C++面向對象編程原則及人類示例

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標題: C++面向對象編程原則及人類示例
作者: 葉飛虎
日期: 2017.10.12
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1. 概述
   在 C++ 面向對象編程中，有很多開發人員無法把控類，以及應該如何編寫。在編寫類時
有幾個原則必須遵循，這樣可以使類擁有健壯性及可用性。人類示例 TPerson 描述了類的
生命力，以及類的屬性、行爲和事件。

   面向對象編程的二個基本特徵：封裝和繼承。
   封裝的目的是爲了信息隱藏，並保證類數據成員的私有性和一致性，同時數據成員之間
是強耦合，而類與類之間應該弱耦合。

   繼承的目的是爲了擴充類的多樣性，多繼承和多態都是繼承的擴展方式，而繼承會增加
類與類之間的耦合性。


2. 面向對象編程的遵循原則
   a. 類的數據成員儘量放在 private 中，若要開放信息可以通過 public 屬性方法操作。
   b. 類屬性方法分爲: 讀取屬性和設置屬性，讀取屬性方法名直接用屬性名無需添加前綴，
      而設置屬性方法前面必須添加前綴 "Set" 並後跟屬性名。
   c. 類提供的 public 方法必須具有完備性，如："Add" 則有 "Delete"，"Begin" 則有
      "End"，"Open" 則有 "Close"，"Start" 則有 "Stop" 等等。
   d. 類的 public 方法必須具有防禦能力，保證類成員數據安全，類就像一個封閉的城池，
      public 方法就像城門，爲了保證城池安全必須在城門有檢查，只有這樣才能使城池
      內事物免受破壞。
   e. 類少用繼承而多用聚合，通過聚合的方式封裝在新的類中，讓聚合的成員之間通過行
      爲和事件進行關聯，並形成成員間的強耦合。若要繼承最好使用單類繼承，而且單類
      繼承也能夠解決多類繼承問題，即通過聚合新類並繼承即可。
   f. 若類內部存在主動向外發起動作時，應該設置事件，並通過事件方式來解決未來問題。
      對象事件就是一個開放的接口，能夠綁定相同類型參數和返回值的對象方法，因爲無
      需知道方法所屬類就可以調用對象方法，具體使用可參見 TPerson 類。


3. 示例代碼, 請參見 "Person.cpp"

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// Unit   : 面向對象編程的人類示例
// Version: 1.0.0.0 (build 2017.10.12)
// Author : 葉飛虎
// Email  : kyee_ye(at)126.com
// Copyright (C) Kyee workroom
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/* TPerson - 人類 */

class TPerson
{
public:
   // 人的存在狀態
   enum TState   {psNothing,           // 虛無
                  psEnding,            // 正在消亡
                  psComing,            // 正在孕育
                  psLiving};           // 活着

   // 性別
   enum TSex     {sexUnknown,          // 未知
                  sexFemale,           // 女性
                  sexMale,             // 男性
                  sexNeuter,           // 中性
                  sexF2Male,           // 女變性男
                  sexM2Female};        // 男變性女

   // 其他類別
   // ??? ... ...

public:
   // OnSound 事件
   typedef void (TObject::*TDoSound)(void* Sender, const TAudio& ASound);
   typedef struct
   {
      TDoSound    Method;
      void*       Object;
   } TOnSound;

   // OnView 事件
   typedef void (TObject::*TDoView)(void* Sender, const TAction& AView);
   typedef struct
   {
      TDoView     Method;
      void*       Object;
   } TOnView;

   // 其他事件
   // ??? ... ...

public:
   TPerson();
   virtual ~TPerson();

   // 屬性
   TState         State() const        { return FState; }
   bool           Living() const       { return FState == psLiving; }
   TDateTime      Birthday() const     { return FBirthday; }
   TDateTime      Deathday() const     { return FDeathday; }

   THeadInfo      HeadInfo();                            // 如: 頭髮、五官信息等等
   TBodyInfo      BodyInfo();                            // 如: 三圍信息等等
   TLimbInfo      LimbInfo();                            // 如: 上、下肢信息等等
   // ??? ... ...

   bool           CanProcreate() const                   // 是否能生育只是從性別上判斷
                  { return (FSex == sexFemale) || (FSex == sexMale); }
   TSex           Sex() const          { return FSex; }  // 性別
   KYString       Name() const         { return FSocialInfo.Name(); }
   KYString       CertID() const       { return FSocialInfo.CertID(); }
   TSocialInfo&   SocialInfo()         { return FSocialInfo; }
   // ??? ... ...

