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代碼封裝是為了什么 怎么封裝

很多程序員小白在剛剛踏入職場(chǎng)，做程序開(kāi)發(fā)工作的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)被項(xiàng)目經(jīng)理叫去喝茶。

小白，你寫(xiě)的這代碼耦合太嚴(yán)重啦，簡(jiǎn)直沒(méi)有設(shè)計(jì)可言，更不要說(shuō)擴(kuò)展性和靈活性，所有的功能都定義在一個(gè)類里，這樣隨著功能的增多，代碼就越來(lái)越復(fù)雜。你趕緊把代碼拆分一下，各功能進(jìn)行一下代碼封裝。

1那什么是封裝呢?

封裝，在C語(yǔ)言編程中，大部分時(shí)候用一個(gè)函數(shù)調(diào)用(API)將一個(gè)復(fù)雜過(guò)程的細(xì)節(jié)屏蔽起來(lái)，用戶不需要了解細(xì)節(jié)，只需要調(diào)用該函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的行為。例如吃飯函數(shù)，將盛飯，動(dòng)筷子，夾菜，張嘴，咀嚼，下咽等細(xì)節(jié)屏蔽起來(lái)，我們只需要調(diào)用吃飯函數(shù)，默認(rèn)就實(shí)現(xiàn)了一遍這樣的流程。

面向?qū)ο笏枷胫械姆庋b使用更廣泛，即一個(gè)對(duì)象類(C語(yǔ)言中用結(jié)構(gòu)體代替)，需要隱藏用戶不需要也不應(yīng)該知道的行為和屬性。用戶在訪問(wèn)對(duì)象時(shí)，不需要了解被封裝的對(duì)象和屬性，就能使用該對(duì)象類，同時(shí)對(duì)象類也應(yīng)該通過(guò)權(quán)限設(shè)置，禁止用戶過(guò)多地了解被封裝的對(duì)象屬性與行為。

封裝的思想都是為了讓用戶不需要了解對(duì)象過(guò)多的細(xì)節(jié)，就能直接通過(guò)API來(lái)使用對(duì)象，從而達(dá)到模塊化編程，程序員分工合作，各自負(fù)責(zé)維護(hù)自己負(fù)責(zé)模塊對(duì)象細(xì)節(jié)的作用。這個(gè)原則普遍存在于現(xiàn)實(shí)生活中，在軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域也始終提倡著。

2為什么要進(jìn)行代碼封裝?

我們寫(xiě)程序是用來(lái)解決問(wèn)題的，而且要解決的是現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題，所以我們需要將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為符號(hào)化的問(wèn)題，而現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題是由個(gè)體所組成的，所以我們將數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的方法封裝起來(lái)形成一個(gè)個(gè)體，這個(gè)個(gè)體在問(wèn)題里面有專門的功能，比如一張紙可以折疊，一支筆可以寫(xiě)，這樣有助于我們以自身的角度進(jìn)行思考分析，這就是面向?qū)ο蟆Ｈ绻�用面向過(guò)程的思路，會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題與程序之間的轉(zhuǎn)化不好處理，可能使解決問(wèn)題出現(xiàn)偏差。

封裝的過(guò)程，其實(shí)就是對(duì)事物進(jìn)行抽象的過(guò)程，也是對(duì)事物進(jìn)行認(rèn)識(shí)的過(guò)程，我們從開(kāi)始到現(xiàn)在，封裝的層次越來(lái)越深，處理的問(wèn)題也越來(lái)越復(fù)雜。因?yàn)槲覀冃枰�理清�?fù)雜問(wèn)題的內(nèi)部規(guī)律，從而找出解決問(wèn)題的辦法，而深層次的封裝使問(wèn)題恢復(fù)成本來(lái)的樣子就是一種解決辦法。所以說(shuō)封裝是在面對(duì)軟件復(fù)雜度增加，開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到各種瓶頸時(shí)，為了解決這些問(wèn)題而提出的，通過(guò)封裝可以達(dá)到模塊化編程，程序員分工合作，各自負(fù)責(zé)維護(hù)自己負(fù)責(zé)模塊對(duì)象細(xì)節(jié)的作用。當(dāng)封裝的程度達(dá)到了一定的水平，就是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想。

3什么是面向?qū)ο笏枷�，和面向過(guò)程有什么不同?

