面向对象程序设计

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面向对象程序设计(Object-oriented programming,OOP)

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什么是面对对象程序设计

  面向对象程序设计是种具有对象概念的程序编程范型,同时也是一种程序开发的方法。它可能包含数据、属性、代码与方法。对象则指的是类的实例。它将对象作为程序的基本单元,将程序和数据封装其中,以提高软件的重用性、灵活性和扩展性,对象里的程序可以访问及经常修改对象相关连的数据。在面向对象程序编程里,计算机程序会被设计成彼此相关的对象。

  面向对象程序设计可以看作一种在程序中包含各种独立而又互相调用的对象的思想,这与传统的思想刚好相反:传统的程序设计主张将程序看作一系列函数的集合,或者直接就是一系列对电脑下达的指令。面向对象程序设计中的每一个对象都应该能够接受数据、处理数据并将数据传达给其它对象,因此它们都可以被看作一个小型的“机器”,即对象。目前已经被证实的是,面向对象程序设计推广了程序的灵活性和可维护性,并且在大型项目设计中广为应用。

  此外,支持者声称面向对象程序设计要比以往的做法更加便于学习,因为它能够让人们更简单地设计并维护程序,使得程序更加便于分析、设计、理解。反对者在某些领域对此予以否认。当我们提到面向对象的时候,它不仅指一种程序设计方法。它更多意义上是一种程序开发方式。在这一方面,我们必须了解更多关于面向对象系统分析和面向对象设计(Object Oriented Design,简称OOD)方面的知识。许多流行的编程语言是面向对象的,它们的风格就是会透由对象来创出实例。

  重要的面向对象编程语言包含Common Lisp、PythonC++、Objective-C、Smalltalk、DelphiJava、Swift、C#、PerlRuby 与 PHP等。

面对对象程序设计的特征

  面向对象程序编程的定义是使用“对象”来做设计,但并非所有的编程语言都直接支持“面向对象程序编程”相关技术与结构。对于OOP的准确定义及其本意存在着不少争论。通常,OOP被理解为一种将程序分解为封装数据及相关操作的模块而进行的编程方式。有别于其它编程方式,OOP中的与某数据类型相关的一系列操作都被有机地封装到该数据类型当中,而非散放于其外,因而OOP中的数据类型不仅有着状态,还有着相关的行为。

  OOP理论,及与之同名的OOP实践相结合创造出了新的一个编程架构;OOP思想被广泛认为是非常有用的,以致一套新的编程范型被创造了出来。(其它的编程范型例如函数式编程或过程式编程专注于程序运行的过程,而逻辑编程专注于引发程序代码执行的断言)。对面向模拟系统的语言(如:SIMULA 67)的研究及对高可靠性系统架构(如:高性能操作系统和CPU的架构)的研究最终导致了OOP的诞生。其中由Deborah J. Armstrong进行的长达40年之久的计算机著作调查中,显示出了一系列面向对象程序设计的基本理论。面向对象程序特征被条列如下:

分享非面向对象程序前身语言

  面向对象程序设计通常共享高级编程语言的低级功能。可用于建构一个程序的基本工具包括:

  • 变量 能存储一些内置类型的信息如整数与字符,也有些是数据结构像是字符串、串列与|散列表等包含内置或复合的变量如指针。
  • 程序:也称为函数、方法或例程,是指输入数据产生输出结果,现代语言还包含结构化编程结构如程序循环与条件。

动态配置与消息传递机制

  定义上动态配置是指方法会随着实例动态的改变。而消息传递机制(Message Passing)是指一个对象通过接受消息、处理消息、传出消息或使用其他类的方法来实现一定功能。如:莱丝可以通过吠叫引起人的注意,从而导致一系列的事发生。

封装性

  具备封装性(Encapsulation)的面向对象程序设计隐藏了某一方法的具体运行步骤,取而代之的是通过消息传递机制发送消息给它。封装是通过限制只有特定类的对象可以访问这一特定类的成员,而它们通常利用接口实现消息的传入传出。举个例子,接口能确保幼犬这一特征只能被赋予狗这一类。通常来说,成员会依它们的访问权限被分为3种:公有成员、私有成员以及保护成员。有些语言更进一步:Java可以限制同一包内不同类的访问;C#和VB.NET保留了为类的成员聚集准备的关键字:internal(C#)和Friend(VB.NET);Eiffel语言则可以让用户指定哪个类可以访问所有成员。

  具备封装性(Encapsulation)的面向对象程序设计隐藏了某一方法的具体执行步骤,取而代之的是通过消息传递机制传送消息给它。因此,举例来说,“狗”这个类有“吠叫()”的方法,这一方法定义了狗具体该通过什么方法吠叫。但是,莱丝的朋友并不知道它到底是如何吠叫的。

继承

  继承性(Inheritance)是指,在某种情况下,一个类会有“子类”。子类比原本的类(称为父类)要更加具体化。例如,“狗”这个类可能会有它的子类“牧羊犬”和“吉娃娃犬”。在这种情况下,“莱丝”可能就是牧羊犬的一个实例。子类会继承父类的属性和行为,并且也可包含它们自己的。我们假设“狗”这个类有一个方法(行为)叫做“吠叫()”和一个属性叫做“毛皮颜色”。它的子类(前例中的牧羊犬和吉娃娃犬)会继承这些成员。这意味着程序员只需要将相同的代码写一次。

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