共用接口和私有實(shí)現(xiàn)的分離

C++通過類來實(shí)現(xiàn)封裝性，把數(shù)據(jù)和與這些數(shù)據(jù)有關(guān)的操作封裝在一個(gè)類中，或者說，類的作用是把數(shù)據(jù)和算法封裝在用戶聲明的抽象數(shù)據(jù)類型中。

實(shí)際上用戶往往并不關(guān)心類的內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，而只需知道調(diào)用哪個(gè)函數(shù)會得到什么結(jié)果，能實(shí)現(xiàn)什么功能即可。

在聲明了一個(gè)類以后，用戶主要是通過調(diào)用公用的成員函數(shù)來實(shí)現(xiàn)類提供的功能（例如對數(shù)據(jù)成員設(shè)置值，顯示數(shù)據(jù)成員的值，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工等）。因此，公用成員函數(shù)是用戶使用類的公用接口(public interface)，或者說是類的對外接口。

類中被操作的數(shù)據(jù)是私有的，實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)對用戶是隱蔽的，這種實(shí)現(xiàn)稱為私有實(shí)現(xiàn)(private implementation)。這種“類的公用接口與私有實(shí)現(xiàn)的分離”形成了信息隱蔽。

軟件工程的一個(gè)最基本的原則就是將接口與實(shí)現(xiàn)分離，信息隱蔽是軟件工程中一個(gè)非常重要的概念。它的好處在于：
如果想修改或擴(kuò)充類的功能，只需修改本類中有關(guān)的數(shù)據(jù)成員和與它有關(guān)的成員函數(shù)，程序中類外的部分可以不必修改。
如果在編譯時(shí)發(fā)現(xiàn)類中的數(shù)據(jù)讀寫有錯(cuò)，不必檢查整個(gè)程序，只需檢查本類中訪問這些數(shù)據(jù)的少數(shù)成員函數(shù)。
類聲明和成員函數(shù)的分離

在面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)中，一般做法是將類的聲明（其中包含成員函數(shù)的聲明）放在指定的頭文件中，用戶如果想用該類，只要把有關(guān)的頭文件包含進(jìn)來即可。

由于在頭文件中包含了類的聲明，因此在程序中就可以用該類來定義對象。由于在類體中包含了對成員函數(shù)的聲明，在程序中就可以調(diào)用這些對象的公用成員函數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)上一節(jié)所敘述的信息隱蔽，對類成員函數(shù)的定義一般不放在頭文件中，而另外放在一個(gè)文件中。

例如，可以分別寫兩個(gè)文件：
student.h頭文件

//這是student.h頭文件，在此文件中進(jìn)行類的聲明
class Student //類聲明
{
  public :
  void display( );//公用成員函數(shù)原型聲明
  private :
  int num;
  char name[20];
  char sex;
};

student.cpp

// 在此文件中進(jìn)行函數(shù)的定義
#include <iostream>
#include "student.h"http://不要漏寫此行，否則編譯通不過
void Student::display()//在類外定義display類函數(shù)
{
  cout<<"num:"<<num<<endl;
  cout<<"name:"<<name<<endl;
  cout<<"sex:"<<sex<<endl;
}

為了組成一個(gè)完整的源程序，還應(yīng)當(dāng)有包括主函數(shù)的源文件(main.cpp)：

// 主函數(shù)模塊
#include <iostream>
#include ″student.h″ //將類聲明頭文件包含進(jìn)來
int main( )
{
  Student stud; //定義對象
  stud.display( ); //執(zhí)行stud對象的display函數(shù)
  return 0;
}

這是一個(gè)包括3個(gè)文件的程序，組成兩個(gè)文件模塊：一個(gè)是主模塊main.cpp，一個(gè)是student.cpp。在主模塊中又包含頭文件student.h。在預(yù)編譯時(shí)會將頭文件student.h中的內(nèi)容取代#include ″student.h″行。

請注意，由于將頭文件student.h放在用戶當(dāng)前目錄中，因此在文件名兩側(cè)用雙撇號包起來(″student.h″)而不用尖括號(<student.h>)，否則編譯時(shí)會找不到此文件。

使用C++編譯系統(tǒng)對兩個(gè)源文件main.cpp和student.cpp分別進(jìn)行編譯，得到兩個(gè)目標(biāo)程序main.obj和student.obj，然后將它們和其他系統(tǒng)資海連接起來，形成可執(zhí)行文件main.exe，見圖 。