所謂面向?qū)ο蟮乃枷肫鋵?shí)就是一種在代碼編寫(xiě)之上的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想，和語(yǔ)言無(wú)關(guān)，并不是C++或者JAVA 、Python等語(yǔ)言才有的。面向?qū)ο笏枷�，是隨著軟件系統(tǒng)的復(fù)雜度越來(lái)越高，面對(duì)大規(guī)模軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，而提出的一種管理大型軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想。只是在C語(yǔ)言出現(xiàn)時(shí)，計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)還在起步階段，面向?qū)ο蟮乃枷肷形窗l(fā)展，因而C語(yǔ)言中缺乏面向?qū)ο笙嚓P(guān)的核心關(guān)鍵詞語(yǔ)法的支持。而JAVA、Python等一些1990年代之后問(wèn)世的語(yǔ)言，受到C++語(yǔ)言影響以及面向?qū)ο笏枷氲闹饾u流行，在語(yǔ)法層面就提供了面向?qū)ο蟮暮诵年P(guān)鍵詞支持，可以說(shuō)在處理面向?qū)ο髥?wèn)題上具有先天優(yōu)勢(shì)。雖然C語(yǔ)言不支持很多面向?qū)ο蟮暮诵年P(guān)鍵詞，但是隨著Linux內(nèi)核，F(xiàn)fmpeg，Nginx等大規(guī)模以C語(yǔ)言編寫(xiě)的開(kāi)源軟件項(xiàng)目的發(fā)展與推廣，C語(yǔ)言遇到的軟件復(fù)雜度增加以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)長(zhǎng)期維護(hù)的問(wèn)題，與JAVA、C++編程遇到的復(fù)雜度問(wèn)題是想通的。并且，面向?qū)ο笏枷胍彩怯捎陂_(kāi)發(fā)者們?cè)陂_(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到瓶頸才提出來(lái)的，這些問(wèn)題，不管是用C語(yǔ)言編程還是JAVA編程，都會(huì)客觀存在。因而用C語(yǔ)言模擬JAVA等面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，采用面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)是很有必要的。

面向過(guò)程與面向?qū)ο蟮乃枷胗猛静煌�，沒(méi)有好壞之分。面向?qū)ο笏枷敫鼉A向于程序之上的頂層設(shè)計(jì)與程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后真正要實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)細(xì)節(jié)的時(shí)候，還是需要面向過(guò)程地分析細(xì)節(jié)如何實(shí)現(xiàn)，需要初始化哪些變量，注冊(cè)哪些結(jié)構(gòu)，設(shè)置哪些寄存器等面向過(guò)程的問(wèn)題。

4在C語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮乃枷?/p>

既然面向?qū)ο笫欠N思想，任何語(yǔ)言都可以實(shí)現(xiàn)，而且這種思想最重要的幾個(gè)特性是封裝，繼承，多態(tài)。那在C語(yǔ)言中如何實(shí)現(xiàn)呢?

在正式介紹C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)封裝，繼承和多態(tài)事前，先介紹一下C語(yǔ)言中的幾個(gè)概念和語(yǔ)法。

4.1基本知識(shí)

(1)結(jié)構(gòu)體

在C語(yǔ)言中，常把一個(gè)對(duì)象用結(jié)構(gòu)體進(jìn)行封裝，這樣便于對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作，比如：

strcut Point{

int x;

int y;

};

結(jié)構(gòu)體可以嵌套。因而可以把一個(gè)結(jié)構(gòu)體當(dāng)成另一個(gè)結(jié)構(gòu)體的成員，如：

struct Circle {

struct Point point_;

int radius;

};

