c++ 面向对象的类设计

类的设计在于用恰到好处的信息来完整表达一个职责清晰的概念，恰到好处的意思是不多也不少，少了，就概念就不完整；多了，就显得冗余，累赘，当然特例下，允许少许的重复，但是，这里必须要有很好的理由。冗余往往就意味着包含了过多的信息，概念的表达不够精准，好比goto，指针，多继承这些货色，就是因为其过多的内涵，才要严格限制其使用。好像，more effective c++上说的，class的成员函数，应该是在完整的情况下保持最小化。但是，这里我们的出发点，是成员数据的完整最小化。

最小化的好处是可以保持概念最大的独立性，也意味着，可以用最小的代价来实现这个概念，也意味着对应用层的代码要求越少，非侵入式？好比c++11 noexcept取代throw()，好比从多继承中分化出来接口的概念，好比不考虑多继承虚继承的普通成员函数指针。又比如，如果不要求只读字符串以0结束，那么就可以把只读字符串的任何一部分都当成是只读字符串。类的对外功能固然重要，但是，类不能做的事情，也很重要。

首先是要有清晰的概念以及这个概念要支持的最基本运算，然后在此基础上组织数据，务求成员数据的最小化。当然，概念的产生，并非拍着脑袋想出来的，是因为代码里面出现太多那种相关数据的次数，所以就有必要把这些数据打包起来，抽象成一个概念。好比说，看到stl算法函数参数到处开始结束的迭代器，就有必要把开始结束放在一起。比如说，string_view的出现，这里假设其字符存储类型为char，string_view就是连续char内存块的意思，可以这样表示

struct string_view
{
     const char* textBegin;
     size_t length; //或者 const char* textEnd
};

这里的重点是，string_view里面的两个成员字段缺一不可，但是也不必再添加别的什么其他东西。然后，在这两个数据上展开实现一系列的成员函数，这里，成员函数和成员字段这两者，有一点点鸡生蛋生鸡的纠结，因为必要成员函数的集合（原始概念的细化），成员函数决定了成员字段的表示，而成员字段定下来之后，这反过来又能够验证成员函数的必要性。不管怎么说都好，成员函数的设计，也必须遵从最小完整化的原则。再具体一点，就是说但凡一个成员函数可以通过其他成员函数来实现，就意味着这个函数应该赶出类外，作为全局函数存在。当然，这也不是死板的教条，有些很特殊的函数，也可以是成员函数，因为成员函数的使用，确实很方便。

可能会有疑惑，感觉所有的成员函数其实都可以是全局函数。或者说，我们可以对每一个成员字段都搞一对set、get的函数，那么所有的其他成员函数就可以是全局函数的形式，很容易就可以遵守最小完整化的原则。当然，这是明显偷懒，拒绝思考的恶劣行为。与其这样，还不如就开放所有的成员字段，那样子就落入c语言的套路了。所以的法论是，一个函数，这里假设是全局函数，如果它的实现必须要访问到成员字段，不能通过调用该类的成员函数（一般不是get，set）来达到目的，或者，也可以强行用其他函数来完成任务，但是很麻烦，或者要付出时间空间上的代价，那么就意味着这个函数应该是该类的成员函数。

类的设计，就是必不可少的成员字段和必不可少的成员函数，它们一起，实现了对类的原始概念的完整表达，其他什么的，都不必理会。一个类如果不好写，往往意味着这个类的功能不专一，或者其概念不完整，这时，可以不要急着抽象，如果一个类有必要诞生，那么在代码的编写中，该类的抽象概念将一再重复出现，猿猴对它的理解也越来越清晰，从而，水到渠成地把它造出来。所有非需求推动，非代码推动的，拍着脑袋，想当然的造类行为，都是在臆造抽象，脱离实际生活的艺术，最终将被淘汰。

