會用C++的程序員一定懂得面向對象程序設計嗎？不會用C++的程序員一定不懂得面向對象程序設計嗎？兩者都未必。就象壞蛋入黨后未必能成為好人，好人不入黨未必變成壞蛋那樣。

我不怕觸犯眾怒地說句大話：“C++沒有高手，C 語言才有高手。”在用C 和C++編程8年之后，我深深地遺憾自己不是C 語言的高手，更遺憾沒有人點撥我如何進行面向對象程序設計。我和很多C++程序員一樣，在享用到C++語法的好處時便以為自己已經明白了面向對象程序設計。就象擠掉牙膏賣牙膏皮那樣，真是暴殄天物呀。

人們不懂拼音也會講普通話，如果懂得拼音則會把普通話講得更好。不懂面向對象程序設計也可以用C++編程，如果懂得面向對象程序設計則會把C++程序編得更好。本節講述三個非常基礎的概念：“類與對象”、“繼承與組合”、“虛函數與多態”。理解這些概念，有助于提高程序的質量，特別是提高“可復用性”與“可擴充性”。

一、類與對象

對象（Object）是類（Class）的一個實例（Instance）。如果將對象比作房子，那么類就是房子的設計圖紙。所以面向對象程序設計的重點是類的設計，而不是對象的設計。類可以將數據和函數封裝在一起，其中函數表示了類的行為（或稱服務）。類提供關鍵字public、protected 和private 用于聲明哪些數據和函數是公有的、受保護的或者是私有的。

這樣可以達到信息隱藏的目的，即讓類僅僅公開必須要讓外界知道的內容，而隱藏其它一切內容。我們不可以濫用類的封裝功能，不要把它當成火鍋，什么東西都往里扔。

類的設計是以數據為中心，還是以行為為中心？

主張“以數據為中心”的那一派人關注類的內部數據結構，他們習慣上將private 類型的數據寫在前面，而將public 類型的函數寫在后面，如表8.1(a)所示。

主張“以行為為中心”的那一派人關注類應該提供什么樣的服務和接口，他們習慣上將public 類型的函數寫在前面，而將private 類型的數據寫在后面，如表8.1(b)所示。

很多C++教課書主張在設計類時“以數據為中心”。我堅持并且建議讀者在設計類時“以行為為中心”，即首先考慮類應該提供什么樣的函數。Microsoft 公司的COM 規范的核心是接口設計，COM 的接口就相當于類的公有函數[Rogerson 1999]。在程序設計方面，咱們不要懷疑Microsoft 公司的風格。

設計孤立的類是比較容易的，難的是正確設計基類及其派生類。因為有些程序員搞不清楚“繼承”（Inheritance）、“組合”（Composition）、“多態”（ Polymorphism）這些概念。

二、繼承與組合

如果A 是基類，B 是A 的派生類，那么B 將繼承A 的數據和函數。示例程序如下：

class A  
{  
public:  
void Func1(void);  
void Func2(void);  
};  
class B : public A  
{  
public:  
void Func3(void);  
void Func4(void);  
};  
// Example  
main()  
{  
B b; // B的一個對象  
b.Func1(); // B 從A 繼承了函數Func1  
b.Func2(); // B 從A 繼承了函數Func2  
b.Func3();  
b.Func4();  
} 

這個簡單的示例程序說明了一個事實：C++的“繼承”特性可以提高程序的可復用性。正因為“繼承”太有用、太容易用，才要防止亂用“繼承”。我們要給“繼承”立一些使用規則：

一、如果類A 和類B 毫不相關，不可以為了使B 的功能更多些而讓B 繼承A 的功能。

不要覺得“不吃白不吃”，讓一個好端端的健壯青年無緣無故地吃人參補身體。

二、如果類B 有必要使用A 的功能，則要分兩種情況考慮：

（1）若在邏輯上B 是A 的“一種”（a kind of ），則允許B 繼承A 的功能。如男人（Man）是人（Human）的一種，男孩（Boy）是男人的一種。那么類Man 可以從類Human 派生，類Boy 可以從類Man 派生。示例程序如下：

class Human  
{  
…  
};  
class Man : public Human  
{  
…  
};  
class Boy : public Man  
{  
…  
}; 