   TPerson*       Father() const       { return FFather; }
   TPerson*       Mother() const       { return FMother; }

   long           MateCount() const    { return FMates.Count(); }
   TPerson*       Mate(long AIndex) const
                  { return (TPerson*)FMates[AIndex]; }

   long           ChildCount() const   { return FChildren.Count(); }
   TPerson*       Child(long AIndex) const
                  { return (TPerson*)FChildren[AIndex]; }

   // 設置屬性
   bool           SetName(const KYString& AName)         // 設置姓名
                  { return FSocialInfo.SetName(AName); }
   bool           SetCertID(const KYString& ACertID)     // 設置身份標識
                  { return FSocialInfo.SetCertID(ACertID); }
   // ??? ... ...

   // 設置事件
   bool           SetOnSound(void* AObject, TDoSound ADoSound);
   bool           SetOnView(void* AObject, TDoView ADoView);
   // ??? ... ...

   // 生命的開始/結束
   bool           Begin(TPerson* AFather, TPerson* AMother);
   void           End(bool ANeedWait);

   // 呼吸/喝/喫
   void           Breathe(const TGas& AGas);
   void           Drink(const TLiquid& ALiquid);
   void           Eat(const TSolid& ASolid);
   // ??? ... ...

   // 聽到聲音/看到景象/軀體感受外部信息..
   void           Listen(void* Sender, const TAudio& ASound);
   void           See(void* Sender, const TAction& AView);
   // ??? ... ...

   // 結婚/生子
   void           Marry(TPerson* AMate);
   TPerson*       MakeChild(TPerson* AMate);

   // 其他方法
   // ??? ... ...

protected:
   // 狀態鎖
   void           Lock() const         { FLock.Enter(); }
   void           Unlock() const       { FLock.Leave(); }

   // 狀態引用計數增/減 1
   bool           IncRefCount();
   void           DecRefCount()        { InterlockedDecrement(&FRefCount); }

   // 對象次數增/減 1
   long           IncObjTimes()        { return InterlockedIncrement(&FObjTimes); }
   long           DecObjTimes()        { return InterlockedDecrement(&FObjTimes); }

   // 發出聲音/產生外觀活動/產生性別
   void           DoSound(const TAudio& ASound);
   void           DoView(const TAction& AView);
   void           DoSex(TSex ASex);
   // ??? ... ...

private:
   // 執行初始化/釋放相關對象
   bool           DoInitObjs();
   void           DoFreeObjs();

   // 執行開始/結束
   bool           DoBegin(TPerson* AFather, TPerson* AMother);
   void           DoEnd();

   // ??? ... ...

private:
   TKYCritSect    FLock;               // 狀態鎖
   TState         FState;              // 當前狀態
   long           FRefCount;           // 狀態引用計數
   long           FObjTimes;           // 對象引用次數
   TDateTime      FBirthday;           // 對象出生時間
   TDateTime      FDeathday;           // 對象消亡時間

   // 對象的內在實體對象: 內在對象之間強耦合, 並通過血管和神經元關聯, 而 DNA 直
   //                     接控制實體對象的變化, 產生物種的相似性和多樣性。
   // 注: 當對象消亡時, 其內在實體對象也隨之消亡
   TDNA*          FDNA;                // DNA 對象
   THead*         FHead;               // 頭對象
   TBody*         FBody;               // 軀體對象
   TLimb*         FLimb;               // 肢體對象
   // ??? ... ...

   // 對象社會特徵
   TSex           FSex;                // 性別
   TSocialInfo    FSocialInfo;         // 如: 身份證號、姓名、籍貫等等
   // ??? ... ...

