冒號(hào)和他的學(xué)生們
26．訪問控制
夫輕諾必寡信，多易必多難 ——《老子·德經(jīng)》
問號(hào)提問：“信息隱藏是否專指用private來控制訪問？”
“這正是我們的下一個(gè)焦點(diǎn)。”冒號(hào)微頷，“訪問修飾符（access modifier）除了可以應(yīng)用于類成員外，在Java和C#中還能應(yīng)用于整個(gè)類。public類自然是公開的，而缺省的類在Java 和C#中分別僅對(duì)同一package和assembly開放。”
逗號(hào)不覺有異：“這有什么講究嗎？”
“當(dāng)然。越是基本的語(yǔ)法越講究，也越容易被忽視。”冒號(hào)的嘴角漾著一絲微笑，“許多人在寫類時(shí)習(xí)慣上來就敲‘public class’，或者通過IDE自動(dòng)生成類的雛形，缺省的一般都是public類。這樣看似無害，但絕非好習(xí)慣。事實(shí)上大多數(shù)類是不需要公開的，這是一種更高層次的信息隱藏。每個(gè)package或assembly，如果設(shè)計(jì)合理，應(yīng)該是具有相關(guān)功能的類和接口的集合。其中不少只是內(nèi)部使用的，毫無必要公諸于眾。”
引號(hào)了然于心：“這與對(duì)象封裝類似，既向客戶明確了接口類，又可消弭修改內(nèi)部類對(duì)客戶的影響。”
嘆號(hào)仍心存疑慮：“OOP是鼓勵(lì)和支持重用的。好不容易開發(fā)出來的類卻深藏不露，豈不可惜？客戶也許一時(shí)用不上，但指不定以后會(huì)用上。”
“問得好！這也是大多數(shù)人的心理。按照你的邏輯，我同樣可以說：這個(gè)類的方法是好不容易開發(fā)出來的，藏起來太可惜了，統(tǒng)統(tǒng)public吧！”冒號(hào)惟妙惟肖地學(xué)著嘆號(hào)的神態(tài)和腔調(diào)，把眾人都逗樂了。
嘆號(hào)心欲辯而口難言。
“重用是令人興奮的，合理的重用既節(jié)省了開發(fā)時(shí)間，又節(jié)省了維護(hù)時(shí)間，代碼也顯得更簡(jiǎn)潔優(yōu)美，可謂一舉多得。但是——”冒號(hào)一轉(zhuǎn)話鋒，“過猶不及，過度追求重用也會(huì)造成濫用和誤用。一方面，開發(fā)者容易沉溺于局部重用的妙處而忽略整體的設(shè)計(jì)，淡忘所開發(fā)類最核心的職責(zé)；另一方面，一旦所重用的類或方法發(fā)生改變，所有的重用者均受牽連，先前節(jié)省的時(shí)間或許會(huì)加倍地償還。”
引號(hào)深有感觸地說：“難就難在如何把握這個(gè)度啊！”
“任何一門技藝到了高級(jí)階段，都是‘度’的學(xué)問。”冒號(hào)一如既往地推而廣之，“初級(jí)程序員的理想是為所欲為——能用編程解決一切問題；中級(jí)程序員的理想是盡善而為——追求最佳解決方案；高級(jí)程序員的理想是有所為有所不為——重在整體設(shè)計(jì)的選擇，能抵制局部技巧的誘惑；最高理想是無為而無不為——無論宏觀設(shè)計(jì)還是微觀實(shí)現(xiàn)，均非刻意選擇，卻自然合度。”
句號(hào)心念一動(dòng)：“這四個(gè)階段可分別用四句廣告詞來代表：從全球通的‘我能’，到奧運(yùn)會(huì)的‘更快、更高、更強(qiáng)’，到安踏的‘我選擇，我喜歡’，最后是馬爹利的‘心意有別，心中有度’。”
“到底是時(shí)尚小青年，我的推而廣之到你這兒變成了廣而告之啦。”冒號(hào)半夸半謔，“書歸正傳，我們?cè)僬f說類成員的訪問修飾符。”
冒號(hào)在黑板上畫了一張表格——
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范圍" 語(yǔ)言
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C++
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Java
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C#
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無限制
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Public
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Public
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public
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子類或同一包
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無
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Protected
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protected internal
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同一類或子類
