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[美] Martin Reddy 著 著，刘晓娜 臧秀涛 林健 译

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• C++
• API设计
• 图灵教育
• 编程
• 软件开发
• 计算机科学
• 技术
• 教程
• 代码
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店铺： 人民邮电出版社官方旗舰店

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115322999

商品编码：10002186156

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-11-01

内容介绍 如何构建高效、健壮、稳定且可扩展的优质API？对于这一软件工程上的难题，Martin Reddy凭借长期的从业经验，对优质API所应具备的各要素进行了全面分析，针对API的不同风格及模式，以及大型长期项目的内在需求，给出了种种最佳设计策略，从而对API设计过程的规范性及可持续性作出了理论上不可磨灭的贡献。 《C++ API设计》适合具有一定C++编程经验的程序员阅读，也适合对API设计主题感兴趣的读者参考。
作者介绍 Martin Reddy博士是软件行业的一名老兵，有着15年以上的从业经验，共撰写过40多篇论文，拥有3项软件专利，并与他人合著了Level of Detail for 3D Graphics。另外，他还是ACM以及IEEE的会员。 早年，他曾在SRI International供职5年，主要从事分布式三维地形可视化技术方面的工作，他成功创建了在Web上描述3D地球空间信息模型的ISO标准，并且还连续两年被选为Web3D协会的会长。 他曾在Pixar动画工作室工作过6年，担任内部动画系统的首席工程师，设计并实现了很多高性能API，这些API在一些奥斯卡获奖及提名影片的制作中都发挥了关键作用，这些影片有《海底总动员》、《超人总动员》、《赛车总动员》、《料理鼠王》，以及《机器人总动员》等。 他还开办了一家咨询公司Code Reddy，为各家软件公司提供技术咨询，主要客户有Linden Lab和Planet 9 Studios，为大型在线3D虚拟世界《第二人生》设计了API并改善了其基本架构。 现在他担任ToyTalk公司的首席技术官。
关联推荐 软件API设计经典著作，Pixar动画系统首席工程师悉心讲解，软件工程效率之源 目录 目 录

第1章 API简介 1
1.1 什么是API 1
1.1.1 契约和承包人 2
1.1.2 C++中的API 3
1.2 API设计上有什么不同 4
1.3 为什么使用API 5
1.3.1 更健壮的代码 6
1.3.2 代码复用 6
1.3.3 并行开发 8
1.4 何时应当避免使用API 9
1.5 API示例 10
1.5.1 API层次 10
1.5.2 真实示例 12
1.6 文件格式和网络协议 13
1.7 关于本书 15

第2章 特征 17
2.1 问题域建模 17
2.1.1 提供良好的抽象 17
2.1.2 关键对象的建模 19
2.2 隐藏实现细节 20
2.2.1 物理隐藏：声明与定义 20
2.2.2 逻辑隐藏：封装 22
2.2.3 隐藏成员变量 23
2.2.4 隐藏实现方法 26
2.2.5 隐藏实现类 28
2.3 最小完备性 29
2.3.1 不要过度承诺 29
2.3.2 谨慎添加虚函数 30
2.3.3 便捷API 31
2.4 易用性 33
2.4.1 可发现性 34
2.4.2 不易误用 34
2.4.3 一致性 36
2.4.4 正交 38
2.4.5 健壮的资源分配 40
2.4.6 平台独立 43
2.5 松耦合 44
2.5.1 仅通过名字耦合 45
2.5.2 降低类耦合 45
2.5.3 刻意的冗余 47
2.5.4 管理器类 48
2.5.5 回调、观察者和通知 50
2.6 稳定的、文档详细且经过测试的API 53

第3章 模式 54
3.1 Pimpl惯用法 55
3.1.1 使用Pimpl 56
3.1.2 复制语义 59
3.1.3 Pimpl与智能指针 60
3.1.4 Pimpl的优点 61
3.1.5 Pimpl的缺点 62
3.1.6 C语言的不透明指针 62
3.2 单例 64
3.2.1 在C++中实现单例 64
3.2.2 使单例线程安全 66
3.2.3 单例与依赖注入 68
3.2.4 单例与单一状态 69
3.2.5 单例与会话状态 71
3.3 工厂模式 71
3.3.1 抽象基类 72
3.3.2 工厂示例 73
3.3.3 扩展工厂示例 74
3.4 API包装器模式 76
3.4.1 代理模式 76
3.4.2 适配器模式 79
3.4.3 外观模式 81
3.5 观察者模式 83
3.5.1 MVC架构 83
3.5.2 实现观察者模式 84
3.5.3 推与拉观察者 87

