會(huì)用C++的程序員一定懂得面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)嗎？不會(huì)用C++的程序員一定不懂得面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)嗎？?jī)烧叨嘉幢亍＞拖髩牡叭朦h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(shuō)句大話：“C++沒有高手，C 語(yǔ)言才有高手。”在用C 和C++編程8年之后，我深深地遺憾自己不是C 語(yǔ)言的高手，更遺憾沒有人點(diǎn)撥我如何進(jìn)行面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。我和很多C++程序員一樣，在享用到C++語(yǔ)法的好處時(shí)便以為自己已經(jīng)明白了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。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(huì)講普通話，如果懂得拼音則會(huì)把普通話講得更好。不懂面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)也可以用C++編程，如果懂得面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)則會(huì)把C++程序編得更好。本節(jié)講述三個(gè)非常基礎(chǔ)的概念：“類與對(duì)象”、“繼承與組合”、“虛函數(shù)與多態(tài)”。理解這些概念，有助于提高程序的質(zhì)量，特別是提高“可復(fù)用性”與“可擴(kuò)充性”。

一、類與對(duì)象

對(duì)象（Object）是類（Class）的一個(gè)實(shí)例（Instance）。如果將對(duì)象比作房子，那么類就是房子的設(shè)計(jì)圖紙。所以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的重點(diǎn)是類的設(shè)計(jì)，而不是對(duì)象的設(shè)計(jì)。類可以將數(shù)據(jù)和函數(shù)封裝在一起，其中函數(shù)表示了類的行為（或稱服務(wù)）。類提供關(guān)鍵字public、protected 和private 用于聲明哪些數(shù)據(jù)和函數(shù)是公有的、受保護(hù)的或者是私有的。

這樣可以達(dá)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(nèi)容，而隱藏其它一切內(nèi)容。我們不可以濫用類的封裝功能，不要把它當(dāng)成火鍋，什么東西都往里扔。

類的設(shè)計(jì)是以數(shù)據(jù)為中心，還是以行為為中心？

主張“以數(shù)據(jù)為中心”的那一派人關(guān)注類的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，他們習(xí)慣上將private 類型的數(shù)據(jù)寫在前面，而將public 類型的函數(shù)寫在后面，如表8.1(a)所示。

主張“以行為為中心”的那一派人關(guān)注類應(yīng)該提供什么樣的服務(wù)和接口，他們習(xí)慣上將public 類型的函數(shù)寫在前面，而將private 類型的數(shù)據(jù)寫在后面，如表8.1(b)所示。

很多C++教課書主張?jiān)谠O(shè)計(jì)類時(shí)“以數(shù)據(jù)為中心”。我堅(jiān)持并且建議讀者在設(shè)計(jì)類時(shí)“以行為為中心”，即首先考慮類應(yīng)該提供什么樣的函數(shù)。Microsoft 公司的COM 規(guī)范的核心是接口設(shè)計(jì)，COM 的接口就相當(dāng)于類的公有函數(shù)[Rogerson 1999]。在程序設(shè)計(jì)方面，咱們不要懷疑Microsoft 公司的風(fēng)格。

設(shè)計(jì)孤立的類是比較容易的，難的是正確設(shè)計(jì)基類及其派生類。因?yàn)橛行┏绦騿T搞不清楚“繼承”（Inheritance）、“組合”（Composition）、“多態(tài)”（ Polymorphism）這些概念。

二、繼承與組合

如果A 是基類，B 是A 的派生類，那么B 將繼承A 的數(shù)據(jù)和函數(shù)。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(gè)對(duì)象  
b.Func1(); // B 從A 繼承了函數(shù)Func1  
b.Func2(); // B 從A 繼承了函數(shù)Func2  
b.Func3();  
b.Func4();  
} 

這個(gè)簡(jiǎn)單的示例程序說(shuō)明了一個(gè)事實(shí)：C++的“繼承”特性可以提高程序的可復(fù)用性。正因?yàn)?ldquo;繼承”太有用、太容易用，才要防止亂用“繼承”。我們要給“繼承”立一些使用規(guī)則：

一、如果類A 和類B 毫不相關(guān)，不可以為了使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(gè)好端端的健壯青年無(wú)緣無(wú)故地吃人參補(bǔ)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(yīng)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(shè)計(jì)，冗長(zhǎng)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，那么Head 將自動(dòng)具有Look、Smell、Eat、Listen 這些功能：

// 錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)  
class Head : public Eye, public Nose, public Mouth, public Ear  
{  
}; 

上述程序十分簡(jiǎn)短并且運(yùn)行正確，但是這種設(shè)計(jì)卻是錯(cuò)誤的。很多程序員經(jīng)不起“繼承”的誘惑而犯下設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

一只公雞使勁地追打一只剛下了蛋的母雞，你知道為什么嗎？

因?yàn)槟鸽u下了鴨蛋。

本書3.3 節(jié)講過(guò)“運(yùn)行正確”的程序不見得就是高質(zhì)量的程序，此處就是一個(gè)例證。

三、 虛函數(shù)與多態(tài)

除了繼承外，C++的另一個(gè)優(yōu)良特性是支持多態(tài)，即允許將派生類的對(duì)象當(dāng)作基類的對(duì)象使用。如果A 是基類，B 和C 是A 的派生類，多態(tài)函數(shù)Test 的參數(shù)是A 的 指針。那么Test 函數(shù)可以引用A、B、C 的對(duì)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(tài)”有什么價(jià)值，加上虛函數(shù)和抽象基類后，“多態(tài)”的威力就顯示出來(lái)了。

C++用關(guān)鍵字virtual 來(lái)聲明一個(gè)函數(shù)為虛函數(shù)，派生類的虛函數(shù)將（override）基類對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)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  
}; 

如果基類A 定義如下：

class A  
{  
public:  
virtual void Func1(void)=0;  
}; 

那么函數(shù)Func1 叫作純虛函數(shù)，含有純虛函數(shù)的類叫作抽象基類。抽象基類只管定義純虛函數(shù)的形式，具體的功能由派生類實(shí)現(xiàn)。

結(jié)合“抽象基類”和“多態(tài)”有如下突出優(yōu)點(diǎn)：

（1）應(yīng)用程序不必為每一個(gè)派生類編寫功能調(diào)用，只需要對(duì)抽象基類進(jìn)行處理即可。這一
招叫“以不變應(yīng)萬(wàn)變”，可以大大提高程序的可復(fù)用性（這是接口設(shè)計(jì)的復(fù)用，而不是代碼實(shí)現(xiàn)的復(fù)用）。

（2）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(kuò)充性和可維護(hù)性。以前寫的程序可以被將來(lái)寫的程序調(diào)用不足為奇，但是將來(lái)寫的程序可以被以前寫的程序調(diào)用那可了不起 。