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Protected
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private protected（已棄用）
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protected
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同一包
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無
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package（缺省）
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internal
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同一類
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private（缺省）
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Private
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private（缺省）
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“其中public和private是兩個(gè)極端，一個(gè)沒有限制，一個(gè)僅限于同一類。Java和C#比C++多了個(gè)包（package或assembly）的概念，相應(yīng)也多了package（缺省）和internal的修飾符。”冒號(hào)解說道，“值得注意的是，Java中的protected相當(dāng)于C#的protected internal，不僅可被同類和子類訪問，還能被同一包內(nèi)的任何類訪問。而C++和C#中的protected只能被同類和子類訪問，相當(dāng)于Java中曇花一現(xiàn)的private protected。”
逗號(hào)急欲得知：“選擇這些修飾符有什么訣竅嗎？”
冒號(hào)回應(yīng)：“一個(gè)基本原則是盡可能地使用限制性更強(qiáng)的修飾符。即使以后改變主意，再放寬限制也不遲。相反，將一個(gè)修飾符收窄就要顧忌對(duì)客戶的影響了。尤其是域成員，沒有特殊理由都應(yīng)該是private的，除非類是一個(gè)用作儲(chǔ)存的具體數(shù)據(jù)類型或內(nèi)部類（inner class）。在JDK源代碼中有不少package、proctected域成員甚至public域成員，絕不能以之為榜樣。順便說一句，C++和C#中缺省的成員修飾符是private，顯然比Java中缺省package更科學(xué)一些。”
問號(hào)刨根問底：“為什么特別強(qiáng)調(diào)域成員呢？”
冒號(hào)條分縷析：“域成員代表對(duì)象的狀態(tài)，從運(yùn)行方面看，若外界隨意讀取和改動(dòng)，將無法保證內(nèi)在邏輯的一致性；從設(shè)計(jì)方面看，屬結(jié)構(gòu)性信息，極易變化；從接口方面看，公開接口都是以方法而非域的形式出現(xiàn)的。這些都要求隱藏域成員。”
引號(hào)思路很清晰：“既然域成員一般都用private，那關(guān)鍵是如何選擇方法成員的訪問修飾符了。”
“如果將每個(gè)類看作一個(gè)服務(wù)者，它向不同范圍內(nèi)的客戶承諾不同的服務(wù)，或者說提供了層次化的服務(wù)。以Java為例，每一個(gè)public方法成員即是向所有類提供的服務(wù)；protected方法成員對(duì)該類的子類和同一package下的類提供服務(wù)；默認(rèn)的package方法成員僅對(duì)同一package下的類提供服務(wù)；private方法成員則只對(duì)該類本身提供服務(wù)。那么如何具體界定一個(gè)服務(wù)的范圍呢？大多時(shí)候這是一個(gè)偽問題。”說到這里，冒號(hào)有意停頓了一會(huì)，查看大家的反應(yīng)。
眾人臉上果然滿是狐疑之色。
“因?yàn)楹侠碓O(shè)計(jì)的服務(wù)，其內(nèi)容與范圍往往是密不可分的。一個(gè)服務(wù)如果已經(jīng)設(shè)計(jì)好了，甚至已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，而此時(shí)尚未決定其使用者的范圍，是否有些荒謬？當(dāng)然，荒謬其實(shí)也是現(xiàn)實(shí)中的一種常態(tài)。”冒號(hào)語(yǔ)帶反諷，“作為一個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型的類，其核心是抽象接口，因此首先應(yīng)該設(shè)計(jì)公共接口，它們的修飾符自然都是public。如果該類是一個(gè)抽象類（abstract class）——此‘抽象’與抽象數(shù)據(jù)類型的‘抽象’意義有所不同，暫且不表——那么可能會(huì)有一些為其子類提供的服務(wù)，它們的修飾符自然該是protected。”
