代碼封裝是為了什么 怎么封裝
時間：2018-08-14 來源：未知
很多程序員小白在剛剛踏入職場，做程序開發工作的時候，經常會被項目經理叫去喝茶。
小白，你寫的這代碼耦合太嚴重啦，簡直沒有設計可言，更不要說擴展性和靈活性，所有的功能都定義在一個類里，這樣隨著功能的增多，代碼就越來越復雜。你趕緊把代碼拆分一下，各功能進行一下代碼封裝。
1那什么是封裝呢?
封裝，在C語言編程中，大部分時候用一個函數調用(API)將一個復雜過程的細節屏蔽起來，用戶不需要了解細節，只需要調用該函數就能實現相應的行為。例如吃飯函數，將盛飯，動筷子，夾菜，張嘴，咀嚼，下咽等細節屏蔽起來，我們只需要調用吃飯函數，默認就實現了一遍這樣的流程。
面向對象思想中的封裝使用更廣泛，即一個對象類(C語言中用結構體代替)，需要隱藏用戶不需要也不應該知道的行為和屬性。用戶在訪問對象時，不需要了解被封裝的對象和屬性，就能使用該對象類，同時對象類也應該通過權限設置，禁止用戶過多地了解被封裝的對象屬性與行為。
封裝的思想都是為了讓用戶不需要了解對象過多的細節，就能直接通過API來使用對象，從而達到模塊化編程，程序員分工合作，各自負責維護自己負責模塊對象細節的作用。這個原則普遍存在于現實生活中，在軟件開發領域也始終提倡著。
2為什么要進行代碼封裝?
我們寫程序是用來解決問題的，而且要解決的是現實中的問題，所以我們需要將現實問題轉化為符號化的問題，而現實中的問題是由個體所組成的，所以我們將數據和處理數據的方法封裝起來形成一個個體，這個個體在問題里面有專門的功能，比如一張紙可以折疊，一支筆可以寫，這樣有助于我們以自身的角度進行思考分析，這就是面向對象。如果用面向過程的思路，會導致問題與程序之間的轉化不好處理，可能使解決問題出現偏差。
封裝的過程，其實就是對事物進行抽象的過程，也是對事物進行認識的過程，我們從開始到現在，封裝的層次越來越深，處理的問題也越來越復雜。因為我們需要理清復雜問題的內部規律，從而找出解決問題的辦法，而深層次的封裝使問題恢復成本來的樣子就是一種解決辦法。所以說封裝是在面對軟件復雜度增加，開發過程中遇到各種瓶頸時，為了解決這些問題而提出的，通過封裝可以達到模塊化編程，程序員分工合作，各自負責維護自己負責模塊對象細節的作用。當封裝的程度達到了一定的水平，就是面向對象的程序設計思想。
3什么是面向對象思想，和面向過程有什么不同?
所謂面向對象的思想其實就是一種在代碼編寫之上的軟件系統結構設計的思想，和語言無關，并不是C++或者JAVA 、Python等語言才有的。面向對象思想，是隨著軟件系統的復雜度越來越高，面對大規模軟件系統設計的問題，而提出的一種管理大型軟件系統設計的思想。只是在C語言出現時，計算機軟硬件系統還在起步階段，面向對象的思想尚未發展，因而C語言中缺乏面向對象相關的核心關鍵詞語法的支持。而JAVA、Python等一些1990年代之后問世的語言，受到C++語言影響以及面向對象思想的逐漸流行，在語法層面就提供了面向對象的核心關鍵詞支持，可以說在處理面向對象問題上具有先天優勢。雖然C語言不支持很多面向對象的核心關鍵詞，但是隨著Linux內核，Ffmpeg，Nginx等大規模以C語言編寫的開源軟件項目的發展與推廣，C語言遇到的軟件復雜度增加以及系統設計與系統長期維護的問題，與JAVA、C++編程遇到的復雜度問題是想通的。并且，面向對象思想也是由于開發者們在開發過程中遇到瓶頸才提出來的，這些問題，不管是用C語言編程還是JAVA編程，都會客觀存在。因而用C語言模擬JAVA等面向對象的語言，采用面向對象的思想進行系統頂層設計是很有必要的。
面向過程與面向對象的思想用途不同，沒有好壞之分。面向對象思想更傾向于程序之上的頂層設計與程序系統結構設計，然后真正要實現一個函數細節的時候，還是需要面向過程地分析細節如何實現，需要初始化哪些變量，注冊哪些結構，設置哪些寄存器等面向過程的問題。
4在C語言中實現面向對象的思想
既然面向對象是種思想，任何語言都可以實現，而且這種思想重要的幾個特性是封裝，繼承，多態。那在C語言中如何實現呢?
