《设计模式解析（第2版•修订版）》—第1章 1.6节面向对象范型

本节书摘来自异步社区《设计模式解析（第2版•修订版）》一书中的第1章，第1.6节面向对象范型，作者【美】Alan Shalloway（艾伦•沙洛维） , James R.Trott（詹姆斯•R.特罗特），更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.6 面向对象范型
设计模式解析（第2版•修订版）
使用对象将责任转移到更局部的层次

面向对象范型以对象概念为中心，一切都集中在对象上。编写代码时是围绕对象而非函数进行组织的。

对象是什么？对象传统上被定义为带有方法（面向对象领域称呼函数的术语）的数据。糟糕的是，这是一种非常有局限性的对象观。稍后我会给出一个更好的对象定义（在第8章中还会谈到）。我说到对象的数据时，可能指数值和字符串这样的简单事物，也可能指其他对象。

使用对象的优点在于，可以定义自己负责自己的事物（参见表1-2）。对象天生就知道自己的类型。对象中的数据能够告诉它自己的状态如何，而对象中的代码能够使它正确工作（也就是说，做要求它做的事情）。

怎么理解对象？

理解对象的最佳方式，是将其看成“具有责任的东西”。有一条好的设计规则：对象应该自己负责自己，而且应该清楚地定义责任。这就是我之所以说“Student对象的责任之一是知道怎样从一个教室去下一个教室”的原因。

或者，使用Fowler的视角

还可以用Martin Fowler的视角框架来观察对象：

在概念层次上，对象是一组责任；1
在规约层次上，对象是一组可以被其他对象或对象自己调用的方法（也称行为）；　
在实现层次上，对象是代码和数据，以及它们之间的计算交互。
糟糕的是，人们对面向对象设计的教学和讨论更多的是停留在实现层次上——也就是只考虑代码和数据，对概念层次和规约层次重视很不够。然而，从后两种层次去思考对象其实也具有巨大的效力。

对象具有供其他对象使用的接口

因为对象具有责任而且自己负责自己，所以必须有办法告诉对象要做什么。还记得吗？对象含有说明自己状态的数据，还有实现必要功能的方法。对象的很多方法都将标识为可被其他对象调用。这些方法的集合就称为对象的公开接口（public interface）。

例如，在教室的例子中，我可以编写含有一个gotoNextClassroom()方法的Student对象。我不需要向这个方法传递任何参数，因为每个Student对象都自己负责自己。也就是说，Student对象知道：

为了能够找到下一个教室，它需要什么；
怎样为完成这个任务获取所需的其他信息。
围绕类组织对象

刚开始，只有一种学生——普通学生需要从一个教室到另一个教室去。请注意，在我的教室（我的系统）中可能有很多这样的“普通学生”。当然可以每个学生都有一个对象对应，从而能够容易地和分别地跟踪每个学生的状态。但是，要求每个Student对象都有自己的一组方法，告诉它能做什么和怎样做，显然效率很低，尤其是在对所有学生而言任务都一样的时候。

一种效率更高的办法是，让所有学生与一组方法关联起来，每个学生都可以根据自己的需要使用或修改这些方法。我希望定义一个“一般学生”来包含这些公共方法的定义。然后，可以有各种各样特殊的学生，每个特殊学生都必须掌握自己的私有信息。

在面向对象术语中，这种“一般学生”被称为类（class）。类就是对对象行为的定义，它包含以下内容的完整描述：

对象所包含的数据元素；
对象能够操作的方法；
访问这些数据元素和方法的方式。
因为对象所包含的数据元素可以不同，所以同一类型的对象可以含有不同数据，但它们都具有相同的功能（如方法所定义）。

对象是类的实例

要获得一个对象时，我告诉程序需要某个类型（type，也就是对象所属的类）的一个新对象，这个新对象称为类的一个实例（instance）。创建类实例的过程称为实例化（instantiation）。

在例子中使用对象

使用面向对象方法为“去下堂课教室”的例子编写代码比以前的方法简单多了。步骤如下所示。

1．开始控制程序。

2．实例化室中学生的集合。

3．告诉此集合，让学生去自己下堂课的教室。

4．集合让每个学生去自己下堂课的教室。

5．每个学生都：

　　a．找到自己下堂课的教室在哪里；

　　b．决定怎么去；

　　c．去那里。

　　6．完成。

抽象类型的需要

在需要加入另一个学生类型比如研究生之前，这一方式能够很好地工作。

遇到难题了。看起来我必须允许任何类型的学生（普通学生或者研究生）加入这个集合。但我面临的问题是，怎样让集合引用其元素呢？因为我是在讨论如何用代码实现，这时集合实际上将是包含某个类型对象的数组或其他容器。如果集合命名为RegularStudent（普通学生）之类，我就不能将GraduateStudent（研究生）类型的对象放入集合。如果我说集合仅仅是一组对象，我又怎么确定其中不包含类型错误的对象（即不能“去下堂课的教室”）呢？

