设计原则与思想:面向对象

当谈论面向对象的时候,我们到底在谈论什么?

什么是面向对象编程和面向对象编程语言?

  • 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。

什么是面向对象分析和面向对象设计?

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。

什么是 UML?

UML(Unified Model Language),统一建模语言。

封装、抽象、继承、多态分别可以解决哪些编程问题?

封装(Encapsulation)

封装也叫作信息隐藏或者数据访问保护。类通过暴露有限的访问接口,授权外部仅能通过类提供的方式(或者叫函数)来访问内部信息或者数据。

对于封装这个特性,我们需要编程语言本身提供一定的语法机制来支持。这个语法机制就是访问权限控制。例子中的 private、public 等关键字就是 Java 语言中的访问权限控制语法

封装特性存在的意义,一方面是保护数据不被随意修改,提高代码的可维护性;另一方面是仅暴露有限的必要接口,提高类的易用性。

抽象(Abstraction)

抽象讲的是如何隐藏方法的具体实现,让调用者只需要关心方法提供了哪些功能,并不需要知道这些功能是如何实现的。

抽象存在的意义,一方面是提高代码的可扩展性、维护性,修改实现不需要改变定义,减少代码的改动范围;另一方面,它也是处理复杂系统的有效手段,能有效地过滤掉不必要关注的信息。

继承(Inheritance)

继承是用来表示类之间的 is-a 关系,比如猫是一种哺乳动物。从继承关系上来讲,继承可以分为两种模式,单继承和多继承。单继承表示一个子类只继承一个父类,多继承表示一个子类可以继承多个父类,比如猫既是哺乳动物,又是爬行动物。

继承主要是用来解决代码复用的问题。

多态(Polymorphism)

多态是指,在代码运行过程中,调用子类的方法可以替换父类实现。

多态特性能提高代码的可扩展性和复用性。

面向对象相比面向过程有哪些优势?

  1. OOP 更加能够应对大规模复杂程序的开发
  2. OOP 风格的代码更易复用、易扩展、易维护
  3. OOP 语言更加人性化、更加高级、更加智能

哪些代码设计看似是面向对象,实际是面向过程的?

  1. 滥用 getter、setter 方法

在设计实现类的时候,除非真的需要,否则尽量不要给属性定义 setter 方法。除此之外,尽管 getter 方法相对 setter 方法要安全些,但是如果返回的是集合容器,那也要防范集合内部数据被修改的风险。

  1. 滥用全局变量和全局方法

对于 Constants 和 Utils 这两种类的设计,我们尽量能做到职责单一,定义一些细化的小类,比如 RedisConstants、FileUtils,而不是定义一个大而全的 Constants 类、Utils 类。除此之外,如果能将这些类中的属性和方法,划分归并到其他业务类中,那是最好不过的了,能极大地提高类的内聚性和代码的可复用性。

  1. 定义数据和方法分离的类

基于贫血模型的开发模式,是彻彻底底的面向过程编程风格。

接口vs抽象类的区别?如何用普通的类模拟抽象类和接口?

什么是抽象类和接口?区别在哪里?

  • 接口不能包含属性(也就是成员变量)。
  • 接口只能声明方法,方法不能包含代码实现。
  • 类实现接口的时候,必须实现接口中声明的所有方法。

抽象类和接口能解决什么编程问题?

抽象类是对成员变量和方法的抽象,是一种 is-a 关系,是为了解决代码复用问题。接口仅仅是对方法的抽象,是一种 has-a 关系,表示具有某一组行为特性,是为了解决解耦问题,隔离接口和具体的实现,提高代码的扩展性。

为什么基于接口而非实现编程?

如何解读原则中的“接口”二字?

实际上,“基于接口而非实现编程”这条原则的另一个表述方式,是“基于抽象而非实现编程”。后者的表述方式其实更能体现这条原则的设计初衷。

在软件开发中,最大的挑战之一就是需求的不断变化,这也是考验代码设计好坏的一个标准。越抽象、越顶层、越脱离具体某一实现的设计,越能提高代码的灵活性,越能应对未来的需求变化。好的代码设计,不仅能应对当下的需求,而且在将来需求发生变化的时候,仍然能够在不破坏原有代码设计的情况下灵活应对。而抽象就是提高代码扩展性、灵活性、可维护性最有效的手段之一。

如何将这条原则应用到实战中?

我们在做软件开发的时候,一定要有抽象意识、封装意识、接口意识。在定义接口的时候,不要暴露任何实现细节。接口的定义只表明做什么,而不是怎么做。而且,在设计接口的时候,我们要多思考一下,这样的接口设计是否足够通用,是否能够做到在替换具体的接口实现的时候,不需要任何接口定义的改动。

为何说要多用组合少用继承?如何决定该用组合还是继承?

为什么不推荐使用继承?

继承层次过深、继承关系过于复杂会影响到代码的可读性和可维护性。

组合相比继承有哪些优势?

继承主要有三个作用:表示 is-a 关系,支持多态特性,代码复用。

is-a 关系可以通过组合和接口的 has-a 关系来替代;多态特性我们可以利用接口来实现;代码复用我们可以通过组合和委托来实现。

从理论上讲,通过组合、接口、委托三个技术手段,我们完全可以替换掉继承,在项目中不用或者少用继承关系,特别是一些复杂的继承关系。

如何判断该用组合还是继承?

如果类之间的继承结构稳定(不会轻易改变),继承层次比较浅(比如,最多有两层继承关系),继承关系不复杂,我们就可以大胆地使用继承。反之,系统越不稳定,继承层次很深,继承关系复杂,我们就尽量使用组合来替代继承。

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