对数据类型封装和数据抽象的简单理解

　　请特别关注程序设计技术，而不是各种语言特征。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　--《C++程序设计语言》 Bjarne Stroustrup

　　本文是《C++程序设计语言》（Bjarne Stroustrup ）的第二章的读书笔记，例子来源于这本书的第二章。
　　在程序设计之中，我们倾向于将数据结构（也可以说是数据类型）以及一组对其操作的相关过程组织在一起，在逻辑上可以称将其为模块。此时程序分为一些模块，模块包括一组对数据的操作，数据隐藏于模块之中。以下以栈的设计为例，使用C和C++进行设计，简单理解模块化设计中的数据封装和数据抽象。
　　对于C 语言我们可以对栈这一数据类型进行如下简单的设计：

typedef struct Stack
{
　　int elem[MAX_SIZE];
　　int top;
} Stack;
Stack* createStack();
void destroyStack(Stack*);
void push(Stack*，int);
int pop(Stack*);

　　由于struct结构可以自由的有外界进行访问，因此可能对数据进行破坏。我们可以引入类似于win32编程使用到的句柄的设计。即：

typedef void* HStack;
HStack createStack();
void destroyStack(HStack hStack);
void push(HStack hStatck，int)
{
struct Stack* stack = (struct Stack*)hStack;
........
}
int pop(HStack hStack)
{
struct Stack* stack = (struct Stack*)hStack;
........
}

　　只有在实现该数据类型相关的操作，才知道Stack的内在结构，可以进行强制到转换。因此该模块的用户无需知道struct Stack的结构，改变struct Stack结构也不会影响到API用户的使用。

客户端代码：

void f()
{
HStack h= createStack();
push(h,2);
int i = pop(h);
destroyStack(h);
}

　　因此C语言在进行类似的数据类型封装时，通常提供的一组操作中通常包含了初始化和回收的操作，通常需要用户有意识的进行调用。这让这一数据类型有点“伪类型”的感觉，C语言的特征无法让封装的数据类型进行自动的初始化和销毁。

　　C++提供类这一用户自定义类型对数据类型封装进行支持。在进行程序设计时，通过确定需要哪些类型，为每个类型提供完整的操作。对栈的定义如下：

class Stack
{
public:
Stack(int max_size);
~Stack();
void push(int);
int push();
private:
int* m_elem;
int m_top;
int m_max_size;
};

　　构造函数Stack(int) 在建立这个类的对象时被调用，处理初始化问题。如果该类的一个对象出了其作用域，进行某些清理的时候，通过调用其析构函数。

　　像上面的Stack这种类型的定义，我们可以称为就具体类型，涉及到具体的实现。在类型不常改变，或者类型用于局部变量的情况下，这种设计方法足够解决问题。在一些情况下我们希望有抽象类型。抽象类型可以将用户与实现细节隔离，得到更好的灵活性。此时用户面向抽象类型编程，而不是面向具体类型编程。 C++可以通过类的继承和抽象类实现这一方式。如：

class Stack
{
public:
virtual void push(int) = 0;
virtual int pop(int) = 0;
};

// 使用数组实现栈
class ArrayStack : public Stack {};

// 使用链表实现栈
class ListStack : public Stack{};

// 用户面向抽象类编程：
void f(Stack& s)
{
s.push(2);
int i = s.pop();
}

　　通过定义Stack这一抽象类（在C++中可以理解为具有纯虚成员函数的类。 如：virtual void push(int) = 0;），为这一抽象类提供不同实现获得灵活性，用户面向这一抽象类编程（在C++中，通常是该类型对象的引用或者指针，才能实现多态）。