   // 對象關係
   TPerson*       FFather;             // 父親
   TPerson*       FMother;             // 母親

   TKYList        FMates;              // 配偶列表
   TKYList        FChildren;           // 孩子列表

   // 事件
   TOnSound       FOnSound;            // 發出聲音事件, 如: 說話、鼓掌等等
   TOnView        FOnView;             // 行爲展示事件, 如: 跳舞等等
   // ??? ... ...

public:
   // 對象引用計數增/減 1(注: APerson 對象必須存在)
   static long    _IncRefPerson(TPerson* APerson)
                  { return APerson->IncObjTimes(); }
   static void    _DecRefPerson(TPerson* APerson)
                  { if (APerson->DecObjTimes() == 0) delete APerson; }
};

// ---------------- 構造函數和析構函數 ----------------
// 構造函數
TPerson::TPerson() : FMates(true), FChildren(true)
{
   // 初始化
   FState         = psNothing;
   FRefCount      = 0;
   FObjTimes      = 1;
   FBirthday      = 0;
   FDeathday      = 0;

   FDNA           = NULL;
   FHead          = NULL;
   FBody          = NULL;
   FLimb          = NULL;
   // ??? ... ...

   FSex           = sexUnknown;
   // ??? ... ...

   FFather        = NULL;
   FMother        = NULL;

   FOnSound.Method= NULL;
   FOnSound.Object= NULL;
   FOnView.Method = NULL;
   FOnView.Object = NULL;

   // 創建對象
   // ??? ... ...
}

// 析構函數
TPerson::~TPerson()
{
   // 生命結束
   End(true);

   // 釋放對象
   // ??? ... ...
}

// ---------------- 私有函數 ----------------
// 執行初始化相關對象
bool TPerson::DoInitObjs()
{
   // 初始化
   bool result = false;

   // 創建 DNA 對象
   FDNA  = new TDNA(this);
   if (FDNA != NULL)
   {
      // 創建對象列表
      FHead = new THead(this, FDNA);
      FBody = new TBody(this, FDNA);
      FLimb = new TLimb(this, FDNA);

      // 判斷是否創建成功
      if ((FHead != NULL) && (FBody != NULL) && (FLimb != NULL))
      {
         // 連接各個對象之間的血管及神經元, 神經中樞在頭部對象中
         // ??? ... ...

         // 設置 FHead 對象事件
         FHead->SetOnSound(&TPerson::DoSound);
         FHead->SetOnView(&TPerson::DoView);
         // ??? ... ...

         // 設置 FBody 對象事件
         FBody->SetOnSound(&TPerson::DoSound);
         FBody->SetOnView(&TPerson::DoView);
         FBody->SetOnSex(&TPerson::DoSex);
         // ??? ... ...

         // 設置 FLimb 對象事件
         FLimb->SetOnSound(&TPerson::DoSound);
         FLimb->SetOnView(&TPerson::DoView);
         // ??? ... ...

         // 成功
         result = true;
      }
      else
      {
         FreeAndNil(FHead);
         FreeAndNil(FBody);
         FreeAndNil(FLimb);
         FreeAndNil(FDNA);
      }
   }

   // 返回結果
   return result;
}

// 執行釋放相關對象
void TPerson::DoFreeObjs()
{
   FreeAndNil(FHead);
   FreeAndNil(FBody);
   FreeAndNil(FLimb);
   FreeAndNil(FDNA);
}

// 執行開始
bool TPerson::DoBegin(TPerson* AFather, TPerson* AMother)
{
   // 初始化
   bool result = false;

   // 生命只有一次
   if ((FMother == NULL) && (AFather != NULL) && (AMother != NULL)
                         && (AFather != this) && (AFather != AMother)
                         && (AMother != this) && AFather->IncRefCount())
   {
      if (AMother->IncRefCount())
      {
         // 能否可以生育
         if (AFather->CanProcreate() && AMother->CanProcreate()
                                     && (AFather->FSex == sexMale)
                                     && (AMother->FSex == sexFemale)
                                     && DoInitObjs())
         {
            // 父母對象
            FFather = AFather;
            FMother = AMother;

            // DNA 繼承自父母, 並孕育生命
            if (FDNA->Inherit(FFather->FDNA, FMother->FDNA) && DoGestate())
            {
               FBirthday = Now();
               result    = true;
            }
            else
               DoFreeObjs();
         }

         // 引用計數減 1
         AMother->DecRefCount();
      }

      // 引用計數減 1
      AFather->DecRefCount();
   }

   // 返回結果
   return result;
}

// 執行結束
void TPerson::DoEnd()
{
   // 通知內在實體對象衰竭
   FHead->Crash();
   FBody->Crash();
   FLimb->Crash();
   // ??? ... ...

   // 等待引用計數爲 0
   while (FRefCount > 0)
      Sleep(8);

   // 消亡時間
   FDeathday = Now();

   // 內在實體對象結束
   FHead->End();
   FBody->End();
   FLimb->End();
   FDNA->End();
   // ??? ... ...

