>>>>1.5.2 建立抽象

抽象化的目的是使調(diào)用者無需知道模塊的內(nèi)部細節(jié)，只需要知道模塊或函數(shù)的名字，因此將其稱為黑盒化。調(diào)用者只需要知道黑盒子的輸入和輸出，而過程的細節(jié)是隱藏的。由于建立了一個由黑盒子組成的系統(tǒng)，因此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)就被黑盒子隱藏起來了，則理解系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)就變得更容易了。

從概念的視角來看，建立抽象關(guān)注的不是如何實現(xiàn)，而是函數(shù)要做什么，過早地關(guān)注實現(xiàn)細節(jié)，將實現(xiàn)細節(jié)隱藏起來，進而幫助我們構(gòu)建更易于修改的軟件。因此，我們首先應(yīng)該選擇一個具有描述性的符合需求的名字，雖然可以選擇的名字有swapByte、swapWord和swap，但swap更簡潔更貼切。其次，可以用一句話概念性地描述swap的數(shù)據(jù)抽象——swap是實現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)交換的函數(shù)。

顯然，調(diào)用者僅需一般性地在概念層次上與實現(xiàn)者交流，因為調(diào)用者的意圖是如何使用swap()實現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)的交換，所以無需準確地知道實現(xiàn)的細節(jié)。而具體如何完成數(shù)據(jù)的交換，這是在實現(xiàn)層次進行的。由此可見，將模塊的目的與實現(xiàn)分離的抽象揭示了問題的本質(zhì)，并沒有提供解決方案。只說明需要做什么，并不會指出如何實現(xiàn)某個模塊。只要概念不變，調(diào)用者與實現(xiàn)細節(jié)的變化就徹底隔離了。當某個模塊完成編碼后，只要說明該模塊的目的和參數(shù)就可以使用它，無需知道具體的實現(xiàn)。

函數(shù)抽象對團隊項目非常重要，因為在團隊中必須使用其他成員編寫的模塊。比如，編程語言本身自帶的庫函數(shù)，由于已經(jīng)被預(yù)編譯，因此無法訪問它的源代碼。同時庫函數(shù)不一定是用C編寫的，因此只要知道其調(diào)用規(guī)范，就可以在程序中毫無顧忌地使用這個函數(shù)。實際上，在使用scanf()函數(shù)的過程中，我們考慮過scanf()是如何實現(xiàn)的嗎？無關(guān)緊要。盡管不同系統(tǒng)實現(xiàn)scanf()的方法可能不一樣，但其中的不同對于程序員來說是透明的。

>>>>1.5.3 建立接口

接口是由公開訪問的方法和數(shù)據(jù)組成的，接口描述了與模塊交互的唯一途徑。最小化的接口只包含對于接口的任務(wù)非常重要的參數(shù)，最小化的接口便于學(xué)習(xí)如何與之交互，且只需要理解少量的參數(shù)，同時易于擴展和維護，因此設(shè)計良好的接口是一項重要的技能。

>>>1. 函數(shù)調(diào)用

（1）傳值調(diào)用

如何調(diào)用swap()函數(shù)呢？實參將值從主調(diào)函數(shù)傳遞給被調(diào)函數(shù)，也許其調(diào)用形式是下面這樣的：

從黑盒視角來看，形參和其它局部變量都是函數(shù)私有的，聲明在不同函數(shù)中的同名變量是完全不同的變量，而且函數(shù)無法直接訪問其它函數(shù)中的變量，這種限制訪問保護了數(shù)據(jù)的完整性，黑盒發(fā)生了什么對主調(diào)函數(shù)是不可見的。

一個變量的有效范圍稱作它的作用域，變量的作用域指可以通過變量名稱引用變量的區(qū)域，在函數(shù)內(nèi)部聲明的變量只在該函數(shù)內(nèi)部有效。當主調(diào)函數(shù)調(diào)用子函數(shù)時，主函數(shù)內(nèi)聲明的變量在子函數(shù)內(nèi)無效，子函數(shù)內(nèi)聲明的變量也只在該子函數(shù)內(nèi)部有效。

由于傳遞給函數(shù)的是變量的替身，因此改變函數(shù)參數(shù)對原始變量沒有影響。當變量傳遞給函數(shù)時，變量的值被復(fù)制給函數(shù)參數(shù)。由此可見，通過“傳值調(diào)用”方式交換a、b的值，無法改變主調(diào)函數(shù)相應(yīng)變量的值。

（2）傳址調(diào)用

如果希望通過被調(diào)函數(shù)將更多的值傳回主調(diào)函數(shù)而改變主調(diào)函數(shù)中的變量，則使用“傳址調(diào)用”——將&a、&b作為實參傳遞給形參。其調(diào)用形式如下：

利用指針作為函數(shù)參數(shù)傳遞數(shù)據(jù)的本質(zhì)，就是在主調(diào)函數(shù)和被調(diào)函數(shù)中，通過不同的指針指向同一內(nèi)存地址訪問相同的內(nèi)存區(qū)域，即它們背后共享相同的內(nèi)存，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞和交換。

