Принципы интерфейса В предыдущих параграфах мы прорабатывали детали некоего интерфейса. Сформулируем теперь в общих чертах, что же такое интерфейс. Интерфейс -- это детализированная, описанная граница взаимодействия между кодом, предоставляющим некоторые возможности, и кодом, который эти возможности использует. Интерфейс определяет, что именно предоставляет своему пользователю некоторый законченный блок кода, каким образом функции (а может быть, и какие-то элементы данных) из этого блока могут быть использованы в остальной части программы. Интерфейс CSV предоставляет пользователю три функции: чтение строки, получение поля и возврат количества полей. Кроме них, пользователь не может получить от нашего кода ничего. Для того чтобы оказаться удобным, интерфейс должен отвечать некоторым базовым требованиям: быть простым, общим, стандартным, предсказуемым, надежным, а также нести в себе возможность без потерь адаптироваться к изменениям запросов пользователей и своей внутренней реализации. В основе хороших интерфейсов лежат несколько принципов. Принципы эти тесно взаимосвязаны, а иногда даже противоречивы, но они помогут нам описать, что же происходит при пересечении границы между двумя частями программы. Прячьте детали реализации. Реализация, которая стоит за интерфейсом, должна быть скрыта от остальной части программы — с тем чтобы ее можно было изменять, не затронув при этом ничего снаружи. Для этого принципа существует несколько терминов: сокрытие информации (hiding), инкапсуляция, абстракция, модульность и т. п.; все они описывают в общем одни и те же идеи. Интерфейс должен скрывать те детали реализации, которые не имеют отношения непосредственно к клиенту (пользователю интерфейса). Скрытые детали можно изменять, никак не затрагивая этим клиента: таким образом, можно постепенно улучшать интерфейс, наращивать его возможности и даже целиком заменить всю реализацию. Базовые библиотеки большинства языков программирования дают хорошо известные примеры реализации этого принципа, хотя и не всегда удачно разработанные. Одна из наиболее известных среди них — это стандартная библиотека ввода-вывода в С, в ней содержится несколько десятков функций для открытия, закрытия, чтения, записи и другой обработки файлов. Реализация файлового ввода-вывода скрыта в типе данных FILE*; на самом деле его свойства можно даже посмотреть (они нередко высказаны в <stdio. h>), но использовать не стоит. Если заголовочный файл содержит только название структуры, а не полное ее описание, то такой тип называют иногда непрозрачным типом, поскольку свойства его неизвестны, а все операции осуществляются через указатель. Избегайте глобальных переменных; всюду, где это возможно, лучше передавать ссылки на данные через аргументы функций. Мы настоятельно рекомендуем не делать видимыми никаких данных ни в каком виде, — если пользователи смогут по своему желанию менять значения переменных, то чересчур сложно будет сохранять целостность и непротиворечивость данных. С помощью интерфейсов функций достаточно просто задавать жесткие правила доступа, однако этот прин- | цип часто нарушается. Предопределенные потоки ввода-вывода вроде | stdin и stdout практически всегда определяются как элементы глобального массива структур FILE: Таким образом, реализация получается абсолютно прозрачной, при ; этом, несмотря на то что stdin, stdout и stderr выглядят как переменные, присваивать им никаких значений нельзя. Специфическое имя__iob основано на соглашении ANSI С, гласящем, что два подчеркивания используются в начале тех имен служебных переменных, которые должны | быть видны. Таким образом, выбранное нами имя, скорее всего, не будет I конфликтовать с именами внутри самой программы. Классы в C++ и Java — еще более удачные механизмы для сокрытия информации; их можно считать центральными средствами правильного I использования этих языков. Классы-контейнеры из ЗТЬдля C++, которые мы использовали в главе 3, заходят еще дальше: за исключением некоторых данных о производительности, никакой информации о деталях | реализации не имеется, — следовательно, разработчики библиотеки могут использовать абсолютно любые механизмы. Ограничьтесь небольшим набором независимых примитивов. Интерфейс должен предоставлять все необходимые возможности, но не более того; части интерфейса по возможности не должны перекрывать друг друга в плане функциональности. С одной стороны, лучше иметь большое количество функций в библиотеке —.