面向对象编程:怎样才能写出一个“好”的类?
面向对象编程的基本出发点是“对现实世界的模拟”,把问题中的实体抽象出来,封装为程序里的类和对象,这样就在计算机里为现实问题建立了一个“虚拟模型”。但它本质上是一种设计思想、方法,与语言细节无关,要点是抽象(Abstraction)和封装(Encapsulation)。
纯粹的面向对象也有一些缺陷,其中最明显的就是“继承”。
著名的鸟类的例子。基类 Bird 有个 Fly 方法,所有的鸟类都应该继承它。但企鹅、鸵鸟这样的鸟类却不会飞,实现它们就必须改写 Fly 方法。
各种编程语言为此都加上了一些“补丁”,像 C++ 就有“多态”“虚函数”“重载”,虽然解决了“继承”的问题,但也使代码复杂化了,一定程度上扭曲了“面向对象”的本意。
实现原则
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设计类的时候尽量少用继承和虚函数。
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如果非要用继承不可,如果继承深度超过三层,就说明有点“过度设计”了,需要考虑用组合关系替代继承关系,或者改用模板和泛型。
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在设计类接口的时候,只负责单一的功能。
我还看到过很多人有一种不好的习惯,就是喜欢在类内部定义一些嵌套类,美其名曰“高内聚”。但恰恰相反,这些内部类反而与上级类形成了强耦合关系,也是另一种形式的“万能类”。正确的做法应该是,定义一个新的名字空间,把内部类都“提”到外面,降低原来类的耦合度和复杂度。
编码准则
// C++11 新增了一个特殊的标识符“final”(注意,它不是关键字)
class DemoClass final // 禁止任何继承
{ ... };
在必须使用继承的场合,建议你只使用 public 继承,避免使用 virtual、protected,因为它们会让父类与子类的关系变得难以捉摸,带来很多麻烦。当到达继承体系底层时,也要及时使用“final”,终止继承关系。
class Interface // 接口类定义,没有final,可以被继承
{ ... };
class Implement final : // 实现类,final禁止再被继承
public Interface // 只用public继承
{ ... };
在现代 C++ 里,一个类总是会有六大基本函数:三个构造、两个赋值、一个析构。
对于比较重要的构造函数和析构函数,应该用“= default”的形式,明确地告诉编译器:“应该实现这个函数,但我不想自己写。”这样编译器就得到了明确的指示,可以做更好的优化。相似的,还有一种“= delete”的形式。它表示明确地禁用某个函数形式,而且不限于构造 / 析构,可以用于任何函数(成员函数、自由函数)。
class DemoClass final
{
public:
DemoClass() = default; // 明确告诉编译器,使用默认实现
~DemoClass() = default; // 明确告诉编译器,使用默认实现
};
class DemoClass final
{
public:
DemoClass(const DemoClass&) = delete; // 禁止拷贝构造
DemoClass& operator=(const DemoClass&) = delete; // 禁止拷贝赋值
};
C++ 有隐式构造和隐式转型的规则,如果你的类里有单参数的构造函数,或者是转型操作符函数,为了防止意外的类型转换,保证安全,就要使用“explicit”将这些函数标记为“显式”。
class DemoClass final
{
public:
explicit DemoClass(const string_type& str) // 显式单参构造函数
{ ... }
explicit operator bool() // 显式转型为bool
{ ... }
};
常用技巧
- 委托构造
class DemoDelegating final
{
private:
int a; // 成员变量
public:
DemoDelegating(int x) : a(x) // 基本的构造函数
{}
DemoDelegating() : // 无参数的构造函数
DemoDelegating(0) // 给出默认值,委托给第一个构造函数
{}
DemoDelegating(const string& s) : // 字符串参数构造函数
DemoDelegating(stoi(s)) // 转换成整数,再委托给第一个构造函数
{}
};
- 成员变量初始化
class DemoInit final // 有很多成员变量的类
{
private:
int a = 0; // 整数成员,赋值初始化
string s = "hello"; // 字符串成员,赋值初始化
vector<int> v{1, 2, 3}; // 容器成员,使用花括号的初始化列表
public:
DemoInit() = default; // 默认构造函数
~DemoInit() = default; // 默认析构函数
public:
DemoInit(int x) : a(x) {} // 可以单独初始化成员,其他用默认值
};
- 类型别名
C++11 扩展了关键字 using 的用法,增加了 typedef 的能力,可以定义类型别名,易写易读。
using uint_t = unsigned int; // using别名
typedef unsigned int uint_t; // 等价的typedef
class DemoClass final
{
public:
using this_type = DemoClass; // 给自己也起个别名
using kafka_conf_type = KafkaConfig; // 外部类起别名
public:
using string_type = std::string; // 字符串类型别名
using uint32_type = uint32_t; // 整数类型别名
using set_type = std::set<int>; // 集合类型别名
using vector_type = std::vector<std::string>;// 容器类型别名
private:
string_type m_name = "tom"; // 使用类型别名声明变量
uint32_type m_age = 23; // 使用类型别名声明变量
set_type m_books; // 使用类型别名声明变量
private:
kafka_conf_type m_conf; // 使用类型别名声明变量
};