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1、修练 8 年 C+面向对象程序设计之体会林锐六年前，我刚热恋“面向对象”（Object-Oriented）时，一口气记住了近十个定义。六年后，我从几十万行程序中滚爬出来准备写点心得体会时，却无法解释什么是“面向对象”，就象说不清楚什么是数学那样。软件工程中的时髦术语“面向对象分析”和“面向对象设计”，通常是针对“需求分析” 和“ 系统设计 ”环节的。“面向对象”有几大学派，就象如来佛、上帝和真主用各自的方式定义了这个世界，并留下一堆经书来解释这个世界。有些学者建议这样找“对象”：分析一个句子的语法，找出名词和动词，名词就是对象，动词则是对象的方法（即函数）。当年国民党的文人为了对抗毛泽东的沁园
2、春雪，特意请清朝遗老们写了一些对仗工整的诗，请蒋介石过目。老蒋看了气得大骂：“娘希匹，全都有一股棺材里腐尸的气味。”我看了几千页的软件工程资料，终于发现自己有些“弱智”，无法理解“面向对象” 的理论，同时醒悟到“编程是硬道理。”面向对象程序设计语言很多，如 Smalltalk、Ada 、Eiffel、Object Pascal、Visual Basic、C+等等。C+语言最讨人喜欢，因为它兼容 C 语言，并且具备 C 语言的性能。近几年，一种叫 Java 的纯面向对象语言红极一时，不少人叫喊着要用 Java 革 C+的命。我认为 Java 好比是 C+的外甥，虽然不是直接遗传的，但也几分象样。
3、外甥在舅舅身上玩耍时洒了一泡尿，俩人不该为此而争吵。关于 C+程序设计的书藉非常多，本章不讲 C+的语法，只讲一些小小的编程道理。如果我能早几年明白这些小道理，就可以大大改善数十万行程序的质量了。1. C+面向对象程序设计的重要概念早期革命影片里有这样一个角色，他说：“我是党代表，我代表党，我就是党。”后来他给同志们带来了灾难。会用 C+的程序员一定懂得面向对象程序设计吗？不会用 C+的程序员一定不懂得面向对象程序设计吗？两者都未必。就象坏蛋入党后未必能成为好人，好人不入党未必变成坏蛋那样。我不怕触犯众怒地说句大话：“C+没有高手，C 语言才有高手。”在用 C 和 C+编程8 年之后，我深深地
4、遗憾自己不是 C 语言的高手，更遗憾没有人点拨我如何进行面向对象程序设计。我和很多 C+程序员一样，在享用到 C+语法的好处时便以为自己已经明白了面向对象程序设计。就象挤掉牙膏卖牙膏皮那样，真是暴殄天物呀。人们不懂拼音也会讲普通话，如果懂得拼音则会把普通话讲得更好。不懂面向对象程序设计也可以用 C+编程，如果懂得面向对象程序设计则会把 C+程序编得更好。本节讲述三个非常基础的概念：“类与对象”、“ 继承与组合”、“虚函数与多态”。理解这些概念，有助于提高程序的质量，特别是提高“可复用性”与“ 可扩充性 ”。1.1 类与对象对象（Object）是类（Class）的一个实例（Instance）。如
5、果将对象比作房子，那么类就是房子的设计图纸。所以面向对象程序设计的重点是类的设计，而不是对象的设计。类可以将数据和函数封装在一起，其中函数表示了类的行为（或称服务）。类提供关键字public、 protected 和 private 用于声明哪些数据和函数是公有的、受保护的或者是私有的。这样可以达到信息隐藏的目的，即让类仅仅公开必须要让外界知道的内容，而隐藏其它一切内容。我们不可以滥用类的封装功能，不要把它当成火锅，什么东西都往里扔。类的设计是以数据为中心，还是以行为为中心？主张“以数据为中心” 的那一派人关注类的内部数据结构，他们习惯上将 private 类型的数据写在前面，而将 publi
6、c 类型的函数写在后面，如表 8.1(a)所示。主张“以行为为中心” 的那一派人关注类应该提供什么样的服务和接口，他们习惯上将public 类型的函数写在前面，而将 private 类型的数据写在后面，如表 8.1(b)所示。很多 C+教课书主张在设计类时“以数据为中心”。我坚持并且建议读者在设计类时“以行为为中心”，即首先考虑类应该提供什么样的函数。Microsoft 公司的 COM 规范的核心是接口设计，COM 的接口就相当于类的公有函数Rogerson 1999 。在程序设计方面，咱们不要怀疑 Microsoft 公司的风格。设计孤立的类是比较容易的，难的是正确设计基类及其派生类。因为有
7、些程序员搞不清楚“继承”（Inheritance）、“组合” （Composition）、“多态” （ Polymorphism）这些概念。1.2 继承与组合如果 A 是基类，B 是 A 的派生类，那么 B 将继承 A 的数据和函数。示例程序如下：class Apublic:void Func1(void);void Func2(void);class B : public Apublic:void Func3(void);void Func4(void);/ Examplemain()B b; / B 的一个对象b.Func1(); / B 从 A 继承了函数 Func1b.Func2();
8、 / B 从 A 继承了函数 Func2b.Func3();b.Func4();这个简单的示例程序说明了一个事实：C+的“继承”特性可以提高程序的可复用性。正因为“继承”太有用、太容易用，才要防止乱用“ 继承”。我们要给“ 继承”立一些使用规则：一、如果类 A 和类 B 毫不相关，不可以为了使 B 的功能更多些而让 B 继承 A 的功能。不要觉得“不吃白不吃” ，让一个好端端的健壮青年无缘无故地吃人参补身体。二、如果类 B 有必要使用 A 的功能，则要分两种情况考虑：（1）若在逻辑上 B 是 A 的“一种”（a kind of ），则允许 B 继承 A 的功能。如男人（Man）是人（Human
