冷夜 C++ 小棧

    之所以摘錄這段文章，是因為我奇怪下面的例子竟然真的能夠編譯通過--在引用的文件中篡改類的private為public就可以直接訪問私有變量，而且能夠正常訪問和賦值。
    下面是摘錄的原文，有興趣的朋友不妨也試試編個代碼試驗一下。

-------------------------------------------------------------------

封裝

    先來看現(xiàn)在在各類VC教程中關(guān)于對象的講解中經(jīng)常能看見的如下的一個類的設(shè)計。
    class Person
    { private: char m_Name[20]; unsigned long m_Age; bool m_Sex;
      public:  const char* GetName() const;  void SetName( const char* );
               unsigned long GetAge() const; void SetAge( unsigned long );
               bool GetSex() const;          void SetSex( bool );
    };
    上面將成員變量全部定義為private，然后又提供三對Get/Set函數(shù)來存取上面的三個成員變量（因為它們是private，外界不能直接存取），這三對函數(shù)都是public的，為什么要這樣？那些教材將此稱作封裝，是對類Person的內(nèi)部內(nèi)存布局的封裝，這樣外界就不知道其在內(nèi)存上是如何布局的并進而可以保證內(nèi)存的有效性（只由類自身操作其實例）。
    首先要確認上面設(shè)計的荒謬性，它是正宗的“有門沒鎖”毫無意義。接著再看所謂的對內(nèi)存布局的封裝。回想在《C++從零開始（十）》中說的為什么每個要使用類的源文件的開頭要包含相應(yīng)的頭文件。假設(shè)上面是在Person.h中的聲明，然后在b.cpp中要使用類Person，本來要#include "Person.h"，現(xiàn)在替換成下面：
    class Person
    { public: char m_Name[20]; unsigned long m_Age; bool m_Sex;
      public: const char* GetName() const;  void SetName( const char* );
              unsigned long GetAge() const; void SetAge( unsigned long );
              bool GetSex() const;          void SetSex( bool );
    };
    然后在b.cpp中照常使用類Person，如下：
    Person a, b; a.m_Age = 20; b.GetSex();
    這里就直接使用了Person::m_Age了，就算不做這樣蹩腳的動作，依舊#include "Person.h"，如下：
    struct PERSON { char m_Name[20]; unsigned long m_Age; bool m_Sex; };
    Person a, b; PERSON *pP = ( PERSON* )&a; pP->m_Age = 40;
    上面依舊直接修改了Person的實例a的成員Person::m_Age，如何能隱藏內(nèi)存布局？！請回想聲明的作用，類的內(nèi)存布局是編譯器生成對象時必須的，根本不能對任何使用對象的代碼隱藏有關(guān)對象實現(xiàn)的任何東西，否則編譯器無法編譯相應(yīng)的代碼。
    那么從語義上來看。Person映射的不是真實世界中的人的概念，應(yīng)該是存放某個數(shù)據(jù)庫中的某個記錄人員信息的表中的記錄的緩沖區(qū)，那么緩沖區(qū)應(yīng)該具備那三對Get/Set所代表的功能嗎？緩沖區(qū)是緩沖數(shù)據(jù)用的，緩沖后被其它操作使用，就好像箱子，只是放東西用。故上面的三對Get/Set沒有存在的必要，而三個成員變量則不能是private。當(dāng)然，如果Person映射的并不是緩沖區(qū)，而在其它的世界中具備像上面那樣表現(xiàn)的語義，則像上面那樣定義就沒有問題，但如果是因為對內(nèi)存布局的封裝而那樣定義類則是大錯特錯的。
