基于对象和面向对象编程范式辨析和主流编程语言中的应用
生活随笔
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基于对象和面向对象编程范式辨析和主流编程语言中的应用
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基于對(duì)象和面向?qū)ο缶幊谭妒奖嫖龊椭髁骶幊陶Z(yǔ)言中的應(yīng)用 前言 本文的目的是想告訴大家，為什么C++的模板這么強(qiáng)大。為什么Ruby的Duck Typing（像鴨子那樣編程）這么強(qiáng)大！ 基于對(duì)象和面向?qū)ο缶幊谭妒?/font> 關(guān)于基于對(duì)象和面向?qū)ο缶幊谭妒?#xff0c;我有著不同于傳統(tǒng)的理解。我認(rèn)為我的理解更能體現(xiàn)出這2個(gè)范式的本意。 基于對(duì)象，就是使用類封裝操作和操作依賴的數(shù)據(jù)。用類來表示一個(gè)概念。類的公共成員，包括函數(shù)和數(shù)據(jù)，就是類的接口，也叫作抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）。 面向?qū)ο?#xff0c;就是使用類的接口實(shí)現(xiàn)機(jī)制來表示操作。一個(gè)接口使用一組相關(guān)的公共函數(shù)代表一個(gè)概念的操作。一些類實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口。這個(gè)實(shí)現(xiàn)類可以互換。 在使用中，使用接口的指針或者引用來調(diào)用對(duì)象。具體的對(duì)象是接口的某個(gè)實(shí)現(xiàn)類。可以不改變代碼，僅僅改變實(shí)際的對(duì)象來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)修改系統(tǒng)的行為。 這就是“動(dòng)態(tài)多態(tài)”的能力。 面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)多態(tài)能力，使抽象能力比函數(shù)更進(jìn)一步。 動(dòng)態(tài)多態(tài)，在實(shí)現(xiàn)中是使用了“虛函數(shù)”機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。 對(duì)象指向的本類的虛函數(shù)表來查得真正需要調(diào)用的方法。 語(yǔ)言特性對(duì)比表 C++Java?????? .NET???? Ruby??????????? 類型強(qiáng)類型強(qiáng)類型強(qiáng)類型強(qiáng)類型 靜態(tài)/動(dòng)態(tài)靜態(tài)靜態(tài)檢驗(yàn)類型動(dòng)態(tài)解釋執(zhí)行動(dòng)態(tài) 支持面向過程是否否否 支持基于對(duì)象是否是是 支持范型否是是否 支持模板是否否否 C++通過抽象基類來作為接口，通過對(duì)抽象基類的繼承來實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口。 Java和.NET都提供了Interface接口類型。實(shí)現(xiàn)接口的類實(shí)現(xiàn)了這個(gè)機(jī)制。 所以說，C++，Java，.NET都支持面向?qū)ο蟮木幊谭妒健Ｌ貏e是java，它只支持面向?qū)ο?#xff08;也就是動(dòng)態(tài)多態(tài)）這一種編程范式。其他一概不支持！ 動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言，如Ruby，JavaScript都沒有接口。為什么呢？ 考慮一下，動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言盡管有類型。但是變量都是沒有類型的。如 //偽代碼 Class Dao1{ Public void save(model){ //保存數(shù)據(jù) } } Class Dao2{ Public void save(model){ //保存數(shù)據(jù) } } Class Service{ @dao; Public void save(model){ this.dao.save(); } } //調(diào)用代碼： New Service(new Dao1).save(model); New Service(new Dao2).save(model); 這里，Dao1，Dao2這2個(gè)類需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)共同的接口嗎？ 動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言中，盡管對(duì)象是有類型的，但是變量（實(shí)際是指向?qū)ο蟮闹羔?#xff09;是沒有類型的。Service類的變量dao可以是任何類型！只要那個(gè)對(duì)象所屬的類型有Public void save(model);這樣簽名的函數(shù)即可！ 動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言中，根本不需要Java等靜態(tài)語(yǔ)言中的接口的概念。這就是動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言著名的Duck Typing“像鴨子一樣編程”的理念。 Java這樣的靜態(tài)類型語(yǔ)言當(dāng)然也有自己的優(yōu)點(diǎn)。那就是通過強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)接口?？梢员ＷC程序員不會(huì)因?yàn)楣P誤而調(diào)用錯(cuò)誤的類型。 但是，在實(shí)踐中，動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言的Duck Typing卻是更加靈活，更勝一籌! 動(dòng)態(tài)語(yǔ)言既然沒有接口，那么它們調(diào)用的方法，也就是該類的方法或者繼承的方法，就不需要虛函數(shù)表，也就不是面向?qū)ο蟮摹皠?dòng)態(tài)多態(tài)”機(jī)制了。 Ruby，JavaScript的“多態(tài)”機(jī)制，是“動(dòng)態(tài)基于對(duì)象”的機(jī)制。 根據(jù)我的定義標(biāo)準(zhǔn)，Ruby，JavaScript等動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言是“基于對(duì)象”編程范式的語(yǔ)言。是“動(dòng)態(tài)基于對(duì)象”的編程語(yǔ)言。而非面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言。 