第4章 设计 88
4.1 良好设计的例子 89
4.1.1 积累技术债 89
4.1.2 偿还技术债 90
4.1.3 为长期而设计 91
4.2 收集功能性需求 92
4.2.1 什么是功能性需求 93
4.2.2 功能性需求举例 94
4.2.3 维护需求 94
4.3 创建用例 95
4.3.1 开发用例 95
4.3.2 用例模板 95
4.3.3 编写高质量用例 96
4.3.4 需求与敏捷开发 98
4.4 API设计的元素 100
4.5 架构设计 102
4.5.1 架构的开发 103
4.5.2 架构的约束 104
4.5.3 识别主要抽象 105
4.5.4 创造关键对象 106
4.5.5 架构模式 109
4.5.6 架构的交流 110
4.6 类的设计 111
4.6.1 面向对象概念 112
4.6.2 类设计选项 113
4.6.3 使用继承 113
4.6.4 Liskov替换原则 115
4.6.5 开放?封闭原则 118
4.6.6 迪米特法则 119
4.6.7 类的命名 120
4.7 函数设计 121
4.7.1 函数设计选项 121
4.7.2 函数命名 122
4.7.3 函数参数 123
4.7.4 错误处理 125

第5章 风格 129
5.1 纯C API 129
5.1.1 ANSI C特性 130
5.1.2 ANSI C API的优点 132
5.1.3 使用ANSI C编写API 132
5.1.4 从C++中调用C函数 134
5.1.5 案例研究：FMOD C API 135
5.2 面向对象的C++ API 136
5.2.1 面向对象API的优点 136
5.2.2 面向对象API的缺点 136
5.2.3 案例研究：FMOD C++ API 137
5.3 基于模板的API 138
5.3.1 基于模板的API示例 138
5.3.2 模板与宏 139
5.3.3 基于模板的API的优点 140
5.3.4 基于模板的API的缺点 141
5.4 数据驱动型API 141
5.4.1 数据驱动型Web服务 142
5.4.2 数据驱动型API的优点 143
5.4.3 数据驱动API的缺点 144
5.4.4 支持可变参数列表 144
5.4.5 案例研究：FMOD数据驱动型API 147

第6章 C++用法 149
6.1 命名空间 149
6.2 构造函数和赋值 150
6.2.1 控制编译器生成的函数 152
6.2.2 定义构造函数和赋值操作符 153
6.2.3 explicit关键字 154
6.3 const正确性 155
6.3.1 方法的const正确性 155
6.3.2 参数的const正确性 157
6.3.3 返回值的const正确性 157
6.4 模板 158
6.4.1 模板术语 158
6.4.2 隐式实例化API设计 160
6.4.3 显式实例化API设计 162
6.5 操作符重载 164
6.5.1 可重载的操作符 164
6.5.2 自由操作符与成员操作符 165
6.5.3 为类添加操作符 166
6.5.4 操作符语法 168
6.5.5 转换操作符 170
6.6 函数参数 171
6.6.1 指针与引用参数 171
6.6.2 默认参数 172
6.7 避免使用#define定义常量 173
6.8 避免使用友元 175
6.9 导出符号 176
6.10 编码规范 179

第7章 性能 181
7.1 通过const引用传递输入参数 182
7.2 最小化#include依赖 184
7.2.1 避免“无所不包型”头文件 184
7.2.2 前置声明 184
7.2.3 冗余的#include警戒语句 186
7.3 声明常量 188
7.4 初始化列表 190
7.5 内存优化 192
7.6 除非需要，勿用内联 196
7.7 写时复制 198
7.8 迭代元素 202
7.8.1 迭代器 202
7.8.2 随机访问 203
7.8.3 数组引用 204
7.9 性能分析 205
7.9.1 时效性分析 205
7.9.2 基于内存的分析 207
7.9.3 多线程分析 208

第8章 版本控制 209
8.1 版本号 209
8.1.1 版本号的意义 209
8.1.2 小众的编号方案 210
8.1.3 提供API的版本信息 211
8.2 软件分支策略 213
8.2.1 分支策略 213
8.2.2 分支方针 213
8.2.3 API和并行分支 214
8.2.4 文件格式和并行发布产品 215
8.3 API的生命周期 216
8.4 兼容性级别 217
8.4.1 向后兼容性 217
8.4.2 功能兼容性 218
8.4.3 源代码兼容性 218
8.4.4 二进制兼容性 219
8.4.5 向前兼容性 221
8.5 怎样维护向后兼容性 222
8.5.1 添加功能 222
8.5.2 修改功能 223
8.5.3 弃用功能 224
8.5.4 移除功能 226
8.6 API审查 226
8.6.1 API审查的目的 226
8.6.2 API预发布审查 227
8.6.3 API预提交审查 228

