面向对象的特性

在谈论面向对象的特性之前,我们先回答一个问题,什么是面向对象?
这是一个简单的问题,我们每天都会见到,如图所示:


面向对象

对于程序猿来说,谈到面向对象,就不得不提到面向过程,我们先有了面向过程,然后发展出来面向对象。

面向过程和面向对象的区别

1. 面向过程——步骤化

面向过程就是分析出实现需求所需要的步骤,通过函数一步一步实现这些步骤,接着依次调用即可。
以洗衣服为例,面向过程的方式:

将衣服放进洗衣机 → 放洗涤剂 → 放水 → 洗衣服 → 清衣服 → 甩干衣服 → 晒衣服

2. 面向对象——行为化

面向对象是把整个需求按照特点、功能划分,将这些存在共性的部分封装成对象,创建了对象不是为了完成某一个步骤,而是描述某个事物在解决问题的步骤中的行为。
以洗衣服为例,面向对象的方式:

人.将衣服放进洗衣机 → 人.放洗涤剂 → 洗衣机.放水 → 洗衣机.洗衣服 → 洗衣机.清衣服 → 洗衣机.甩干衣服 → 人.晒衣服

我们从洗衣服的过程中抽象出来了两个对象,一个是人,一个是洗衣机。人只需要关注自己的那一部分事情,至于衣服怎么清洗,那就是洗衣机制造商的问题了,属于洗衣机这个对象负责的部分。

面向过程和面向对象的优缺点

1. 面向过程

优点:性能上它是优于面向对象的,因为类在调用的时候需要实例化,开销较大
缺点:不易维护、复用、扩展
用途:单片机、嵌入式开发、Linux/Unix等对性能要求较高的地方
常用语言:COBOL、FORTRAN、BASIC、C语言等

2. 面向对象

优点:易维护、易复用、易扩展,可以设计出低耦合的系统,使系统更加灵活、更加易于维护
缺点:性能比面向过程低
常用语言:C++、C#、Java语言等

面向对象的基本特征

1. 封装

定义:封装,也就是隐藏对象的属性和实现细节,仅对外公开接口,控制在程序中属性的读和修改的访问级别。
目的:增强安全性和简化编程,使用者不必了解具体的实现细节,而只是要通过外部接口,一特定的访问权限来使用类的成员。可以分三个维度来看:

  • 软件分工:封装可以区分“内外”,外部调用方不必关心内部实现逻辑;
  • 访问权限:封装可以保护内部变量和方法不被外部调用方随意改动,外部调用方只能访问既定的接口;
  • 可维护性:封装可以方便以后代码维护时只需要修改内部变量或方法,外部调用方不需做任何更改,比如修改name。

2. 继承

定义:继承,可以使用现有类的所有功能,并在无需重新编写原来的类的情况下对这些功能进行扩展。
目的:实现代码复用(重用)。当两个类具有相同的特征(属性)和行为(方法)时,可以将相同的部分抽取出来放到一个类中作为父类,其它两个类继承这个父类。继承后子类自动拥有了父类的属性和方法。

3. 多态

定义:多态,指相同的事物、调用其相同的方法、参数也相同,但表现的行为却不同。
目的:增强程序的可扩展性及可维护性,一句话总结:面向接口编程。
必要条件:继承、重写、向上转型。只有满足这三个条件,我们才能够在同一个继承结构中使用统一的逻辑实现代码处理不同的对象,从而达到执行不同的行为。
○ 继承:在多态中必须存在有继承关系的子类和父类。
○ 重写:子类对父类中某些方法进行重新定义,在调用这些方法时就会调用子类的方法。
○ 向上转型:在多态中需要将子类的引用赋给父类对象,只有这样该引用才能够具备技能调用父类的方法和子类的方法。
实现方式:基于继承实现的多态和基于接口实现的多态。
○ 基于继承实现的多态:基于继承的实现机制主要表现在父类和继承该父类的一个或多个子类对某些方法的重写,多个子类对同一方法的重写可以表现出不同的行为。
○ 基于接口实现的多态:继承是通过重写父类的同一方法的几个不同子类来体现的,那么就可就是通过实现接口并覆盖接口中同一方法的几不同的类体现的。

对象与对象之间的关系

1. 泛化关系(Generalization)

A是B和C的父类,B、C具有公共类(父类)A,说明A是B、C的泛化。
泛化关系(Generalization)也就是继承关系,也称为"is-a"关系,泛化关系用于描述父类与子类之间的关系,父类又称作基类或超类,子类又称作派生类。

泛化关系

泛化关系(继承关系)在Java语言中使用extends关键字、在C++/C#中使用冒号":"来实现。

2. 实现关系(Implementation)

实现关系是用来规定接口和实线接口的类或者构建结构的关系,接口是操作的集合,而这些操作就用于规定类或者构建的一种服务。


实现关系

实现关系在Java语言中使用implements关键字、在C++/C#中使用冒号":"来实现。

3. 依赖关系(Dependency)

假设A类的变化引起了B类的变化,则说名B类依赖于A类。
依赖关系是一种使用关系,特定事物的改变有可能会影响到使用该事物的其他事物,在需要表示一个事物使用另一个事物时使用依赖关系。大多数情况下,依赖关系体现在某个类的方法使用另一个类的对象作为参数。

依赖关系

在使用Java、C#和C++编程语言表示依赖关系时,通常有三种表现形式:
○ A类是B类中(某个方法的)局部变量;
○ A类是B类方法当中的一个参数;
○ A类向B类发送消息,从而影响B类发生变化;

4. 关联关系(Association)

关联关系是指类之间的联系,如客户和订单,每个订单对应特定的客户,每个客户对应一些特定的订单,再如篮球队员与球队之间的关系。
关联关系是类与类之间最常用的一种关系,它是一种结构化关系,用于表示一类对象与另一类对象之间有联系。

关联关系

在使用Java、C#和C++等编程语言实现关联关系时,通常将一个类的对象作为另一个类的属性。

5. 聚合关系(aggregation)

聚合关系表示的是整体和部分的关系,整体与部分可以分开。
在聚合关系中,成员类是整体类的一部分,即成员对象是整体对象的一部分,但是成员对象可以脱离整体对象独立存在。

聚合关系

6. 组合关系(Composition)

组合关系也是整体与部分的关系,但是整体与部分不可以分开。
组合关系也表示类之间整体和部分的关系,但是组合关系中部分和整体具有统一的生存期。一旦整体对象不存在,部分对象也将不存在,部分对象与整体对象之 间具有同生共死的关系。

组合关系

小结

依赖和关联的区别:依赖是使用,关联是拥有。
聚合和组合的区别:聚合是个体离开了整体,依然可以存在;组合是个体和整体不可以分开,个体不能离开整体单独存在。
依赖、关联和聚合、组合的区别:依赖、关联要求类之间的关系是在同一层次上;聚合、组合则是类之间的关系表现为整体和部分。

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