面向對象的基礎知識

来源:https://www.cnblogs.com/fatedeity/archive/2022/08/04/16550869.html
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面向對象是一種軟體開發的編程範式。其概念和應用已超越了程式設計和軟體開發,擴展到如資料庫系統、互動式界面、應用結構、應用平臺、分散式系統、網路管理結構、CAD 技術、人工智慧等領域。 ...


面向對象

面向對象編程

面向對象編程(Object Oriented Programming, OOP)是一種編程範式或編程風格,它以類或對象作為組織代碼的基本單元,並以封裝、繼承、多態這三個特性作為代碼設計和實現的基石。

面向對象的類是描述了一組有相同特征(屬性)和相同行為(方法)的一組對象的集合;對象是類的一個實例,擁有自己的狀態和行為。

面向對象編程語言

面向對象編程語言(Object Oriented Programming Language, OOPL)是支持以類或對象的語法機制,並有現成的語法機制,能方便地實現面向對象編程的三大特性(封裝、繼承、多態)的編程語言。

面向對象編程設計和分析

面向對象分析(Object Oriented Analysis, OOA)就是要搞清楚是什麼、為什麼要做。

面向對象設計(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。

面向對象的優點

面向對象程式設計有以下優點:

  • 可重用性:代碼重覆可用,減少代碼量,提高開發效率
  • 可擴展性: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:能夠將功能和數據結合,方便管理

核心特性

封裝

封裝的含義

封裝也叫作信息隱藏或數據訪問保護。詳細地說,就是數據被保護在抽象數據類型的內部,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參數來更新餘額和幣種,這樣可以保證數據的一致性。

封裝的優點

封裝具有以下優點:

  • 提高了代碼的安全性,阻止外部隨意修改,避免造成數據不一致
  • 提高了代碼的易用性,簡化外部調用,便於擴展和協作
  • 提高了代碼的可維護性,封裝內部細節,方便修改內部代碼

繼承

繼承的含義

繼承指的是子類擁有父類的全部特征和行為,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,多繼承表示一個子類可以繼承多個父類。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的特征,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 A,且都重寫了父類 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代碼復用,子類可以直接重用父類中的代碼,避免代碼重覆寫多遍。

但是過度地使用繼承會導致代碼可讀性、可維護性變差,有可能出現“父類、父類的父類……”的代碼。

通常,可以在層次簡單、關係不複雜的時候使用繼承,反之使用組合代替繼承。

多態

多態的含義

多態指的是為不同數據類型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類型。

通過繼承實現

多態可以通過繼承的方式實現,子類繼承父類之後,並重寫了父類的方法,在初始化子類的對象時,可以將對象定義為父類的數據類型,這時的對象調用的會是重寫後的子類方法。

如下述代碼所示:

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

多態還可以通過介面的方式實現,當介面被實現之後,在初始化實現類的對象時,可以直接將這個對象定義為介面類型,這時的對象調用的會是實現類的方法。

如下述代碼所示:

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();
}

通過鴨子類型實現

所謂的鴨子類型,指的是只關心事物的外部行為而非內部結構,即不關心對象是什麼類型,只關心該對象是否擁有指定方法。

通過鴨子類型實現多態更加靈活,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 代碼所示:

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)

多態的意義

對於第一個例子的代碼,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,這裡提高了代碼的擴展性。

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代碼,這裡顯然提高了代碼的復用性。

除此之外,多態還是很多設計模式、設計原則、編程技巧的代碼實現基礎。

面向對象和麵向過程

為什麼使用面向對象而不是面向過程?

面向過程是一種流程化的思維模式,面向對象是一種自底向上的抽象化的思維模式。

相比之下,面向對象有以下優勢:

  • 面向對象編程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、模塊化的代碼組織方式
  • 面向對象編程的的三大特性提高了代碼的易維護性、擴展性、復用性,並且大部分設計模式都以面向對象為基礎
  • 面向對象編程語言更加人性化、更加高級、更加智能,面向過程的流程化是一種電腦思維方法,而面向對象的抽象化是一種人類思維方法

違反面向對象編程風格的典型代碼設計

  • 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,數據和操作分開,是徹底的面向過程編程風格

首發於翔仔的個人博客,點擊查看更多。


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