函數(shù)的類(lèi)，表示有功能可以被操作，但收音機(jī)也具有調(diào)臺(tái)等功能，難道說(shuō)收音機(jī)也能自己動(dòng)?!這就是世界的意義——運(yùn)轉(zhuǎn)。

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