（2）若在邏輯上A 是B 的“一部分”（a part of），則不允許B 繼承A 的功能，而是要用A和其它東西組合出B。例如眼（Eye）、鼻（Nose）、口（Mouth）、耳（Ear）是頭（Head）的一部分，所以類Head 應該由類Eye、Nose、Mouth、Ear 組合而成，不是派生而成。示例程序如下：

class Eye  
{  
public:  
void Look(void);  
};  
class Nose  
{  
public:  
void Smell(void);  
};  
class Mouth  
{  
public:  
void Eat(void);  
};  
class Ear  
{  
public:  
void Listen(void);  
};  
// 正確的設計，冗長的程序  
class Head  
{  
public:  
void Look(void) { m_eye.Look(); }  
void Smell(void) { m_nose.Smell(); }  
void Eat(void) { m_mouth.Eat(); }  
void Listen(void) { m_ear.Listen(); }  
private:  
Eye m_eye;  
Nose m_nose;  
Mouth m_mouth;  
Ear m_ear;  
}; 

如果允許Head 從Eye、Nose、Mouth、Ear 派生而成，那么Head 將自動具有Look、Smell、Eat、Listen 這些功能：

// 錯誤的設計  
class Head : public Eye, public Nose, public Mouth, public Ear  
{  
}; 

上述程序十分簡短并且運行正確，但是這種設計卻是錯誤的。很多程序員經不起“繼承”的誘惑而犯下設計錯誤。

一只公雞使勁地追打一只剛下了蛋的母雞，你知道為什么嗎？

因為母雞下了鴨蛋。

本書3.3 節講過“運行正確”的程序不見得就是高質量的程序，此處就是一個例證。

三、 虛函數與多態

除了繼承外，C++的另一個優良特性是支持多態，即允許將派生類的對象當作基類的對象使用。如果A 是基類，B 和C 是A 的派生類，多態函數Test 的參數是A 的 指針。那么Test 函數可以引用A、B、C 的對象。示例程序如下：

class A  
{  
public:  
void Func1(void);  
};  
void Test(A *a)  
{  
a->Func1();  
}  
class B : public A  
{  
…  
};  
class C : public A  
{  
…  
};  
// Example  
main()  
{  
A a;  
B b;  
C c;  
Test(&a);  
Test(&b);  
Test(&c);  
}; 

以上程序看不出“多態”有什么價值，加上虛函數和抽象基類后，“多態”的威力就顯示出來了。

C++用關鍵字virtual 來聲明一個函數為虛函數，派生類的虛函數將（override）基類對應的虛函數的功能。示例程序如下：

class A  
{  
public:  
virtual void Func1(void){ cout<< “This is A::Func1 \n”}  
};  
void Test(A *a)  
{  
a->Func1();  
}  
class B : public A  
{  
public:  
virtual void Func1(void){ cout<< “This is B::Func1 \n”}  
};  
class C : public A  
{  
public:  
virtual void Func1(void){ cout<< “This is C::Func1 \n”}  
};  
// Example  
main()  
{  
A a;  
B b;  
C c;  
Test(&a); // 輸出This is A::Func1  
Test(&b); // 輸出This is B::Func1  
Test(&c); // 輸出This is C::Func1  
}; 

如果基類A 定義如下：

class A  
{  
public:  
virtual void Func1(void)=0;  
}; 

那么函數Func1 叫作純虛函數，含有純虛函數的類叫作抽象基類。抽象基類只管定義純虛函數的形式，具體的功能由派生類實現。

結合“抽象基類”和“多態”有如下突出優點：

（1）應用程序不必為每一個派生類編寫功能調用，只需要對抽象基類進行處理即可。這一
招叫“以不變應萬變”，可以大大提高程序的可復用性（這是接口設計的復用，而不是代碼實現的復用）。

（2）派生類的功能可以被基類指針引用，這叫向后兼容，可以提高程序的可擴充性和可維護性。以前寫的程序可以被將來寫的程序調用不足為奇，但是將來寫的程序可以被以前寫的程序調用那可了不起 。