OOP

【面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計】（OOP）與【面向過程程序設(shè)計】在思維方式上存在著很大的差別?！久嫦蜻^程程序設(shè)計】中，算法是第一位的，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是第二位的，這就明確地表述了程序員的工作方式。首先要確定如何操作數(shù)據(jù)，然后再決定如何組織數(shù)據(jù)，以便于數(shù)據(jù)操作。而【面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計】卻調(diào)換了這個次序，【面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計】將數(shù)據(jù)放在第一位，然后再考慮操作數(shù)據(jù)的算法。

對于一些規(guī)模較小的問題，將問題分解為過程的開發(fā)方式比較理想。而面向?qū)ο蟾舆m用于解決規(guī)模較大的問題。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計是一種編程范式或編程風(fēng)格。面向?qū)ο蟮某绦蚴怯深惡蛯ο蠼M成的（以類和對象作為組織代碼的基本單元），并將封裝、抽象、繼承、多態(tài)這四個特性，作為程序設(shè)計和實現(xiàn)的基礎(chǔ)。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言是【支持類和對象的語法機(jī)制。并有現(xiàn)成的語法機(jī)制，能方便地實現(xiàn) OOP 的四大特性（封裝、抽象、繼承、多態(tài)）】的編程語言。

OOP 的四大特性

對于 OOP 的四大特性，我們需要知道每一個特性的如下知識：

• xxx 特性的含義
• 為了實現(xiàn) xxx 特性，需要程序設(shè)計語言提供一定的語法機(jī)制來支持。對于這四大特性，盡管大部分面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言都提供了相應(yīng)的語法機(jī)制來支持，但不同的編程語言實現(xiàn)這四大特性的語法機(jī)制可能會有所不同。
• xxx 特性存在的意義、好處

封裝

封裝（encapsulation）也被稱為數(shù)據(jù)隱藏、數(shù)據(jù)訪問保護(hù)。從形式上看，封裝就是將數(shù)據(jù)和行為組合在一起中，并對對象的使用者隱藏數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方式。

對象中的數(shù)據(jù)被稱為實例域（instance field），操作數(shù)據(jù)的過程被稱為方法（method）。對于每個特定的類實例（對象）都有一組特定的實例域值。這些值的集合就是這個對象的當(dāng)前狀態(tài)（state）。

實現(xiàn)封裝的關(guān)鍵在于絕對不能讓類中的方法直接地訪問其他類的實例域。程序僅通過對象的方法與對象數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。封裝給對象賦予了 “黑盒” 特征，這是提高重用性和可靠性的關(guān)鍵。這意味著一個類可以全面地改變存儲數(shù)據(jù)的方式，只要仍舊使用同樣的方法操作數(shù)據(jù)，其他對象就不會知道或介意所發(fā)生的變化。

為了實現(xiàn)封裝這個特性，需要程序設(shè)計語言提供一定的語法機(jī)制來支持。這個語法機(jī)制就是訪問權(quán)限控制（訪問修飾符：public、protected、private、default）。

在 Java 中，封裝就意味著所有的實例域都帶有 private 訪問修飾符（私有的實例域），并提供帶有 public 訪問修飾符的域訪問器方法和域更改器方法（公共的操作方法）。

如果實例域帶有 public 訪問修飾符，這就破壞了封裝性。因為 public 實例域允許程序中的任何方法對其進(jìn)行讀取和修改。

如果域訪問器方法、域更改器方法直接返回了一個可變對象的引用，這就破壞了封裝性。在 Employee 類中就違反了這個設(shè)計原則，其中的 getHireDay() 方法返回了一個 Date 類對象。Date 類有一個更改器方法 setTime()，可以使用 setTime() 這個方法設(shè)置毫秒數(shù)。Date 對象是可變的，這一點就破壞了封裝性。對 d 調(diào)用更改器方法就可以自動地改變這個雇員對象的私有狀態(tài)。

