第2章 什么是数据抽象
c++面向对象高效编程（第2版）
面向对象编程的一项基本任务是创建带有适当功能的类，并隐藏不必要的细节（即抽象数据）。下面，我们将用一个现实生活中的例子来解释数据抽象的概念。
绝大多数人都见过影碟播放机（laser disc player）（或ld播放机）。现在，提出一个简单的问题：设计一个影碟播放机，要求易于使用和修改，可后续添加更多有用的功能。
注意：
如果难以理解影碟播放机，可以用cd播放机代替ld播放机，其设计原理类似。实际上，影碟播放机的功能是cd播放机功能的超集。
我们需要解决的问题是：
（1）面板上应该提供哪些控件？
（2）为了连接到不同的设备（如扩音器、电视机或计算机），播放机应使用何种输入、输出装置？
（3）遥控器上应该有多少个按钮？
播放机应该能够：
根据用户要求，播放影碟；
向前和向后查找特定的节（如果是cd播放机，则查找特定的音轨）；
允许用户插入和弹出影碟；
根据用户要求，启动和关闭播放机；
当播放机播放影碟时，用户可随时要求暂停；
根据用户要求，完全停止播放。
下面初步分析一下，在面板上应提供的用户控件（开关或按钮）（见图2-1）。
先来分析其中一个控件的功能：
play：当我们按下play按钮时，自然希望影碟播放机开始启动，并在它所连接的电视屏幕上显示图像。但是，在其他情况下按下play按钮，结果是否会不同？
（a）只有在播放机已接通电源，且power开关为on的情况下，play按钮才会响应。否则，按下play按钮不会响应。
（b）如果播放机内无影碟，则play按钮不会响应。
（c）如果满足（a）和（b），则播放机内的激光束被激活，机械驱动系统带动马达开始转动影碟。
（d）播放机内的电子元件读取影碟上的编码信息，将其转换为视频信号（在多项信号处理操作后），并将视频信号传输给电视机显示图像。cd播放机和ld播放机对碟片的音频信息处理方式类似。
图2-1
（e）如果加载的影碟格式不正确（例如，如果在pal播放机中放入了ntsc碟片）1，播放机的显示面板（或播放机连接的电视机屏幕）上会显示错误的消息。
（f）如果满足以上所有前提条件，则给出一个可视或可听（或兼而有之）的指示，表明播放机正在播放。
从这些简化的步骤中可以看出，只是按下play按钮就会启动播放机内的许多操作。但是，对于使用播放机的用户而言2，她只对屏幕上出现的图像和伴随的音频信息感兴趣，甚至不会意识到播放机内有一个激光束！更不会注意到影碟的旋转或激光束的活动。当她按下play按钮后，希望在电视机屏幕上看见清晰的图像并听见悦耳的声音。
作为ld播放机的设计人员，能从这些信息中获得什么？
在用户看来，ld播放机是一个魔术盒。用户插入影碟，按下play按钮，它就能让与其连通的电视机屏幕上出现画面。这是ld播放机公认的性质（见图2-2）。
我们的设计必须从客户角度出发，不应让内部的细节打扰终端用户的使用。在电视出现图像之前，我们还需要考虑许多其他的事情。
我们已经设计好ld播放机，上面布满许多小按钮，其中一个就是play键。装入影碟后按下play按钮，屏幕上便会出现图像。无论你相信与否，我们已经抽象了数据部分（即我们已经完成了数据抽象）。
图2-2
数据抽象（data abstraction）在忽略类对象间存在差异的同时，展现了对用户而言最重要的特性。的确，抽象应该对终端用户隐藏无关紧要的细节，避免暴露有可能分散用户注意力或与使用环境毫不相干的细节。
分析ld播放机的设计
（1）我们不会让激光束、马达等部件暴露出来，也不会让用户对它们一无所知。我们会提供可视或可听（或兼而有之）的指示，显示播放机的内部工作状态。
（2）用户只需按下play按钮，即可欣赏影碟中记录的图像，不必亲自开启马达、接通激光束装置电源、将其对焦在影碟上等。完全没必要让普通用户这么做。有些操作相当危险，假如要求用户手动操作激光束会怎样？制造商很快就会被法律诉讼淹没。（警告：在无任何保护的情况下，暴露在激光束下非常危险。）
（3）如果用户在未装入碟片的情况下，按下play按钮，播放机既不会开启激光束，也不会启动马达。我们的设计应该能智能检测此信息。实际上，播放机随时都记录下自身的状态，并根据相应的信息做出响应。
（4）如果设计人员将ld播放机的各个零部件拆分，放在桌上，告诉用户这就是ld播放机，用户肯定会认为设计人员的精神有问题。设计，或者说抽象，就是把各个大小不一、功能各异的零部件组合起来，在它们之间建立适当的通信机制。进一步而言，设计为用户提供一个明晰的接口，将组成ld播放机的所有部件（即实现）隐藏，只显示用户操作播放机所需的控件。