C++ 數(shù)據(jù)抽象

C++ 數(shù)據(jù)抽象

數(shù)據(jù)抽象是指，只向外界提供關(guān)鍵信息，并隱藏其后臺(tái)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，即只表現(xiàn)必要的信息而不呈現(xiàn)細(xì)節(jié)。

數(shù)據(jù)抽象是一種依賴于接口和實(shí)現(xiàn)分離的編程（設(shè)計(jì)）技術(shù)。

讓我們舉一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)例子，比如一臺(tái)電視機(jī)，您可以打開和關(guān)閉、切換頻道、調(diào)整音量、添加外部組件（如喇叭、錄像機(jī)、DVD 播放器），但是您不知道它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，也就是說，您并不知道它是如何通過纜線接收信號(hào)，如何轉(zhuǎn)換信號(hào)，并最終顯示在屏幕上。

因此，我們可以說電視把它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)和外部接口分離開了，您無需知道它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理，直接通過它的外部接口（比如電源按鈕、遙控器、聲量控制器）就可以操控電視。

現(xiàn)在，讓我們言歸正傳，就 C++ 編程而言，C++ 類為數(shù)據(jù)抽象提供了可能。它們向外界提供了大量用于操作對象數(shù)據(jù)的公共方法，也就是說，外界實(shí)際上并不清楚類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。

例如，您的程序可以調(diào)用 sort() 函數(shù)，而不需要知道函數(shù)中排序數(shù)據(jù)所用到的算法。實(shí)際上，函數(shù)排序的底層實(shí)現(xiàn)會(huì)因庫的版本不同而有所差異，只要接口不變，函數(shù)調(diào)用就可以照常工作。

在 C++ 中，我們使用類來定義我們自己的抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）。您可以使用類 iostream 的 cout 對象來輸出數(shù)據(jù)到標(biāo)準(zhǔn)輸出，如下所示：

#include <iostream>
using namespace std;

int main( )
{
   cout << "Hello C++" <<endl;
   return 0;
}

在這里，您不需要理解 cout 是如何在用戶的屏幕上顯示文本。您只需要知道公共接口即可，cout 的底層實(shí)現(xiàn)可以自由改變。

訪問標(biāo)簽強(qiáng)制抽象

在 C++ 中，我們使用訪問標(biāo)簽來定義類的抽象接口。一個(gè)類可以包含零個(gè)或多個(gè)訪問標(biāo)簽：

• 使用公共標(biāo)簽定義的成員都可以訪問該程序的所有部分。一個(gè)類型的數(shù)據(jù)抽象視圖是由它的公共成員來定義的。
• 使用私有標(biāo)簽定義的成員無法訪問到使用類的代碼。私有部分對使用類型的代碼隱藏了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

訪問標(biāo)簽出現(xiàn)的頻率沒有限制。每個(gè)訪問標(biāo)簽指定了緊隨其后的成員定義的訪問級(jí)別。指定的訪問級(jí)別會(huì)一直有效，直到遇到下一個(gè)訪問標(biāo)簽或者遇到類主體的關(guān)閉右括號(hào)為止。

數(shù)據(jù)抽象的好處

數(shù)據(jù)抽象有兩個(gè)重要的優(yōu)勢：

• 類的內(nèi)部受到保護(hù)，不會(huì)因無意的用戶級(jí)錯(cuò)誤導(dǎo)致對象狀態(tài)受損。
• 類實(shí)現(xiàn)可能隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化，以便應(yīng)對不斷變化的需求，或者應(yīng)對那些要求不改變用戶級(jí)代碼的錯(cuò)誤報(bào)告。

如果只在類的私有部分定義數(shù)據(jù)成員，編寫該類的作者就可以隨意更改數(shù)據(jù)。如果實(shí)現(xiàn)發(fā)生改變，則只需要檢查類的代碼，看看這個(gè)改變會(huì)導(dǎo)致哪些影響。如果數(shù)據(jù)是公有的，則任何直接訪問舊表示形式的數(shù)據(jù)成員的函數(shù)都可能受到影響。

數(shù)據(jù)抽象的實(shí)例

C++ 程序中，任何帶有公有和私有成員的類都可以作為數(shù)據(jù)抽象的實(shí)例。請看下面的實(shí)例：

#include <iostream>
using namespace std;

class Adder{
   public:
      // 構(gòu)造函數(shù)
      Adder(int i = 0)
      {
        total = i;
      }
      // 對外的接口
      void addNum(int number)
      {
          total += number;
      }
      // 對外的接口
      int getTotal()
      {
          return total;
      };
   private:
      // 對外隱藏的數(shù)據(jù)
      int total;
};
int main( )
{
   Adder a;
   
   a.addNum(10);
   a.addNum(20);
   a.addNum(30);

   cout << "Total " << a.getTotal() <<endl;
   return 0;
}

當(dāng)上面的代碼被編譯和執(zhí)行時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生下列結(jié)果：

Total 60

上面的類把數(shù)字相加，并返回總和。公有成員 addNum 和 getTotal 是對外的接口，用戶需要知道它們以便使用類。私有成員 total 是用戶不需要了解的，但又是類能正常工作所必需的。

設(shè)計(jì)策略

抽象把代碼分離為接口和實(shí)現(xiàn)。所以在設(shè)計(jì)組件時(shí)，必須保持接口獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)，這樣，如果改變底層實(shí)現(xiàn)，接口也將保持不變。

在這種情況下，不管任何程序使用接口，接口都不會(huì)受到影響，只需要將最新的實(shí)現(xiàn)重新編譯即可。