类的继承与组合
对象是类的一个实例——如果将对象比作房子,那么类就是房子的设计图纸。
所以面向对象设计的重点是类的设计,而不是对象的设计。
对于 C++程序而言,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。
继承
class A { public: void Func1(void); void Func2(void); }; class B : public A { public: void Func3(void); void Func4(void); }; main() { B b; b.Func1(); // B 从A 继承了函数Func1 b.Func2(); // B 从A 继承了函数Func2 b.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。
“继承”立一些使用规则:
【规则1】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 的功能和属性。
【规则2】若在逻辑上B 是A 的“一种”,并且A 的所有功能和属性对B 而言都有意义,则允许B 继承A 的功能和属性。
组合
【规则1】若在逻辑上A 是B 的“一部分”,则不允许B 从A 派生,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。
class Eye { public: void Look(void); }; class Nose { public: void Smell(void); }; class Mouth { public: void Eat(void); }; class Ear { public: void Listen(void); }; // 正确的设计,虽然代码冗长。 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。下面代码十分简短并且运行正确,但是这种设计方法却是不对的。
// 功能正确并且代码简洁,但是设计方法不对。 class Head : public Eye, public Nose, public Mouth, public Ear { };
其他编程经验
使用const 提高函数的健壮性
看到 const 关键字,const 更大的魅力是它可以修饰函数的参数、返回值,甚至函数的定义体。
被const 修饰的东西都受到强制保护,可以预防意外的变动,能提高程序的健壮性。
建议:“Use const whenever you need”。
用const 修饰函数的参数
如果参数作输出用,不论它是什么数据类型,也不论它采用“指针传递”还是“引用传递”,都不能加const 修饰,否则该参数将失去输出功能。
const 只能修饰输入参数:
如果输入参数采用“指针传递”,那么加const 修饰可以防止意外地改动该指针,起到保护作用。
StringCopy 函数:
void StringCopy ( char *strDestination , const char *strSource ) ;
其中strSource 是输入参数,strDestination 是输出参数。给strSource 加上const修饰后,如果函数体内的语句试图改动strSource 的内容,编译器将指出错误。
如果输入参数采用“值传递”,由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数,该输入参数本来就无需保护,所以不要加const 修饰。
例如不要将函数void Func1(int x) 写成void Func1(const int x)。
同理不要将函数void Func2(A a) 写成void Func2(const A a)。
其中A 为用户自定义的数据类型。
对于非内部数据类型的参数而言,象void Func(A a) 这样声明的函数注定效率比较底。因为函数体内将产生A 类型的临时对象用于复制参数a,而临时对象的构造、复制、析构过程都将消耗时间。
为了提高效率,可以将函数声明改为void Func(A &a),因为“引用传递”仅借用一下参数的别名而已,不需要产生临时对象。
但是函数void Func(A &a) 存在一个缺点:“引用传递”有可能改变参数a,这是我们不期望的。解决这个问题很容易,加const修饰即可,因此函数最终成为void Func(const A &a)。
将“const &”修饰输入参数的用法总结一下:
对于非内部数据类型的输入参数,应该将“值传递”的方式改为“const 引用传递”,目的是提高效率。
例如:将void Func(A a) 改为void Func(const A &a)。
对于内部数据类型的输入参数,不要将“值传递”的方式改为“const 引用传递”。否则既达不到提高效率的目的,又降低了函数的可理解性。
例如:void Func(int x) 不应该改为void Func(const int &x)。
用const 修饰函数的返回值
如果给以“指针传递”方式的函数返回值加const 修饰,那么函数返回值(即指针)的内容不能被修改,该返回值只能被赋给加const 修饰的同类型指针。
例如函数
const char * GetString ( void ) ;//函数返回值的内容不能被修改
如下语句将出现编译错误:
char *str = GetString() ; //返回值是const char*类型,不能赋给char*类型
正确的用法是
const char *str = GetString();
如果函数返回值采用“值传递方式”,由于函数会把返回值复制到外部临时的存储单元中,加const 修饰没有任何价值。
例如不要把函数int GetInt(void) 写成const int GetInt(void)。
同理不要把函数A GetA(void) 写成const A GetA(void),其中A 为用户自定义的
数据类型。
如果返回值不是内部数据类型,将函数A GetA ( void ) 改写为const A & GetA( void )的确能提高效率。
但此时千万千万要小心,一定要搞清楚函数究竟是想返回一个对象的“拷贝”还是仅返回“别名”就可以了,否则程序会出错。
函数返回值采用“引用传递”的场合并不多,这种方式一般只出现在类的赋值函数中,目的是为了实现链式表达。
class A {⋯ A & operate = (const A &other); // 赋值函数 }; A a, b, c; // a, b, c 为A 的对象 a = b = c; // 正常的链式赋值 (a = b) = c; // 不正常的链式赋值,但合法
如果将赋值函数的返回值加const修饰,那么该返回值的内容不允许被改动。上例中,语句 a = b = c 仍然正确,但是语句 (a = b) = c 则是非法的。
const 成员函数
任何不会修改数据成员的函数都应该声明为const 类型。
以下程序中,类stack 的成员函数GetCount 仅用于计数,从逻辑上讲GetCount 应当为const 函数。编译器将指出GetCount 函数中的错误。
class Stack { public: void Push(int elem); int Pop(void); int GetCount(void) const; // const 成员函数 private: int m_num; int m_data[100]; }; int Stack::GetCount(void) const { ++ m_num; // 编译错误,企图修改数据成员m_num Pop(); // 编译错误,企图调用非const 函数 return m_num; }
const 关键字只能放在函数声明的尾部
提高程序的效率
程序的时间效率是指运行速度;
空间效率是指程序占用内存或者外存的状况。
全局效率是指站在整个系统的角度上考虑的效率;
局部效率是指站在模块或函数角度上考虑的效率。
【规则1】以提高程序的全局效率为主,提高局部效率为辅。
【规则2】在优化程序的效率时,应当先找出限制效率的“瓶颈”,不要在无关紧要之处优化。
【规则3】先优化数据结构和算法,再优化执行代码。
【规则4】有时候时间效率和空间效率可能对立,此时应当分析那个更重要,作出适当的折衷。
【规则5】不要追求紧凑的代码,因为紧凑的代码并不能产生高效的机器码。
建议
【建议1】当心那些视觉上不易分辨的操作符发生书写错误。
我们经常会把“==”误写成“=”,象“||”、“&&”、“<=”、“>=”这类符号也很容易发生“丢1”失误。然而编译器却不一定能自动指出这类错误。
【建议2】变量(指针、数组)被创建之后应当及时把它们初始化,以防止把未被初始化的变量当成右值使用。
【建议3】当心变量的初值、缺省值错误,或者精度不够。
【建议4】当心数据类型转换发生错误。尽量使用显式的数据类型转换(让人们知道发生了什么事),避免让编译器轻悄悄地进行隐式的数据类型转换。
【建议5】当心变量发生上溢或下溢,数组的下标越界。
【建议6】避免编写技巧性很高代码。
【建议7】不要设计面面俱到、非常灵活的数据结构。
【建议8】如果原有的代码质量比较好,尽量复用它。但是不要修补很差劲的代码,应当重新编写。
【建议9】尽量使用标准库函数,不要“发明”已经存在的库函数。
【建议10】尽量不要使用与具体硬件或软件环境关系密切的变量。
【建议11】把编译器的选择项设置为最严格状态。
【建议12】如果可能的话,使用PC-Lint、LogiScope 等工具进行代码审查。