第9章 文档 230
9.1 编写文档的理由 230
9.1.1 定义行为 230
9.1.2 为接口契约编写文档 232
9.1.3 告知行为的改变 233
9.1.4 文档涉及的内容 234
9.2 文档的类型 236
9.2.1 自动生成的API文档 237
9.2.2 概述文档 237
9.2.3 示例和教程 238
9.2.4 发布说明 238
9.2.5 授权信息 239
9.3 文档可用性 241
9.4 使用Doxygen 242
9.4.1 配置文件 242
9.4.2 注释风格和命令 242
9.4.3 API注释 243
9.4.4 文件注释 245
9.4.5 类注释 245
9.4.6 方法注释 246
9.4.7 枚举注释 247
9.4.8 带有文档的示例头文件 247

第10章 测试 250
10.1 编写测试的理由 250
10.2 API测试的类型 252
10.2.1 单元测试 253
10.2.2 集成测试 255
10.2.3 性能测试 257
10.3 编写良好的测试 259
10.3.1 良好测试的特征 259
10.3.2 测试对象 260
10.3.3 关注测试工作量 261
10.3.4 与QA一起工作 261
10.4 编写可测试的代码 262
10.4.1 测试驱动开发 262
10.4.2 桩对象和模拟对象 264
10.4.3 测试私有代码 267
10.4.4 使用断言 269
10.4.5 契约编程 270
10.4.6 记录并重放功能 272
10.4.7 支持国际化 273
10.5 自动化测试工具 273
10.5.1 自动化测试框架 274
10.5.2 代码覆盖率 277
10.5.3 缺陷跟踪系统 279
10.5.4 持续构建系统 280

第11章 脚本化 282
11.1 添加脚本绑定 282
11.1.1 扩充或嵌入 282
11.1.2 脚本化的优点 283
11.1.3 语言兼容性问题 284
11.1.4 跨越语言障碍 285
11.2 脚本绑定技术 286
11.2.1 Boost Python 286
11.2.2 SWIG 286
11.2.3 Python-SIP 287
11.2.4 COM自动化 287
11.2.5 CORBA 288
11.3 使用Boost Python添加Python绑定 289
11.3.1 构建Boost Python 290
11.3.2 使用Boost Python包装C++ API 290
11.3.3 构造函数 292
11.3.4 扩充Python API 293
11.3.5 C++中的继承 295
11.3.6 跨语言多态 296
11.3.7 支持迭代器 298
11.3.8 综合应用 298
11.4 使用SWIG添加Ruby绑定 300
11.4.1 使用SWIG包装C++ API 301
11.4.2 调整Ruby API 303
11.4.3 构造函数 304
11.4.4 扩充Ruby API 304
11.4.5 C++中的继承 305
11.4.6 跨语言多态 307
11.4.7 综合应用 307

第12章 可扩展性 310
12.1 通过插件扩展 310
12.1.1 插件模型概览 311
12.1.2 插件系统设计问题 313
12.1.3 以C++实现插件 314
12.1.4 插件API 315
12.1.5 插件示例 317
12.1.6 插件管理器 318
12.1.7 插件版本控制 321
12.2 通过继承扩展 322
12.2.1 添加功能 322
12.2.2 修改功能 323
12.2.3 继承与STL 324
12.2.4 继承与枚举 325
12.2.5 访问者模式 326
12.2.6 禁止子类化 331
12.3 通过模板扩展 332
12.3.1 基于策略的模板 332
12.3.2 奇特的递归模板模式 334

