译序

Qt的设计水准在业界很有口碑,一致、易于掌握和强大的API是Qt最著名的优点之一。此文既是Qt官网上的API设计指导准则,也是Qt在API设计上的实践总结。虽然Qt用的是C++,但其中设计原则和思考是具有普适性的(如果你对C++还不精通,可以忽略与C++强相关或是过于细节的部分,仍然可以学习或梳理关于API设计最有价值的内容)。整个篇幅中有很多示例,是关于API设计一篇难得的好文章。

需要注意的是,这篇Wiki有一些内容并不完整,所以,可能会有一些阅读上的问题,我们对此做了一些相关的注释。

PS:翻译中肯定会有不足和不对之处,欢迎评论&交流;另译文源码在GitHub的这个仓库中,可以提交Issue/Fork后提交代码来建议/指正。

API设计原则

一致、易于掌握和强大的API是Qt最著名的优点之一。此文总结了我们在设计Qt风格API的过程中所积累的诀窍(know-how)。其中许多是通用准则;而其他的则更偏向于约定,遵循这些约定主要是为了与已有的API保持一致。

虽然这些准则主要用于对外的API(public API),但在设计对内的API(private API)时也推荐遵循相同的技巧(techniques),作为开发者之间协作的礼仪(courtesy)。

如有兴趣也可以读一下 Jasmin Blanchette 的Little Manual of API Design (PDF) 或是本文的前身 Matthias Ettrich 的Designing Qt-Style C++ APIs

好API的6个特质

API之于程序员就如同图形界面之于普通用户(end-user)。API中的『P』实际上指的是『程序员』(Programmer),而不是『程序』(Program),强调的是API是给程序员使用的这一事实。

在第13期Qt季刊,Matthias 的关于API设计的文章中提出了观点:API应该极简(minimal)且完备(complete)、语义清晰简单(have clear and simple semantics)、符合直觉(be intuitive)、易于记忆(be easy to memorize)和引导API使用者写出可读代码(lead to readable code)。

1. 极简

极简的API是指每个class的public成员尽可能少,public的class也尽可能少。这样的API更易理解、记忆、调试和变更。

2. 完备

完备的API是指期望有的功能都包含了。这点会和保持API极简有些冲突。如果一个成员函数放在错误的类中,那么这个函数的潜在用户就会找不到,这也是违反完备性的。

3. 语义清晰简单

就像其他的设计一样,我们应该遵守最少意外原则(the principle of least surprise)。好的API应该可以让常见的事完成的更简单,并有可以完成不常见的事的可能性,但是却不会关注于那些不常见的事。解决的是具体问题;当没有需求时不要过度通用化解决方案。(举个例子,在Qt 3中,QMimeSourceFactory不应命名成QImageLoader并有不一样的API。)

4. 符合直觉

就像计算机里的其他事物一样,API应该符合直觉。对于什么是符合直觉的什么不符合,不同经验和背景的人会有不同的看法。API符合直觉的测试方法:经验不很丰富的用户不用阅读API文档就能搞懂API,而且程序员不用了解API就能看明白使用API的代码。

5. 易于记忆

为使API易于记忆,API的命名约定应该具有一致性和精确性。使用易于识别的模式和概念,并且避免用缩写。

6. 引导API使用者写出可读代码

代码只写一次,却要多次的阅读(还有调试和修改)。写出可读性好的代码有时候要花费更多的时间,但对于产品的整个生命周期来说是节省了时间的。

最后,要记住的是,不同的用户会使用API的不同部分。尽管简单使用单个Qt类的实例应该符合直觉,但如果是要继承一个类,让用户事先看好文档是个合理的要求。

静态多态

相似的类应该有相似的API。在继承(inheritance)合适时可以用继承达到这个效果,即运行时多态。然而多态也发生在设计阶段。例如,如果你用QProgressBar替换QSlider,或是用QString替换QByteArray,你会发现API的相似性使的替换很容易。这即是所谓的『静态多态』(static polymorphism)。

