面向对象

面向对象的基本概念

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。

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。

什么是面向对象分析和面向对象设计？

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。

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。

什么是 UML？我们是否需要 UML？

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。

面向对象的四大特性

理解面向对象编程及面向对象编程语言的关键就是理解其四大特性：封装、抽象、继承、多态。

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来访问内部信息或者数据。它需要编程语言提供权限访问控制语法来支持，例如 Java 中的 private、protected、public 关键字。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）

封装主要讲如何隐藏信息、保护数据，那抽象就是讲如何隐藏方法的具体实现，让使用者只需要关心方法提供了哪些功能，不需要知道这些功能是如何实现的。抽象可以通过接口类或者抽象类来实现，但也并不需要特殊的语法机制来支持。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，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。为了实现继承这个特性，编程语言需要提供特殊的语法机制来支持。继承主要是用来解决代码复用的问题。

多态（Polymorphism）

多态是指子类可以替换父类，在实际的代码运行过程中，调用子类的方法实现。多态这种特性也需要编程语言提供特殊的语法机制来实现，比如继承、接口类、duck-typing。多态可以提高代码的扩展性和复用性，是很多设计模式、设计原则、编程技巧的代码实现基础。

面向对象和面向过程

什么是面向过程编程与面向过程编程语言？

类比面向对象编程与面向对象编程语言的定义，对于面向过程编程和面向过程编程语言这两个概念，我给出下面这样的定义。

• 面向过程编程也是一种编程范式或编程风格。它以过程（可以为理解方法、函数、操作）作为组织代码的基本单元，以数据（可以理解为成员变量、属性）与方法相分离为最主要的特点。面向过程风格是一种流程化的编程风格，通过拼接一组顺序执行的方法来操作数据完成一项功能。
• 面向过程编程语言首先是一种编程语言。它最大的特点是不支持类和对象两个语法概念，不支持丰富的面向对象编程特性（比如继承、多态、封装），仅支持面向过程编程。

面向对象编程相比面向过程编程有哪些优势？

1. OOP 更加能够应对大规模复杂程序的开发

对于简单程序的开发来说，不管是用面向过程编程风格，还是用面向对象编程风格，差别确实不会很大，甚至有的时候，面向过程的编程风格反倒更有优势。因为需求足够简单，整个程序的处理流程只有一条主线，很容易被划分成顺序执行的几个步骤，然后逐句翻译成代码，这就非常适合采用面向过程这种面条式的编程风格来实现。

但对于大规模复杂程序的开发来说，整个程序的处理流程错综复杂，并非只有一条主线。如果把整个程序的处理流程画出来的话，会是一个网状结构。如果我们再用面向过程编程这种流程化、线性的思维方式，去翻译这个网状结构，去思考如何把程序拆解为一组顺序执行的方法，就会比较吃力。这个时候，面向对象的编程风格的优势就比较明显了。

对于大规模复杂程序的开发，程序的处理流程并非单一的一条主线，而是错综复杂的网状结构。面向对象编程比起面向过程编程，更能应对这种复杂类型的程序开发。

1. OOP 风格的代码更易复用、易扩展、易维护

面向对象编程相比面向过程编程，具有更加丰富的特性（封装、抽象、继承、多态）。利用这些特性编写出来的代码，更加易扩展、易复用、易维护。

1. OOP 语言更加人性化、更加高级、更加智能

从编程语言跟机器打交道的方式的演进规律中，我们可以总结出：面向对象编程语言比起面向过程编程语言，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

Constants 类、Utils 类的设计问题，对于这两种类的设计，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

传统的 MVC 结构分为 Model 层、Controller 层、View 层这三层。这是典型的基于贫血模型的开发模式，这种开发模式是彻彻底底的面向过程编程风格的。这是因为数据和操作是分开定义在 VO/BO/Entity 和 Controler/Service/Repository 中的。

在面向对象编程中，为什么容易写出面向过程风格的代码？

在生活中，你去完成一个任务，你一般都会思考，应该先做什么、后做什么，如何一步一步地顺序执行一系列操作，最后完成整个任务。面向过程编程风格恰恰符合人的这种流程化思维方式。

而面向对象编程风格正好相反。它是一种自底向上的思考方式。它不是先去按照执行流程来分解任务，而是将任务翻译成一个一个的小的模块（也就是类），设计类之间的交互，最后按照流程将类组装起来，完成整个任务。

除此之外，面向对象编程要比面向过程编程难一些。在面向对象编程中，类的设计还是挺需要技巧，挺需要一定设计经验的。你要去思考如何封装合适的数据和方法到一个类里，如何设计类之间的关系，如何设计类之间的交互等等诸多设计问题。

面向过程编程及面向过程编程语言就真的无用武之地了吗？

如果我们开发的是微小程序，或者是一个数据处理相关的代码，以算法为主，数据为辅，那脚本式的面向过程的编程风格就更适合一些。

面向对象和面向过程两种编程风格，也并不是非黑即白、完全对立的。

不管使用面向过程还是面向对象哪种风格来写代码，我们最终的目的还是写出易维护、易读、易复用、易扩展的高质量代码。只要我们能避免面向过程编程风格的一些弊端，控制好它的副作用，在掌控范围内为我们所用，我们就大可不用避讳在面向对象编程中写面向过程风格的代码。

