本节书摘来自异步社区出版社《C++面向对象高效编程(第2版)》一书中的第1章,第1.11节,作者: 【美】Kayshav Dattatri,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。
1.11 对象模型的关键要素
C++面向对象高效编程(第2版)
到目前为止,在我们讨论的问题解决方案中,建立对象模型的关键要素是:
数据抽象
封装
层次
我们将在后续章节中详细介绍这些要素,在这里先做简要说明。
数据抽象(data abstraction)是为了强调对象的相似性,忽略其差异性来定义类。在表现类(抽象)的主要特性时,应避免展现那些不重要的和分散注意力的元素。实际上,类就是一个抽象。顺带一提,抽象将重点放在对象的外部视图上,并将对象必不可少的行为从内部的实现细节中分离出来。我们将在第2章中详细讨论数据抽象。
封装(encapsulation)(或信息隐藏)是为了隐藏抽象的内部实现细节。它将抽象的外部接口从内部实现细节中分离出来。封装和抽象彼此互补。一个设计良好的抽象会封装一些成员,而被封装的实体则帮助抽象保持完整性。需要注意的是:抽象先于封装。另外,只有在开始实现时,才应该将注意力放在封装上。
层次(hierarchy)是为了支持抽象的有序。抽象很强大很有用。但是,在绝大多数重大问题中,我们最终都会由于创建了太多的抽象,以至于无法统观大局。虽然封装和模块在一定程度上能缓解这一局面,但是,我们仍陷入了不计其数的抽象迷雾中。人的思维一次只能理解一组有限的抽象,提出太多抽象对读者而言简直就是一次信息保留测试,实在让人难以消化。为了避免这些不利因素,我们可以将这些抽象安排在不同的层次,这样即便尚未充分理解抽象的主要特性,也可完全明白某层次中的所有抽象。要构建这样的层次实属不易,要有效地实现它们则更加困难。
图1-6
图1-7
在OOP中普遍存在两种层次。继承关系支持类层次(class hierarchy)(is-a关系,见图1-6);聚集关系(aggregation relation)(has-a关系,见图1-7)支持部分-整体概念。继承用于描述一般-特殊关系,而聚集用于描述涉及包含(containment)和共享的关系。
继承(单一继承和多重继承)是OOP中最强大的范式之一。OOP的绝大多数强大功能以及代码复用(reuse),都源于继承关系。BankAccount可作为继承的一个例子,我们将BankAcount作为父类(或基类),SavingAaccount、CheckingAccount、LoanAccount等作为子类(或派生类),在层次中安排不同类型的银行账户。客户无需担心不同类型的银行账户,只需观察BankAccount父类的接口,即可大体了解其他类型的账户。
汽车可以作为聚集的一个例子,汽车由发动机、轮胎、座椅等组成。我们说Car有Engine、一组Wheel和固定数量的Seat等。对于普通用户而言,虽然Car的内部由许多其他对象组成,但是Car仅作为单个对象出现。而且,客户并不关心Car类对象如何与内部对象通信,如何控制内部对象。应该由Car的成员函数来管理它所包含的对象。
再举另一种has-a关系的例子,假设我们在BankAccount类的示例中再添加一个BankAccount类,让它们成为Bank对象的联合(association)。很显然,BankAccount类对象没有拥有Bank类对象,它与Bank类对象只是有关联而已。实际上,BankAccount类对象和许多其他BankAccount类对象共享相同的Bank类对象。由此看来,has-a关系并不总是意味着一个对象在物理上包含另一个对象,在该例中它只表示各类之间的某种联合。
还需注意,所有BankAccount类对象都只能使用公有接口(public interface)与Bank类对象通信,它们相当于Bank类的客户。对于Bank类对象,BankAccount类对象并无任何特权。以上讨论的两种聚集还有一些其他含义,在下一章中我们将作详细介绍。
聚集有助于简化接口和共享对象,在后续章节中将详细讨论继承和聚集。