>>>2.函數(shù)原型

函數(shù)原型是C語言的一個強有力的工具，它讓編譯器捕獲在使用函數(shù)時可能出現(xiàn)的許多錯誤或疏漏。如果編譯器沒有發(fā)現(xiàn)這些問題，就很難察覺出來。函數(shù)原型包括函數(shù)返回值的類型、函數(shù)名和形參列表（參數(shù)的數(shù)量和每個參數(shù)的類型），有了這些信息，編譯器就可以檢查函數(shù)調(diào)用與函數(shù)原型是否匹配？比如，參數(shù)的數(shù)量是否正確？參數(shù)的類型是否匹配？如果類型不匹配，編譯器會將實參的類型轉(zhuǎn)換成形參的類型。

（1）函數(shù)形參

通過程序清單 1.15可以看出，其相同的處理部分是2個int類值的交換代碼，因此可以將數(shù)據(jù)交換代碼移到swap()函數(shù)的實現(xiàn)中，其可變的數(shù)據(jù)由外部傳進來的參數(shù)應(yīng)對。由于&a是指向int類型變量a的指針，&b是指向int類型變量b的指針，因此必須將p1、p2形參聲明為指向int *類型的指針變量，即必須將存儲int類型值變量的地址作為實參賦給指針形參，實參與形參才能匹配。其函數(shù)原型進化如下：

（2）返回值的類型

聲明函數(shù)時必須聲明函數(shù)的類型，帶返回值的函數(shù)類型應(yīng)該與其返回值類型相同，而沒有返回值的函數(shù)應(yīng)該聲明為void。類型聲明是函數(shù)定義的一部分，函數(shù)類型指的是返回值的類型，不是函數(shù)參數(shù)的類型。

雖然可以使用return返回值，但return只能返回一個值給主調(diào)函數(shù)。比如，如果返回值為整數(shù)，則函數(shù)返回值的類型為int。當返回值為int類型時，如果返回值為負數(shù)，則表示失敗；如果返回值為非負數(shù)，則表示成功。當返回值為bool類型時，如果返回值為false，則表示失敗，如果返回值為true，則表示成功。當返回值為指針類型時，如果返回值為NULL，則表示失敗，否則返回一個有效的指針。

如果利用指針作為參數(shù)傳遞給函數(shù)，不僅可以向函數(shù)傳入數(shù)據(jù)，而且還可以從函數(shù)返回多個值。因為函數(shù)的調(diào)用者和函數(shù)都可以使用指向同一內(nèi)存地址的指針，即使用同一塊內(nèi)存，所以使用指針作為函數(shù)參數(shù)時就是對同一數(shù)據(jù)進行讀寫操作。這樣不僅可以傳入數(shù)據(jù)，還可以通過在函數(shù)內(nèi)部修改這些數(shù)據(jù)，將函數(shù)的結(jié)果傳出給調(diào)用者。

當函數(shù)的實參是指針變量時，有時希望函數(shù)能通過指針指向別處的方式改變此變量，則需要使用指向指針的指針作為形參。

由于swap()無返回值，因此swap()返回值的類型為void，其函數(shù)原型如下：

其被解釋為swap是返回void的函數(shù)（參數(shù)是int *p1，int *p2）。

這是一個不斷迭代優(yōu)化的過程，用戶只需要知道“函數(shù)名、傳入函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)返回值的類型”，就知道如何有效地調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。

>>>3.依賴倒置原則

在面向過程編程中，通常的做法是高層模塊調(diào)用低層模塊，其目的之一就是要定義子程序?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)。當高層模塊依賴于低層模塊時，對低層模塊的改動會直接影響高層模塊，從而迫使它們依次做出修改。如果高層模塊獨立于低層模塊，則高層模塊更容易重用，這就是分層架構(gòu)設(shè)計的核心原則，即依賴倒置原則（Dependence Inversion Principle，DIP）：

● 高層模塊不應(yīng)該依賴低層模塊，兩者都應(yīng)該依賴于抽象接口；

● 抽象接口不應(yīng)該依賴于細節(jié)，細節(jié)應(yīng)該依賴抽象接口。

當在分層架構(gòu)中使用依賴倒置原則時，將會發(fā)現(xiàn)“不再存在分層”的概念了。無論是高層還是低層，它們都依賴于抽象接口，好像將整個分層架構(gòu)推平一樣。

其實從“Hello World”程序開始，我們就已經(jīng)在使用stdio.h包含的“抽象接口”了，即以后凡是用#include文件的擴展名叫.h（頭文件）。如果源代碼中要用到stdio標準輸入輸出函數(shù)時，那么就要包含這個頭文件，比如，“scanf("%d",&i);”函數(shù)，其目的是告訴編譯器要使用stdio庫。庫是一種工具的集合，這些工具是由其它程序員編寫的，用于實現(xiàn)特定的功能。盡管實現(xiàn)者無需關(guān)心用戶將如何使用庫，且不會直接開放源代碼給用戶使用，但必須給用戶提供調(diào)用函數(shù)所需要的信息。顯然只要將頭文件開放給用戶，即可讓用戶了解接口的所有細節(jié)，詳見程序清單 1.16。

