随笔编程杂谈录：[-封装-]

制造轮子和创造轮子两者的区别在于:一者为复用，一者为封装

一、与封装的初遇

现在回到第一次我接触封装的时候:

两年前，class这个词进入了我的世界，但class并不是我封装思想的启蒙师。
在此之前，让我初次领略封装的强大之物是电子元件的引脚和它的真值表。
下面的例子希望你可以好好理解一下：怎么在逻辑上实现一位二进制的加法的逻辑运算单元  
如果你看不下去,就直接return到第6小点

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1.与门(AND)和非门(NOT)

你觉得很简单?(少年，你对于力量一无所知)
下面的两个东西的组合是计算机逻辑单元的一切

与门和非门.png

------与门真值表--------------------------非门真值表----------
 输入A  输入B   输出Y                   输入A   输出Y   
 0      0       0                       0       1
 0      1       0                       1       0
 1      0       0                       
 1      1       1     
 -------------------------------------------------------------
 简单解释一下: A和B你可以看成两根导线，只有高电平和低电平两种形式  
 1代表高电平，0代表低电平: 对于A B的每次输入,通过非门都会进行输出，
 真值表就列出了这个元件的所有输入对应输出的情况表

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2.一位加法的逻辑设计

首先我们要明确一位加法的逻辑是什么样的

0 + 0 = 0     0 + 1 = 1    0 + 1 = 1     1 + 1 = 0 (超出长度1溢出)
如果将输入A和B看做加数 ，结果看成Y：可以画出下面的真值表:   

--------------------------元件真值表-------------------------
 输入A  输入B   输出Y           
 0      0       0            
 0      1       1            
 1      0       1            
 1      1       0    
 -------------------------------------------------------------
|--而现在需要做的就是如何通过与门和非门的拼接来形成一个元件
|--使得这个真值表成立，你可以验证一下上面的四种情况:
比如 A B 都输入高电压(即1)，来校验一下
上面：非A 得 0 ---> 0 与 B 得 1   --->  取非得 0
                                                --->0 与 0 得 0  即输出Y是0
下面：非B 得 0 ---> 0 与 A 得 1   --->  取非得 0

1位加法器.png

这里简单说一下怎么知道要这样画: 
注：这里为了方便书写,用位运算的符号表述，~ 代表非 &代表与 |代表或

--------------------------元件真值表-------------------------
 输入A  输入B   输出Y           
 0      0       0            
 0      1       1            
 1      0       1            
 1      1       0     
-------------------------------------------------------------
[1].找出Y=1的所有行  
[2].写出上步中的逻辑表达式并用或连接 (~A & B) | ( A & ~B)
[3].通过与和非替换掉或： 替换公式 X|Y = ~(~X & ~Y)
~((~(~A & B)) & (~(A & ~B)))  
[4].根据与非关系自内向外画图：
|---上行：~A 即上面的 非门A，然后和 B 一起进入或门 ，结果再取非 即：~(~A & B) 
|---下行：~B 即下面的 非门B，然后和 A 一起进入或门 ，结果再取非 即：~(A & ~B)
|---上下两行的结果进入或门，之后再入非门 ~((上行结果) & (下行结果))

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3.加法器封装

说到这里貌似和封装也搭不上啊?但我已经实现了一个逻辑单元
这个单元可以将两个输入按照1位二进制的逻辑运行，于是封装的价值便体现了
现在将输入的线连起来之后,再套上一个外壳，它便是一个有逻辑价值独立元件

1位加法器.png

1位加法器.png

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4.进位器逻辑封装

首先我们要明确进位的逻辑是什么样的

逻辑单元：0 + 0 = 0     0 + 1 = 0    1 + 0 = 0     1 + 1 = 1 

--------------------------元件真值表-------------------------         
 输入A  输入B   输出Z           
 0      0       0            
 0      1       0            
 1      0       0            
 1      1       1 
 -------------------------------------------------------------
 
按照上面的步骤来： A & B  发现原来一个与门就能进行进位操作

现在封装的价值就体现了，也就是轮子的价值，可复用，
现在将两个元件进行组装，再加个套子，就能实现更复杂些的逻辑处理单元

加法器.png

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5.小结

对使用者而言：哥管你里面什么逻辑，我给输入，你给我我想要的输出就行了
确实一个封装体就做到了，隐藏内部的逻辑实现，将最简洁的使用方式告诉使用者
下面的一幅图和上面的封装体能完成相同的功能，你更用哪个?

加法器.png

--------------元件真值表------------------         
 输入A  输入B    输出Z   输出Y     
 0      0        0       0       
 0      1        0       1       
 1      0        0       1    
 1      1        1       0       
 
这是将Z,Y两个输出存顺序排列: 0+0=00  0+1=01  1+0=01  1+1=10 
而这个进一位加法器的逻辑单元已经完善了，就可以当做一个元件来使用
 
形象而简洁地描述一下:
 在执行  1 + 1 的时候
 高电平经过A,高电平经过B,通过电子元件的内部逻辑单元CRA输出1，通过ADD输出0，
 即 Z输出 1，Y输出 0 ，按Z Y进行输出的到了结果 10  

为了更形象说明，这里拿一个74HC138N看一下，大概三毛钱一个，
传说中的三八译码器，以前玩单片机做电子钟的时候用到过，现在差不多忘完了...

