修練8年C++面向對象程序設計之體會

2019-11-17 05:00:27

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

　　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。六年后，我從幾十萬行程序中滾爬出來預備寫點心得體會時，卻無法解釋什么是“面向對象”，就象說不清楚什么是數學那樣。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，并留下一堆經書來解釋這個世界?！　∮行W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）?！　‘斈陣顸h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?！蔽铱戳藥浊ы摰能浖こ藤Y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，因為它兼容C 語言，并且具備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灑了一泡尿，倆人不該為此而爭吵?！　￡P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　　早期革命影片里有這樣一個角色，他說：“我是黨代表，我代表黨，我就是黨?！焙髞硭o同志們帶來了災難?！　肅++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?！痹谟肅和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++語法的好處時便以為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?！　∪藗儾欢匆粢矔v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“可復用性”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，那么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為（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?！　∵@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，什么東西都往里扔?！　☆惖脑O計是以數據為中心，還是以行為為中心？　　主張“以數據為中心”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 類型的函數寫在后面，如表8.1(a)所示?！　≈鲝垺耙孕袨闉橹行摹钡哪且慌扇岁P注類應該提供什么樣的服務和接口，他們習慣上將public 類型的函數寫在前面，而將private 類型的數據寫在后面，如表8.1(b)所示。修練8年C++面向對象程序設計之體會

　　很多C++教課書主張在設計類時“以數據為中心”。我堅持并且建議讀者在設計類時“以行為為中心”，即首先考慮類應該提供什么樣的函數。Microsoft 公司的COM 規范的核心是接口設計，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?！　≡O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。因為有些程序員搞不清楚“繼續”（Inheritance）、“組合”（Composition）、“多態”（ Polymorphism）這些概念。

更多內容請看C/C++技術專題 C/C++進階技術文檔 C/C++相關文章專題，或 1.2 繼續與組合　　假如A 是基類，B 是A 的派生類，那么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復用性。正因為“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，不可以為了使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?！　《⒓偃珙怋有必要使用A 的功能，則要分兩種情況考慮：　?。?）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，那么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
{
};　　上述程序十分簡短并且運行正確，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?！　∫恢还u使勁地追打一只剛下了蛋的母雞，你知道為什么嗎？　　因為母雞下了鴨蛋?！　”緯?.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。

更多內容請看C/C++技術專題 C/C++進階技術文檔 C/C++相關文章專題，或 1.3 虛函數與多態　　除了繼續外，C++的另一個優良特性是支持多態，即答應將派生類的對象當作基類的對象使用。假如A 是基類，B 和C 是A 的派生類，多態函數Test 的參數是A 的指針。那么Test 函數可以引用A、B、C 的對象。示例程序如下：

class A
{
public:
void Func1(void);
};
void Test(A *a)
{
a->Func1();
}
class B : public A
{
…
};
class C : public A
{
…
};
// Example
main()
{
A a;
B b;
C c;
Test(&a);
Test(&b);
Test(&c);
};　　以上程序看不出“多態”有什么價值，加上虛函數和抽象基類后，“多態”的威力就顯示出來了?！　++用要害字virtual 來聲明一個函數為虛函數，派生類的虛函數將（override）基類對應的虛函數的功能。示例程序如下：class A
{
public:
virtual void Func1(void){ cout<< “This is A::Func1 /n”}
};
void Test(A *a)
{
a->Func1();
}
class B : public A

{
public:
virtual void Func1(void){ cout<< “This is B::Func1 /n”}
};
class C : public A
{
public:
virtual void Func1(void){ cout<< “This is C::Func1 /n”}
};
// Example
main()
{
A a;
B b;
C c;
Test(&a); // 輸出This is A::Func1
Test(&b); // 輸出This is B::Func1
Test(&c); // 輸出This is C::Func1
};　　假如基類A 定義如下：class A
{
public:
virtual void Func1(void)=0;
};　　那么函數Func1 叫作純虛函數，含有純虛函數的類叫作抽象基類。抽象基類只管定義純虛函數的形式，具體的功能由派生類實現?！　〗Y合“抽象基類”和“多態”有如下突出優點：　?。?）應用程序不必為每一個派生類編寫功能調用，只需要對抽象基類進行處理即可。這一
招叫“以不變應萬變”，可以大大提高程序的可復用性（這是接口設計的復用，而不是代碼實現的復用）?！　。?）派生類的功能可以被基類指針引用，這叫向后兼容，可以提高程序的可擴充性和可維護性。以前寫的程序可以被將來寫的程序調用不足為奇，但是將來寫的程序可以被以前寫的程序調用那可了不起。

更多內容請看C/C++技術專題 C/C++進階技術文檔 C/C++相關文章專題，或 2 良好的編程風格　　內功深厚的武林高手出招往往平淡無奇。同理，編程高手也不會用奇門怪招寫程序。良好的編程風格是產生高質量程序的前提。2.1 命名約定