程序清單1.16swap數(shù)據(jù)交換接口（swap.h）

其中，每個頭文件都指出了一個用戶可見的外部函數(shù)接口，主要包括函數(shù)名、所需的參數(shù)、參數(shù)的類型和返回結(jié)果的類型。其中，swap是庫的名字，程序清單 1.16（1~2）與（8）是幫助編譯器記錄它所讀取的接口，當寫一個接口時，必須包含#ifndef、#define和#ednif。#include行部分僅當接口本身需要其它庫時才使用，它由標準的#include行組成。程序清單 1.16（6）接口項表示庫輸出的函數(shù)的原型、常量和類型等。不管你是否理解，這些行是接口的模板文件，這就是信息隱藏。

>>>4.前/后置條件

處理信息隱藏還涉及到另一個技術(shù)，那就是使用前置條件和后置條件描述函數(shù)的行為。在編寫一個完整的函數(shù)定義時，需要描述該函數(shù)是如何執(zhí)行計算的。但在使用函數(shù)時，只需考慮該函數(shù)能做什么，無需知道是如何完成的。當不知道函數(shù)是如何實現(xiàn)時，就是在使用一種名為過程抽象的信息隱藏形式，它抽象掉的是函數(shù)如何工作的細節(jié)。計算機科學(xué)家使用“過程”表示任意指令集，因此使用術(shù)語過程抽象。過程抽象是一種強大的工具，使得我們一次只考慮一個而不是所有的函數(shù)，從而使問題求解簡單化。

為了使描述更準確，則需要遵循固定的格式，它包含兩部分信息：函數(shù)的前置條件和后置條件。前置條件就是調(diào)用該函數(shù)必須成立的條件，當函數(shù)被調(diào)用時，該語句給出要求為真的條件。除非前置條件為真，否則無法保證函數(shù)能正確執(zhí)行。在調(diào)用swap()函數(shù)時，實參必須是int類型變量的地址，這是調(diào)用者的職責。通常在函數(shù)開始處檢查是否滿足？如果不滿足，說明調(diào)用代碼有問題，拋出一個異常。

后置條件就是該操作完成后必須成立的條件，當函數(shù)調(diào)用時，如果函數(shù)是正確的，而且前置條件為真，那么該函數(shù)調(diào)用將可以執(zhí)行完成。當函數(shù)調(diào)用完成后，后置條件為真。如果不滿足后置條件，則說明業(yè)務(wù)邏輯有問題。

當滿足調(diào)用swap()函數(shù)的前置條件時，必須同時確保其結(jié)束時滿足它的后置條件，其后置條件是被調(diào)函數(shù)將返回值傳回主調(diào)函數(shù)，改變主調(diào)函數(shù)中變量的值。

前后置條件不只是概括地描述函數(shù)的行為，聲明這些條件應(yīng)該是設(shè)計任何函數(shù)的第一步。在開始考慮某個函數(shù)的算法和代碼之前，應(yīng)該寫出該函數(shù)的原型，其中包括函數(shù)的返回類型、名稱和參數(shù)列表，最后緊跟一個分號。直接來自于用戶的輸入不能作為前置條件，通常前/后置條件都可以轉(zhuǎn)化為assert語句。編寫函數(shù)原型時，應(yīng)該以注釋的形式描述該函數(shù)的前置條件和后置條件。

事實上，前置條件和后置條件在使用函數(shù)的程序員和編寫函數(shù)的程序員之間形成了一個契約，也就是為什么需要這個函數(shù)？接口通過前置條件和后置條件以契約的形式表達需求，承諾在滿足前置條件時開始，按照程序的流程運行，系統(tǒng)就能到達后置條件。

雖然注釋是一種很好的溝通形式，但在代碼可以傳遞意圖的地方不要寫注釋。因為代碼解釋做了什么，再注釋也沒有什么用處，相反注釋要說明為什么會這樣寫代碼？

>>>5. 開閉原則

接口僅需指明用戶調(diào)用程序可能調(diào)用的標識符，應(yīng)盡可能地將算法以及一些與具體的實現(xiàn)細節(jié)無關(guān)的信息隱藏起來，這樣用戶在調(diào)用程序時也就不必依賴特定的實現(xiàn)細節(jié)了。當接口一旦發(fā)布后，也就不能改變了，因為改變接口勢必引起用戶程序的改變。如果此前定義的接口滿足不了需求，怎么辦？只能擴展新的接口，但不能修改或廢除原有的接口，這就是“對修改關(guān)閉，對擴展開放”的開閉原則（Open-Closed Princple，OCP）。顯然，依賴倒置原則更加精確的定義就是面向接口的編程，它是實現(xiàn)開閉原則的重要途徑。如果DIP依賴倒置原則沒有實現(xiàn)，就別想實現(xiàn)對擴展開放，對修改關(guān)閉。