IMG20190215193730.jpg

74HC138.png

在此强调一点：电子元件内部是封装符合真值表的逻辑单元
电子元件都有输入和输出，即输入+ 逻辑单元处理 ----> 希望的输出
至此为止，不再延伸，有兴趣的自己玩...

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6. 升华

我们针对输入和输出暴露引脚，将逻辑单元封装其中
这样对于指输入就会有期望的输出，在便是逻辑单元的封装
它在软件领域有一个俗称:轮子，这里暂时称为封装体

封装体的优越之处：(只要封装体能实现预期的功能，那么：)
|--无论时间，空间的变化，你的输入都会变成你期望的输出
|--这便具有可复用性，再需要它时便无需再次设计
|--隐藏内部的逻辑实现，以保护封装体的内部封装不被破坏
|--仅暴露接口提供输入和输出，简化使用方式

下面关于封装做一个类比：

--	电子元件	电脑	开源类库	人
封装物	硬质外壳	塑料/金属外壳	.jar,.so包等	躯壳
接口	引脚	键盘,USB，电源键等	api方法	口 ，耳，眼，鼻，皮肤
输入	高低电平	键盘输入，U盘头	方法调用	食物，音乐，书籍,气味，触摸
输出	运算结果	屏幕显示，U盘信息	运算结果	能量，思想，劳动力，汗液等
处理核心	逻辑单元	CPU	类	大脑
使用前提	真值表	说明书	API文档	不可描述（宇宙造物手册?）
核心组成元	与门+非们	各种电子元件	属性+方法	脱氧核糖核酸

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7.封装没有缺点吗?

我还没发现世上有什么东西没有缺点

就连我们这么伟大的人类都可能发生基因突变，更何况是人类制造的封装体  

对于电子元件来说，由于环境因素，人为因素可能导致元件内部的损坏，
而无法拆封的你只能选择更换一个封装体，这就造成了浪费，虽然在我们眼里不算什么  

对于一个开源框架来说，一个bug可能导致所有使用者的崩溃，这是很严重的  
也就是使用一个封装体是具有一定的风险性的，当然大厂的框架会相对完善

再者就是接口的复杂，有种必须按照别人意志去做的压迫感  
没有真值表和接口图，使用的人来说是灾难，这种感觉就像...
必须使用的类库没有API文档，并且方法命名为a(),b(),c()一样让人抓狂
可惜对于人类，宇宙并没有留下一份API文档，一切都要靠我们自己来编写...

好了，引入完成，下面进入正文

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二、编程中初遇封装

1.与class的初遇

两年前，一开始class 以及它 的 private 是我非常难理解的
对类的认识是在C++里，印象最深的是圆这个类，从获取圆的面积开始

---->[头文件]-------------------
#ifndef BSAE_CIRCLE_H
#define BSAE_CIRCLE_H
class Circle {
    const double PI = 3.141592654;
public:
    double getArea();
    double getRadius() const;
    void setRadius(double radius);
private:
    double mRadius;
};
#endif //BSAE_CIRCLE_H

---->[cpp文件]-------------------
#include "Circle.h"
double Circle::getArea() {
    return mRadius * mRadius * PI;
}

double Circle::getRadius() const {
    return mRadius;
}

void Circle::setRadius(int radius) {
    mRadius = radius;
}

---->使用类----------------
#include 
#include "circle/Circle.h"

int main() {
    Circle circle;
    circle.setRadius(10);
    std::cout << circle.getArea() << std::endl;
    return 0;
}

---

2.现在来看

一个类便是类的设计者对于某种概念的封装
我理解类存在的意义确实费了不少时间，当时疑问:
为什么一行代码解决的事要拆成一个类?而且又是头又是cpp的

现在发现有这种疑问的根源在于当时没有认清自己的角色  
认清自己的角色，这对入门的人来说是非常困难的，类的本身就是一个逻辑处理单元
而程序员的角色是设计类的人，就像电子元件的设计者在设计逻辑单元一样  

但任何一个程序员都必定是第一个使用者，所以两个角色在同一个人身上 
对于入门的来说，只能是一个使用者，因为你只是在意获取结果，而没有程序员的设计之魂
就会感觉很混乱，站在一个使用者的角度，类确实将半径为10的圆面积这个问题变得复杂了  

关系.png

但如果封装的思想到位，就可以明确这个类的价值
setRadius进行输入，getRadius,getArea进行输出，其中的一切都是逻辑单元

内部分析.png

如果你还不清楚，看下图：这就是封装
看不见内部了，该怎么用? 电子元件有真值表，类有API文档
至此我想对于类和封装的关系应该讲的淋漓尽致了

封装.png

----------Circle API--------------------------
double getArea(); 获取圆的面积
double getRadius(); 获取圆的半径
void setRadius(double radius); 设置圆的半径
-----------------------------------------------

当你在非Circle中使用的时候，你的角色就变成了Circle元件的用户
你需要关注的就只用它的输入和输出，内部逻辑实现已经不需要你考虑了
不过一旦你进入了Circle中，你的角色就是Creator,你可以把自己当成造物主来实现逻辑单元

Circle circle;
circle.setRadius(10);
circle.getArea()//314.159