[Basic]面向对象之信息隐藏(二)

信息隐藏

在前一篇文章中，谈到了防止数据被直接访问与修改的处理方法。Hmm...让我们多聊聊访问控制与信息隐藏吧。让我们假设你现在编写了一个类库，没有采取任何措施，典型的传统C库。嗯，就是一些struct加上对struct的操作方法。团队的其它的一些程序员(client programmers)依赖着你这个类库而做其它的软件设计。突然有一天，你回过头再看你设计的这个类库，你发现里面的一个设计可以更棒，可以让算法更加高效。Wow...真是太美妙的事情了。然而，你想改变，client programmers却想要保持不变。因为他们不想改变他们的代码，因为你这一改变，可能伤筋动骨，涉及到他们使用的类库成员。Hoho...传统的C库就是这么的“赤裸与暴力”，对于client programmers而言，他们可以看见一切，你也没有任何办法阻止他们。而这种“赤裸与暴力”也不是你这个类库设计者想要看见的，你只想要他们知道如何使用类库即可，不必了解是如何实现的；你也只想要他们使用你提供的方法，而不是去对方法有什么改变，去触碰到他们不该触碰到的东西；更重要的是当你想要改变内部实现设计时，你发现你不能！这是一件多么痛苦的事情，你是这么迫切的想要设立访问控制以及信息隐藏！Ho...让我们看看C++和Java怎么做的吧。

C++提供的访问控制与信息隐藏支持

C++提供了三个关键字(Keywords)来支持访问控制：public，protected，private。关于这三个关键字的意义与使用，正如这三个关键字的本身含义一般。

public: 意味着公共的，everyone都能够访问。Hmm...作为类库设计者，你想要client programmers访问到的方法，我想你应该放到这。

private:与public相反，意味着除了你之外，别人都不可以访问。如果你想要你的数据成员隐藏，不被直接访问到，我想你应该放到这。

protected:这个关键字，大部分时候和private工作一样，只是在继承中，子类可以访问到父类中的protected成员，让我们谈到继承的时候再细说。

那么让我们写一下上文中谈到的数据保护吧，Ho...

//naked datastruct stuff {int mI ;};//data hiddenstruct mumble {public:int getI() const;void setI(int i);private:int mI;};int mumble :: getI() const {return mI;}void mumble :: setI(int i) {mI = i;}int main(int argc,char* argv[]) {struct stuff test1;struct mumble test2;test1.mI = 30; //OK!test2.mI = 40; //Error!test2.setI(40); //OK!std::cout<<test1.mI<<std::endl; // OK!std::cout<<test2.getI()<<std::endl; // OK!return 0;} 

Hmm...我想C++中关于访问控制与信息隐藏基本上讲完了，让我们讲讲别的吧。你是说还有友元没有讲吗？不，我不打算讲那个。我好不容易才进行好信息隐藏，我可不想用友元来破坏。如果感兴趣，可以查询一下有关资料。而对于友元的使用，建议：三思而行。

看见这种struct，也许C++程序员比较正常，而C程序员则也许会有点疑惑，这还是struct吗？（Hmm...我的思维又跳跃了，突然想起了一位同学去应聘一家公司，公司的面试官问他，在纯C的环境中，struct可以加入函数吗？读者自己想想答案吧）。嗯，我很“悲情”的看着C程序员，是的，这真的是struct，只是和C有点不一样而已。

在C++中的世界中，struct和C的struct有点不同。至于这个不同，OMG，网上太多了，请自行Google吧。

Hmm...那么我们看见C++中的struct可以申明public，private，可以加入函数进行数据控制等，也许有读者会说那要class干嘛？除了那千篇一律的struct里面的成员默认访问权限是public，class里面的成员默认访问权限是private，struct默认继承是public继承，而class是private继承，亦或是是否可以使用大括号进行初始化等语法枝叶，他们到底还有什么区别？其实，class能干的事情，struct几乎都能干。是的，是几乎。什么时候不能干？

template <struct T> // Error!template <class T>  // OK!void function (T argv) {std::cout << argv << std::endl;}

Ho...好吧，我承认这依然是语法枝叶，读者试着去解答一下为什么这里struct不行吧......

那么，既然如此，为什么要C++要引进class呢？这真的一定要引入class才行吗？答案是否定的，这依然是一种哲学。不过，class的引入足够让人满意，因为它超越了一个关键字了，它背后隐藏的支持封装与继承的哲学更让人着迷。Ah...让我们想象一下，一个virtual base struct，里面再含义多个struct...与之相比，再使用class......

那么，我们又问，我们在C++中，又什么时候使用struct呢？（这里的struct指的C式的，只是数据封装，而非有函数的，如果你要问何时使用C++的含有函数的struct，我想我会给你一个美丽的答案：你们团队觉得舒服的时候。前文已经分析的很清楚，因为他们其实没有多少差别，只是哲学上的美丽以及蕴含的ADT思想不同）在揭晓我的答案前，让我们看看一段代码吧(From "Inside the C++ Object Model")

//C programer's trick...struct mumble { /* stuff */ char pc[ 1 ]; }; // grab a string from file or standard input // allocate memory both for struct & string struct mumble *pmumb1 = ( struct mumble* ) malloc(sizeof(struct mumble)+strlen(string)+1); strcpy( &mumble.pc, string ); 

上述代码是C程序员的trick，这样可以让每一个struct的object都拥有可变大小的数组。

Ho...让我们用class来改变一下，这个class有public，protected，private访问限制符。

class stumble { public: // operations ... protected: // protected stuff private: /* private stuff */ char pc[ 1 ]; }; 

而C程序员的这个trick在C++中也许会奏效，也许不奏效。需要看protected的成员在private前面还是后面才行。Hmm...我想我不会告诉你protected的成员需要在private前面才能奏效。所以，在写访问控制符顺序时，也许有时候你也应该有所策略。

让我们再想象一下，如果这个class继承于一个class，那么基类与子类也没有规定成员的分布先后，很不幸，如果还有virtual  function，可能只有泪流满面了......那么反过来，你这样把数据再反过去传给C程序员，让他来做struct。他也许也会泪流满面。于是，得出的结论就是：让我们忘记那些trick，并且注意保持C与C++中兼容的空间布局。

所以，如果C++中使用C式的struct的一个合理用途是:当你要传递一个复杂的class object里面的全部数据或者部分时，尤其是给C的函数使用时，你最好把数据抽象成struct，封装起来，并且保证C与C++兼容的空间布局。如何保证，Hmm...我想我不会告诉你只有在组合而非继承的情况下才能保证。至于缘由，读者可以自行Google查查资料。

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面向对象之信息隐藏(三)

Main References:

Inside the C++ Object Model Chapter 01, Chapter 03; Author: Stanley B. Lippman

Thinking in C++ 2nd Edition Chapter 05; Author: Bruce Eckel

The Design and Evolution of C++ Chapter 01, Chapter 02, Chapter 03;Author:Bjarne Stroustrup