在正式介紹C語言實現封裝，繼承和多態事前，先介紹一下C語言中的幾個概念和語法。
4.1基本知識
(1)結構體
在C語言中，常把一個對象用結構體進行封裝，這樣便于對對象進行操作，比如：
strcut Point{
int x;
int y;
};
結構體可以嵌套。因而可以把一個結構體當成另一個結構體的成員，如：
struct Circle {
struct Point point_;
int radius;
};
該結構體與以下定義完全一樣(包括內存布置都一樣)：
struct Circle {
int x;
int y;
int radius;
};
(2)函數指針
函數指針是指針的一種，它指向函數的首地址(函數的函數名即為函數的首地址)，可以通過函數指針來調用函數。
如函數：
int func(int a[], int n);
可以這樣聲明函數指針：
int (*pFunc)(int a[], int n);
這樣使用：
pFunc = func;
(*pFunc)(a, n);【或者PFunc(a, n)】
可以用typedef定義一個函數指針類型，如：
typdef int (*FUNC)(int a[], int n)
可以這樣使用：
int cal_a(FUNC fptr, int a[], int n)
{
//實現體
}
(3)extern與static
extern和static是C語言中的兩個修飾符，extern可用于修飾函數或者變量，表示該變量或者函數在其他文件中進行了定義;static也可用于修飾函數或者變量，表示該函數或者變量只能在該文件中使用。可利用它們對數據或者函數進行隱藏或者限制訪問權限。
4.2封裝
在C語言中，可以用結構+函數指針來模擬類的實現，而用這種結構定義的變量就是對象。封裝的主要含義是隱藏內部的行為和信息，使用者只用看到對外提供的接口和公開的信息。有兩種方法實現封裝：
(1) 利用C語言語法。在頭文件中聲明，在C文件中真正定義它。
這樣可以隱藏內部信息，因為外部不知道對象所占內存的大小，所以不能靜態的創建該類的對象，只能調用類提供的創建函數才能創建。這種方法的缺陷是不支持繼承，因為子類中得不到任何關于父類的信息。如：
//頭文件：point.h
#ifndef POINT_H
#define POINT_H
struct Point;
typedef struct Point point;
point * new_point(); //newer a point object
void free_point(point *point_);// free the allocated space
#endif
//C文件:point.c
#include”point.h”
strcut Point
{
int x;
int y;
};
point * new_point()
{
point * new_point_ = (point *) malloc(sizeof(point));
return new_point_;
}
void free_point(point *point_)
{
if(point_ == NULL)
return;
free(point_);
}
(2) 把私有數據信息放在一個不透明的priv變量或者結構體中。只有類的實現代碼才知道priv或者結構體的真正定義。如:
#ifndef POINT _H
#define POINT_H
typedef struct Point point;
typedef struct pointPrivate pointPrivate;
strcut Point
{
Struct pointPrivate *pp;
};
int get_x(point *point_);
int get_y(point *point_);
point * new_point(); //newer a point object
void free_point(point *point_);// free the allocated space
#endif
//C文件:point.c
#include”point.h”
struct pointPrivate
{
int x;
int y;
}
int get_x(point *point_)
{
return point_->pp->x;
}
int get_y(point *point_)
{
return point_->pp->y;
}
//others…..
4.3繼承
在C語言中，可以利用“結構在內存中的布局與結構的聲明具有一致的順序”這一事實實現繼承。
比如我們要設計一個作圖工具，其中可能涉及到的對象有Point(點)，Circle(圓)，由于圓是由點組成的，所有可以看成Circle繼承自Point。另外，Point和Circle都需要空間申請，空間釋放等操作，所有他們有共同的基類Base。
//內存管理類new.h
#ifndef NEW_H
#define NEW_H
void * new (const void * class, ...);
void delete (void * item);
void draw (const void * self);
#endif
//內存管理類的C文件：new.c
#include “new.h”
#include “base.h”
void * new (const void * _base, ...)
{
const struct Base * base = _base;
void * p = calloc(1, base->size);
assert(p);
* (const struct Base **) p = base;
if (base ->ctor)
{
va_list ap;
va_start(ap, _base);
p = base ->ctor(p, &ap);
va_end(ap);
}
return p;
}
void delete (void * self)
{
const struct Base ** cp = self;
if (self && * cp && (* cp) —> dtor)
self = (* cp) —>dtor(self);
free(self);
}
void draw (const void * self)
{
const struct Base * const * cp = self;
assert(self &&* cp && (* cp)->draw);
(* cp) ->draw(self);
}
//基類：base.h
#ifndef BASE_H
#define BASE_H
struct Base
{
size_t size; //類所占空間
void * (* ctor) (void * self, va_list * app); //構造函數
void * (* dtor) (void * self); //析構函數
void (* draw) (const void * self); //作圖
};
#endif
//Point頭文件(對外提供的接口)：point.h
#ifndef POINT_H
#define POINT_H
extern const void * Point; /* 使用方法：new (Point, x, y); */
#endif
//Point內部頭文件(外面看不到)：point.r
#ifndef POINT_R
#define POINT_R
struct Point
{
const void * base; //繼承，基類指針，放在第一個位置，const是防止修改
int x, y; //坐標
}
#endif
//Point的C文件：point.c
#include “point.h”
#include “new.h”
#include “point.h”
#include “point.r”
static void * Point_ctor (void * _self, va_list * app)
{
struct Point * self = _self;
self ->x = va_arg(* app, int);
self ->y = va_arg(* app, int);
return self;
}
static void Point_draw (const void * _self)
{
const struct Point * self = _self;
printf(“draw (%d,%d)”, self -> x, self -> y);
}
static const struct Base _Point = {
sizeof(struct Point), Point_ctor, 0, Point_draw
};
const void * Point = & _Point;
//測試程序：main.c
#include “point.h”
#include “new.h”
int main (int argc, char ** argv)
{
void * p = new(Point, 1, 2);
draw(p);
delete(p);
}
同樣，Circle要繼承Point，則可以這樣：
struct Circle
{
const struct Point point; //放在第一位，可表繼承
int radius;
};
4.3多態
可以是用C語言中的萬能指針void* 實現多態，接上面的例子：
//測試main.c
void * p = new(Point, 1, 2);
void * pp = new(Circle, 1, 2);
draw(p); //draw函數實現了多態
draw(pp);
delete(p);
delete(pp);
C語言能夠模擬實現面向對象語言具有的特性，包括：多態，繼承，封裝等，現在很多開源軟件都了用C語言實現了這幾個特性，包括大型開源數據庫系統postgreSQL，可移植的C語言面向對象框架GObject，無線二進制運行環境BREW。采用C語言實現多態，繼承，封裝，能夠讓軟件有更好的可讀性，可擴展性。