   // 執行釋放相關對象
   DoFreeObjs();
}

// ---------------- 保護函數 ----------------
// 引用計數加 1
bool TPerson::IncRefCount()
{
   // 初始化
   bool result = false;

   // 引用計數加 1
   InterlockedIncrement(&FRefCount);
   if (FState == psLiving)
      result = true;
   else
      InterlockedDecrement(&FRefCount);

   // 返回結果
   return result;
}

// 發出聲音
void TPerson::DoSound(const TAudio& ASound)
{
   // 初始化
   TOnSound OnSound;
   OnSound.Method = NULL;

   // 取事件
   Lock();
   if (FState == psLiving)
      OnSound = FOnSound;
   Unlock();

   // 激發 OnSound 事件
   if (OnSound.Method != NULL)
      ((TObject*)OnSound.Object->*OnSound.Method)(this, ASound);
}

// 產生外觀活動
void TPerson::DoView(const TAction& AView)
{
   // 初始化
   TOnView OnView;
   OnView.Method = NULL;

   // 取事件
   Lock();
   if (FState == psLiving)
      OnView = FOnView;
   Unlock();

   // 激發 OnView 事件
   if (OnView.Method != NULL)
      ((TObject*)OnView.Object->*OnView.Method)(this, AView);
}

// 產生性別
void TPerson::DoSex(TSex ASex)
{
   FSex = ASex;
}

// ---------------- 公有函數 ----------------
// 如: 頭髮、五官信息等等
THeadInfo TPerson::HeadInfo()
{
   // 初始化
   THeadInfo result;

   // 引用計數加 1
   if (IncRefCount())
   {
      // 取頭部信息
      result = FHead->Info();

      // 引用計數減 1
      DecRefCount();
   }

   // 返回結果
   return result;
}

// 如: 三圍信息等等
TBodyInfo TPerson::BodyInfo()
{
   // 初始化
   TBodyInfo result;

   // 引用計數加 1
   if (IncRefCount())
   {
      // 取軀體信息
      result = FBody->Info();

      // 引用計數減 1
      DecRefCount();
   }

   // 返回結果
   return result;
}

// 如: 上、下肢信息等等
TLimbInfo TPerson::LimbInfo()
{
   // 初始化
   TLimbInfo result;

   // 引用計數加 1
   if (IncRefCount())
   {
      // 取肢體信息
      result = FLimb->Info();

      // 引用計數減 1
      DecRefCount();
   }

   // 返回結果
   return result;
}

// 設置 OnSound 事件
bool TPerson::SetOnSound(void* AObject, TDoSound ADoSound)
{
   // 初始化
   bool result = false;

   // 判斷狀態
   Lock();
   if (FState == psLiving)
   {
      FOnSound.Object = AObject;
      FOnSound.Method = ADoSound;
      result          = true;
   }
   Unlock();

   // 返回結果
   return result;
}

// 設置 OnView 事件
bool TPerson::SetOnView(void* AObject, TDoView ADoView)
{
   // 初始化
   bool result = false;

   // 判斷狀態
   Lock();
   if (FState == psLiving)
   {
      FOnView.Object = AObject;
      FOnView.Method = ADoView;
      result         = true;
   }
   Unlock();

   // 返回結果
   return result;
}

// 生命的開始
bool TPerson::Begin(TPerson* AFather, TPerson* AMother)
{
   // 初始化
   bool result   = false;
   bool boolNext = false;

   // 更改狀態
   Lock();
   if (FState == psNothing)
   {
      boolNext = true;
      FState   = psComing;
   }
   Unlock();

   // 判斷是否繼續
   if (boolNext)
   {
      // 執行開始
      result   = DoBegin(AFather, AMother);
      boolNext = false;

      // 更改狀態
      Lock();
      if (FState != psComing)
         boolNext = true;
      else if (result)
         FState   = psLiving;
      else
         FState   = psNothing;
      Unlock();

      // 判斷是否需要結束
      if (boolNext)
      {
         // 執行結束
         if (result)
         {
            DoEnd();
            result = false;
         }

         // 更改狀態(不需要加鎖)
         FState = psNothing;
      }
   }

   // 返回結果
   return result;
}

// 生命的結束
void TPerson::End(bool ANeedWait)
{
   // 初始化
   bool boolNext = false;
   bool boolWait = false;