可能你會(huì)說，Ruby，JavaScript 都有“繼承”的能力，怎么能說它們不是面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言呢? “繼承”，只是一種代碼重用機(jī)制。和編程范式這樣的設(shè)計(jì)問題根本答不上邊。甚至，我反對(duì)大量使用繼承來重用代碼（少數(shù)特殊情況除外）。我們應(yīng)該使用“組合”來重用代碼。 因?yàn)槔^承會(huì)造成類和類之間的實(shí)現(xiàn)依賴。而組合就不會(huì)有這種依賴關(guān)系。我們只要寫上一些通道代碼就可換取類和類之間的解耦。 好了，現(xiàn)在再讓我們看看C++的基于對(duì)象的編程范式。 C++的基于對(duì)象，就是設(shè)計(jì)一些類，把函數(shù)和函數(shù)需要的數(shù)據(jù)封裝在一個(gè)類中。但是，如何實(shí)現(xiàn)真正的ADT（抽象數(shù)據(jù)類型）呢？ 這樣：頭文件代表抽象數(shù)據(jù)類型。實(shí)現(xiàn)文件中提供定義。如果一個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型需要多個(gè)實(shí)現(xiàn)呢？ 我們?yōu)橐粋€(gè)類提供幾個(gè)實(shí)現(xiàn)文件。用哪一個(gè)就提供哪一個(gè)版本。這樣顯然非常繁瑣。事實(shí)上也沒有人會(huì)這樣編程！ 那怎么辦呢？難道C++這樣的靜態(tài)類型語(yǔ)言的“基于對(duì)象”編程范式，注定就不能實(shí)現(xiàn)多態(tài)嗎？C++的模板機(jī)制解決了這個(gè)問題！（在沒有徹底搞懂模板之前，我一直用面向?qū)ο缶幊谭妒绞褂肅++，因此對(duì)C++是怨聲載道！） 如： //偽碼 Template<tyepe?TDao >Class Service{ Private: TDao* dao=new TDao(); Public: Void?save(Model model){ This->dao->save(model); } } //使用 Model*?model=new Model(); Service<Dao>* service=new Service<Dao>(); Service->save(model); 假設(shè)Dao這個(gè)類有Public: Void?save(Model model)；這樣簽名的方法。 Void?save(Model model)這個(gè)函數(shù)就是TDao這個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）公布的方法。 任何類只要有這樣的方法，就滿足TDao這個(gè)ADT，就可以在Service模板類中使用！ 對(duì)照上面Ruby的偽碼，我們可以發(fā)現(xiàn)： 1，C++的“模板支持的基于對(duì)象”的編程范式，僅僅比動(dòng)態(tài)基于對(duì)象語(yǔ)言多了模板參數(shù)類型的聲明。 而且，C++可以直接在模板類內(nèi)部實(shí)例化類型。真正的類型只有在編譯時(shí)才指定。而動(dòng)態(tài)基于對(duì)象的語(yǔ)言因?yàn)闆]有代表類型的符號(hào)，不能實(shí)例化未知的類型。 2，C++的“模板支持的基于對(duì)象”的編程范式，指定了模板參數(shù)類型，也就是在編譯時(shí)需要驗(yàn)證類型。這就比動(dòng)態(tài)基于對(duì)象的語(yǔ)言多了編譯時(shí)靜態(tài)驗(yàn)證類型這一道關(guān)卡，更加安全可靠。 C++中模板之所以偉大，正是因?yàn)樗庆o態(tài)語(yǔ)言中支持基于對(duì)象編程范式的銀彈！ C++的“模板支持的基于對(duì)象”的編程范式，令C++擁有了與Ruby等動(dòng)態(tài)基于對(duì)象編程語(yǔ)言的多態(tài)能力相比肩的頂級(jí)語(yǔ)言！ 總結(jié) 基于對(duì)象和面向?qū)ο缶幊坦灿腥N范式。它們提供了強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)多態(tài)能力，使用它們編程，將令你的程序面向抽象，易于更換。 1，“模板支持的基于對(duì)象”的編程范式。這種編程范式適用于靜態(tài)類型的語(yǔ)言。提供了靜態(tài)多態(tài)的能力。典型的如C++。 模板不同于范型。模板是一種編譯時(shí)的代碼生成機(jī)制。而泛型是對(duì)模板的模擬。在java和.net中都使用類型轉(zhuǎn)換機(jī)制而不是源代碼生成機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。 我認(rèn)為模板優(yōu)于范型。.NET的范型實(shí)現(xiàn)的要比Java好。.NET中可以使用new()關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)在范型類中創(chuàng)建未知類型的對(duì)象，而java中不可以。 “模板支持的基于對(duì)象”的編程范式實(shí)現(xiàn)了編譯時(shí)靜態(tài)的多態(tài)。具備了強(qiáng)大的靜態(tài)多態(tài)能力。而且生成的代碼運(yùn)行速度快。 缺點(diǎn)是，如果寫得不好，容易發(fā)生源代碼擴(kuò)張的問題。 2，“靜態(tài)類型語(yǔ)言”的面向?qū)ο蟮木幊谭妒健＿@種編程范式適用于靜態(tài)類型的語(yǔ)言。提供了動(dòng)態(tài)多態(tài)的能力。典型的如Java，NET。 使用接口和實(shí)現(xiàn)接口的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)多態(tài)。并且可以利用靜態(tài)類型檢驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行更加完善的類型安全檢查。 C++也具有進(jìn)行這一編程范式的能力。但是，C++對(duì)于這一編程范式的支持并不是很好。因此，C++編程中，應(yīng)該優(yōu)先使用“模板支持的基于對(duì)象”的編程范式。然后再考慮使用“靜態(tài)類型語(yǔ)言”的面向?qū)ο蟮木幊谭妒綄?shí)現(xiàn)多態(tài)。 3，“動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言”的基于對(duì)象的編程范式。使用Duck Typing“像鴨子一樣編程”的編程理念。這種編程范式適用于動(dòng)態(tài)類型的語(yǔ)言。它們有類型，但是變量不確定類型。典型的如Ruby。這也實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的多態(tài)能力。總結(jié)
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