物件導向的基礎知識

2022-08-04 21:01:42

物件導向

物件導向程式設計

物件導向程式設計(Object Oriented Programming, OOP)是一種程式設計正規化或程式設計風格,它以類或物件作為組織程式碼的基本單元,並以封裝、繼承、多型這三個特性作為程式碼設計和實現的基石。

物件導向的類是描述了一組有相同特徵(屬性)和相同行為(方法)的一組物件的集合;物件是類的一個範例,擁有自己的狀態和行為。

物件導向程式語言

物件導向程式語言(Object Oriented Programming Language, OOPL)是支援以類或物件的語法機制,並有現成的語法機制,能方便地實現物件導向程式設計的三大特性(封裝、繼承、多型)的程式語言。

物件導向程式設計設計和分析

物件導向分析(Object Oriented Analysis, OOA)就是要搞清楚是什麼、為什麼要做。

物件導向設計(Object Oriented Design, OOD)就是要搞清楚由誰來做、什麼時候做、在哪裡做、怎麼做、做到怎樣的程度。

設計和分析就是一個將想法付諸於實際的過程,因此,其中的每一步都非常重要,影響到程式這項工程的維護。

物件導向的優點

物件導向程式設計有以下優點:

  • 可重用性:程式碼重複可用,減少程式碼量,提高開發效率
  • 可延伸性:新的功能可以很容易地加入到系統中來,便於軟體的修改
  • 可管理性:能夠將功能和資料結合,方便管理

核心特性

封裝

封裝的含義

封裝也叫作資訊隱藏或資料存取保護。詳細地說,就是資料被保護在抽象資料型別的內部,儘可能對外隱藏內部的細節,只保留一些統一的方法供外部使用。

比如說,對於一個錢包類,裡面有餘額、幣種這兩個屬性,通常是不允許外部直接更新餘額或者直接更新幣種,而是仿照現實交易的找補零錢的方式,對外提供一個找補零錢的方法,在這個方法中根據提供的引數來更新餘額和幣種,這樣可以保證資料的一致性。

封裝的優點

封裝具有以下優點:

  • 提高了程式碼的安全性,阻止外部隨意修改,避免造成資料不一致
  • 提高了程式碼的易用性,簡化外部呼叫,便於擴充套件和共同作業
  • 提高了程式碼的可維護性,封裝內部細節,方便修改內部程式碼

繼承

繼承的含義

繼承指的是子類擁有父類別的全部特徵和行為,用來表示類之間 is-A 的關係。

比如說,汽車是一種交通工具,汽車會有交通工具的一些特性和功能,交通工具狹義上指一切人造的用於人類代步或運輸的裝置,汽車就屬於這類工具中的一種。

單繼承和多繼承

從繼承的多向性來講,繼承可分為兩種模式:單繼承和多繼承。

單繼承表示一個子類只能繼承一個父類別,多繼承表示一個子類可以繼承多個父類別。從現實世界的角度上看,多繼承更符合現實,比如說,貓既是哺乳動物,又是爬行動物。

但是,從軟體開發的角度上看,單繼承的優點在於層次結構清晰,設計上更容易把握;多繼承可以讓子類具備多個父類別的特徵,擁有更豐富的方法,但是多繼承會出現菱形繼承的問題。

簡單地理解菱形繼承就是,假設子類 B 和子類 C 都繼承自父類別 A,且都重寫了父類別 A 中的方法 func,而孫子類 D 同時繼承了子類 B 和子類 C,對於方法 func 而言,孫子類 D 會出現歧義。

繼承的優缺點

繼承最大的好處就是程式碼複用,子類可以直接重用父類別中的程式碼,避免程式碼重複寫多遍。

但是過度地使用繼承會導致程式碼可讀性、可維護性變差,有可能出現「父類別、父類別的父類別……」的程式碼。

通常,可以在層次簡單、關係不復雜的時候使用繼承,反之使用組合代替繼承。

多型

多型的含義

多型指的是為不同資料型別的實體提供統一的介面,或使用一個單一的符號來表示多個不同的型別。

通過繼承實現

多型可以通過繼承的方式實現,子類繼承父類別之後,並重寫了父類別的方法,在初始化子類的物件時,可以將物件定義為父類別的資料型別,這時的物件呼叫的會是重寫後的子類方法。

