1. 概述

考虑到各个水平层次的同学,并且保证专栏内容的系统性、全面性,我会循序渐进地讲解跟设计模式相关的所有内容。所以,专栏正文的第一个模块,我会讲一些设计原则、设计思想,比如,面向对象设计思想、经典设计原则以及重构相关的知识,为之后学习设计模式做铺垫。

在第一个模块中,我们又首先会讲到面向对象相关的理论知识。提到面向对象,我相信很多人都不陌生,随口都可以说出面向对象的四大特性:封装、抽象、继承、多态。实际上,面向对象这个概念包含的内容还不止这些。所以,今天我打算花一节课的时间,先大概跟你聊一下,当我们谈论面向对象的时候,经常会谈到的一些概念和知识点,为学习后面的几节更加细化的内容做一个铺垫。 特别说明一下,对于今天讲到的概念和知识点,大部分我都是点到为止,并没有展开详细讲解。如果你看了之后,对某个概念和知识点还不是很清楚,那也没有关系。在后面的几节课中,我会花更多的篇幅,对今天讲到的每个概念和知识点,结合具体的例子,一一做详细的讲解。

2. 什么是面向对象编程和面向对象编程语言?

面向对象编程的英文缩写是 OOP,全称是 Object Oriented Programming。对应地,面向对象编程语言的英文缩写是 OOPL,全称是 Object Oriented Programming Language。

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(object)。这两个概念最早出现在 1960 年,在 Simula 这种编程语言中第一次使用。而面向对象编程这个概念第一次被使用是在 Smalltalk 这种编程语言中。Smalltalk 被认为是第一个真正意义上的面向对象编程语言。 1980 年左右,C++ 的出现,带动了面向对象编程的流行,也使得面向对象编程被越来越多的人认可。直到今天,如果不按照严格的定义来说,大部分编程语言都是面向对象编程语言,比如 Java、C++、Go、Python、C/#、Ruby、JavaScript、Objective-C、Scala、PHP、Perl 等等。除此之外,大部分程序员在开发项目的时候,都是基于面向对象编程语言进行的面向对象编程。

以上是面向对象编程的大概发展历史。在刚刚的描述中,我着重提到了两个概念,面向对象编程和面向对象编程语言。那究竟什么是面向对象编程?什么语言才算是面向对象编程语言呢?如果非得给出一个定义的话,我觉得可以用下面两句话来概括。 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 。

面向对象编程语言是支持类或对象的语法机制,并有现成的语法机制,能方便地实现面向对象编程四大特性(封装、抽象、继承、多态)的编程语言。

一般来讲, 面向对象编程都是通过使用面向对象编程语言来进行的,但是,不用面向对象编程语言,我们照样可以进行面向对象编程。反过来讲,即便我们使用面向对象编程语言,写出来的代码也不一定是面向对象编程风格的,也有可能是面向过程编程风格的。这里听起来是不是有点绕?不过没关系,我们在后面的第 7 节课中,会详细讲解这个问题。 除此之外,从定义中,我们还可以发现,理解面向对象编程及面向对象编程语言两个概念,其中最关键的一点就是理解面向对象编程的四大特性。这四大特性分别是:封装、抽象、继承、多态。不过,关于面向对象编程的特性,也有另外一种说法,那就是只包含三大特性:封装、继承、多态,不包含抽象。为什么会有这种分歧呢?抽象为什么可以排除在面向对象编程特性之外呢?关于这个问题,在下一节课详细讲解这四大特性的时候,我还会再拿出来说一下。不过,话说回来,实际上,我们没必要纠结到底是四大特性还是三大特性,关键还是理解每种特性讲的是什么内容、存在的意义以及能解决什么问题。

而且,在技术圈里,封装、抽象、继承、多态也并不是固定地被叫作“四大特性”(features),也有人称它们为面向对象编程的四大概念(concepts)、四大基石(cornerstones)、四大基础(fundamentals)、四大支柱(pillars)等等。你也发现了吧,叫法挺混乱的。不过,叫什么并不重要。我们只需要知道,这是前人进行面向对象编程过程中总结出来的、能让我们更容易地实现各种设计思路的几个编程套路,这就够了。在之后的课程讲解中,我统一把它们叫作“四大特性”。

3. 如何判定某编程语言是否是面向对象编程语言?

如果你足够细心,你可能已经留意到,在我刚刚的讲解中,我提到,“如果不按照严格的定义来说,大部分编程语言都是面向对象编程语言”。为什么要加上“如果不按照严格的定义”这个前提呢?那是因为,如果按照刚刚我们给出的严格的面向对象编程语言的定义,前面提到的有些编程语言,并不是严格意义上的面向对象编程语言,比如 JavaScript,它不支持封装和继承特性,按照严格的定义,它不算是面向对象编程语言,但在某种意义上,它又可以算得上是一种面向对象编程语言。我为什么这么说呢?到底该如何判断一个编程语言是否是面向对象编程语言呢?

