1.1 類與對象
對象(Object)是類(Class)的一個實例(Instance)。如果將對象比作房子,那麼類就是房子的設計圖紙。所以面向對象程序設計的重點是類的設計,而不是對象的設計。類可以將數據和函數封裝在一起,其中函數表示了類的行爲(或稱服務)。類提供關鍵字public、protected 和private 用於聲明哪些數據和函數是公有的、受保護的或者是私有的。
這樣可以達到信息隱藏的目的,即讓類僅僅公開必須要讓外界知道的內容,而隱藏其它一切內容。我們不可以濫用類的封裝功能,不要把它當成火鍋,什麼東西都往裏扔。
類的設計是以數據爲中心,還是以行爲爲中心?
主張“以數據爲中心”的那一派人關注類的內部數據結構,他們習慣上將private 類型的數據寫在前面,而將public 類型的函數寫在後面,如表8.1(a)所示。
主張“以行爲爲中心”的那一派人關注類應該提供什麼樣的服務和接口,他們習慣上將public 類型的函數寫在前面,而將private 類型的數據寫在後面,如表8.1(b)所示。
很多C++教課書主張在設計類時“以數據爲中心”。我堅持並且建議讀者在設計類時“以行爲爲中心”,即首先考慮類應該提供什麼樣的函數。Microsoft 公司的COM 規範的核心是接口設計,COM 的接口就相當於類的公有函數[Rogerson 1999]。在程序設計方面,咱們不要懷疑Microsoft 公司的風格。
設計孤立的類是比較容易的,難的是正確設計基類及其派生類。因爲有些程序員搞不清楚“繼承”(Inheritance)、“組合”(Composition)、“多態”( Polymorphism)這些概念。
1.2 繼承與組合
如果A 是基類,B 是A 的派生類,那麼B 將繼承A 的數據和函數。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的一個對象
b.Func1(); // B 從A 繼承了函數Func1
b.Func2(); // B 從A 繼承了函數Func2
b.Func3();
b.Func4();
}
這個簡單的示例程序說明了一個事實:C++的“繼承”特性可以提高程序的可複用性。正因爲“繼承”太有用、太容易用,纔要防止亂用“繼承”。我們要給“繼承”立一些使用規則:
一、如果類A 和類B 毫不相關,不可以爲了使B 的功能更多些而讓B 繼承A 的功能。
不要覺得“不吃白不吃”,讓一個好端端的健壯青年無緣無故地吃人蔘補身體。
二、如果類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 ),則允許B 繼承A 的功能。如男人(Man)是人(Human)的一種,男孩(Boy)是男人的一種。那麼類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),則不允許B 繼承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);
};
// 正確的設計,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;
};
如果允許Head 從Eye、Nose、Mouth、Ear 派生而成,那麼Head 將自動具有Look、Smell、Eat、Listen 這些功能:
// 錯誤的設計
class Head : public Eye, public Nose, public Mouth, public Ear
{
};
上述程序十分簡短並且運行正確,但是這種設計卻是錯誤的。很多程序員經不起“繼承”的誘惑而犯下設計錯誤。
一隻公雞使勁地追打一隻剛下了蛋的母雞,你知道爲什麼嗎?
因爲母雞下了鴨蛋。
本書3.3 節講過“運行正確”的程序不見得就是高質量的程序,此處就是一個例證。