　　有不少人編程時用拼音給函數或變量命名，這樣做并不能說明你很愛國，卻會讓用此程序的人迷糊（很多南方人不懂拼音，我就不懂）。程序中的英文一般不會太復雜，用詞要力求準確。匈牙利命名法是Microsoft 公司倡導的[Maguire 1993]，雖然很煩瑣，但用習慣了也就成了自然。沒有人強迫你采用何種命名法，但有一點應該做到：自己的程序命名必須一致。　　以下是我編程時采用的命名約定：　?。?）宏定義用大寫字母加下劃線表示，如MAX_LENGTH；　?。?）函數用大寫字母開頭的單詞組合而成，如SetName, GetName ；　?。?）指針變量加前綴p，如*pNode ；　?。?）BOOL 變量加前綴b，如bFlag ；　　（5）int 變量加前綴i，如iWidth ；　?。?）float 變量加前綴f，如fWidth ；　?。?）double 變量加前綴d，如dWidth ；　?。?）字符串變量加前綴str，如strName ；　?。?）枚舉變量加前綴e，如eDrawMode ；　?。?0）類的成員變量加前綴m_，如m_strName, m_iWidth ；　　對于int, float, double 型的變量，假如變量名的含義十分明顯，則不加前綴，避免煩瑣。如用于循環的int 型變量i,j,k ；float 型的三維坐標（x,y,z）等。2.2 使用斷言　　程序一般分為Debug 版本和Release 版本，Debug 版本用于內部調試，Release 版本發行給用戶使用。斷言assert 是僅在Debug 版本起作用的宏，它用于檢查“不應該”發生的情況。以下是一個內存復制程序，在運行過程中，假如assert 的參數為假，那么程序就會中止（一般地還會出現提示對話，說明在什么地方引發了assert）。//復制不重疊的內存塊
void memcpy(void *pvTo, void *pvFrom, size_t size)
{
void *pBTo = (byte *) pvTo;
void *pbFrom = (byte *) pvFrom;
assert( pvTo != NULL && pvFrom != NULL );
while(size - - > 0 )
*pbTo + + = *pbFrom + + ;
return (pvTo);
}　　assert 不是一個倉促拼湊起來的宏，為了不在程序的Debug 版本和Release 版本引起差別，assert 不應該產生任何副作用。所以assert 不是函數，而是宏。程序員可以把assert 看成一個在任何系統狀態下都可以安全使用的無害測試手段?！　『苌儆斜雀櫟匠绦虻臄嘌?，卻不知道該斷言的作用更讓人沮喪的事了。你化了很多時間，不是為了排除錯誤，而只是為了弄清楚這個錯誤到底是什么。有的時候，程序員偶然還會設計出有錯誤的斷言。所以假如搞不清楚斷言檢查的是什么，就很難判定錯誤是出現在程序中，還是出現在斷言中。幸運的是這個問題很好解決，只要加上清楚的注釋即可。這本是顯而易見的事情，可是很少有程序員這樣做。這好比一個人在森林里，看到樹上釘著一塊“危險”的大牌子。但危險到底是什么？樹要倒？有廢井？有野獸？除非告訴人們“危險”是什么，否則這個警告牌難以起到積極有效的作用。難以理解的斷言經常被程序員忽略，甚至被刪除。[Maguire 1993]　　以下是使用斷言的幾個原則：　?。?）使用斷言捕捉不應該發生的非法情況。不要混淆非法情況與錯誤情況之間的區別，后者是必然存在的并且是一定要作出處理的?！　。?）使用斷言對函數的參數進行確認?！　。?）在編寫函數時，要進行反復的考查，并且自問：“我打算做哪些假定？”一旦確定了的

假定，就要使用斷言對假定進行檢查?！　。?）一般教科書都鼓勵程序員們進行防錯性的程序設計，但要記住這種編程風格會隱瞞錯誤。當進行防錯性編程時，假如“不可能發生”的事情的確發生了，則要使用斷言進行報警。

更多內容請看C/C++技術專題 C/C++進階技術文檔 C/C++相關文章專題，或 2.3 new、delete 與指針　　在C++中，操作符new 用于申請內存，操作符delete 用于釋放內存。在C 語言中，函數malloc 用于申請內存，函數free 用于釋放內存。由于C++兼容C 語言，所以new、delete、malloc、free 都有可能一起使用。