还记得我们前面给出的面向对象编程及面向对象编程语言的定义吗?如果忘记了,你可以先翻到上面回顾一下。不过,我必须坦诚告诉你,那个定义是我自己给出的。实际上,对于什么是面向对象编程、什么是面向对象编程语言,并没有一个官方的、统一的定义。而且,从 1960 年,也就是 60 年前面向对象编程诞生开始,这两个概念就在不停地演化,所以,也无法给出一个明确的定义,也没有必要给出一个明确定义。 实际上,面向对象编程从字面上,按照最简单、最原始的方式来理解,就是将对象或类作为代码组织的基本单元,来进行编程的一种编程范式或者编程风格,并不一定需要封装、抽象、继承、多态这四大特性的支持。但是,在进行面向对象编程的过程中,人们不停地总结发现,有了这四大特性,我们就能更容易地实现各种面向对象的代码设计思路。

比如,我们在面向对象编程的过程中,经常会遇到 is-a 这种类关系(比如狗是一种动物),而继承这个特性就能很好地支持这种 is-a 的代码设计思路,并且解决代码复用的问题,所以,继承就成了面向对象编程的四大特性之一。但是随着编程语言的不断迭代、演化,人们发现继承这种特性容易造成层次不清、代码混乱,所以,很多编程语言在设计的时候就开始摒弃继承特性,比如 Go 语言。但是,我们并不能因为它摒弃了继承特性,就一刀切地认为它不是面向对象编程语言了。 实际上,我个人觉得,只要某种编程语言支持类或对象的语法概念,并且以此作为组织代码的基本单元,那就可以被粗略地认为它就是面向对象编程语言了。至于是否有现成的语法机制,完全地支持了面向对象编程的四大特性、是否对四大特性有所取舍和优化,可以不作为判定的标准。基于此,我们才有了前面的说法,按照严格的定义,很多语言都不能算得上面向对象编程语言,但按照不严格的定义来讲,现在流行的大部分编程语言都是面向对象编程语言。

所以,多说一句,关于这个问题,我们一定不要过于学院派,非要给面向对象编程、面向对象编程语言下个死定义,非得对某种语言是否是面向对象编程语言争个一清二白,这样做意义不大。

4. 什么是面向对象分析和面向对象设计?

前面我们讲了面向对象编程(OOP),实际上,跟面向对象编程经常放到一块儿来讲的还有另外两个概念,那就是面向对象分析(OOA)和面向对象设计(OOD)。面向对象分析英文缩写是 OOA,全称是 Object Oriented Analysis;面向对象设计的英文缩写是 OOD,全称是 Object Oriented Design。OOA、OOD、OOP 三个连在一起就是面向对象分析、设计、编程(实现),正好是面向对象软件开发要经历的三个阶段。

关于什么是面向对象编程,我们前面已经讲过了。我们现在再来讲一下,什么是面向对象分析和设计。这两个概念相对来说要简单一些。面向对象分析与设计中的“分析”和“设计”这两个词,我们完全可以从字面上去理解,不需要过度解读,简单类比软件开发中的需求分析、系统设计即可。不过,你可能会说,那为啥前面还加了个修饰词“面向对象”呢?有什么特殊的意义吗? 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。它们比其他的分析和设计更加具体、更加落地、更加贴近编码,更能够顺利地过渡到面向对象编程环节。这也是面向对象分析和设计,与其他分析和设计最大的不同点。

看到这里,你可能会问,那面向对象分析、设计、编程到底都负责做哪些工作呢?简单点讲,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。今天,我们只是简单介绍一下概念,不展开详细讲解。在后面的面向对象实战环节中,我会用两节课的时间,通过一个实际例子,详细讲解如何进行面向对象分析、设计和编程。

5. 什么是 UML?我们是否需要 UML?

讲到面向对象分析、设计、编程,我们就不得不提到另外一个概念,那就是 UML(Unified Model Language),统一建模语言。很多讲解面向对象或设计模式的书籍,常用它来画图表达面向对象或设计模式的设计思路。

实际上,UML 是一种非常复杂的东西。它不仅仅包含我们常提到类图,还有用例图、顺序图、活动图、状态图、组件图等。在我看来,即便仅仅使用类图,学习成本也是很高的。就单说类之间的关系,UML 就定义了很多种,比如泛化、实现、关联、聚合、组合、依赖等。 要想完全掌握,并且熟练运用这些类之间的关系,来画 UML 类图,肯定要花很多的学习精力。而且,UML 作为一种沟通工具,即便你能完全按照 UML 规范来画类图,可对于不熟悉的人来说,看懂的成本也还是很高的。

所以,从我的开发经验来说,UML 在互联网公司的项目开发中,用处可能并不大。为了文档化软件设计或者方便讨论软件设计,大部分情况下,我们随手画个不那么规范的草图,能够达意,方便沟通就够了,而完全按照 UML 规范来将草图标准化,所付出的代价是不值得的。 所以,我这里特别说明一下,专栏中的很多类图我并没有完全遵守 UML 的规范标准。为了兼顾图的表达能力和你的学习成本,我对 UML 类图规范做了简化,并配上了详细的文字解释,力图让你一眼就能看懂,而非适得其反,让图加重你的学习成本。毕竟,我们的专栏并不是一个讲方法论的教程,专栏中的所有类图,本质是让你更清晰地理解设计。

6.总结

今天的内容讲完了,我们来一起总结回顾一下,你需要重点掌握的几个概念和知识点。

  1. 什么是面向对象编程? 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 。

  2. 什么是面向对象编程语言? 面向对象编程语言是支持类或对象的语法机制,并有现成的语法机制,能方便地实现面向对象编程四大特性(封装、抽象、继承、多态)的编程语言。

  3. 如何判定一个编程语言是否是面向对象编程语言? 如果按照严格的的定义,需要有现成的语法支持类、对象、四大特性才能叫作面向对象编程语言。如果放宽要求的话,只要某种编程语言支持类、对象语法机制,那基本上就可以说这种编程语言是面向对象编程语言了,不一定非得要求具有所有的四大特性。

  4. 面向对象编程和面向对象编程语言之间有何关系? 面向对象编程一般使用面向对象编程语言来进行,但是,不用面向对象编程语言,我们照样可以进行面向对象编程。反过来讲,即便我们使用面向对象编程语言,写出来的代码也不一定是面向对象编程风格的,也有可能是面向过程编程风格的。

  5. 什么是面向对象分析和面向对象设计? 简单点讲,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。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。