面向对象编程

在大学接触面向对象以前，一直都是用面向过程，直到现在写代码还是面向过程居多，学习那会儿经常听到一个论调，说面向对象特别适合大型程序，因为面向过程在大型程序中已经很难管理代码了，于是很好奇到底多大的程序面向过程会出问题，到工作后发现也没什么大不了的，七八十万行的项目照样用纯C做也没问题，大概是还没有接触到吧。不过近几年，虽然偶尔还是会遇到有人翻这个老黄历，但已经少了很多了，相对的听到更多的另一种论点是，不要为了面向对象而面向对象，这话很对，可惜究竟什么时候该用，什么时候不该用，没有严格标准，还是看个人习惯 

关于面向过程不适合大型程序这个说法，翻一下语言历史就知道，最早的fortran语言中，如果程序太大，容易有变量名冲突，于是后面algol语言增加了begin...end块结构，限制了变量作用域，这实际是一个名字空间的问题，后来simula在此基础上提出类和对象的概念，后面发展起来，simula还支持继承。最早的起源大概就是这样 

需要说明的是，面向对象是一种思想，而不是一种实现，所谓说C++，java是面向对象语言，只是它们的语法等能直接支持而已，C语言语法上不支持，但并不妨碍我们使用这个思想，自己实现类似虚表和虚表指针即可，典型例子：python就是C写的，事实上面向对象语法可以等价转换成面向过程，例如我以前用的sco unix下的C++编译器，实际只是个转换器，先转成等价的C，然后调用系统自带的cc 

了解面向对象，一般就从它的三个特点出发：封装、继承和多态 

先说封装，这个概念如果从广义来理解，涵盖了很多方面，比如上面说的名字空间，不过为了更明确的讨论，我们讨论“必须用到面向对象思想的封装”，比方说，名字空间这种问题，通过代码规范或者分模块，或者仅仅加入一个跟面向对象不相干的即可解决，C++里即便不写class，名字冲突也能用namespace解决，所以这种封装中面向对象的必要性不大 

这里主要是权限的封装，很多人觉得，封装体现在一般支持类的语言都会对类中的属性做权限控制（public，private等），即便实现方式可能有差异。这个说法是对的，但还需要细化讨论，考虑如下代码： 

class A 
{ 
    private int a; 
    public int get_a(){return this.a;} 
    public void set_a(int a){this.a = a;} 
} 

这是很典型的get/set，不过就这个实现本身来说，跟把a改成public然后直接读写也没啥区别了，唯一的区别是在扩展性上，我们可以在以后的修改中，在set_a方法里面对输入参数做校验或标准化，这就实现了封装。不过即便是这样，get_a还是显得多余，需要get的原因在于语言的权限控制粒度不够细，比方说如果我们加一个readonly关键字，控制一个属性可直接读但不可直接写，那就用不着get了（ruby有这个机制） 

上面使用set接口对数据做封装，可以控制非法值，使得外部不能随便设置a，第二个例子更清晰一些，实现一个元素为int的vector： 

class IntVector 
{ 
    private int[] a; 
    private int len; 
    public void push_back(int i){...} 
    public int pop_back(){...} 
} 

用数组和长度组合来表示一个vector，下面两个接口的实现非常简单，这个类所有的操作接口都有一个共同特征，就是在调用前和调用后，对象的状态必须一致，也就是说，push_back的时候，要往a里面加数据，必要时还得扩展，然后len也要做相应修改，pop_back同理，不能出现a里面数据的逻辑数量和len不一致的情况，即非法状态，对于一个基本类型来说，可以一条语句修改它的状态，前后状态是一致的，但对于复合类型来说，各属性的含义是相关的，必须保证一致性，这就是封装最重要的意义，可以把复合类型看做整体来操作 

再说继承，有时候也叫做派生，但我各人觉得最贴切的说法是java的extends，扩展，即在基类的基础上自己加点或改点东西，实际也是这么实现的。有的地方说继承的最大好处是代码复用，那么不妨看看下面的代码（java）： 

class A 
{ 
    int a; 
    ...//其他属性和接口 
} 
class B 
{ 
    public A a; //构造的时候给其赋值new A() 
    int b; 
    ...//其他属性和接口 
} 
void f(A a) 
{ 
    ... 
} 
A a; 
f(a); 
B b; 
f(b.a); 

这里没有用继承，而是用了包含的方式，一样可以编译通过和执行，跟继承的唯一区别在于，如果B中重写了A的接口，那么没有多态性，仅此而已，事实上如果不需要多态，在C里面用结构体和操作结构体的函数能达到和面向对象一样的效果（上面说的sco unix的C++转换器就这么干的），这时候用继承，只是让你的代码看起来精简些，符合某些个人的习惯或审美罢了，或者反过来说，在我看来，如果一个继承不是为了覆盖基类的接口，那根本就是设计问题 

从这个角度来说，完全可以把继承完全改成实现抽象接口，但如果我只想实现其中部分接口，其他接口用“默认行为”，这时候还是需要继承的，但单继承足矣。多继承会有一些麻烦，java把它改成接口是合理的。有了抽象接口，静态类型语言就可以实现鸭子类型，虽然不如动态类型语言那么自由，其依赖的基础就是多态 

多态是基于继承的，可以说是面向对象最重要的机制，不过似乎有些人搞混了它和重载，所以还是说下概念：通过一个基类指针（引用）访问一个派生类对象时，调用接口是派生类实际的接口。从这里可以看出，多态是依赖于继承的，如果没有继承，也无所谓多态了（接口实现也是一种继承，虽然语法可能不同） 

一个有争议的话题是，python是否有多态，有人认为，多态需要基类引用，而python是动态类型，所以没有，另一些人觉得，虽然是动态类型，但实际上可以看做是所有变量都是object类型，而所有类型都是object的派生类，所以有，这个问题因为出发角度不同，也争不出结论，见仁见智了。多态的具体实现在C++中使用虚函数，具体机制不用费口舌，在python这种动态语言的实现也是类似的，但也有些不同