注意，目標(biāo)文件的后綴在不同的C++編譯系統(tǒng)中是不同的，例如在GCC中，后綴是 .o，這里使用 .obj 是對VC 6.0而言。

在運(yùn)行程序時(shí)調(diào)用stud中的display函數(shù)，輸出各數(shù)據(jù)成員的值。

有的讀者可能會考慮這樣一個(gè)問題：如果一個(gè)類聲明多次被不同的程序所調(diào)用，每次都要對包含成員函數(shù)定義的源文件(如上面的student.cpp進(jìn)行編譯，這是否可以改進(jìn)呢？的確，可以不必每次都對它重復(fù)進(jìn)行編譯，而只需編譯一次即可。把第一次編譯后所形成的目標(biāo)文件保存起來，以后在需要時(shí)把它調(diào)出來直接與程序的目標(biāo)文件相連接即可。 這和使用函數(shù)庫中的函數(shù)是類似的。

這也是把成員函數(shù)的定義不放在頭文件中的一個(gè)好處。如果對成員函數(shù)的定義也放在類聲明的頭文件中，那么在對使用這些類的每一個(gè)程序的每一次編譯時(shí)都必然包括對成員函數(shù)定義的編譯，即同一個(gè)成員函數(shù)的定義會多次被重復(fù)編譯。只有把對成員函數(shù)的定義單獨(dú)放在另一文件中，才能做到單獨(dú)編譯。

在實(shí)際工作中，并不是將一個(gè)類聲明做成一個(gè)頭文件，而是將若干個(gè)常用的功能相近的類聲明集中在一起，形成類庫。

類庫有兩種：一種是C++編譯系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)類庫；—種是用戶根據(jù)自已的需要做成的用戶類庫，提供給自己和自己授權(quán)的人使用，這稱為自 定義類庫。在程序開發(fā)工作中，類庫是很有用的，它可以減少用戶自己對類和成員函數(shù)進(jìn)行定義的工作量。

類庫包括兩個(gè)組成部分：類聲明頭文件；已經(jīng)過編譯的成員函數(shù)的定義，它是目標(biāo)文件。

用戶只需把類庫裝入到自己的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中(一般裝到C++編譯系統(tǒng)所在的子目錄下)，并在程序中用#include命令行將有關(guān)的類聲明的頭文件包含到程序中，就可以使用這些類和其中的成員函數(shù)，順利地運(yùn)行程序。這和在程序中使用C++系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的方法是一樣的，例如用戶在調(diào)用sin函數(shù)時(shí)只需將包含聲明此函數(shù)的頭文件包含到程序中，即可調(diào)用該庫函數(shù)，而不必了解sin函數(shù)是怎么實(shí)現(xiàn)的(函數(shù)值是怎樣計(jì)算出來的)。

當(dāng)然，前提是系統(tǒng)已裝了標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫。在用戶源文件經(jīng)過編譯后，與系統(tǒng)庫(是目標(biāo)文件)相連接。

在用戶程序中包含類聲明頭文件，類聲明頭文件就成為用戶使用類的公用接口，在頭文件的類體中還提供了成員函數(shù)的函數(shù)原型聲明，用戶只有通過頭文件才能使用有關(guān)的類。用戶看得見和接觸到的是這個(gè)頭文件，任何要使用這個(gè)類的用戶只需包含這個(gè)頭文件即可。包含成員函數(shù)定義的文件就是類的實(shí)現(xiàn)。

請?zhí)貏e注意，類聲明和函數(shù)定義一般是分別放在兩個(gè)文本中的。由于要求接口與實(shí)現(xiàn)分離，為軟件開發(fā)商向用戶提供類庫創(chuàng)造了很好的條件。

開發(fā)商把用戶所需的各種類的聲明按類放在不同的頭文件中，同時(shí)對包含成員函數(shù)定義的源文件進(jìn)行編譯，得到成員函數(shù)定義的目標(biāo)代碼。軟件商向用戶提供這些頭文件和類的實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)代碼(不提供函數(shù)定義的源代碼)。用戶在使用類庫中的類時(shí)，只需將有關(guān)頭文件包含到自己的程序中，并且在編譯后連接成員函數(shù)定義的目標(biāo)代碼即可。

由于類庫的出現(xiàn)，用戶可以像使用零件一樣方便地使用在實(shí)踐中積累的通用的或?qū)Ｓ玫念?，這就大大減少了程序設(shè)計(jì)的工作量，有效地提高了工作效率。