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面向对象程序设计
发布时间: 2014-05-20
面向对象编程(Object Oriented Programming,OOP,面向对象程序设计)是一种计算机编程架构。OOP 的一条基本原则是计算机程序是由单个能够起到子程序作用的单元或对象组合而成。OOP 达到了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。为了实现整体运算,每个对象都能够接收信息、处理数据和向其它对象发送信息。

面向对象程序设计中的概念主要包括:对象、类、数据抽象、继承、动态绑定、数据封装、多态性、消息传递。通过这些概念面向对象的思想得到了具体的体现。
 
  1)对象 对象是运行期的基本实体,它是一个封装了数据和操作这些数据的代码的逻辑实体。
 
  2)类 类是具有相同类型的对象的抽象。一个对象所包含的所有数据和代码可以通过类来构造。
 
  3)封装 封装是将数据和代码捆绑到一起,避免了外界的干扰和不确定性。对象的某些数据和代码可以是私有的,不能被外界访问,以此实现对数据和代码不同级别的访问权限。
 
  4)继承 继承是让某个类型的对象获得另一个类型的对象的特征。通过继承可以实现代码的重用:从已存在的类派生出的一个新类将自动具有原来那个类的特性,同时,它还可以拥有自己的新特性。
 
  5)多态 多态是指不同事物具有不同表现形式的能力。多态机制使具有不同内部结构的对象可以共享相同的外部接口,通过这种方式减少代码的复杂度。
 
  6)动态绑定 绑定指的是将一个过程调用与相应代码链接起来的行为。动态绑定是指与给定的过程调用相关联的代码只有在运行期才可知的一种绑定,它是多态实现的具体形式。
 
  7)消息传递 对象之间需要相互沟通,沟通的途径就是对象之间收发信息。消息内容包括接收消息的对象的标识,需要调用的函数的标识,以及必要的信息。消息传递的概念使得对现实世界的描述更容易。
 
  8)方法 方法(Method)是定义一个类可以做的,但不一定会去做的事。

面向对象程序设计的优点:


面向对象出现以前,结构化程序设计是程序设计的主流,结构化程序设计又称为面向过程的程序设计。在面向过程程序设计中,问题被看作一系列需要完成的任务,函数(在此泛指例程、函数、过程)用于完成这些任务,解决问题的焦点集中于函数。其中函数是面向过程的,即它关注如何根据规定的条件完成指定的任务。
在多函数程序中,许多重要的数据被放置在全局数据区,这样它们可以被所有的函数访问。每个函数都可以具有它们自己的局部数据。

这种结构很容易造成全局数据在无意中被其他函数改动,因而程序的正确性不易保证。面向对象程序设计的出发点之一就是弥补面向过程程序设计中的一些缺点:对象是程序的基本元素,它将数据和操作紧密地连结在一起,并保护数据不会被外界的函数意外地改变。
比较面向对象程序设计和面向过程程序设计,还可以得到面向对象程序设计的其他优点:

1)数据抽象的概念可以在保持外部接口不变的情况下改变内部实现,从而减少甚至避免对外界的干扰;
2)通过继承大幅减少冗余的代码,并可以方便地扩展现有代码,提高编码效率,也减低了出错概率,降低软件维护的难度;
3)结合面向对象分析、面向对象设计,允许将问题域中的对象直接映射到程序中,减少软件开发过程中中间环节的转换过程;
4)通过对对象的辨别、划分可以将软件系统分割为若干相对为独立的部分,在一定程度上更便于控制软件复杂度;
5)以对象为中心的设计可以帮助开发人员从静态(属性)和动态(方法)两个方面把握问题,从而更好地实现系统;
6)通过对象的聚合、联合可以在保证封装与抽象的原则下实现对象在内在结构以及外在功能上的扩充,从而实现对象由低到高的升级。

面向对象主要特征:

封装性:封装是一种信息隐蔽技术,它体现于类的说明,是对象的重要特性。封装使数据和加工该数据的方法(函数)封装为一个整体,以实现独立性很强的模块,使得用户只能见到对象的外特性(对象能接受哪些消息,具有那些处理能力),而对象的内特性(保存内部状态的私有数据和实现加工能力的算法)对用户是隐蔽的。封装的目的在于把对象的设计者和对象者的使用分开,使用者不必知晓行为实现的细节,只须用设计者提供的消息来访问该对象。

继承性:继承性是子类自动共享父类之间数据和方法的机制。它由类的派生功能体现。一个类直接继承其它类的全部描述,同时可修改和扩充。继承具有传递性。继承分为单继承(一个子类只有一父类)和多重继承(一个类有多个父类)。类的对象是各自封闭的,如果没继承性机制,则类对象中数据、方法就会出现大量重复。继承不仅支持系统的可重用性,而且还促进系统的可扩充性。

多态性:对象根据所接收的消息而做出动作。同一消息为不同的对象接受时可产生完全不同的行动,这种现象称为多态性。利用多态性用户可发送一个通用的信息,而将所有的实现细节都留给接受消息的对象自行决定,如是,同一消息即可调用不同的方法。例如:Print消息被发送给一图或表时调用的打印方法与将同样的Print消息发送给一正文文件而调用的打印方法会完全不同。多态性的实现受到继承性的支持,利用类继承的层次关系,把具有通用功能的协议存放在类层次中尽可能高的地方,而将实现这一功能的不同方法置于较低层次,这样,在这些低层次上生成的对象就能给通用消息以不同的响应。在OOPL中可通过在派生类中重定义基类函数(定义为重载函数或虚函数)来实现多态性。

综上可知,在面对对象方法中,对象和传递消息分别表现事物及事物间相互联系的概念。类和继承是是适应人们一般思维方式的描述范式。方法是允许作用于该类对象上的各种操作。这种对象、类、消息和方法的程序设计范式的基本点在于对象的封装性和类的继承性。通过封装能将对象的定义和对象的实现分开,通过继承能体现类与类之间的关系,以及由此带来的动态联编和实体的多态性,从而构成了面向对象的基本特征。