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  • 系统程序员成长计划谁动了你的隐私(下)

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    作者联系方式:李先静 <xianjimli at hotmail dot com>

    1.什么封装?

    人有隐私,程序也有隐私。有隐私不是什么坏事,没有隐私人就不是人了,程序也不成其为程序了。问题是隐私不应该让别人知道,否则伤害的不仅仅是自 己,相关人物也会跟着倒霉,“艳照门”就是个典型的例子。程序隐私的暴露,造成的伤害不一定有“艳照门”大,也不一定比它小,反正不要小看它就行了。封装 就是要保护好程序的隐私,不该让调用者知道的事,就坚决不要暴露出来。

    2.为什么要封装?

    总体来说,封装主要有以下两大好处(具体影响后面再说):

    隔离变化。程序的隐私通常是程序最容易变化的部分,比如内部数据结构,内部使用的函数和全局变量等等,把这些代码封装起来,它们的变化不会影响系统的其它部分。

    降低复杂度。接口最小化是软件设计的基本原则之一,最小化接口容易被理解和使用。封装内部实现细节,只暴露最小的接口,会让系统变得简单明了,在一定程度上降低了系统的复杂度。

    3.如何封装?

    隐藏数据结构

    暴露内部数据结构,会使头文件看起来杂乱无章,让调用者发蒙。其次是如果调用者图方便,直接访问这些数据结构的成员,会造成模块之间紧密耦合,给以 后的修改带来困难。隐藏数据结构的方法很简单,如果是内部数据结构,外面完全不会引用,则直接放在C文件中就好了,千万不要放在头文件里。如果该数据结构 在内外都要使用,则可以对外暴露结构的名字,而封装结构的实现细节,做法如下:

    在头文件中声明该数据结构。

    如:
    struct _LrcPool;
    typedef struct _LrcPool LrcPool;

    在C文件中定义该数据结构。

    struct _LrcPool
    {
    size_t unit_size;
    size_t n_prealloc_units;
    };

    提供操作该数据结构的函数,哪怕只是存取数据结构的成员,也要包装成相应的函数。

    如:
    void* lrc_pool_alloc(LrcPool* thiz);
    void lrc_pool_free(LrcPool* thiz, void* p);

    提供创建和销毁函数。因为只是暴露了结构的名字,编译器不知道它的大小(所占内存空间),外部可以访问结构的指针(指针的大小的固定的),但不能直接声明结构的变量,所以有必要提供创建和销毁函数。

    如:
    这样是非法的:LrcPool lrc_pool;
    应该对外提供创建和销毁函数。
    LrcPool* lrc_pool_new(size_t unit_size, size_t n_prealloc_units);
    void lrc_pool_destroy(LrcPool* thiz);

    任何规则都有例外。有些数据结构纯粹是社交型的,为了提高性能和方便起见,常常不需要对它们进行封装,比如点(Point)和矩形(Rect)等。当然封装也不是坏事,MFC就对它们作了封装,是否需要封装要根据具体情况而定。

    隐藏内部函数

    内部函数通常实现一些特定的算法(如果具有通用性,应该放到一个公共函数库里),对调用者没有多大用处,但它的暴露会干扰调用者的思路,让系统看起 来比实际的复杂。函数名也会污染全局名字空间,造成重名问题。它还会诱导调用者绕过正规接口走捷径,造成不必要的耦合。隐藏内部函数的做法很简单:

    在头文件中,只放最小接口函数的声明。

    在C文件上,所有内部函数都加上static关键字。

    禁止全局变量

    除了为使用单件模式(只允许一个实例存在)的情况外,任何时候都要禁止使用全局变量。这一点我反复的强调,但发现初学者还是屡禁不止,为了贪图方便而使用全局变量。请读者从现在开始就记住这一准则。

    全局变量始终都会占用内存空间,共享库的全局变量是按页分配的,那怕只有一个字节的全局变量也占用一个page,所以这会造成不必要空间浪费。全局 变量也会给程序并发造成困难,想把程序从单线程改为多线程将会遇到麻烦。重要的是,如果调用者直接访问这些全局变量,会造成调用者和实现者之间的耦合。

    在整个系统程序员成长计划中,我们都是以面向对象的方式来设计和实现的(封装就是面向对象的主要特点之一)。为了避免不必要的概念混淆,这里先解释一下对象和类:

    关于对象:对象就是某一具体的事物,比如一个苹果, 一台电脑都是一个对象。每个对象都是唯一的实例,两个苹果,无论它们的外观有多么相像,内部成分有多么相似,两个苹果毕竟是两个苹果,它们是两个不同的对 象。对象可以是一个实物,也可以是一个概念,比如一个苹果对象是实物,而一项政策就是一个概念。在软件中,对象是一个运行时概念,它只存在于运行环境中, 比如:代码中并不存在窗口对象这样的东西,要创建一个窗口对象一定要运行起来才行。

    关于类:对象可能是一个无穷的集合,用枚举的方式来表示对象集合不太现实。抽象出对象的特征和功能,按此标准将 对象进行分类,这就引入类的概念。类就是一类事物的统称,类实际上就是一个分类的标准,符合这个分类标准的对象都属于这个类。当然,为了方便起见,通常只 需要抽取那些对当前应用来说是有用的特征和功能。在软件中,类是一个设计时概念,它只存在于代码中,运行时并不存在某个类和某个类之间的交互。我们说,编 写一个双向链表,实际上指的是双向链表这个类。

    C语言里并没有类这个概念,我也不想因为引入这个概念让读者感到迷惑。在后面的讲述中,我不会刻意区分类和对象,我们说对象,可能是指单个对象,也 可能是指对象所属的类,要根据上下文进行区分(这种区分通常是很直观的)。我并不是这种做法的首创者,见过好几本书都是这样做的,希望挑剔的读者不要在这 个概念问题上纠缠。

    好了,如果你实现的双向链表没有达到这个标准,请重做一遍练习吧。


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