附录A 库 336

参考文献 351
索引 355

洞悉 C++ 核心：构建高效、可维护的软件基石 在快速迭代的软件开发浪潮中，卓越的 API 设计能力已成为衡量开发者功力的重要标尺。它不仅关乎程序的效率与性能，更直接影响着软件的可读性、可扩展性以及最终的维护成本。本书并非对某一特定 API 的使用说明，也非单纯的语法堆砌，而是深入 C++ 语言的精髓，聚焦于如何设计出优雅、健壮且富有生命力的 API。 我们理解，一个优秀的 API 应当如同精密的机械，其接口清晰明了，内部逻辑严谨可靠，即便使用者并非深入了解其实现细节，也能轻松驾驭，并能根据业务需求灵活扩展。本书旨在引领读者跨越 API 设计的迷雾，掌握那些能够提升代码质量、优化开发流程的通用原则与实践。 深入理解 C++ 的设计哲学： C++ 是一门功能强大且极其复杂的语言，其丰富的特性既是优势，也可能成为设计陷阱。本书将引导你回溯 C++ 的核心设计理念，从面向对象编程（OOP）、泛型编程（GP）、面向方面编程（AOP）等不同视角审视 API 设计。我们会探讨： 面向对象设计的精髓： 如何通过封装、继承、多态构建清晰的对象模型，设计易于理解和使用的类接口。我们将深入分析“高内聚、低耦合”的原则在 API 设计中的具体体现，以及如何避免常见的面向对象设计陷阱，例如过度继承、滥用全局状态等。 泛型编程的力量： 模板元编程（TMP）和 C++ 标准库（STL）为我们提供了强大的抽象能力。本书将详细讲解如何运用模板来创建灵活、高效且类型安全的 API。这包括理解模板特化、SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）等高级技巧，以及如何设计泛型算法和容器，让 API 能够适应各种数据类型和场景，从而最大化代码的复用性。 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）模式的优雅： 资源管理是 C++ 开发中的重中之重，内存泄漏、句柄未释放等问题层出不穷。RAII 模式是 C++ 解决这一问题的绝佳方案。本书将深入剖析 RAII 的原理，并展示如何将其巧妙地融入 API 设计中，确保资源的自动、安全管理，从而显著降低程序出错的可能性。 构建健壮、可维护的 API：原则与实践 API 的生命力在于其能够随着时间和需求的变化而平滑演进，而不会对现有用户造成破坏。本书将系统性地阐述一系列经过时间考验的 API 设计原则，并辅以大量 C++ 实际应用中的最佳实践： 清晰的接口设计： API 的使用者首先接触的是其接口。我们将强调接口的简洁性、一致性以及自解释性。这意味着 API 的命名应当直观，参数的意义应当明确，返回值的含义应当清晰。我们会讨论如何使用命名空间来组织 API，避免命名冲突，以及如何通过枚举、常量等方式来增强接口的可读性。 最小化暴露（Minimizing Exposure）： 优秀的设计是隐藏不必要的复杂性。本书将深入探讨如何通过封装来实现信息隐藏，只暴露必要的接口，从而简化 API 的使用，同时为内部实现保留足够的灵活性，便于未来的重构和优化。 异常处理的艺术： 健壮的 API 必然需要有效的错误处理机制。我们将详细讲解 C++ 的异常处理机制，包括如何抛出、捕获和处理异常。更重要的是，我们将探讨如何设计具有良好异常安全性的 API，即在发生异常时，程序的状态仍然保持一致，不会引入新的问题。 避免副作用（Avoiding Side Effects）： API 的行为应当尽可能可预测，避免隐藏的副作用。我们将分析在 API 设计中可能出现的各种副作用，例如隐式修改全局状态、改变传入参数的值等，并提供规避这些问题的策略。 面向接口编程（Programming to Interfaces）： 强调使用抽象基类或概念（Concepts）来定义 API 的契约，而不是直接依赖具体实现。这使得 API 更加灵活，易于替换底层实现，并支持多态调用，为未来的扩展打下坚实基础。 版本管理与兼容性： 随着项目的迭代，API 的演进不可避免。本书将讨论 API 版本管理的策略，以及如何在引入新功能或修改现有功能时，尽量保持向后兼容性，降低对现有用户的影响。 文档的重要性： 即使是再好的 API，如果没有清晰的文档，其价值也会大打折扣。我们将强调 API 文档的编写规范和重要性，包括如何清晰地描述接口的功能、参数、返回值、可能抛出的异常以及使用示例。 超越 C++：通用 API 设计理念的迁移 本书的价值不止于 C++ 语言本身。我们所探讨的 API 设计原则，如“高内聚、低耦合”、“最小化暴露”、“清晰命名”、“错误处理”等，都是软件工程领域普适的智慧结晶。掌握了这些原则，即使未来转投其他编程语言，也能轻松设计出优秀的 API。 本书的读者定位： 本书面向所有希望提升 C++ 软件设计能力的开发者，无论你是初涉 C++ 的新手，还是身经百战的资深工程师。我们鼓励那些渴望写出更清晰、更健壮、更易于维护的代码的开发者，阅读本书将为你带来深刻的启发。如果你曾因糟糕的 API 设计而头疼不已，或者希望将自己的代码质量提升到一个新的台阶，那么本书将是你不可或缺的参考。 本书的学习路径： 本书将从基础的 C++ 特性出发，逐步深入到高级的设计模式和原理。我们建议读者按照章节顺序进行学习，以便循序渐进地掌握 API 设计的精髓。每章都将配以大量的代码示例，帮助读者理解抽象概念与实际应用的联系。通过反复实践和思考，你将能够内化这些设计理念，并在你的日常开发中信手拈来。 结语： API 设计并非一门玄妙的学问，它是一门艺术，也是一门工程。它需要扎实的语言功底，严谨的逻辑思维，以及对软件生命周期深刻的理解。本书致力于成为你探索 C++ API 设计奥秘的有力助手，帮助你构建出经得起时间考验的优秀软件。我们相信，通过深入学习本书内容，你将能够自信地设计出更具吸引力、更易于协作、更能引领技术潮流的 C++ API。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讲解抽象概念时，所采用的类比和比喻简直是神来之笔，极大地降低了初学者理解复杂设计模式的门槛。我过去在学习其他教材时，常常因为过度依赖晦涩的术语而感到挫败，但这本书不同，它仿佛有一位耐心且幽默的导师在耳边细细道来。特别是对面向对象设计中那些“看不见摸不着”的接口隔离原则、依赖倒置原则的阐述，作者总能迅速找到一个贴近现实生活的场景来映射，让人恍然大悟。这种教学方法，绝非简单的知识堆砌，而是深谙认知心理学规律的教学艺术，它关注的不是“我教了什么”，而是“读者真正学会了什么”。读完某个章节后，我感觉自己不仅仅是记住了几个名词，而是真正领悟了背后的设计哲学，这种从“知其然”到“知其所以然”的飞跃，是评估一本技术书籍价值的核心标准，而这本书在这方面表现得极为出色。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和印刷质量着实让人眼前一亮，封面设计简洁有力，内页纸张的质感也相当不错，长时间阅读下来眼睛不容易疲劳。装帧上能感受到出版方对细节的把控，侧边烫金的书名在书架上反射着低调的光泽，挺有品味的。初翻阅时，目录的结构安排就显得很考究，章节的逻辑递进清晰明了，预示着作者在内容组织上花了不少心思。从整体的阅读体验来看，这本书无疑是市面上众多技术书籍中的一股清流，它不仅是知识的载体，更是一件可以让人心境平和下来去学习的“器物”。这种对物理形态的重视，往往能侧面反映出作者对所传授知识的尊重和认真程度，让人在拿起书本的那一刻，就对后续的学习内容抱持着一份期待和敬意。翻过几页，那种油墨的清香和纸张的微涩感，是电子书永远无法替代的踏实感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容覆盖面虽然聚焦于特定的编程范式，但在对底层原理的剖析上却毫不含糊，展现出扎实的工程背景。它没有停留在高层API的调用教学上，而是深入探讨了某些设计决策背后的编译器优化、内存布局甚至标准库实现的细微差异。这种深挖到底的钻研精神，使得读者在应用这些设计原则时，能够预见到不同实现路径可能带来的性能权衡。这种深度，已经超越了一般入门或中级教程的范畴，更像是为那些渴望从“实现者”蜕变为“架构师”的进阶学习者量身定制的指南。读起来你会发现，作者在每一处关键点都留下了“知识的锚点”，引导你去追溯更底层的技术栈，极大地拓宽了读者的技术视野和问题排查的深度。