静态多态也使记忆API和编程模式更加容易。因此,一组相关的类有相似的API有时候比每个类都有各自的一套API更好。

一般来说,在Qt中,如果没有足够的理由要使用继承,我们更倾向于用静态多态。这样可以减少Qt public类的个数,也使刚学习Qt的用户在翻看文档时更有方向感。

1. 好的案例

QDialogButtonBox与QMessageBox,在处理按钮(addButton()、setStandardButtons()等等)上有相似的API,不需要继承某个QAbstractButtonBox类。

2. 差的案例

QTcpSocket与QUdpSocket都继承了QAbstractSocket,这两个类的交互行为的模式(mode of interaction)非常不同。似乎没有什么人以通用和有意义的方式用过QAbstractSocket指针(或者 能 以通用和有意义的方式使用QAbstractSocket指针)。

3. 值得斟酌的案例

QBoxLayout是QHBoxLayout与QVBoxLayout的父类。好处:可以在工具栏上使用QBoxLayout,调用setOrientation()使其变为水平/垂直。坏处:要多一个类,并且有可能导致用户写出这样没什么意义的代码,((QBoxLayout *)hbox)->setOrientation(Qt::Vertical)。

基于属性的API

新的Qt类倾向于用『基于属性(property)的API』,例如:

QTimer timer;
timer.setInterval(1000);
timer.setSingleShot(true);
timer.start();

这里的 属性 是指任何的概念特征(conceptual attribute),是对象状态的一部分 —— 无论它是不是Q_PROPERTY。在说得通的情况下,用户应该可以以任何顺序设置属性,也就是说,属性之间应该是正交的(orthogonal)。例如,上面的代码可以写成:

QTimer timer;
timer.setSingleShot(true);
timer.setInterval(1000);
timer.start();

【译注】:正交性是指改变某个特性而不会影响到其他的特性。《程序员修炼之道》中讲了关于正交性的一个直升飞机坠毁的例子,讲得深入浅出很有画面感。

为了方便,也写成:

timer.start(1000);

类似地,对于QRegExp会是这样的代码:

QRegExp regExp;
regExp.setCaseSensitive(Qt::CaseInsensitive);
regExp.setPattern(".");
regExp.setPatternSyntax(Qt::WildcardSyntax);

为实现这种类型的API,需要借助底层对象的懒创建。例如,对于QRegExp的例子,在不知道模式语法(pattern syntax)的情况下,在setPattern()中去解释"."就为时过早了。

属性之间常常有关联的;在这种情况下,我们必须小心处理。思考下面的问题:当前的风格(style)提供了『默认的图标尺寸』属性 vs. QToolButton的『iconSize』属性:

toolButton->setStyle(otherStyle);
toolButton->iconSize();    // returns the default for otherStyle
toolButton->setIconSize(QSize(52, 52));
toolButton->iconSize();    // returns (52, 52)
toolButton->setStyle(yetAnotherStyle);
toolButton->iconSize();    // returns (52, 52)

提醒一下,一旦设置了iconSize,设置就会一直保持,即使改变当前的风格。这 很好。但有的时候需要能重置属性。有两种方法:

  • 传入一个特殊值(如QSize()、-1或者Qt::Alignment(0))来表示『重置』
  • 提供一个明确的重置方法,如resetFoo()和unsetFoo()

对于iconSize,使用QSize()(比如 QSize(–1, -1))来表示『重置』就够用了。

在某些情况下,getter方法返回的结果与所设置的值不同。例如,虽然调用了widget->setEnabled(true),但如果它的父widget处于disabled状态,那么widget->isEnabled()仍然返回的是false。这样是OK的,因为一般来说就是我们想要的检查结果(父widget处于disabled状态,里面的子widget也应该变为灰的不响应用户操作,就好像子widget自身处于disabled状态一样;与此同时,因为子widget记得在自己的内心深处是enabled状态的,只是一直等待着它的父widget变为enabled)。当然诸如这些都必须在文档中妥善地说明清楚。

API设计原则(上)
API设计原则(中)
API设计原则(下)

原文链接:API Design Principles – Qt Wiki 基于Gary的影响力上 Gary Gao 的译文稿:C++的API设计指导

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