C++ 資料抽象

C++ 資料抽象

資料抽象是指,只向外界提供關鍵資訊,並隱藏其後臺的實現細節,即只表現必要的資訊而不呈現細節。

資料抽象是一種依賴於介面和實現分離的程式設計(設計)技術。

讓我們舉一個現實生活中的真例項子,比如一臺電視機,您可以開啟和關閉、切換頻道、調整音量、新增外部元件(如喇叭、錄影機、DVD 播放器),但是您不知道它的內部實現細節,也就是說,您並不知道它是如何通過纜線接收訊號,如何轉換訊號,並最終顯示在螢幕上。

因此,我們可以說電視把它的內部實現和外部介面分離開了,您無需知道它的內部實現原理,直接通過它的外部介面(比如電源按鈕、遙控器、聲量控制器)就可以操控電視。

現在,讓我們言歸正傳,就 C++ 程式設計而言,C++ 類為資料抽象提供了可能。它們向外界提供了大量用於操作物件資料的公共方法,也就是說,外界實際上並不清楚類的內部實現。

例如,您的程式可以呼叫 sort() 函式,而不需要知道函式中排序資料所用到的演算法。實際上,函式排序的底層實現會因庫的版本不同而有所差異,只要介面不變,函式呼叫就可以照常工作。

在 C++ 中,我們使用來定義我們自己的抽象資料型別(ADT)。您可以使用類 iostreamcout 物件來輸出資料到標準輸出,如下所示:

例項

#include <iostream> using namespace std; int main( ) { cout << "Hello C++" <<endl; return 0; }

在這裡,您不需要理解 cout 是如何在使用者的螢幕上顯示文字。您只需要知道公共介面即可,cout 的底層實現可以自由改變。

訪問標籤強制抽象

在 C++ 中,我們使用訪問標籤來定義類的抽象介面。一個類可以包含零個或多個訪問標籤:

  • 使用公共標籤定義的成員都可以訪問該程式的所有部分。一個型別的資料抽象檢視是由它的公共成員來定義的。
  • 使用私有標籤定義的成員無法訪問到使用類的程式碼。私有部分對使用型別的程式碼隱藏了實現細節。

訪問標籤出現的頻率沒有限制。每個訪問標籤指定了緊隨其後的成員定義的訪問級別。指定的訪問級別會一直有效,直到遇到下一個訪問標籤或者遇到類主體的關閉右括號為止。

資料抽象的好處

資料抽象有兩個重要的優勢:

  • 類的內部受到保護,不會因無意的使用者級錯誤導致物件狀態受損。
  • 類實現可能隨著時間的推移而發生變化,以便應對不斷變化的需求,或者應對那些要求不改變使用者級程式碼的錯誤報告。

如果只在類的私有部分定義資料成員,編寫該類的作者就可以隨意更改資料。如果實現發生改變,則只需要檢查類的程式碼,看看這個改變會導致哪些影響。如果資料是公有的,則任何直接訪問舊錶示形式的資料成員的函式都可能受到影響。

資料抽象的例項

C++ 程式中,任何帶有公有和私有成員的類都可以作為資料抽象的例項。請看下面的例項:

例項

#include <iostream> using namespace std; class Adder{ public: // 建構函式 Adder(int i = 0) { total = i; } // 對外的介面 void addNum(int number) { total += number; } // 對外的介面 int getTotal() { return total; }; private: // 對外隱藏的資料 int total; }; int main( ) { Adder a; a.addNum(10); a.addNum(20); a.addNum(30); cout << "Total " << a.getTotal() <<endl; return 0; }

當上面的程式碼被編譯和執行時,它會產生下列結果:

Total 60

上面的類把數字相加,並返回總和。公有成員 addNumgetTotal 是對外的介面,使用者需要知道它們以便使用類。私有成員 total 是使用者不需要了解的,但又是類能正常工作所必需的。

設計策略

抽象把程式碼分離為介面和實現。所以在設計元件時,必須保持介面獨立於實現,這樣,如果改變底層實現,介面也將保持不變。

在這種情況下,不管任何程式使用介面,介面都不會受到影響,只需要將最新的實現重新編譯即可。