new 能比malloc 干更多的事，它可以申請對象的內存，而malloc 不能。C++和C 語言中的指針威猛無比，用錯了會帶來災難。對于一個指針p，假如是用new申請的內存，則必須用delete 而不能用free 來釋放。假如是用malloc 申請的內存，則必須用free 而不能用delete 來釋放。在用delete 或用free 釋放p 所指的內存后，應該馬上顯式地將p 置為NULL，以防下次使用p 時發生錯誤。示例程序如下：void Test(void)
{
float *p;
p = new float[100];
if(p==NULL) return;
…// do something
delete p;
p=NULL; // 良好的編程風格
// 可以繼續使用p
p = new float[500];
if(p==NULL) return;
…// do something else
delete p;
p=NULL;
}　　我們還要預防“野指針”，“野指針”是指向“垃圾”內存的指針，主要成因有兩種：　　（1）指針沒有初始化。
　　（2）指針指向已經釋放的內存，這種情況最讓人防不勝防，示例程序如下：class A
{
public:
void Func(void){…}
};
void Test(void)
{
A *p;
{
A a;
p = &a; // 注重a 的生命期
}
p->Func(); // p 是“野指針”，程序出錯
}2.4 使用const　　在定義一個常量時，const 比#define 更加靈活。用const 定義的常量含有數據類型，該常量可以參與邏輯運算。例如：const int LENGTH = 100; // LENGTH 是int 類型
const float MAX=100; // MAX 是float 類型
#define LENGTH 100 // LENGTH 無類型
#define MAX 100 // MAX 無類型　　除了能定義常量外，const 還有兩個“保護”功能：　　一、強制保護函數的參數值不發生變化　　以下程序中，函數f 不會改變輸入參數name 的值，但是函數g 和h 都有可能改變name的值。void f(String s); // pass by value
void g(String &s); // pass by referance
void h(String *s); // pass by pointer
main()
{
String name=“Dog”;
f(name); // name 的值不會改變
g(name); // name 的值可能改變
h(name); // name 的值可能改變
}　　對于一個函數而言，假如其‘&’或‘*’類型的參數只作輸入用，不作輸出用，那么應當在該參數前加上const，以確保函數的代碼不會改變該參數的值（假如改變了該參數的值，編譯器會出現錯誤警告）。因此上述程序中的函數g 和h 應該定義成：void g(const String &s);
void h(const String *s);　　二、強制保護類的成員函數不改變任何數據成員的值　　以下程序中，類stack 的成員函數Count 僅用于計數，為了確保Count 不改變類中的任何數據成員的值，應將函數Count 定義成const 類型。class Stack
{
public:
void push(int elem);
void pop(void);
int Count(void) const; // const 類型的函數
private:
int num;
int data[100];
};
int Stack::Count(void) const
{
++ num; // 編譯錯誤，num 值發生變化
pop(); // 編譯錯誤，pop 將改變成員變量的值
return num;
}

更多內容請看C/C++技術專題 C/C++進階技術文檔 C/C++相關文章專題，或 2.5 其它建議　　（1）不要編寫一條過分復雜的語句，緊湊的C++/C 代碼并不見到能得到高效率的機器代碼，卻會降低程序的可理解性，程序出錯誤的幾率也會提高。

　?。?）不要編寫集多種功能于一身的函數，在函數的返回值中，不要將正常值和錯誤標志混在一起。

　?。?）不要將BOOL 值TRUE 和FALSE 對應于1 和0 進行編程。大多數編程語言將FALSE定義為0，任何非0 值都是TRUE。Visual C++將TRUE 定義為1，而Visual Basic 則將TRUE定義為-1。示例程序如下：BOOL flag;
…
if(flag) { // do something } // 正確的用法
if(flag==TRUE) { // do something } // 危險的用法
if(flag==1) { // do something } // 危險的用法
if(!flag) { // do something } // 正確的用法
if(flag==FALSE) { // do something } // 不合理的用法
if(flag==0) { // do something } // 不合理的用法　?。?）小心不要將“= =”寫成“=”，編譯器不會自動發現這種錯誤?！　。?）不要將123 寫成0123，后者是八進制的數值?！　。?）將自己經常犯的編程錯誤記錄下來，制成表格貼在計算機旁邊。
3 小結　　C++/C 程序設計如同少林寺的武功一樣博大精深，我練了8 年，大概只學到二三成。所以無論什么時候，都不要覺得自己的編程水平天下第一，看到別人好的技術和風格，要虛心學習。本章的內容少得可憐，就象口渴時只給你一顆楊梅吃，你一定不過癮。我借花獻佛，推薦一本好書：Marshall P. Cline 著的《C++ FAQs》[Cline 1995]。你看了后一定會贊不絕口。會編寫C++/C 程序，不要因此自得洋洋，這只是程序員基本的技能要求而已。假如把系統分析和系統設計比作“戰略決策”，那么編程充其量只是“戰術”。假如指揮官是個大笨蛋，士兵再勇敢也會吃敗仗。所以我們程序員不要只把眼光盯在程序上，要讓自己博學多才。我們應該向北京胡同里的小孩們學習，他們小小年紀就能指點江山，評論世界大事。

更多內容請看C/C++技術專題 C/C++進階技術文檔 C/C++相關文章專題，或

上一篇：C++引用計數的智能指針有效回收方法

下一篇：C/C++中回調函數初探