02 什么是面向对象？

TroubleMaker2023-11-26 17:31

老规矩还是金字塔形式的介绍,实际的教程中，总是提到面向对象编程与面向对象编程语言，我认为面向编程是一种思想，那学习过程中就应该单纯点。

1. 什么是面向对象？

跟上节内容类似，提起面向对象你不得不提起面向过程编程，如果按照历史发展脚步来说，面向对象可以理解为面向过程的一种进化。

  • 面向对象编程（OO） 更注重对象的抽象和封装，通过定义类来组织数据和行为，以便更容易理解和维护代码。
  • 面向过程编程（OP） 更注重过程和函数，通过将数据和操作分离，强调顺序执行的步骤。

面向对象编程中有两个非常重要、非常基础的概念，那就是类（class）和对象

1.1 什么是类？

  • 定义： 类是面向对象编程（OOP）中的一个基本概念，它是对象的模板或蓝图，描述了一类对象所共有的属性和行为。

  • 特点： 类定义了对象的结构，包括属性（也称为成员变量）和方法（也称为成员函数）。属性表示对象的状态，而方法表示对象的行为。

  • 目的： 类的目的是为了创建对象。当你创建一个类的实例，你实际上是在内存中分配了一块空间，按照类的定义创建了一个对象。

  • 类是面向对象的基础单元： 类是面向对象编程的基本构建块。它定义了对象的结构和行为，是对象的抽象。 对象是类的实例。

面向对象编程是一种编程范式或编程风格。它以类或对象作为组织代码的基本单元，并将封装、抽象、继承、多态四个特性，作为代码设计和实现的基石 。

1.2 面向对象与面向过程相比的优点？

面向对象编程相比起面向过程编程的优势主要有三个。

易于理解和理念上的接近现实世界：

对于大规模复杂程序的开发，程序的处理流程并非单一的一条主线，而是错综复杂的网状结构。面向对象编程比起面向过程编程，更能应对这种复杂类型的程序开发。

面向对象编程相比面向过程编程，具有更加丰富的特性（封装、抽象、继承、多态）。利用这些特性编写出来的代码，更加易扩展、易复用、易维护。

从编程语言跟机器打交道的方式的演进规律中，我们可以总结出：面向对象编程语言比起面向过程编程语言，更加人性化、更加高级、更加智能。

2. 什么是面向对象分析和面向对象设计？

面向对象编程（OOP），编程是一个动词性质的词汇，绝大部分的项目在实际行动前，都会做一些前瞻性的工作。那就是面向对象分析（OOA）和面向对象设计（OOD），连起来读 分析，设计，开工（编程），怎么样是不是整个流程都连贯起来了。

面向对象分析就是要搞清楚做什么

面向对象设计就是要搞清楚怎么做

面向对象编程就是将分析和设计的的结果翻译成代码的过程。

之所以在前面加"面向对象"这几个字，是因为我们是围绕着对象或类来做需求分析和设计的。 分析和设计两个阶段最终的产出是类的设计，包括程序被拆解为哪些类，每个类有哪些属性方法，类与类之间如何交互等等

3. 封装、继承、抽象、多态

封装、继承、多态、抽象是面向对象的四大特性，是面向对象编程的基石，那么我们应该好好理解一下这四大特征。

3.1 封装

1. 什么是封装？

封装 通常指的是将数据（即状态）和操作数据的方法（即行为）打包到一个单一的单元中。这个单元就是类。

通过这种方式，我们可以控制对数据的访问，以及在访问数据时执行的操作。这种封装提供了一种隐藏实现细节的方法，同时使得代码更加模块化和可维护。

下面举一个例子：

js 复制代码 
public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return this.name;
    }

    public void setName(String newName) {
        if (newName != null && !newName.isEmpty()) {
            this.name = newName;
        } else {
            System.out.println("Invalid name");
        }
    }

    public int getAge() {
        return this.age;
    }

    public void setAge(int newAge) {
        if (newAge >= 0 && newAge <= 150) {
            this.age = newAge;
        } else {
            System.out.println("Invalid age");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 使用Person类
        Person person1 = new Person("Alice", 30);
        System.out.println(person1.getName());  // 输出: Alice
        System.out.println(person1.getAge());   // 输出: 30

        person1.setName("Bob");
        person1.setAge(25);