該結(jié)構(gòu)體與以下定義完全一樣(包括內(nèi)存布置都一樣)：

struct Circle {

int x;

int y;

int radius;

};

(2)函數(shù)指針

函數(shù)指針是指針的一種，它指向函數(shù)的首地址(函數(shù)的函數(shù)名即為函數(shù)的首地址)，可以通過(guò)函數(shù)指針來(lái)調(diào)用函數(shù)。

如函數(shù)：

int func(int a[], int n);

可以這樣聲明函數(shù)指針：

int (*pFunc)(int a[], int n);

這樣使用：

pFunc = func;

(*pFunc)(a, n);【或者PFunc(a, n)】

可以用typedef定義一個(gè)函數(shù)指針類型，如：

typdef int (*FUNC)(int a[], int n)

可以這樣使用：

int cal_a(FUNC fptr, int a[], int n)

{

//實(shí)現(xiàn)體

}

(3)extern與static

extern和static是C語(yǔ)言中的兩個(gè)修飾符，extern可用于修飾函數(shù)或者變量，表示該變量或者函數(shù)在其他文件中進(jìn)行了定義;static也可用于修飾函數(shù)或者變量，表示該函數(shù)或者變量只能在該文件中使用�？衫�用它們��(duì)數(shù)據(jù)或者函數(shù)進(jìn)行隱藏或者限制訪問(wèn)權(quán)限。

4.2封裝

在C語(yǔ)言中，可以用結(jié)構(gòu)+函數(shù)指針來(lái)模擬類的實(shí)現(xiàn)，而用這種結(jié)構(gòu)定義的變量就是對(duì)象。封裝的主要含義是隱藏內(nèi)部的行為和信息，使用者只用看到對(duì)外提供的接口和公開(kāi)的信息。有兩種方法實(shí)現(xiàn)封裝：

(1) 利用C語(yǔ)言語(yǔ)法。在頭文件中聲明，在C文件中真正定義它。

這樣可以隱藏內(nèi)部信息，因?yàn)橥獠坎恢�道�?duì)象所占內(nèi)存的大小，所以不能靜態(tài)的創(chuàng)建該類的對(duì)象，只能調(diào)用類提供的創(chuàng)建函數(shù)才能創(chuàng)建。這種方法的缺陷是不支持繼承，因?yàn)樽宇愔械貌坏饺魏侮P(guān)于父類的信息。如：
//頭文件：point.h
  #ifndef POINT_H
  #define POINT_H
  struct Point;
  typedef struct Point point;
  point * new_point(); //newer a point object
void free_point(point *point_);// free the allocated space
#endif
//C文件:point.c
#include”point.h”
strcut Point
 {
  int x;
  int y;
};
point * new_point()
{
point * new_point_ = (point *) malloc(sizeof(point));
return new_point_;
}
void free_point(point *point_)
{
if(point_ == NULL)
return;
free(point_);
}

(2) 把私有數(shù)據(jù)信息放在一個(gè)不透明的priv變量或者結(jié)構(gòu)體中。只有類的實(shí)現(xiàn)代碼才知道priv或者結(jié)構(gòu)體的真正定義。如:

#ifndef POINT _H

#define POINT_H

typedef struct Point point;

typedef struct pointPrivate pointPrivate;

strcut Point

{

Struct pointPrivate *pp;

};

int get_x(point *point_);

int get_y(point *point_);

point * new_point(); //newer a point object

void free_point(point *point_);// free the allocated space

#endif

//C文件:point.c

#include”point.h”

struct pointPrivate

{

int x;

int y;

}

int get_x(point *point_)

{

return point_->pp->x;

}

int get_y(point *point_)

{

return point_->pp->y;

}

//others…..