评分☆☆☆☆☆

作者在代码示例的选择上展现出一种近乎苛刻的克制和精准，每一个代码片段都不是为了炫技而存在，而是作为一个精确的工具，用来演示和固化前文刚刚阐述的理论。我特别欣赏它避免了使用那种动辄上百行的冗长代码块，而是聚焦于展示最小可行概念（Minimum Viable Concept），寥寥数行便能清晰勾勒出设计思想的骨架。这种“少即是多”的编程范式在示例中得到了完美的体现，它教会读者如何去伪存真，如何在实际项目中保持代码的简洁性与高效性。对于一个习惯于堆砌复杂实现的工程师来说，这本书无疑是一剂清醒剂，它引导我们去思考代码背后的意图，而非仅仅关注实现的功能，这对于提升个人代码品味至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格介于严谨的学术论述和轻松的伙伴交流之间，找到了一个非常微妙的平衡点。它既保证了专业术语使用的准确性，避免了专业性内容的失真，又通过一些富有个人色彩的脚注或旁白，适当地缓解了技术阅读的枯燥感，让人感觉像是在与一位经验丰富的前辈探讨技术难题，而不是被动地接收灌输。这种“人情味”十足的写作方式，极大地增强了阅读的粘性，使得那些原本可能令人望而生畏的话题，也变得平易近人。能够将如此硬核的技术内容，用如此流畅、富有节奏感的文字表达出来，这本身就是一种高超的表达能力体现，也让这本书在众多“干巴巴”的技术手册中脱颖而出，成为我愿意主动拿起重温的工具书。