        System.out.println(person1.getName());  // 输出: Bob
        System.out.println(person1.getAge());   // 输出: 25
    }
}

Person 类封装了一个人的基本信息，包括姓名和年龄。对姓名和年龄的访问通过getName、setName、getAge 和 setAge 方法进行。这里的关键是，我们可以在 setAame 和 setAge 方法中添加条件检查，以确保我们不会设置无效的姓名和年龄。这种条件检查的逻辑是被封装在类的内部的，外部用户只需调用相应的方法，而不用担心具体的实现细节。

2. 封装有什么优点？

  1. 隐藏实现细节： 封装允许你将对象的实现细节隐藏起来，只暴露必要的接口。这样，用户只能通过对象的公共方法来与对象交互，而不需要了解其内部的具体实现。这有助于防止用户对对象的误操作，同时提高了系统的安全性。
  2. 简化复杂性： 封装使得系统更易理解。通过将对象划分为模块，并将每个模块的实现细节隐藏，开发人员可以更专注于理解和处理每个独立的部分，而不必担心整个系统的复杂性。
  3. 提高代码的可维护性： 通过隐藏实现细节，封装降低了代码的耦合度。当对象内部的实现发生变化时，只需要更新公共接口而不会影响到其他部分的代码。这使得代码更容易维护，因为修改只需在一个地方进行。
  4. 提高重用性： 封装使得对象的具体实现与其外部的使用者相分离。这种独立性使得对象更容易被复用在不同的上下文中，而不需要担心对其他代码的影响。
  5. 降低系统的复杂性： 封装有助于将系统划分为更小、更易管理的部分。每个部分都有其独立的职责，这样系统的整体结构更加清晰，更容易理解。
  6. 增加安全性： 通过隐藏对象的内部实现细节，封装提供了一层保护，防止外部代码直接访问和修改对象的状态。这有助于确保对象的状态得到正确的维护和管理。

优点太多了，都是必应搜索来的，根据上面的例子也可以看出来，只是一个setAge里面我们做安全性检查，假如针对这个name我们要做去重，做加密等操作，这些都是封装在setAge里面，只需要在调用处调用即可，对外就是设置姓名，是不是很便于理解与维护。

3.2 抽象

1. 抽象是什么

封装主要讲的是如何隐藏信息、保护数据，而抽象讲的是如何隐藏方法的具体实现，让调用者只需要关心方法提供了哪些功能，并不需要知道这些功能是如何实现的。

js 复制代码 
// 抽象类
abstract class Shape {
    // 抽象方法
    abstract void draw();

    // 具体方法
    void display() {
        System.out.println("Displaying the shape.");
    }
}

// 子类
class Circle extends Shape {
    // 实现抽象方法
    void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle.");
    }
}

class Rectangle extends Shape {
    // 实现抽象方法
    void draw() {
        System.out.println("Drawing a rectangle.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Circle circle = new Circle();
        circle.draw();
        circle.display();

        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.draw();
        rectangle.display();
    }
}

在这个例子中，Shape 是一个抽象类，它包含一个抽象方法 draw 和一个具体方法 display。Circle 和 Rectangle 是 Shape 的子类，它们必须实现抽象方法 draw。抽象类提供了一种通用的结构，但需要子类提供具体实现。

2. 抽象的优点？

  1. 代码的可维护性： 抽象通过隐藏对象的具体实现细节，使得系统更易于维护。如果对象的内部实现需要修改，只需确保对外部接口的兼容性，而不需要修改使用该对象的其他部分的代码。
  2. 代码的可扩展性： 抽象允许通过创建新的子类或实现新的接口来扩展系统。新的类可以继承现有的抽象类，从而获得共享的属性和方法，然后添加新的功能或修改现有功能。
  3. 多态性的支持： 抽象为多态性提供了基础。通过抽象类和接口，可以实现在不同的类中使用相同的接口或抽象类，从而实现多态性，提高代码的灵活性和可复用性。
  4. 系统结构的清晰性： 抽象可以帮助创建清晰、模块化的系统结构。通过将对象划分为抽象的层次结构，每个层次都有其特定的职责，系统的整体结构更容易理解。
  5. 问题领域建模的提升： 抽象有助于更好地建模问题领域。通过从具体的实例中提取通用的特征，可以更好地反映问题领域的本质，使得代码更贴近真实世界的概念。
  6. 接口的定义和实现分离： 抽象允许将接口的定义与实现分离。抽象类和接口定义了对象的公共接口，而具体的实现细节则由具体的子类或实现类提供。这有助于降低耦合度，提高系统的灵活性。