解决方案很直截了当。我需要一个能包容多种具体类型的一般类型。在本例中，我需要一个包含RegularStudent对象和GraduateStudent对象的Student类型。在面向对象的术语中，我们称Student类为抽象类（abstract class）2。

抽象类定义了一组类可以做什么

抽象类定义了其他一些相关类的行为。这些“其他”类是代表了某种特殊类型的相关行为的类。这样的类通常被称为具体类（concrete class），因为它代表着一个概念特定的、不变的实现。

在本例中，Student就是抽象类。具体类RegularStudent和GraduateStudent则代表了两种类型的Student。RegularStudent是一种Student，GraduateStudent也是一种Student。

这种关系叫做is-a（是一个/种）关系，是我们称之为继承（inheritance）关系的一种特例。于是，我们说RegularStudent类继承自Student类。其他类似的说法还有：GraduateStudent派生自Student类，Graduate- Student特化（specialize）了Student类，或者GraduateStudent是Student的子类。

而另一方面，我们说Student类是GraduateStudent类和Regular-Student的基类，Student类泛化（generalize）了二者，或者Student类是GraduateStudent类和RegularStudent的超类（superclass）。

抽象类可以充当其他类的占位符

抽象类可以充当其他类的占位符。可以使用抽象类定义其派生类必须实现的方法。抽象类还可以包含所有派生类都能够使用的公共方法。3派生类是使用抽象类的默认行为还是使用自己的有所变化的行为，由派生类自己决定（这与“对象自己负责自己”的要求一致）。

这就意味着，我可以在控制程序中编写一些对象，它们的引用类型都是Student。编译器能够检查Student引用所指向的是否真的是一种Student。这种机制使我们能够实现鱼与熊掌兼得，同时获得了以下两方面的优点。

集合只需处理Student对象（从而使Instructor对象也只需要处理Student对象）。
但是类型检查仍然存在（只有能够“去下堂课教室”的Student对象会包含进来）。
而且每一种Student都可以按自己的方式实现功能。
抽象类不只是不能实例化

抽象类经常被描述为“不能实例化的类”。这个定义本身没错——在实现层次上。但是局限性太大了。在概念层次上定义抽象类会更有帮助。在概念层次，抽象类就是（实现抽象类所代表的概念的）其他类的占位符。

也就是说，抽象类为我们提供了一种方法，能够给一组相关的类赋予一个名字。这使我们能够将这一组相关类看成一个概念。

在面向对象范型中，必须总是从概念、规约和实现所有三个视角层次来思考问题。
可见性

因为对象都自己负责自己，所以有很多东西不需要暴露给其他对象。前面我曾提到公开接口——可以被其他对象访问的方法的概念。在面向对象系统中，可访问性主要分为以下几种类型4。

公开（public）——任何对象都能够看见。
保护（protected）——只有这个类及其派生类的对象能够看见。
私有（private）——只有这个类的对象能够看见。
这就引出了封装（encapsulation）的概念。封装经常被简单地描述成“数据隐藏”。一般而言，对象不应该将内部数据成员暴露给外部世界。（也就是说，其可见性是protected或private。）

封装

但封装可不只是指数据隐藏。封装一般意味着各种隐藏。

在本例中，讲师不知道哪些是普通学生，哪些是研究生。所以学生的类型对讲师隐藏了。（也就是说，我封装了学生的类型。）在面向对象语言中，抽象类Student将隐藏从其派生的类的类型。你将在本书后面看到，这是一个非常重要的概念。

多态

另一个要理解的术语是多态（polymorphism）。

在面向对象语言中，我们经常用抽象类类型的引用来引用对象。但是，我们真正引用的是从抽象类派生的类的具体实例。

因此，当我通过抽象引用概念性地要求对象做什么时，将得到不同的行为，具体行为取决于派生对象的具体类型。“多态”这个词来源于“poly”（意为“很多”）和“morph”（意为“形态”）。因此，它的意思是“很多形态”。这个名称非常合适，因为同一个调用能够获得很多不同形态的行为。

在本例中，讲师告诉学生“去下堂课的教室”。但是，根据学生类型的不同，他们会采取不同的行为（因此出现了多态）。

• 有些面向对象分析人员说万事万物皆对象：类是对象，实例也是对象。这在技术上可能是正确的，但是却成了混淆和发生争议的地方。本书所称的对象是类的实例。

1这里比较粗略地套用了Bertrand Meyer在Object-Oriented Software Construction（Upper Saddle River，N.J.: Prentice Hall，1997，p. 331）中概述的“按约定设计”（design by contract）的概念。
2有几种语言中接口也能如此。本章中提到抽象类时，可以假定我编写的是抽象类或者接口。
3抽象类和接口之间有一点不同。接口只定义一组类能够做什么，而并不实现默认行为。
4不同的语言经常有其他类型的可访问性，但是，本质上都是这三种的变种而已。
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