软件工程思想-第17部分

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序设计。就象挤掉牙膏卖牙膏皮那样，真是暴殄天物呀。
　　人们不懂拼音也会讲普通话，如果懂得拼音则会把普通话讲得更好。不懂面向对象程序设计也可以用C＋＋编程，如果懂得面向对象程序设计则会把C＋＋程序编得更好。本节讲述三个非常基础的概念：“类与对象”、“继承与组合”、“虚函数与多态”。理解这些概念，有助于提高程序的质量，特别是提高“可复用性”与“可扩充性”。

6。1。1　类与对象
　　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。所以面向对象程序设计的重点是类的设计，而不是对象的设计。
　　类可以将数据和函数封装在一起，其中函数表示了类的行为（或称服务）。类提供关键字public、protected和private用于声明哪些数据和函数是公有的、受保护的或者是私有的。这样可以达到信息隐藏的目的，即让类仅仅公开必须要让外界知道的内容，而隐藏其它一切内容（参见5。2。1节“信息隐藏”）。我们不可以滥用类的封装功能，不要把它当成火锅，什么东西都往里扔。
　　类的设计是以数据为中心，还是以行为为中心？
　　主张“以数据为中心”的那一派人关注类的内部数据结构，他们习惯上将private类型的数据写在前面，而将public类型的函数写在后面，如表8。1（a）所示。
　　主张“以行为为中心”的那一派人关注类应该提供什么样的服务和接口，他们习惯上将public类型的函数写在前面，而将private类型的数据写在后面，如表8。1（b）所示。

Class　A
｛
　　private：
　　int　　　　i；　j；
　　float　　x；　y；
　　　　…
　　public：
　　void　Func1（void）；
　　void　Func2（void）；
　　…
｝
class　A
｛
　　public：
　　void　Func1（void）；
　　void　Func2（void）；
　　…
　　private：
　　int　　　　i；　j；
　　float　　x；　y；
　　　　…
｝
表8。1（a）　以数据为中心的书写风格　　　　　　　　　　　　　表8。1（b）以行为为中心的书写风格

　　很多C＋＋教课书主张在设计类时“以数据为中心”。我坚持并且建议读者在设计类时“以行为为中心”，即首先考虑类应该提供什么样的函数。Microsoft　公司的规范的核心是接口设计，的接口就相当于类的公有函数＇Rogerson　1999＇。在程序设计方面，咱们不要怀疑Microsoft公司的风格。
　　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。因为有些程序员搞不清楚“继承”（Inheritance）、“组合”（position）、“多态”（　Polymorphism）这些概念。

6。1。2　继承与组合
　　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。示例程序如下：
class　A
　　｛
　　public：
void　　Func1（void）；
void　　Func2（void）；
｝；

　　class　B　：　public　A
　　｛
　　public：
void　　Func3（void）；
void　　Func4（void）；
｝；

//　Example
main（）
　　｛
B　　b；//　B的一个对象
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”。我们要给“继承”立一些使用规则：
　　一、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。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。
　　二、如果类B有必要使用A的功能，则要分两种情况考虑：
（1）若在逻辑上B是A的“一种”（a　kind　of　），则允许B继承A的功能。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。示例程序如下：
class　Human
　　｛
…
　　｝；
class　Man　：　public　Human
　　｛
…
　　｝；
class　Boy　：　public　Man
　　｛
…
　　｝；

（2）若在逻辑上A是B的“一部分”（a　part　of），则不允许B继承A的功能，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。示例程序如下：
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，冗长的程序
class　Head
　　｛
　　public：
void　Look（void）｛　　m_eye。Look（）；　　｝
void　Smell（void）｛　　m_nose。Smell（）；　　｝
void　Eat（void）｛　　m_mouth。Eat（）；　　｝
void　Listen（void）｛　　m_ear。Listen（）；　　｝
　　private：
Eye　　m_eye；
Nose　　m_nose；
Mouth　　m_mouth；
Ear　　m_ear；
　　｝；

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：
//　错误的设计
　　class　Head　：　public　Eye；　public　Nose；　public　Mouth；　public　Ear
　　｛
　　｝；
　　上述程序十分简短并且运行正确，但是这种设计却是错误的。很多程序员经不起“继承”的诱惑而犯下设计错误。
　　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。
　　本书3。3节讲过“运行正确”的程序不见得就是高质量的程序，此处就是一个例证。＇奇。ｃom书＇