    上面錯誤的根本在于沒有理解何謂封裝。為了說明封裝，先看下MFC（Microsoft Foundation Class Library——微軟功能類庫，一個定義了許多類的庫文件，其中的絕大部分類是封裝設(shè)計。關(guān)于庫文件在說明SDK時闡述）中的類CFile的定義。從名字就可看出它映射的是操作系統(tǒng)中文件的概念，但它卻有這樣的成員函數(shù)——CFile::Open、CFile::Close、CFile::Read、CFile::Write，有什么問題？這四個成員函數(shù)映射的都是對文件的操作而不是文件所具備的功能，分別為打開文件、關(guān)閉文件、從文件讀數(shù)據(jù)、向文件寫數(shù)據(jù)。這不是和前面說的成員函數(shù)的語義相背嗎？上面四個操作有個共性，都是施加于文件這個資源上的操作，可以將它們叫做“被功能”，如文件具有“被打開”的功能，具有“被讀取”的功能，但應(yīng)注意它們實際并不是文件的功能。
    按照原來的說法，應(yīng)該將文件映射為一個結(jié)構(gòu)，如FILE，然后上面的四個操作應(yīng)映射成四個函數(shù)，再利用名字空間的功能，如下：
    namespace OFILE
    {
        bool Open( FILE&, … );  bool Close( FILE&, … );
        bool Read( FILE&, … );  bool Write( FILE&, … );
    }
    上面的名字空間OFILE表示里面的四個函數(shù)都是對文件的操作，但四個函數(shù)都帶有一個FILE&的參數(shù)。回想非靜態(tài)成員函數(shù)都有個隱藏的參數(shù)this，因此，一個了不起的想法誕生了。
    將所有對某種資源的操作的集合看成是一種資源，把它映射成一個類，則這個類的對象就是對某個對象的操作，此法被稱作封裝，而那個類被稱作包裝類或封裝類。很明顯，包裝類映射的是“對某種資源的操作”，是一抽象概念，即包裝類的對象都是無狀態(tài)對象（指邏輯上應(yīng)該是無狀態(tài)對象，但如果多個操作間有聯(lián)系，則還是可能有狀態(tài)的，但此時它的語義也相應(yīng)地有些變化。如多一個CFile::Flush成員函數(shù)，用于刷新緩沖區(qū)內(nèi)容，則此時就至少有一個狀態(tài)——緩沖區(qū)，還可有一個狀態(tài)記錄是否已經(jīng)調(diào)用過CFile::Write，沒有則不用刷新）。
    現(xiàn)在應(yīng)能了解封裝的含義了。將對某種資源的操作封裝成一個類，此包裝類映射的不是世界中定義的某一“名詞性概念”，而是世界的“動詞性概念”或算法中“對某一概念的操作”這個人為定出來的抽象概念。由于包裝類是對某種資源的操作的封裝，則包裝類對象一定有個屬性指明被操作的對象，對于MFC中的CFile，就是CFile::m_hFile成員變量（類型為HANDLE），其在包裝類對象的主要運作過程（前面的CFile::Read和CFile::Write）中被讀。
    有什么好處？封裝提供了一種手段以將世界中的部分“動詞性概念”轉(zhuǎn)換成對象，使得程序的架構(gòu)更加簡單（多條“動詞性概念”變成一個“名詞性概念”，減少了“動詞性概念”的數(shù)量），更趨于面向?qū)ο蟮木幊趟枷搿?BR>    但應(yīng)區(qū)別開包裝類對象和被包裝的對象。包裝類對象只是個外殼，而被包裝的對象一定是個具有狀態(tài)的對象，因為操作就是改變資源的狀態(tài)。對于CFile，CFile的實例是包裝類對象，其保持著一個對被包裝對象——文件內(nèi)核對象（Windows操作系統(tǒng)中定義的一種資源，用HANDLE的實例表征）——的引用，放在CFile::m_hFile中。因此，包裝類對象是獨立于被包裝對象的。即CFile a;，此時a.m_hFile的值為0或-1，表示其引用的對象是無效的，因此如果a.Read( … );將失敗，因為操作施加的資源是無效的。對此，就應(yīng)先調(diào)用a.Open( … );以將a和一特定的文件內(nèi)核對象綁定起來，而調(diào)用a.Close( … );將解除綁定。注意CFile::Close調(diào)用后只是解除了綁定，并不代表a已經(jīng)被銷毀了，因為a映射的并不是文件內(nèi)核對象，而是對文件內(nèi)核對象操作的包裝類對象。
    如果仔細想想，就會發(fā)現(xiàn)，老虎能夠吃兔子，兔子能夠被吃，那這里應(yīng)該是老虎有個功能是“吃兔子”還是多個兔子的包裝類來封裝“吃兔子”的操作？這其實不存在任何問題，“老虎吃兔子”和“兔子被吃”完全是兩個不同的操作，前者涉及兩種資源，后者只涉及一種資源，因此可以同時實現(xiàn)兩者，具體應(yīng)視各自在相應(yīng)世界中的語義。如果對于真實世界，則可以簡略地說老虎有個“吃”的功能，可以吃“肉”，而動物從“肉”和“自主能動性”多重繼承，兔子再從動物繼承。這里有個類叫“自主能動性”，指動物具有意識，能夠自己動作，這在C++中的表現(xiàn)就是有成員函數(shù)的類，表示有功能可以被操作，但收音機也具有調(diào)臺等功能，難道說收音機也能自己動？！這就是世界的意義——運轉(zhuǎn)。

（本文是本人以baodi_z的網(wǎng)名原發(fā)表在CSDN的個人BLOG，原文發(fā)表于 2004年12月09日 2:09 PM ）