类的设计，其着眼点在于用必要的数据来完整表达一个清晰的概念。而继承，则是对类的概念进行细化，也就是分类，好比说生物下面开出来动物、植物这两个子类，就是把生物分成动物、植物这两类，继承与日常生活的分类不太一样，继承的分类方式是开放式，根据需要，随时可以添加新的子类别。整个类的体系，是一颗严格的单根树，任何类只能有一个根类。从任何类开始，只能有一条路径回溯到最开始的根类，java、C#中就是Object，所有的类都派生自Object，这是一棵大树。单根系下，万物皆是对象，这自然很方便，起码，这就从语言层面上直接支持c++ std的垃圾any了。而由于java、C#完善的反射信息，抛弃静态类型信息，也可以做动态语言层面上的事情，而c，c++的void*，所有的动态类型信息全部都在猿猴的大脑中。java平台上生存着大把的动态语言，而且，性能都还很不错。

相对很多语言来说，c++就是怪胎就是异数，自有其自身的设计哲学，它是多根系的，它不可能也没必要搞成单根系，当然，我们可以假设一个空类，然后所有的类都默认继承自这个空类。c++的所有类组成一个森林，森林里的树都长自大地。但是不管怎么说都好，只能允许单继承，千万不要有多继承，这是底线，千万千万不能违背（当然，奇技淫巧的场合，就不必遵守这个戒条，多继承千般不是，但是不可或缺，因为它可以玩出来很多花样，并且都很实用很必要）。最起码，单根系出来的内存布局直观可预测，一定程度上跨编译器，只有良好的内存布局，才有望良好的二进制复用。另外，父类对子类一无所知，不要引用到子类一丁点的信息，要保持这种信息的单向流动性。

在这种单根系的等级分明的阶级体系下，一切死气沉沉，没有一点点的社会活力。显然，只有同属于同一父类的类别之间，才能共享那么一丁点可怜的共性。如果没有接口捣乱，将是怎样的悲剧，最好的例子，mfc，真是厉害，没有用到接口，居然可以做出来严谨满足大多数需要的gui框架，没有接口，并不表示它不需要，因为mfc开了后门，用上了更厉害的玩意----消息发送，即便如此，mfc有些地方的基类还有依赖到子类，这就很让人无语了。

c++下，类的设计绝对不对儿戏，一定要清楚自己想要的是什么，抽象出来的概念才不会变成垃圾。大而全的类，远远不如几个小而专的细类。java，C#下的类开发很方便，但是粒度过大，把一揽子的东西都丢给你，强卖强买，反正只要类一定义，必然相应的就会出现一大坨完善的反射信息，而对象里面也包含了一些无关紧要的成员字段，而对象的访问，也全部都是间接引用的访问，虽然，现在计算机性能过剩，这些都无伤大雅。c++给了开发者最大的选择，而搞c++的猿猴，基本上都智力过剩，对于每种选择，都清楚其背后的代价以及所要到达的目的，所以虽然开发时候，存在心智包袱影响开发效率，但是，但内心就不会存在什么性能包袱的负罪感。就个人而言，还是喜欢c++这种最高自由度的语言，有时候，对于内存最细致的控制，可以得到更精简的设计，这里无关运行性能，好比说，在c++中，只要内存布局一致，即便是不同类型的对象，通过强制类型转换来统一对待，进而做匪夷所思之事，好比COM里面，为了聚合复用，一个类，竟然可以针对同一个接口提供两套实现方式。这种方便，在其他强类型语言中是不支持的。

某种意义上讲，c++在面向对象上提供的语言机制，就是为了方便地生成各种内存布局，以及此内存布局上所能支持的操作，虚函数用以生成一堆成员函数指针，继承则用以方便地生成一坨成员字段，……。所以，c++的面向对象就是面向内存布局地设计，而多继承、虚继承、模板这些鬼东西很容易就导致内存布局的失控，不过，如果使用得当，却又有鬼斧神工之奇效，创造出来其他语言所没有的奇迹。真的，论动态行为艺术，任何语言在c++这个大人面前都是幼儿园里的小学生。

为了引出接口，本座花大力气做科普。这也没办法，因为类虽然是基础，但是静态面向对象的精华，全部都在接口上。只有清晰明确类的功能职责，才能理解接口的必要性以及其多样性。那么，可不可以只有接口，没有类的。可以，就好像com那样子，而代价是，使用起来，各种不方便。这个世界，从来就不存在包治百病之万能药。什么事情都能做的意思就是什么都做不好。