тогда можно подобрать любую необходимую комбинацию. С другой стороны, чем больше интерфейс, тем труднее его написать и поддерживать в дальнейшем, а кроме того, неоправданно большие размеры могут привести к тому, что его будет трудно изучить и, следовательно, использовать оптимально. "Интерфейсы прикладных программ" (Application Program Interfaces, или API) зачастую настолько велики, что ни один смертный, похоже, не в состоянии освоить их целиком. Для удобства использования некоторые интерфейсы предоставляют несколько способов для выполнения той или иной операции; с этой тенденцией надо бороться. Стандартная библиотека ввода-вывода С предоставляет как минимум четыре разные функции для вывода символа в выходной поток: Если потоком является stdout, то существует еще несколько возможностей. В принципе, удобно, но не все эти возможности так уж необходимы. Узкие, специализированные интерфейсы предпочтительнее, чем глобальные, расширенные. Делайте что-то конкретное, и делайте это хорошо. Не добавляйте что-либо в интерфейс только потому, что это несложно сделать; не исправляйте интерфейс из-за ошибок в реализации. Например, вместо того чтобы использовать memcpy как скоростной вариант и memmove как вариант надежный, удобнее было бы иметь одну функцию, которая всегда была бы безопасна, а также быстра — когда это возможно. Не делайте ничего "за спиной" у пользователя. Библиотечная функция не должна создавать никаких таинственных файлов и переменных или без предупреждения менять глобальные данные. Весьма аккуратно и обдуманно надо относиться к изменению вообще любых данных в вызывающей программе. Наша функция strtok не отвечает некоторым из перечисленных критериев. Например, сюрпризом для пользователя явится вписывание пустых байтов в середину введенной строки. Использование пустого указателя для обозначения места окончания предыдущего захода является потенциальным источником ошибок, а кроме того, исключает возможность одновременного использования нескольких экземпляров функции. Более логичным было бы создание одной функции, которая делила бы на лексемы исходную строку. Кстати, по аналогичным причинам наша вторая версия на С не может быть использована для работы с двумя входными потоками (вернитесь к упражнению 4-8). Использование одного интерфейса не должно повлечь за собой применение других интерфейсов только для удобства разработчика интерфейса или реализации. Наоборот, интерфейс должен быть по возможности самодостаточным; если же такой у вас не получается, вы должны абсолютно явно описать все необходимые внешние услуги. В противном случае окажется, что вы взвалили бремя ответственности за поддержку интерфейса на своего клиента (пользователя). В качестве характерного примера можно вспомнить муки управления огромными списками заголовочных файлов в программах на С и C++ — заголовочные файлы могут содержать тысячи строк и содержать ссылки на десятки других заголовочных файлов. Всегда делайте одинаковое одинаково. Очень важно обеспечить последовательность и систематичность интерфейса. Схожие действия должны выполняться схожими способами. Основные функции str. . . в библиотеке С нетрудно использовать даже без описания, поскольку все они ведут себя практически одинаково: поток данных идет справа налево, так же, как и в операции присваивания, и все они возвращают результирующую строку. Однако в стандартной библиотеке ввода-вывода С предсказать порядок аргументов в функциях трудно. В одних из них аргумент FILE* расположен первым, в других— последним; различается также порядок задания размера и количества элементов. А вот правила интерфейса алгоритмов для контейнеров STL хорошо унифицированы, так что предсказать, как будет вести себя незнакомая функция, совсем просто. Надо стремиться и к внешнему согласованию интерфейса, то есть к сходству с другими, уже известными интерфейсами. Например, функции mem. . . в библиотеках С проектировались позднее, чем функции str. . ., и следуют их стилю. А стандартные функции ввода-вывода, f read и fwrite было бы куда проще использовать, если бы они больше походили на свои прообразы — read и write. В Unix ключи командной строки предваряются символом "минус", однако один и тот же ключ может иметь совершенно различный смысл — даже в родственных программах. Если командный интерпретатор операционной системы всегда под-1 ставляет в текст шаблоны поиска вроде * в *. ехе, поведение будет единообразным. Но если эту подстановку будут делать отдельные программы, то единообразия ожидать трудно. Web-браузеру для перехода на ссылку достаточно однократного щелчка мыши, а во многих других приложениях для вызова программы и для перехода на ссылку применяется двои-ной щелчок; в результате многие пользователи совершенно автоматически используют двойные щелчки и в web-браузерах. В одних программных средах изложенных принципов придерживаться проще, чем в других, однако стремиться к их претворению в жизнь надо всегда. Так, например, в С довольно трудно скрыть все детали реализации, но хороший программист не станет злоупотреблять открытостью деталей, поскольку интерфейс не должен быть привязан к частностям — это противоречит принципу сокрытия информации. Комментарии в заголовочных файлах, имена особого вида (вроде__iob) и тому подобные вещи помогут максимально приблизиться к достойному поведению вашего интерфейса в тех случаях, когда вы не можете сделать этого строгими методами. Очевидно, что и любой проект интерфейса может быть хорош только до какого-то предела. Даже самый прекрасный интерфейс, используемый сегодня, может стать причиной проблем завтра; однако чем лучше он спроектирован, тем дальше отодвинуто это самое завтра.