如果域訪問器方法、域更改器方法需要返回一個可變對象的引用，應(yīng)該首先對對象進(jìn)行克?。╟lone）。

對象 clone 指的是：存放在另一個位置上的對象副本。

class Employee {
    private Date hireDay;

    public Date getHireDay() {
        return hireDay; // Bad
    }
    // ...
}

Employee harry = . .
Date d = harry.getHireDay();
double tenYearsInMilliSeconds = 10 * 365.25 * 24 * 60 * 60 * 1000;
d.setTime(d.getTime() - (long) tenYearsInMilliSeconds);
// let's give Harry ten years of added seniority

// 修改后的代碼
class Employee {
    public Date getHireDay() {
        return (Date) hireDay.clone(); // Ok
    }
    // ...
}

封裝存在的意義、封裝的好處：程序僅通過對象的方法與對象數(shù)據(jù)進(jìn)行交互

• 保護(hù)對象數(shù)據(jù)不被隨意修改。
• 可以改變類的內(nèi)部實現(xiàn)，除了該類的方法之外，不會影響其他的代碼。
• 更改器方法可以執(zhí)行錯誤檢查，而直接對實例域進(jìn)行賦值將不會進(jìn)行這些處理。例如，setSalary 方法可以檢查薪水是否小于 0。

抽象

封裝主要講的是如何隱藏數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)訪問保護(hù)，而抽象講的是如何隱藏方法的具體實現(xiàn)，讓方法的調(diào)用者只需要關(guān)心方法提供了哪些功能，并不需要知道這些功能是如何實現(xiàn)的。

我們可以借助程序設(shè)計語言提供的接口類（比如 Java 中的 interface 關(guān)鍵字語法）或者抽象類（比如 Java 中的 abstract 關(guān)鍵字語法）這兩種語法機(jī)制，來實現(xiàn)抽象這一特性。

實際上，抽象這個特性是非常容易實現(xiàn)的，并不需要非得依靠接口類或者抽象類這些語法機(jī)制來支持。換句話說，并不是說一定要為實現(xiàn)類抽象出接口類，才叫作抽象。即便不編寫接口類，單純的實現(xiàn)類本身就滿足抽象特性。

之所以這么說，那是因為類的方法是通過程序設(shè)計語言中的 “函數(shù)” 這一語法機(jī)制實現(xiàn)的。通過函數(shù)包裹具體的實現(xiàn)邏輯，這本身就是一種抽象。調(diào)用者在調(diào)用函數(shù)的時候，并不需要去研究函數(shù)內(nèi)部的實現(xiàn)邏輯，只需要通過函數(shù)的命名、注釋或者文檔，了解該函數(shù)提供了什么功能，就可以直接調(diào)用了。比如，我們在使用 C 語言的 malloc() 函數(shù)的時候，并不需要了解它的底層代碼是怎么實現(xiàn)的。

抽象存在的意義、抽象的好處：

• 一方面，抽象提高了代碼的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性，修改實現(xiàn)不需要改變定義，減少了代碼的改動范圍；
• 另一方面，抽象是處理復(fù)雜系統(tǒng)的有效手段，抽象能有效地過濾掉不必要關(guān)注的信息。

繼承

繼承（inheritance）即 “is-a” 關(guān)系，是一種用于表示特殊與一般關(guān)系的。

例如，RushOrder 類由 Order 類繼承而來。在具有特殊性的 RushOrder 類中包含了一些用于優(yōu)先處理的特殊方法，以及一個計算運(yùn)費(fèi)的不同方法；而其他的方法，如添加商品、生成賬單等都是從 Order 類繼承來的。

利用繼承，人們可以基于已存在的類構(gòu)造一個新類。繼承已存在的類就是復(fù)用（繼承）這些類的方法和域。在此基礎(chǔ)上，還可以添加一些新的方法和域，以滿足新的需求。

從繼承關(guān)系上來講，繼承可以分為單繼承和多繼承。有些程序設(shè)計語言只支持單繼承，不支持多重繼承，比如 Java、PHP、C#、Ruby 等，而有些程序設(shè)計語言既支持單繼承，也支持多繼承，比如 C++、Python、Perl 等。

