C++ 資料抽象


資料抽像是指,只向外界提供關鍵訊息,並隱藏其後台的實作細節,也就是只表現必要的資訊而不呈現細節。

資料抽象化是一種依賴介面和實作分離的程式設計(設計)技術​​。

讓我們舉一個現實生活中的真實例子,例如一台電視機,您可以打開和關閉、切換頻道、調整音量、添加外部組件(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透過纜線接收訊號,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作和外部介面分開了,您無需知道它的內部實作原理,直接通過它的外部介面(例如電源按鈕、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++ 類別為資料抽象化提供了可能。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別的內部實作。

例如,您的程式可以呼叫 sort() 函數,而不需要知道函數中排序資料所用到的演算法。實際上,函數排序的底層實作會因函式庫的版本不同而有所差異,只要介面不變,函數呼叫就可以照常運作。

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

#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 的底層實作可以自由改變。

存取標籤強制抽象

在 C++ 中,我們使用存取標籤來定義類別的抽象介面。一個類別可以包含零個或多個存取標籤:

  • 使用公共標籤定義的成員都可以存取程式的所有部分。一個類型的資料抽象視圖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存取到使用類別的程式碼。私有部分對使用類型的程式碼隱藏了實作細節。

存取標籤出現的頻率沒有限制。每個存取標籤指定了緊接其後的成員定義的存取等級。指定的存取等級會一直有效,直到遇到下一個存取標籤或遇到類別主體的關閉右括號為止。

資料抽象的好處

資料抽像有兩個重要的優點:

  • 類別的內部受到保護,不會因為無意的使用者層級錯誤導致物件狀態受損。

  • 類別實作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,或應對那些要求不改變使用者層級程式碼的錯誤報告。

如果只在類別的私有部分定義資料成員,編寫該類別的作者就可以隨意更改資料。如果實作發生改變,則只需要檢查類別的程式碼,看看這個改變會導致哪些影響。如果資料是公有的,則任何直接存取舊表示形式的資料成員的函數都可能受到影響。

資料抽象的實例

C++ 程式中,任何有公有和私有成員的類別都可以作為資料抽象的實例。請看下面的實例:

#include <iostream>
using namespace std;

class Adder{
   public:
      // 构造函数
      Adder(int i = 0)
      {
        total = i;
      }
      // 对外的接口
      void addNum(int number)
      {
          total += number;
      }
      // 对外的接口
      int getTotal()
      {
          return total;
      };
   private:
      // 对外隐藏的数据
      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

上面的類別把數字相加,並傳回總和。公有成員 addNumgetTotal 是對外的接口,使用者需要知道它們以便使用類別。私有成員 total 是使用者不需要了解的,但又是類別能正常運作所必需的。

設計策略

抽象化把程式碼分開為介面和實作。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,介面也會保持不變。

在這種情況下,不管任何程式使用接口,接口都不會受到影響,只需要將最新的實作重新編譯即可。