   // 更改狀態
   Lock();
   if (FState == psLiving)
   {
      FState   = psEnding;
      boolNext = true;
   }
   else if (FState == psComing)
   {
      FState   = psEnding;
      boolWait = true;
   }
   else if (FState == psEnding)
      boolWait = ANeedWait;
   Unlock();

   // 判斷是否繼續
   if (boolNext)
   {
      // 執行結束
      DoEnd();

      // 更改狀態(不需要加鎖)
      FState = psNothing;
   }
   else if (boolWait)   // 等待 End 結束
      while (FState == psEnding)
         Sleep(8);
}

// 呼吸
void TPerson::Breathe(const TGas& AGas)
{
   // 引用計數加 1
   if (IncRefCount())
   {
      // 氣體進入身體
      // ??? ... ...

      // 引用計數減 1
      DecRefCount();
   }
}

// 喝
void TPerson::Drink(const TLiquid& ALiquid)
{
   // 引用計數加 1
   if (IncRefCount())
   {
      // 液體進入身體
      // ??? ... ...

      // 引用計數減 1
      DecRefCount();
   }
}

// 喫
void TPerson::Eat(const TSolid& ASolid)
{
   // 引用計數加 1
   if (IncRefCount())
   {
      // 固體進入身體
      // ??? ... ...

      // 引用計數減 1
      DecRefCount();
   }
}

// 聽到聲音
void TPerson::Listen(void* Sender, const TAudio& ASound)
{
   // 引用計數加 1
   if (IncRefCount())
   {
      // 大腦去分析聲音
      FHead->AnalyzeSound(Sender, ASound);

      // 引用計數減 1
      DecRefCount();
   }
}

// 看到景象
void TPerson::See(void* Sender, const TAction& AView)
{
   // 引用計數加 1
   if (IncRefCount())
   {
      // 大腦去分析景象
      FHead->AnalyzeView(Sender, AView);

      // 引用計數減 1
      DecRefCount();
   }
}

// 結婚
void TPerson::Marry(TPerson* AMate)
{
   // 引用計數加 1
   if ((AMate != NULL) && (AMate != this) && AMate->IncRefCount())
   {
      // 引用計數加 1
      if (IncRefCount())
      {
         // 加入列表
         FMates.Add(AMate);
         AMate->FMates.Add(this);

         // 引用計數減 1
         DecRefCount();
      }

      // 引用計數減 1
      AMate->DecRefCount();
   }
}

// 生子
TPerson* TPerson::MakeChild(TPerson* AMate)
{
   // 初始化
   TPerson* result = NULL;

   // 引用計數加 1
   if ((AMate != NULL) && (AMate != this) && AMate->IncRefCount())
   {
      // 引用計數加 1
      if (AMate->CanProcreate() && IncRefCount())
      {
         // 判斷能否生育能力
         if (CanProcreate() && (FSex != AMate->FSex))
         {
            // 創建對象
            TPerson* objChild = new TPerson;
            if (objChild != NULL)
            {
               // 父母對象
               TPerson* objFather = this;
               TPerson* objMother = AMate;
               if (FSex != sexMale)
               {
                  objFather = AMate;
                  objMother = this;
               }

               // 判斷生命是否孕育成功
               if (objChild->Begin(objFather, objMother))
               {
                  FChildren.Add(objChild);
                  AMate->FChildren.Add(objChild);
                  result = objChild;
               }
               else
                  delete objChild;
            }
         }

         // 引用計數減 1
         DecRefCount();
      }

      // 引用計數減 1
      AMate->DecRefCount();
   }

   // 返回結果
   return result;
}

// ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

/* 人類之間交互示例 */

// A 和 B 對象
TPerson A, B;

{
   // A 和 B 二個交談, 設置兩者交互事件
   A.SetOnSound(&B, (TPerson::TDoSound)&TPerson::Listen);
   A.SetOnView(&B,  (TPerson::TDoView)&TPerson::See);

   B.SetOnSound(&A, (TPerson::TDoSound)&TPerson::Listen);
   B.SetOnView(&A,  (TPerson::TDoView)&TPerson::See);

   // A 和 B 結婚
   A.Marry(&B);

   // A 和 B 生子, 並取名
   TPerson* objChild = A.MakeChild(&B);
   if (objChild != NULL)
      objChild->SetName("A-B-child1");

   // ??? ... ...
}

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