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高质量C/C++编程十(每日一贴)

Posted on 2007-04-14 18:38 济公 阅读(577) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: C/C++
 第 10部分类的继承与组合

 对象(Object)是类(Class)的一个实例(Instance)。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。本章仅仅论述“继承”( Inheritance)和“组合”( Composition)的概念。注意,当前面向对象技术的应用热点是 COM和 CORBA,这些内容超出了 C++教材的范畴,请阅读 COM和 CORBA相关论著。

10.1继承

如果 A是基类,B是 A的派生类,那么 B将继承 A的数据和函数。例如:

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。正因为“继承”太有用、太容易用,才要防止乱用“继承”。我们应当给“继承”立一些使用规则。

【规则 10-1-1】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。不要觉得“白吃白不吃”,让一个好端端的健壮青年无缘无故地吃人参补身体。

【规则 10-1-2】若在逻辑上 B是 A的“一种”( a kind of ),则允许 B继承 A的功能和属性。例如男人(Man)是人(Human)的一种,男孩(Boy)是男人的一种。那么类 Man可以从类 Human派生,类 Boy可以从类 Man派生。

 class Human

{

};

class Man : public Human

{

};

class Boy : public Man

{

};

注意事项

【规则 10-1-2】看起来很简单,但是实际应用时可能会有意外,继承的概念在程序世界与现实世界并不完全相同。例如从生物学角度讲,鸵鸟(Ostrich)是鸟(Bird)的一种,按理说类 Ostrich应该可以从类 Bird派生。但是鸵鸟不能飞,那么 Ostrich::Fly是什么东西?

class Bird

{

public:

virtual void Fly(void);

};

class Ostrich : public Bird

{

};

例如从数学角度讲,圆(Circle)是一种特殊的椭圆(Ellipse),按理说类 Circle应该可以从类 Ellipse派生。但是椭圆有长轴和短轴,如果圆继承了椭圆的长轴和短轴,岂非画蛇添足?所以更加严格的继承规则应当是: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。

10.2组合

【规则 10-2-1】若在逻辑上 A是 B的“一部分”( a part of),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。如示例 10-2-1所示。

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) {

void Smell(void) {

void Eat(void) {

void Listen(void) {

private:

Eye m_eye;

Nose m_nose;

Mouth m_mouth;

Ear m_ear;

};

m_eye.Look(); }

m_nose.Smell(); }

m_mouth.Eat(); }

m_ear.Listen(); }

 

示例 10-2-1 Head由 Eye、Nose、Mouth、Ear组合而成如果允许 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。示例 10-2-2十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

{

};

示例 10-2-2 Head从 Eye、Nose、Mouth、Ear派生而成一只公鸡使劲地追打一只刚下了蛋的母鸡,你知道为什么吗?因为母鸡下了鸭蛋。很多程序员经不起“继承”的诱惑而犯下设计错误。“运行正确”的程序不见得是高质量的程序,此处就是一个例证。

第 11章其它编程经验

11.1使用const提高函数的健壮性

看到const关键字,C++程序员首先想到的可能是const常量。这可不是良好的条件反射。如果只知道用const定义常量,那么相当于把火药仅用于制作鞭炮。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。

const是constant的缩写,“恒定不变”的意思。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。所以很多C++程序设计书籍建议:“Use const whenever you need”。

11.1.1 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。

例如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)。

以此类推,是否应将void Func(int x)改写为void Func(const int &x),以便提高效率?完全没有必要,因为内部数据类型的参数不存在构造、析构的过程,而复制也非常快,“值传递”和“引用传递”的效率几乎相当。问题是如此的缠绵,我只好将“const &”修饰输入参数的用法总结一下,如表.. 11-1-1所示。

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)。表11-1-1 “const &”修饰输入参数的规则11.1.2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);

如下语句将出现编译错误:

char *str = GetString();

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。见6.2节“返回值的规则”。

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。

例如

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。

11.1.3 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。如果在编写const成员函数时,不慎修改了数据成员,或者调用了其它非.. const成员函数,编译器将指出错误,这无疑会提高程序的健壮性。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etCount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成员函数的声明看起来怪怪的:const关键字只能放在函数声明的尾部,大概是因为其它地方都已经被占用了。

11.2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11-2-1】不要一味地追求程序的效率,应当在满足正确性、可靠性、健壮性、可读性等质量因素的前提下,设法提高程序的效率。

【规则 11-2-2】以提高程序的全局效率为主,提高局部效率为辅。

【规则 11-2-3】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 11-2-4】先优化数据结构和算法,再优化执行代码。  

【规则 11-2-5】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。例如多花费一些内存来提高性能。

【规则 11-2-6】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。

11.3一些有益的建议

【建议 11-3-1】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 11-3-2】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 11-3-3】当心变量的初值、缺省值错误,或者精度不够。

【建议 11-3-4】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 11-3-5】当心变量发生上溢或下溢,数组的下标越界。

【建议 11-3-6】当心忘记编写错误处理程序,当心错误处理程序本身有误。

【建议 11-3-7】当心文件 I/O有错误。

【建议 11-3-8】避免编写技巧性很高代码。

【建议 11-3-9】不要设计面面俱到、非常灵活的数据结构。

【建议 11-3-10】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 11-3-11】尽量使用标准库函数,不要“发明”已经存在的库函数。

【建议 11-3-12】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 11-3-13】把编译器的选择项设置为最严格状态。

【建议 11-3-14】如果可能的话,使用 PC-Lint、LogiScope等工具进行代码审查。

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