問號(hào)聽得仔細(xì)：“難道非抽象類就不能有protected的接口嗎？”
冒號(hào)回道：“從語(yǔ)法上說當(dāng)然可以。但一般不建議繼承非抽象類，因而protected的意義就不大了。至于個(gè)中緣由，留待下節(jié)課再解釋。”
嘆號(hào)追問：“那package服務(wù)和private服務(wù)呢？”
冒號(hào)應(yīng)答：“package一般作為library的單位，因此package方法成員存在的唯一理由是僅為該library服務(wù)，但這種情況相對(duì)少見。說到private方法成員，已談不上是真正的服務(wù)，純粹是實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。由于它的改動(dòng)不會(huì)影響客戶，因此采用private訪問控制不需要任何理由，不采用它才需要理由。”
眾人聽得頻頻點(diǎn)頭。
冒號(hào)總結(jié)道：“從軟件應(yīng)變的角度來看，訪問控制是對(duì)修改所帶來的副作用的控制。具體地說，如果修改僅僅涉及到private成員，那只要檢查該類的源代碼即可；如果修改涉及到package成員，只需檢查該類所在的package內(nèi)的所有類。雖然這些類可能很多，但仍可控制，畢竟package是封閉的；如果修改涉及到protected成員，則不僅要檢查該類所在的package內(nèi)的所有類，還需檢查該類的子類，如果該類本身是public，涉及的類可以超出該package的范圍，已難以真正掌控；如果修改涉及到public成員，那就意味著任何類都可能調(diào)用該接口，也就可能因此而無法編譯、運(yùn)行和工作。因此訪問控制越松的成員，輻射范圍越廣，軟件重用的效率越高，承擔(dān)的責(zé)任越大，修改的代價(jià)也越大。成熟的程序員對(duì)public和protected接口的設(shè)計(jì)一定是慎之又慎，往往在其上花的功夫更甚于具體代碼的編寫。”
逗號(hào)似有些不服：“可是誰(shuí)又能保證接口永遠(yuǎn)不變呢？”
“所以Java和C#才分別提供了deprecated和obsolete以將方法標(biāo)記為過時(shí)啊。”冒號(hào)笑言以對(duì)，“當(dāng)然這是不得已而為之的下策，可以理解為設(shè)計(jì)者對(duì)使用者的一種致歉。”
見眾人并無共鳴，冒號(hào)心道：響鼓也需重錘，遂言：“看來你們感觸還不深，原因是缺乏一種關(guān)鍵的意識(shí)——客戶意識(shí)。客戶意識(shí)對(duì)一個(gè)程序員的重要性，絲毫不亞于對(duì)一個(gè)企業(yè)的重要性。”
逗號(hào)忍不住問：“您一再提到客戶，究竟什么是客戶？”
“這里的客戶當(dāng)然不是一般所指的軟件終端消費(fèi)者，而是指軟件中間消費(fèi)者或重用者，即調(diào)用該軟件的代碼或代碼編寫者。”冒號(hào)作了個(gè)名詞解釋，“客戶意識(shí)的缺乏有幾種原因。首先，不是每個(gè)人都有機(jī)會(huì)開發(fā)大型、關(guān)鍵的軟件，許多程序員的客戶主要是他自己或少數(shù)幾個(gè)開發(fā)組成員，修改軟件影響到的代碼不多，影響到的人也不多，沒有真正吃過設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)目囝^。其次，開發(fā)庫(kù)和框架的人畢竟是少數(shù)，大多數(shù)人開發(fā)的代碼主要是自己調(diào)用或針對(duì)終端消費(fèi)者的。即使他們寫了一些可重用的代碼，如果代碼質(zhì)量不被認(rèn)可，也可能無人采用。當(dāng)一個(gè)人習(xí)慣于自彈自唱時(shí)，是很難培養(yǎng)客戶意識(shí)的。最后，正如我們?cè)?/span>對(duì)象范式中指出的，過程式編程鼓勵(lì)自頂向下，而OOP鼓勵(lì)自底向上。顯然，頂是底的客戶。問題是許多OOP程序員仍習(xí)慣于過程式編程的風(fēng)格，所設(shè)計(jì)的類或接口主要是調(diào)用其他的類或接口，而不是被調(diào)用。換句話說，他們?cè)O(shè)計(jì)的代碼主要角色是客戶，而不是客戶的服務(wù)者。”
一番理論令眾人心服口服。
引號(hào)關(guān)心地問：“如何培養(yǎng)客戶意識(shí)呢？”
“如果認(rèn)識(shí)到客戶意識(shí)的重要性，培養(yǎng)起來并不難。”冒號(hào)帶著安慰的口吻，“謹(jǐn)記一點(diǎn)：輕諾者，必寡信。每一個(gè)public類、每一個(gè)非private成員，都是一份承諾。在沒有明確職責(zé)、沒有準(zhǔn)備承擔(dān)變更后果之前，請(qǐng)采用最嚴(yán)格的訪問控制。有了客戶意識(shí)，才有接口責(zé)任感。千萬(wàn)不要為追求廉價(jià)的重用而輕易擴(kuò)大接口范圍，莫以自身之便而致客戶之不便，莫以一時(shí)之便而致長(zhǎng)期之不便。另外，單元測(cè)試對(duì)培養(yǎng)客戶意識(shí)很有幫助。它不僅僅能發(fā)現(xiàn)程序的邏輯缺陷，還能發(fā)現(xiàn)程序的設(shè)計(jì)缺陷。因?yàn)闇y(cè)試代碼就是最典型的客戶代碼，它能讓你站客戶的角度重新審視自己的接口設(shè)計(jì)。”