特别重要的例子就是上面的draw，对于circle来说 draw就是画一个圆，如果不采取抽象的方法，那我们在实际实现中，要分别实现drawCricle、drawShape、drawRectangle,当要再实现一个六边形，就需要修改现在的代码，增加一个六边形的方法。 假如使用抽象方法，那就直接增加一个六边形对象，在类内实现draw方法就可以了。

3.3 继承

1.什么是继承？

封装主要讲的是如何隐藏信息、保护数据， 而抽象讲的是如何隐藏方法的具体实现，让调用者只需要关心方法提供了哪些功能，并不需要知道这些功能是如何实现的。 继承是为了解决代码复用，子类可以复用父类的代码，并且可以在其基础上进行扩展或修改。这有助于提高代码的重用性和可扩展性。

继承是用来表示类之间的is-a 关系，比如猫是一种哺乳动物。从继承关系上来讲，继承可以分为两种模式，单继承和多继承。

js 复制代码 
// 基类
class Animal {
    String name;

    Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    void makeSound() {
        System.out.println("Some generic sound");
    }
}
js 复制代码 
// 子类
class Dog extends Animal {
    Dog(String name) {
        // 调用父类的构造函数
        super(name);
    }

    // 子类可以重写父类的方法
    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println("Woof! Woof!");
    }

    // 子类可以拥有自己的方法
    void wagTail() {
        System.out.println(name + " is wagging its tail.");
    }
}

跟绝大多数教材一样，是一个很简单的例子，一些关键注释都加到代码里面了。

2. 继承的优点？

继承最大的一个好处就是代码复用。

假如我们现在要写8个动物，都有动物叫这一个动作，那么继承无疑是很好的选择。但是，需要注意过度使用继承可能导致层次结构复杂和紧耦合的问题，因此在设计中需要权衡使用。

3.4 多态

多态是允许使用相同的接口来处理不同的对象。多态性分为编译时多态性（静态多态性）和运行时多态性（动态多态性）两种。

js 复制代码 
// 抽象基类
abstract class Shape {
    abstract void draw();
}

// 圆形类
class Circle extends Shape {
    void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle");
    }
}

// 矩形类
class Rectangle extends Shape {
    void draw() {
        System.out.println("Drawing a rectangle");
    }
}
js 复制代码 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 Circle 对象
        Shape myCircle = new Circle();

        // 创建 Rectangle 对象
        Shape myRectangle = new Rectangle();

        // 调用 draw 方法，具体的实现由对象的实际类型决定
        myCircle.draw();      // 输出: Drawing a circle
        myRectangle.draw();   // 输出: Drawing a rectangle
    }
}

在这个例子中，我们创建了一个基类 Shape 的引用 myCircle 和 myRectangle，分别指向 Circle 和 Rectangle 的对象。通过调用 draw 方法，实际调用的是对象的实际类型的 draw 方法。这就是运行时多态性的体现，同样的方法调用可以根据对象的实际类型执行不同的操作。

2.多态的实现

对于多态特性的实现方式，除了利用"继承加方法重写"这种实现方式之外，我们也利用接口类语法来实现。

实现多态要有哪些语法机制：

第一个语法机制是编程语言要支持父类对象可以引用子类对象，

js 复制代码 
 Shape myCircle = new Circle();

第二个语法机制是编程语言要支持继承，

js 复制代码 
// 圆形类
class Circle extends Shape {
    void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle");
    }
}

第三个语法机制是编程语言要支持子类可以重写（override）父类中的方法，

js 复制代码 
// 圆形类

void draw() {
    System.out.println("Drawing a circle");
}

3.多态的优点

多态性是一种强大的编程工具，通过提供统一的接口和动态绑定，它使得代码更灵活、可扩展，更容易适应变化。这使得面向对象的软件系统更易于设计、实现和维护。

像上面代码的draw()方法,只需要在不同的对象调用draw方法，就可以实现对各种形状的输出，这显然提高了代码的复用性以及灵活性。

总结

总的来说，封装，抽象，多态，继承，从不同的方向优化了面向对象编程。极大的提高了面向对象编程的灵活性，扩展性，可维护性，等。

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