修練8年C++面向對象程序設計之體會(上)

六年前,我剛熱戀“面向對象”(Object-Oriented)時,一口氣記住了近十個定義。六年後,我從幾十萬行程序中滾爬出來預備寫點心得體會時,卻無法解釋什麽是“面向對象”,就象說不清楚什麽是數學那樣。軟件工程中的時髦術語“面向對象分析”和“面向對象設計”,通常是針對“需求分析”和“系統設計”環節的。“面向對象”有幾大學派,就象如來佛、上帝和真主用各自的方式定義了這個世界,並留下一堆經書來解釋這個世界。

有些學者建議這樣找“對象”:分析一個句子的語法,找出名詞和動詞,名詞就是對象,動詞則是對象的方法(即函數)。

當年國民黨的文人爲了對抗毛澤東的《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,全都有一股棺材裏腐屍的氣味。”我看了幾千頁的軟件工程資料,終于發現自己有些“弱智”,無法理解“面向對象”的理論,同時醒悟到“編程是硬道理。”

面向對象程序設計語言很多,如Smalltalk、Ada、Eiffel、Object Pascal、Visual Basic、C++等等。C++語言最討人喜歡,因爲它兼容C 語言,並且具備C 語言的性能。近幾年,一種叫java 的純面向對象語言紅極一時,不少人叫喊著要用Java 革C++的命。我認爲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灑了一泡尿,倆人不該爲此而爭吵。

關于C++程序設計的書藉非常多,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,就可以大大改善數十萬行程序的質量了。

1. C++面向對象程序設計的重要概念

早期革命影片裏有這樣一個角色,他說:“我是黨代表,我代表黨,我就是黨。”後來他給同志們帶來了災難。

會用C++的程序員一定懂得面向對象程序設計嗎?

不會用C++的程序員一定不懂得面向對象程序設計嗎?

兩者都未必。就象壞蛋入黨後未必能成爲好人,好人不入黨未必變成壞蛋那樣。

我不怕觸犯衆怒地說句大話:“C++沒有高手,C 語言才有高手。”在用C 和C++編程8年之後,我深深地遺憾自己不是C 語言的高手,更遺憾沒有人點撥我如何進行面向對象程序設計。我和很多C++程序員一樣,在享用到C++語法的好處時便以爲自己已經明白了面向對象程序設計。就象擠掉牙膏賣牙膏皮那樣,真是暴殄天物呀。

人們不懂拼音也會講普通話,假如懂得拼音則會把普通話講得更好。不懂面向對象程序設計也可以用C++編程,假如懂得面向對象程序設計則會把C++程序編得更好。本節講述三個非常基礎的概念:“類與對象”、“繼續與組合”、“虛函數與多態”。理解這些概念,有助于提高程序的質量,非凡是提高“可複用性”與“可擴充性”。

1.1 類與對象

對象(Object)是類(Class)的一個實例(Instance)。假如將對象比作房子,那麽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)。類提供要害字public、PRotected 和private 用于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,什麽東西都往裏扔。

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麽樣的服務和接口,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。

修練8年C++面向對象程序設計之體會(上)

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麽樣的函數。Microsoft 公司的COM 規範的核心是接口設計,COM 的接口就相當于類的公有函數[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輕易的,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“繼續”(Inheritance)、“組合”(Composition)、“多態”( Polymorphism)這些概念。

1.2 繼續與組合

假如A 是基類,B 是A 的派生類,那麽B 將繼續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 繼續了函數Func1

b.Func2(); // B 從A 繼續了函數Func2

b.Func3();

b.Func4();

}

這個簡單的示例程序說明了一個事實:C++的“繼續”特性可以提高程序的可複用性。正因爲“繼續”太有用、太輕易用,才要防止亂用“繼續”。我們要給“繼續”立一些使用規則:

一、假如類A 和類B 毫不相關,不可以爲了使B 的功能更多些而讓B 繼續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參補身體。

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B 繼續A 的功能。如男人(Man)是人(Human)的一種,男孩(Boy)是男人的一種。那麽類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B 繼續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;

};

假如答應Head 從Eye、Nose、Mouth、Ear 派生而成,那麽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“繼續”的誘惑而犯下設計錯誤。

一只公雞使勁地追打一只剛下了蛋的母雞,你知道爲什麽嗎?

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。

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