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修練8年C++面向對象程序設計之體會

2008-06-01 02:09:19  編輯來源:互聯網  简体版  手機版  評論  字體: ||
 
 
  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


  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。

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  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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  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。那麽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」有什麽價值,加上虛函數和抽象基類後,「多態」的威力就顯示出來了。

  C++用要害字virtual 來聲明一個函數爲虛函數,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;

  };

  那麽函數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。

  結合「抽象基類」和「多態」有如下突出優點:

  (1)應用程序不必爲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複用性(這是接口設計的複用,而不是代碼實現的複用)。

  (2)派生類的功能可以被基類指針引用,這叫向後兼容,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爲奇,但是將來寫的程序可以被以前寫的程序調用那可了不起。

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  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。良好的編程風格是産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,這樣做並不能說明你很愛國,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複雜,用詞要力求准確。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:

  (1)宏定義用大寫字母加下劃線表示,如MAX_LENGTH;

  (2)函數用大寫字母開頭的單詞組合而成,如SetName, GetName ;

  (3)指針變量加前綴p,如*pNode ;

  (4)BOOL 變量加前綴b,如bFlag ;

  (5)int 變量加前綴i,如iWidth ;

  (6)float 變量加前綴f,如fWidth ;

  (7)double 變量加前綴d,如dWidth ;

  (8)字符串變量加前綴str,如strName ;

  (9)枚舉變量加前綴e,如eDrawMode ;

  (10)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

  程序一般分爲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。以下是一個內存複制程序,在運行過程中,假如assert 的參數爲假,那麽程序就會中止(一般地還會出現提示對話,說明在什麽地方引發了assert)。

  //複制不重疊的內存塊

  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,爲了不在程序的Debug 版本和Release 版本引起差別,assert 不應該産生任何副作用。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。

  很少有比跟蹤到程序的斷言,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,不是爲了排除錯誤,而只是爲了弄清楚這個錯誤到底是什麽。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麽,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裏,看到樹上釘著一塊「危險」的大牌子。但危險到底是什麽?樹要倒?有廢井?有野獸?除非告訴人們「危險」是什麽,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:

  (1)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,後者是必然存在的並且是一定要作出處理的。

  (2)使用斷言對函數的參數進行確認。

  (3)在編寫函數時,要進行反複的考查,並且自問:「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。

  (4)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。

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  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 幹更多的事,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 所指的內存後,應該馬上顯式地將p 置爲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,那麽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,爲了確保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;

  }

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  2.5 其它建議

  (1)不要編寫一條過分複雜的語句,緊湊的C++/C 代碼並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。

  

   (2)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。

  

   (3)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定義爲0,任何非0 值都是TRUE。Visual C++將TRUE 定義爲1,而Visual Basic 則將TRUE定義爲-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

  (4)小心不要將「= =」寫成「=」,編譯器不會自動發現這種錯誤。

  (5)不要將123 寫成0123,後者是八進制的數值。

  (6)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。所以無論什麽時候,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,你一定不過瘾。我借花獻佛,推薦一本好書:Marshall P. Cline 著的《C++ FAQs》[Cline 1995]。你看了後一定會贊不絕口。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」,那麽編程充其量只是「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裏的小孩們學習,他們小小年紀就能指點江山,評論世界大事。

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  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。 [url=/bbs/detail_1785440.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323423329670.gif[/img][/url]   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。 [url=/bbs/detail_1785440.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323423344755.gif[/img][/url] 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。 [url=/bbs/detail_1785440.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323423344799.gif[/img][/url] 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。那麽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」有什麽價值,加上虛函數和抽象基類後,「多態」的威力就顯示出來了。   C++用要害字virtual 來聲明一個函數爲虛函數,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; };   那麽函數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。   結合「抽象基類」和「多態」有如下突出優點:   (1)應用程序不必爲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複用性(這是接口設計的複用,而不是代碼實現的複用)。   (2)派生類的功能可以被基類指針引用,這叫向後兼容,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爲奇,但是將來寫的程序可以被以前寫的程序調用那可了不起。 [url=/bbs/detail_1785440.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323423344815.gif[/img][/url] 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。良好的編程風格是産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,這樣做並不能說明你很愛國,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複雜,用詞要力求准確。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:   (1)宏定義用大寫字母加下劃線表示,如MAX_LENGTH;   (2)函數用大寫字母開頭的單詞組合而成,如SetName, GetName ;   (3)指針變量加前綴p,如*pNode ;   (4)BOOL 變量加前綴b,如bFlag ;   (5)int 變量加前綴i,如iWidth ;   (6)float 變量加前綴f,如fWidth ;   (7)double 變量加前綴d,如dWidth ;   (8)字符串變量加前綴str,如strName ;   (9)枚舉變量加前綴e,如eDrawMode ;   (10)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   程序一般分爲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。以下是一個內存複制程序,在運行過程中,假如assert 的參數爲假,那麽程序就會中止(一般地還會出現提示對話,說明在什麽地方引發了assert)。 //複制不重疊的內存塊 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,爲了不在程序的Debug 版本和Release 版本引起差別,assert 不應該産生任何副作用。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。   很少有比跟蹤到程序的斷言,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,不是爲了排除錯誤,而只是爲了弄清楚這個錯誤到底是什麽。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麽,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裏,看到樹上釘著一塊「危險」的大牌子。但危險到底是什麽?樹要倒?有廢井?有野獸?除非告訴人們「危險」是什麽,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:   (1)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,後者是必然存在的並且是一定要作出處理的。   (2)使用斷言對函數的參數進行確認。   (3)在編寫函數時,要進行反複的考查,並且自問:「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。   (4)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。 [url=/bbs/detail_1785440.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323423344851.gif[/img][/url] 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 幹更多的事,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 所指的內存後,應該馬上顯式地將p 置爲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,那麽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,爲了確保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; } [url=/bbs/detail_1785440.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323423344865.gif[/img][/url] 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)不要編寫一條過分複雜的語句,緊湊的C++/C 代碼並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。   (2)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。   (3)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定義爲0,任何非0 值都是TRUE。Visual C++將TRUE 定義爲1,而Visual Basic 則將TRUE定義爲-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   (4)小心不要將「= =」寫成「=」,編譯器不會自動發現這種錯誤。   (5)不要將123 寫成0123,後者是八進制的數值。   (6)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。所以無論什麽時候,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,你一定不過瘾。我借花獻佛,推薦一本好書:Marshall P. Cline 著的《C++ FAQs》[Cline 1995]。你看了後一定會贊不絕口。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」,那麽編程充其量只是「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裏的小孩們學習,他們小小年紀就能指點江山,評論世界大事。 [url=/bbs/detail_1785440.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323423344880.gif[/img][/url] 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
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