6。1。3　虚函数与多态
　　除了继承外，C＋＋的另一个优良特性是支持多态，即允许将派生类的对象当作基类的对象使用。如果A是基类，B和C是A的派生类，多态函数Test的参数是A的指针。那么Test函数可以引用A、B、C的对象。示例程序如下：
class　A
　　｛
　　　　public：
　　void　　Func1（void）；
　　｝；

void　Test（A　*a）
　　｛
a…》Func1（）；
　　｝

class　B　：　public　A
　　｛
　　…
　　｝；
class　C　：　public　A
　　｛
　　…
　　｝；

　　//　Example
main（）
｛
　　A　　a；
　　B　　b；
　　C　　c；
　　Test（&a）；
　　Test（&b）；
　　Test（&c）；
｝；

　　以上程序看不出“多态”有什么价值，加上虚函数和抽象基类后，“多态”的威力就显示出来了。
　　C＋＋用关键字virtual来声明一个函数为虚函数，派生类的虚函数将覆盖（override）基类对应的虚函数的功能。示例程序如下：
class　A
　　｛
　　　　public：
　　virtual　void　　Func1（void）｛　coutFunc1（）；
　　｝

class　B　：　public　A
　　｛
　　　　public：
　　virtual　void　　Func1（void）｛　coutFunc（）；//　p是“野指针”，程序出错
　　｝

6。2。4　使用const
在定义一个常量时，const比　#define更加灵活。用const定义的常量含有数据类型，该常量可以参与逻辑运算。例如：
constint　LENGTH　=　100；//　LENGTH是int类型
constfloatMAX=100；//　MAX是float类型
#defineLENGTH　　100//　LENGTH　无类型
#defineMAX　100//　MAX　无类型

除了能定义常量外，const还有两个“保护”功能：
　　一、强制保护函数的参数值不发生变化
以下程序中，函数f不会改变输入参数name的值，但是函数g和h都有可能改变name的值。
void　f（String　　s）；//　pass　by　value
void　g（String　&s）；//　pass　by　referance
void　h（String　*s）；//　pass　by　pointer
main（）
　　｛
String　　name=“Dog”；
f（name）；//　name的值不会改变
g（name）；//　name的值可能改变
h（name）；//　name的值可能改变
　　｝

对于一个函数而言，如果其‘&’或‘*’类型的参数只作输入用，不作输出用，那么应当在该参数前加上const，以确保函数的代码不会改变该参数的值（如果改变了该参数的值，编译器会出现错误警告）。因此上述程序中的函数g和h应该定义成：
void　　g（const　String　&s）；
void　　h（const　String　*s）；

　　二、强制保护类的成员函数不改变任何数据成员的值
以下程序中，类stack的成员函数Count仅用于计数，为了确保Count不改变类中的任何数据成员的值，应将函数Count定义成const类型。
class　Stack
　　｛
　　public：
void　push（int　elem）；
void　pop（void）；
intCount（void）　　const；//　const类型的函数
　　private：
intnum；
intdata＇100＇；
　　｝；

int　Stack：：Count（void）　　const
　　｛
＋＋　num；//　编译错误，num值发生变化
　　pop（）；//　编译错误，pop将改变成员变量的值
　　return　num；
｝

6。2。5　其它建议
（1）不要编写一条过分复杂的语句，紧凑的C＋＋/C代码并不见到能得到高效率的机器代码，却会降低程序的可理解性，程序出错误的几率也会提高。
（2）不要编写集多种功能于一身的函数，在函数的返回值中，不要将正常值和错误标志混在一起。
（3）不要将BOOL值TRUE和FALSE对应于1和0进行编程。大多数编程语言将FALSE定义为0，任何非0值都是TRUE。Visual　C＋＋将TRUE定义为1，而Visual　Basic则将TRUE定义为…1。示例程序如下：
　　BOOLflag；
…
if（flag）｛　//　do　something　｝//　正确的用法
if（flag==TRUE）｛　//　do　something　｝//　危险的用法
if（flag==1）｛　//　do　something　｝//　危险的用法
if（！flag）｛　//　do　something　｝//　正确的用法
if（flag==FALSE）　｛　//　do　something　｝//　不合理的用法
if（flag==0）｛　//　do　something　｝//　不合理的用法