4.3繼承

在C語(yǔ)言中，可以利用“結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中的布局與結(jié)構(gòu)的聲明具有一致的順序”這一事實(shí)實(shí)現(xiàn)繼承。

比如我們要設(shè)計(jì)一個(gè)作圖工具，其中可能涉及到的對(duì)象有Point(點(diǎn))，Circle(圓)，由于圓是由點(diǎn)組成的，所有可以看成Circle繼承自Point。另外，Point和Circle都需要空間申請(qǐng)，空間釋放等操作，所有他們有共同的基類Base。

//內(nèi)存管理類new.h
 #ifndef NEW_H
  #define NEW_H
  void * new (const void * class, ...);
  void delete (void * item);
  void draw (const void * self);
  #endif
  
//內(nèi)存管理類的C文件：new.c
  #include “new.h”
  #include “base.h”
  void * new (const void * _base, ...)
  {
  const struct Base * base = _base;
  void * p = calloc(1, base->size);
  assert(p);
  * (const struct Base **) p = base;
if (base ->ctor)
  {
va_list ap;
va_start(ap, _base);
 p = base ->ctor(p, &ap);
  va_end(ap);
}
  return p;
}
 
void delete (void * self)
{
const struct Base ** cp = self;
if (self && * cp && (* cp) —> dtor)
self = (* cp) —>dtor(self);
free(self);
}
  
void draw (const void * self)
{
const struct Base * const * cp = self;
assert(self &&* cp && (* cp)->draw);
(* cp) ->draw(self);
}
  
//基類：base.h
#ifndef BASE_H
#define BASE_H
struct Base
{
size_t size; //類所占空間
void * (* ctor) (void * self, va_list * app); //構(gòu)造函數(shù)
void * (* dtor) (void * self); //析構(gòu)函數(shù)
void (* draw) (const void * self); //作圖
};
#endif
 
//Point頭文件(對(duì)外提供的接口)：point.h
#ifndef   POINT_H
  
#define  POINT_H
extern const void * Point;                /* 使用方法：new (Point, x, y); */
#endif
 
//Point內(nèi)部頭文件(外面看不到)：point.r
#ifndef POINT_R
#define POINT_R
struct Point
{
const void * base; //繼承，基類指針，放在第一個(gè)位置，const是防止修改
int x, y;        //坐標(biāo)
}
#endif
  
//Point的C文件：point.c
#include “point.h”
#include “new.h”
#include “point.h”
#include “point.r”
static void * Point_ctor (void * _self, va_list * app)
{
struct Point * self = _self;
self ->x = va_arg(* app, int);
self ->y = va_arg(* app, int);
return self;
}
  
static void Point_draw (const void * _self)
{
const struct Point * self = _self;
printf(“draw (%d,%d)”, self -> x, self -> y);
}
static const struct Base _Point = {
sizeof(struct Point), Point_ctor, 0, Point_draw
};
const void * Point = & _Point;
  
//測(cè)試程序：main.c
#include “point.h”
#include “new.h”
int main (int argc, char ** argv)
{
void * p = new(Point, 1, 2);
draw(p);
delete(p);
}

同樣，Circle要繼承Point，則可以這樣：

struct Circle

{

const struct Point point; //放在第一位，可表繼承

int radius;

};

4.3多態(tài)

可以是用C語(yǔ)言中的萬(wàn)能指針void* 實(shí)現(xiàn)多態(tài)，接上面的例子：

//測(cè)試main.c

void * p = new(Point, 1, 2);

void * pp = new(Circle, 1, 2);

draw(p); //draw函數(shù)實(shí)現(xiàn)了多態(tài)

draw(pp);

delete(p);

delete(pp);

C語(yǔ)言能夠模擬實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο笳Z(yǔ)言具有的特性，包括：多態(tài)，繼承，封裝等，現(xiàn)在很多開(kāi)源軟件都了用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了這幾個(gè)特性，包括大型開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)postgreSQL，可移植的C語(yǔ)言面向?qū)ο罂蚣蹽Object，無(wú)線二進(jìn)制運(yùn)行環(huán)境BREW。采用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)多態(tài)，繼承，封裝，能夠讓軟件有更好的可讀性，可擴(kuò)展性。