C++ 數據抽象

數據抽象是指，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。

數據抽象是一種依賴於介面和實現分離的編程（設計）技術。

讓我們舉一個現實生活中的真實例子，比如一臺電視機，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通過纜線接收信號，如何轉換信號，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++ 編程而言，C++ 類為數據抽象提供了可能。它們向外界提供了大量用於操作對象數據的公共方法，也就是說，外界實際上並不清楚類的內部實現。

例如，您的程式可以調用 sort() 函數，而不需要知道函數中排序數據所用到的演算法。實際上，函數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，函數調用就可以照常工作。

在 C++ 中，我們使用類來定義我們自己的抽象數據類型（ADT）。您可以使用類 iostream 的 cout 對象來輸出數據到標準輸出，如下所示：

實例

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

在這裏，您不需要理解 cout 是如何在用戶的螢幕上顯示文本。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。一個類型的數據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弧為止。

數據抽象的好處

數據抽象有兩個重要的優勢：

  • 類的內部受到保護，不會因無意的用戶級錯誤導致對象狀態受損。
  • 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用戶級代碼的錯誤報告。

如果只在類的私有部分定義數據成員，編寫該類的作者就可以隨意更改數據。如果實現發生改變，則只需要檢查類的代碼，看看這個改變會導致哪些影響。如果數據是公有的，則任何直接訪問舊表示形式的數據成員的函數都可能受到影響。

數據抽象的實例

C++ 程式中，任何帶有公有和私有成員的類都可以作為數據抽象的實例。請看下麵的實例：

實例

#include <iostream> using namespace std; class Adder{ public: // 構造函數 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: // 對外隱藏的數據 int total; }; int main( ) { Adder a; a.addNum(10); a.addNum(20); a.addNum(30); cout << "Total " << a.getTotal() <<endl; return 0; }

當上面的代碼被編譯和執行時，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 addNum 和 getTotal 是對外的介面，用戶需要知道它們以便使用類。私有成員 total 是用戶不需要瞭解的，但又是類能正常工作所必需的。

設計策略

抽象把代碼分離為介面和實現。所以在設計組件時，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。