如下述程式碼所示:

package cn.fatedeity.designpattern.polymorphism;

public class extendCase {
    private static void test(Base base) {
        System.out.println(base.getSize());
    }

    public static void main(String[] args) {
        Base baseAddOne = new BaseAddOne();
        // 1
        test(baseAddOne);

        Base baseAddTwo = new BaseAddTow();
        // 2
        test(baseAddTwo);
    }
}

class BaseAddTow extends Base {
    @Override
    public int getSize() {
        return this.size + 2;
    }
}

class BaseAddOne extends Base {
    @Override
    public int getSize() {
        return this.size + 1;
    }
}

class Base {
    protected int size = 0;

    public int getSize() {
        return size;
    }
}

通過介面實現

多型還可以通過介面的方式實現,當介面被實現之後,在初始化實現類的物件時,可以直接將這個物件定義為介面型別,這時的物件呼叫的會是實現類的方法。

如下述程式碼所示:

package cn.fatedeity.designpattern.polymorphism;

public class ImplementsCase {
    private static void test(InterfaceBase base) {
        System.out.println(base.toString());
    }

    public static void main(String[] args) {
        InterfaceBase interfaceOne = new InterfaceOne();
        // This is InterfaceOne
        test(interfaceOne);

        InterfaceBase interfaceTwo = new InterfaceTow();
        // This is InterfaceTwo
        test(interfaceTwo);
    }
}

class InterfaceTow implements InterfaceBase {
    @Override
    public String toString() {
        return "This is InterfaceTwo";
    }
}

class InterfaceOne implements InterfaceBase {
    @Override
    public String toString() {
        return "This is InterfaceOne";
    }
}

interface InterfaceBase {
    String toString();
}

通過鴨子型別實現

所謂的鴨子型別,指的是隻關心事物的外部行為而非內部結構,即不關心物件是什麼型別,只關心該物件是否擁有指定方法。

通過鴨子型別實現多型更加靈活,不需要類之間有繼承、介面實現的關係,只需要它們同時定義了相同的方法即可。如下述的 Python 程式碼所示:

class Logger:
    def record(self):
        print('I write a log into file.')

class DB:
    def record(self):
        print('I insert data into db.')

def test(recorder):
    recorder.record()

def demo():
    logger = Logger()
    # I write a log into file.
    test(logger)

    db = DB()
    # I insert data into db.
    test(db)

多型的意義

對於第一個例子的程式碼,僅用一個 test() 方法即可測試 Base 類的子類,即使要新增一個 BaseAddThree 子類,同樣不需要更改 test() 方法,僅需重寫自己的 getSize() 方法即可,這裡提高了程式碼的擴充套件性。

同樣的,僅用一個 test() 即可完成所有的測試,而不需對每一個子類都寫一遍測試程式碼,這裡顯然提高了程式碼的複用性。

除此之外,多型還是很多設計模式、設計原則、程式設計技巧的程式碼實現基礎。

物件導向和程式導向

為什麼使用物件導向而不是程式導向?

程式導向是一種流程化的思維模式,物件導向是一種自底向上的抽象化的思維模式。

相比之下,物件導向有以下優勢:

  • 物件導向程式設計更加能夠應對大規模複雜程式的開發,它提供了一種清晰的、模組化的程式碼組織方式
  • 物件導向程式設計的的三大特性提高了程式碼的易維護性、擴充套件性、複用性,並且大部分設計模式都以物件導向為基礎
  • 物件導向程式語言更加人性化、更加高階、更加智慧,程式導向的流程化是一種計算機思維方法,而物件導向的抽象化是一種人類思維方法

違反物件導向程式設計風格的典型程式碼設計

  • 濫用 setter() 方法和 getter() 方法使封裝失去作用
  • 定義大而全的 Constants 類、Utils 類也破壞了封裝特性
  • MVC 模式是基於貧血模型的開發模式,資料和操作分開,是徹底的程式導向程式設計風格