[7] 類和對象 · C++ FAQ Lite

# [7] 類和對象 ## FAQs in section [7]: * 7.1] 類是什么[？ * [7.2] 對象是什么？ * [7.3] 什么樣的接口是“好”的？ * [7.4] 封裝是什么？ * [7.5] C++是如何在安全性和可用性間取得平衡的？ * [7.6] 我如何才能防止其它程序員查看我的類的私有部分而破壞封裝？ * [7.7] 封裝是一種安全裝置嗎？ * [7.8] 關鍵字 struct 和 class 有什么區別？ ## 7.1 類是什么？面向對象軟件的基本組成物類定義數據類型，就如同 C 中的結構。從計算機科學的角度來理解，類型由狀態集合和轉換這些狀態的操作集合組成。因為 `int` 既有狀態集合，也有象 `i?+?j` 或 `i++` 等這樣的操作，所以 `int` 是一種類型。同樣，類提供了一組操作集合（通常是 `public:` ）和一組描述類型實例所擁有的抽象值的數據集合。可以將 `int` 看作為一個有 operator++ 等成員函數的類。（`int` 實際并不是一個類，但是基本類似：一個類是一種類型，就如同 `int` 是一種類型）注意: C 程序員可以將類看作為成員默認為私有的結構。但是，如果那是你對類的全部認識，那么你可能要經歷個人的思考模式的轉變了。 ## 7.2 對象是什么？和語義有關的存儲區域當我們聲明了`int?i`，我們說：“`i`?是?`int` 類型的一個對象”。在?OO/C++?中，“對象”通常意味著“類的一個實例”。因此，類定義多個對象（實例）的可能的行為。 ## 7.3 什么樣的接口是“良好”的？提供了一個將“塊”狀的軟件簡化了的視圖，并且以“用戶”的詞匯表達的接口。（“塊”通常是一個或一組緊密相連的類；“用戶”是指其它的開發者而不是最終客戶） * “簡化了的視圖”指隱藏不必要的細節。這樣可以減少用戶的錯誤率。 * “用戶的詞匯”意思是用戶不需要學習新的詞匯或概念，這樣可以降低用戶的學習曲線。 ## 7.4 封裝是什么？防止未被授權地訪問一些信息和功能。節省成本的關鍵是從軟件“塊”的穩定部分中分離出可變的部分。封裝給這個“塊”安置了防火墻，它可以防止其它“塊”訪問可變的部分；其它“塊”僅僅能夠訪問穩定的部分。這樣做，當可變的部分改變后，可以防止其它“塊”被破壞。在面向對象軟件的概念中，“塊(chunk)”通常指一個或一組緊密相連的類。 “可變的部分”是實現的細節。如果“塊”是單個類，那么可變的部分通常用 `private:` 和/或 `protected:` 關鍵字來封裝。如果“塊”是一組緊密相連的類，封裝可被用來拒絕對組中全部類的訪問。繼承。 “穩定的部分”是接口。好的接口提供了一個以用戶的詞匯簡化了的視圖，并且被從外到里的設計。（此處的“用戶”是指其它開發者，而不是購買完整應用的最終用戶）。如果“塊”是單個類，接口僅僅是類的 public: 成員函數和友元，那么接口可以包括模塊中的多個類。設計一個清晰的接口并且將實現和接口分離，只不過是允許用戶使用接口。而封裝實現可以強迫用戶使用接口。 ## 7.5 C++是如何在安全性和可用性間取得平衡的？在 C 中，封裝是通過在編輯單元或模塊中，將對象聲明為靜態來完成的。這樣做防止了其他模塊訪問靜態區域。（順便說一句，現在這種做法是被遺棄的：不要在 C++中這樣做）不幸的是，由于沒有對一個模塊的靜態數據產生多個實例的直接支持，這種處理方法不支持數據的多個實例。在 C 中如果需要多個實例，那么程序員一般使用結構。但是很不幸，C 的結構不支持封裝。這增加了在安全性（信息隱藏）和可用性（多實例）之間取得平衡的難度。在 C++中，你可以利用類來同時獲得多實例和封裝性。類的 public: 部分包含了類的接口，它們通常由類的 public: 成員函數和它的友元部分包含了類的實現，而通常數據就在這里。最終的結果就象是“封裝了的結構”。這樣就易于在安全性（信息隱藏）和可用性（多實例）間取得平衡。 ## 7.6 我如何才能防止其它程序員查看我的類的私有部分而破壞封裝？不必這么做——封裝是對于代碼而言的，而不是對人。只要其它程序員寫的代碼不依賴于他們的所見，那么即使它們看了你的類的 `private:` 和/或 `proteced:` 部分，也不會破壞封裝。換句話說，封裝不會阻止人認識類的內部。封裝只是防止他們寫出依賴類內部實現的代碼。你的公司不必為維護你眼睛所看到的東西支付維護成本，但是必須為維護你的指尖寫出的代碼支付維護成本。正如你知道的，倘若他們寫的代碼依賴于接口而不是實現，就不會增加維護成本。此外，這很少成為一個問題。我想不會有故意試圖訪問類的私有部分的程序員。My recommendation in such cases would be to change the programmer, not the code" [[James Kanze](mailto:kanze@gabi-soft.fr); used with permission]. ## 7.7 封裝是一種安全裝置嗎？不。封裝 != 安全。封裝要防止的是錯誤，而不是間諜。 ## 7.8 關鍵字 struct 和 class 有什么區別？ struct 的成員默認是公有的，而類的成員默認是私有的。注意：你應該明白地聲明你的類成員為公有的、私有的、或者是保護的，而不是依賴于默認屬性 struct 和 class 在其他方面是功能相當的。 OK，明晰的技術談論夠多了。從感情上講，大多數的開發者感到類和結構有很大的差別。感覺上結構僅僅象一堆缺乏封裝和功能的開放的內存位，而類就象活的并且可靠的社會成員，它有智能服務，有牢固的封裝屏障和一個良好定義的接口。既然大多數人都這么認為，那么只有在你的類有很少的方法并且有公有數據（這種事情在良好設計的系統中是存在的!）時，你也許應該使用 struct 關鍵字，否則，你應該使用 class 關鍵字。?