• 單繼承表示一個子類只能繼承一個父類；
• 多繼承表示一個子類可以繼承多個父類。

為了實現(xiàn)繼承這個特性，需要程序設(shè)計語言提供一定的語法機(jī)制來支持。比如 Java 使用 extends 關(guān)鍵字來實現(xiàn)繼承，C++ 使用冒號來實現(xiàn)繼承（class B : public A），Python 使用 parentheses() 來實現(xiàn)繼承，Ruby 使用 < 來實現(xiàn)繼承。

繼承存在的意義、繼承的好處：繼承的一個最大好處就是代碼復(fù)用。假如兩個類有一些相同的屬性和方法，我們就可以將這些相同的部分，抽取到基類中，讓兩個子類繼承基類。這樣，兩個子類就可以重用基類中的代碼，避免代碼重復(fù)寫多遍。

不過，代碼復(fù)用這個好處也并不是繼承所獨(dú)有的，我們也可以通過其他的方式來解決代碼復(fù)用的問題，比如利用組合關(guān)系。

過度的使用繼承，繼承的層次過深、過復(fù)雜，就會導(dǎo)致代碼的可讀性、可維護(hù)性變差。

• 可讀性變差的原因：為了了解一個類的功能，我們不僅需要查看這個類的代碼，還需要按照繼承關(guān)系一層一層地往上查看“父類、父類的父類……”的代碼。
• 可維護(hù)性變差的原因：子類和父類高度耦合，修改父類的代碼，會直接影響到子類。

多態(tài)

一個對象變量可以指向多種實際類型的現(xiàn)象被稱為多態(tài)（polymorphism）。在運(yùn)行時自動地選擇調(diào)用哪個方法的現(xiàn)象被稱為動態(tài)綁定（dynamic binding）。

為了實現(xiàn)多態(tài)這個特性，需要程序設(shè)計語言提供一定的語法機(jī)制來支持。

• 第一個語法機(jī)制是：程序設(shè)計語言要支持繼承；
• 第二個語法機(jī)制是：程序設(shè)計語言要支持父類的對象變量可以引用子類對象；
• 第三個語法機(jī)制是：程序設(shè)計語言要支持方法的重寫（override）。

在 Java 程序設(shè)計語言中，對象變量是多態(tài)的。一個父類的對象變量既可以引用一個父類的對象，也可以引用一個子類的對象。

一個 Employee 變量既可以引用一個 Employee 類的對象，也可以引用一個 Employee 類的任何一個子類的對象（例如， Manager、Executive、 Secretary 等）。

對于多態(tài)特性的實現(xiàn)方式，除了利用 “繼承加方法重寫” 這種實現(xiàn)方式之外，還有其他兩種比較常見的的實現(xiàn)方式，一種是利用接口類語法，另一種是利用 duck-typing 語法。不過，并不是每種程序設(shè)計語言都支持接口類或者 duck-typing 這兩種語法機(jī)制，比如 C++ 就不支持接口類語法，而 duck-typing 只有一些動態(tài)語言才支持，比如 Python、JavaScript 等。

• 接口類語法：一個對象變量（接口類）可以指向多種實際類型（實現(xiàn)類）
• duck-typing 語法：duck-typing 可以這樣表述：“如果看起來像鴨子，叫起來像鴨子，那么它一定是鴨子”。

多態(tài)存在的意義、多態(tài)的好處：

• 多態(tài)的好處是，我們可以在一個比較穩(wěn)定的、抽象的層面上編程，而不被更加具體的、易變的實現(xiàn)細(xì)節(jié)干擾。
• 多態(tài)也是很多設(shè)計模式、設(shè)計原則、編程技巧的代碼實現(xiàn)基礎(chǔ)，比如策略模式、基于接口而非實現(xiàn)編程、依賴倒置原則、里式替換原則、利用多態(tài)去掉冗長的 if-else 語句等。

參考資料

《Java核心技術(shù)卷一：基礎(chǔ)知識》（第10版）

04 | 理論一：當(dāng)談?wù)撁嫦驅(qū)ο蟮臅r候，我們到底在談?wù)撌裁矗?極客時間 (geekbang.org)

05 | 理論二：封裝、抽象、繼承、多態(tài)分別可以解決哪些編程問題？ (geekbang.org)文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-412148.html

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