第2章 什麼是資料抽象
c++面向對象高效程式設計（第2版）
面向對象程式設計的一項基本任務是建立帶有适當功能的類，并隐藏不必要的細節（即抽象資料）。下面，我們将用一個現實生活中的例子來解釋資料抽象的概念。
絕大多數人都見過影碟播放機（laser disc player）（或ld播放機）。現在，提出一個簡單的問題：設計一個影碟播放機，要求易于使用和修改，可後續添加更多有用的功能。
注意：
如果難以了解影碟播放機，可以用cd播放機代替ld播放機，其設計原理類似。實際上，影碟播放機的功能是cd播放機功能的超集。
我們需要解決的問題是：
（1）面闆上應該提供哪些控件？
（2）為了連接配接到不同的裝置（如擴音器、電視機或計算機），播放機應使用何種輸入、輸出裝置？
（3）遙控器上應該有多少個按鈕？
播放機應該能夠：
根據使用者要求，播放影碟；
向前和向後查找特定的節（如果是cd播放機，則查找特定的音軌）；
允許使用者插入和彈出影碟；
根據使用者要求，啟動和關閉播放機；
當播放機播放影碟時，使用者可随時要求暫停；
根據使用者要求，完全停止播放。
下面初步分析一下，在面闆上應提供的使用者控件（開關或按鈕）（見圖2-1）。
先來分析其中一個控件的功能：
play：當我們按下play按鈕時，自然希望影碟播放機開始啟動，并在它所連接配接的電視螢幕上顯示圖像。但是，在其他情況下按下play按鈕，結果是否會不同？
（a）隻有在播放機已接通電源，且power開關為on的情況下，play按鈕才會響應。否則，按下play按鈕不會響應。
（b）如果播放機内無影碟，則play按鈕不會響應。
（c）如果滿足（a）和（b），則播放機内的雷射束被激活，機械驅動系統帶動馬達開始轉動影碟。
（d）播放機内的電子元件讀取影碟上的編碼資訊，将其轉換為視訊信号（在多項信号處理操作後），并将視訊信号傳輸給電視機顯示圖像。cd播放機和ld播放機對碟片的音頻資訊處理方式類似。
圖2-1
（e）如果加載的影碟格式不正确（例如，如果在pal播放機中放入了ntsc碟片）1，播放機的顯示面闆（或播放機連接配接的電視機螢幕）上會顯示錯誤的消息。
（f）如果滿足以上所有前提條件，則給出一個可視或可聽（或兼而有之）的訓示，表明播放機正在播放。
從這些簡化的步驟中可以看出，隻是按下play按鈕就會啟動播放機内的許多操作。但是，對于使用播放機的使用者而言2，她隻對螢幕上出現的圖像和伴随的音頻資訊感興趣，甚至不會意識到播放機内有一個雷射束！更不會注意到影碟的旋轉或雷射束的活動。當她按下play按鈕後，希望在電視機螢幕上看見清晰的圖像并聽見悅耳的聲音。
作為ld播放機的設計人員，能從這些資訊中獲得什麼？
在使用者看來，ld播放機是一個魔術盒。使用者插入影碟，按下play按鈕，它就能讓與其連通的電視機螢幕上出現畫面。這是ld播放機公認的性質（見圖2-2）。
我們的設計必須從客戶角度出發，不應讓内部的細節打擾終端使用者的使用。在電視出現圖像之前，我們還需要考慮許多其他的事情。
我們已經設計好ld播放機，上面布滿許多小按鈕，其中一個就是play鍵。裝入影碟後按下play按鈕，螢幕上便會出現圖像。無論你相信與否，我們已經抽象了資料部分（即我們已經完成了資料抽象）。
圖2-2
資料抽象（data abstraction）在忽略類對象間存在差異的同時，展現了對使用者而言最重要的特性。的确，抽象應該對終端使用者隐藏無關緊要的細節，避免暴露有可能分散使用者注意力或與使用環境毫不相幹的細節。
分析ld播放機的設計
（1）我們不會讓雷射束、馬達等部件暴露出來，也不會讓使用者對它們一無所知。我們會提供可視或可聽（或兼而有之）的訓示，顯示播放機的内部工作狀态。
（2）使用者隻需按下play按鈕，即可欣賞影碟中記錄的圖像，不必親自開啟馬達、接通雷射束裝置電源、将其對焦在影碟上等。完全沒必要讓普通使用者這麼做。有些操作相當危險，假如要求使用者手動操作雷射束會怎樣？制造商很快就會被法律訴訟淹沒。（警告：在無任何保護的情況下，暴露在雷射束下非常危險。）
（3）如果使用者在未裝入碟片的情況下，按下play按鈕，播放機既不會開啟雷射束，也不會啟動馬達。我們的設計應該能智能檢測此資訊。實際上，播放機随時都記錄下自身的狀态，并根據相應的資訊做出響應。
（4）如果設計人員将ld播放機的各個零部件拆分，放在桌上，告訴使用者這就是ld播放機，使用者肯定會認為設計人員的精神有問題。設計，或者說抽象，就是把各個大小不一、功能各異的零部件組合起來，在它們之間建立适當的通信機制。進一步而言，設計為使用者提供一個明晰的接口，将組成ld播放機的所有部件（即實作）隐藏，隻顯示使用者操作播放機所需的控件。