9、）的一种，男孩（Boy）是男人的一种。那么类 Man 可以从类Human 派生，类 Boy 可以从类 Man 派生。示例程序如下：class Human;class Man : public Human;class Boy : public Man;（2）若在逻辑上 A 是 B 的“一部分”（a part of），则不允许 B 继承 A 的功能，而是要用 A 和其它东西组合出 B。例如眼（Eye）、鼻（Nose）、口（Mouth）、耳（Ear ）是头（Head）的一部分，所以类 Head 应该由类 Eye、Nose、Mouth、Ear 组合而成，不是派生而成。示例程序如下：class Eyep
10、ublic:void Look(void);class Nosepublic:void Smell(void);class Mouthpublic:void Eat(void);class Earpublic:void Listen(void);/ 正确的设计，冗长的程序class Headpublic: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;No
11、se m_nose;Mouth m_mouth;Ear m_ear;如果允许 Head 从 Eye、Nose 、Mouth 、Ear 派生而成，那么 Head 将自动具有Look、Smell、Eat、Listen 这些功能：/ 错误的设计class Head : public Eye, public Nose, public Mouth, public Ear;上述程序十分简短并且运行正确，但是这种设计却是错误的。很多程序员经不起“继承”的诱惑而犯下设计错误。一只公鸡使劲地追打一只刚下了蛋的母鸡，你知道为什么吗？因为母鸡下了鸭蛋。本书 3.3 节讲过“运行正确”的程序不见得就是高质量的程序，此
12、处就是一个例证。1.3 虚函数与多态除了继承外，C+的另一个优良特性是支持多态，即允许将派生类的对象当作基类的对象使用。如果 A 是基类， B 和 C 是 A 的派生类，多态函数 Test 的参数是 A 的 指针。那么 Test 函数可以引用 A、 B、C 的对象。示例程序如下：class Apublic:void Func1(void);void Test(A *a)a-Func1();class B : public A;class C : public A;/ Examplemain()A a;B b;C c;Test(&a);Test(&b);Test(&c);以上程序看不出“多态”
13、有什么价值，加上虚函数和抽象基类后，“多态”的威力就显示出来了。C+用关键字 virtual 来声明一个函数为虚函数，派生类的虚函数将（ override）基类对应的虚函数的功能。示例程序如下：class Apublic:virtual void Func1(void) coutFunc1();class B : public Apublic:virtual void Func1(void) cout 0 )*pbTo + + = *pbFrom + + ;return (pvTo);assert 不是一个仓促拼凑起来的宏，为了不在程序的 Debug 版本和 Release 版本引起差别，as
14、sert 不应该产生任何副作用。所以 assert 不是函数，而是宏。程序员可以把 assert 看成一个在任何系统状态下都可以安全使用的无害测试手段。很少有比跟踪到程序的断言，却不知道该断言的作用更让人沮丧的事了。你化了很多时间，不是为了排除错误，而只是为了弄清楚这个错误到底是什么。有的时候，程序员偶尔还会设计出有错误的断言。所以如果搞不清楚断言检查的是什么，就很难判断错误是出现在程序中，还是出现在断言中。幸运的是这个问题很好解决，只要加上清晰的注释即可。这本是显而易见的事情，可是很少有程序员这样做。这好比一个人在森林里，看到树上钉着一块“危险”的大牌子。但危险到底是什么？树要倒？有废井？有
15、野兽？除非告诉人们“危险”是什么，否则这个警告牌难以起到积极有效的作用。难以理解的断言常常被程序员忽略，甚至被删除。Maguire 1993以下是使用断言的几个原则：（1）使用断言捕捉不应该发生的非法情况。不要混淆非法情况与错误情况之间的区别，后者是必然存在的并且是一定要作出处理的。（2）使用断言对函数的参数进行确认。（3）在编写函数时，要进行反复的考查，并且自问：“我打算做哪些假定？”一旦确定了的假定，就要使用断言对假定进行检查。（4）一般教科书都鼓励程序员们进行防错性的程序设计，但要记住这种编程风格会隐瞒错误。当进行防错性编程时，如果“不可能发生”的事情的确发生了，则要使用断言进行报警。2
16、.3 new、delete 与指针在 C+中，操作符 new 用于申请内存，操作符 delete 用于释放内存。在 C 语言中，函数 malloc 用于申请内存，函数 free 用于释放内 存。由于 C+兼容 C 语言，所以new、delete、malloc 、free 都有可能一起使用。new 能比 malloc 干更多的事，它可以申请对象的内存，而 malloc 不能。C+和 C 语言中的指针威猛无比，用错了会带来灾难。对于一个指针 p，如果是用 new 申请的内存，则必须用 delete 而不能用 free 来释放。如果是用 malloc 申请的内存，则必须用 free 而不能用 delete 来释放。在用 delete 或用 free 释放p 所指的内存后，应该马上显式地将 p