（4）小心不要将“=　=”写成“=”，编译器不会自动发现这种错误。
（5）不要将123写成0123，后者是八进制的数值。
（6）将自己经常犯的编程错误记录下来，制成表格贴在计算机旁边。

6。3　　小　结

C＋＋/C程序设计如同少林寺的武功一样博大精深，我练了8年，大概只学到二三成。所以无论什么时候，都不要觉得自己的编程水平天下第一，看到别人好的技术和风格，要虚心学习。
本章的内容少得可怜，就象口渴时只给你一颗杨梅吃，你一定不过瘾。我借花献佛，推荐一本好书：Marshall　P。　Cline著的《C＋＋　FAQs》＇Cline　1995＇。你看了后一定会赞不绝口。
　　会编写C＋＋/C程序，不要因此得意洋洋，这只是程序员基本的技能要求而已。如果把系统分析和系统设计比作“战略决策”，那么编程充其量只是“战术”。如果指挥官是个大笨蛋，士兵再勇敢也会吃败仗。所以我们程序员不要只把眼光盯在程序上，要让自己博学多才。我们应该向北京胡同里的小孩们学习，他们小小年纪就能指点江山，评论世界大事。

第七章　　测试与改错

　　编程大师说：“任何一个程序，无论它多么小，总存在着错误。”
　　　初学者不相信大师的话，他问：“如果一个程序小得只执行一个简单的功能，那会怎样？”
　　　“这样的一个程序没有意义，”大师说，“但如果这样的程序存在的话，操作系统最后将失效，产生一个错误。”
　　　但初学者不满足，他问：“如果操作系统不失效，那么会怎样？”
　　　“没有不失效的操作系统，”大师说，“但如果这样的操作系统存在的话，硬件最后将失效，产生一个错误。”
　　　初学者仍不满足，再问：“如果硬件不失效，那么会怎样？”
　　　大师长叹一声道：“没有不失效的硬件。但如果这样的硬件存在的话，用户就会想让那个程序做一件不同的事，这件事也是一个错误。”
　　　没有错误的程序世间难求。＇James　1999＇
　　　
　　　错误是一种严重的程序缺陷。测试的目的是为了发现尽可能多的缺陷，并期望通过改错来把缺陷统统消灭，以期提高软件的质量。但关于测试与改错实在没有什么高明的方法值得大书特书，也不能表现出程序员的聪明才智。相反地，它们带来了更多的牢骚与痛苦。因此在教学和开发实践中，测试与改错总是被当作万般无奈的工作踢到角落里。
　　　医生可以把他的错误埋葬在地下了事，但程序员不能。我们必须要学会测试与改错，并且把测试与改错工作做好。
　　　
7。1　对测试的理解

　　　测试的道理并不深奥，计算机专业人员都应该明白。但就是这么简单的事，计算机专业的博士们也未必都已经理解。
　　　有一天，一位比我聪明，编程比我快，学习能力比我强的计算机专业博士生恭恭敬敬地请我坐好，并且史无前例地削了苹果请我吃，为的是向我请教“软件工程”问题。你必定以为这位仁兄好学之极。非也，我和他同事三年来从未探讨过“软件工程”问题。只因为他明天要去应聘，参加面试，生怕被人问倒，就央我当晚为他恶补一把“软件工程”。他还特地问我“什么是白盒测试和黑盒测试？应该由谁来执行？”（有公司曾经这样面试应聘者）当我解释完测试的道理时，他叹了一口气说：“这些玩意儿我读大学十年来都没搞过，怎么能讲得出道理来。唉，就去碰碰运气吧。”我有“兔死狐悲”的感觉。我们这一群博士生三年来尽干些自欺欺人的事，到毕业时学问既不深也不博。个个意志消沉，老气横秋。长此以往，总有一天招聘会的大门前将贴出标语“博士与狗不得入内”。
　　　以下是关于测试的几个重要观念。

7。1。1　测试的目的
　　　测试的目的是为了发现尽可能多的缺陷。
　　　这里缺陷是一种泛称，它可以指功能的错误，也可以指性能低下，易用性差等等。测试总是先假设程序中存在缺陷，再通过执行