抽象（接口vs抽象类）

接口和抽象类的区别

• 抽象类

  • 抽象类不允许被实例化，只能被继承。也就是说，你不能 new 一个抽象类的对象出来（Logger logger = new Logger(…); 会报编译错误）。
  • 抽象类可以包含属性和方法。方法既可以包含代码实现（比如 Logger 中的 log() 方法），也可以不包含代码实现（比如 Logger 中的 doLog() 方法）。不包含代码实现的方法叫作抽象方法。
  • 子类继承抽象类，必须实现抽象类中的所有抽象方法。对应到例子代码中就是，所有继承 Logger 抽象类的子类，都必须重写 doLog() 方法。

• 接口

  • 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。

  抽象类实际上就是类，只不过是一种特殊的类，这种类不能被实例化为对象，只能被子类继承。我们知道，继承关系是一种 is-a 的关系，那抽象类既然属于类，也表示一种 is-a 的关系。相对于抽象类的 is-a 关系来说，接口表示一种 has-a 关系，表示具有某些功能。对于接口，有一个更加形象的叫法，那就是协议（contract）。

抽象类和接口能解决什么编程问题？

抽象类不能实例化，只能被继承。继承能解决代码复用的问题。所以，抽象类也是为代码复用而生的。多个子类可以继承抽象类中定义的属性和方法，避免在子类中，重复编写相同的代码。

抽象类更多的是为了代码复用，而接口就更侧重于解耦。接口是对行为的一种抽象，相当于一组协议或者契约，你可以联想类比一下 API 接口。调用者只需要关注抽象的接口，不需要了解具体的实现，具体的实现代码对调用者透明。接口实现了约定和实现相分离，可以降低代码间的耦合性，提高代码的可扩展性。

如何决定该用抽象类还是接口？

实际上，判断的标准很简单。如果我们要表示一种 is-a 的关系，并且是为了解决代码复用的问题，我们就用抽象类；如果我们要表示一种 has-a 关系，并且是为了解决抽象而非代码复用的问题，那我们就可以使用接口。

从类的继承层次上来看，抽象类是一种自下而上的设计思路，先有子类的代码重复，然后再抽象成上层的父类（也就是抽象类）。而接口正好相反，它是一种自上而下的设计思路。我们在编程的时候，一般都是先设计接口，再去考虑具体的实现。

为什么基于接口而非实现编程？

“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。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。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、扩展性、可维护性。

我们在定义接口的时候，一方面，命名要足够通用，不能包含跟具体实现相关的字眼；另一方面，与特定实现有关的方法不要定义在接口中。

“基于接口而非实现编程”这条原则，不仅仅可以指导非常细节的编程开发，还能指导更加上层的架构设计、系统设计等。比如，服务端与客户端之间的“接口”设计、类库的“接口”设计。

有必要为每个类都定义接口吗？

做任何事情都要讲求一个“度”，过度使用这条原则，非得给每个类都定义接口，接口满天飞，也会导致不必要的开发负担。至于什么时候，该为某个类定义接口，实现基于接口的编程，什么时候不需要定义接口，直接使用实现类编程，我们做权衡的根本依据，还是要回归到设计原则诞生的初衷上来。只要搞清楚了这条原则是为了解决什么样的问题而产生的，你就会发现，很多之前模棱两可的问题，都会变得豁然开朗。

从这个设计初衷上来看，如果在我们的业务场景中，某个功能只有一种实现方式，未来也不可能被其他实现方式替换，那我们就没有必要为其设计接口，也没有必要基于接口编程，直接使用实现类就可以了。

越是不稳定的系统，我们越是要在代码的扩展性、维护性上下功夫。相反，如果某个系统特别稳定，在开发完之后，基本上不需要做维护，那我们就没有必要为其扩展性，投入不必要的开发时间。

继承（组合vs继承）

在面向对象编程中，有一条非常经典的设计原则，那就是：组合优于继承，多用组合少用继承。

为什么不推荐使用继承？

继承是面向对象的四大特性之一，用来表示类之间的 is-a 关系，可以解决代码复用的问题。虽然继承有诸多作用，但继承层次过深、过复杂，也会影响到代码的可维护性。所以，对于是否应该在项目中使用继承，网上有很多争议。很多人觉得继承是一种反模式，应该尽量少用，甚至不用。

类的继承层次越深、继承关系就会越复杂。而这种层次很深、很复杂的继承关系，一方面，会导致代码的可读性变差。因为我们要搞清楚某个类具有哪些方法、属性，必须阅读父类的代码、父类的父类的代码……一直追溯到最顶层父类的代码。另一方面，这也破坏了类的封装特性，将父类的实现细节暴露给了子类。子类的实现依赖父类的实现，两者高度耦合，一旦父类代码修改，就会影响所有子类的逻辑。

总之，继承最大的问题就在于：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。这也是为什么我们不推荐使用继承。

组合相比继承有哪些优势？

实际上，我们可以利用组合（composition）、接口、委托（delegation）三个技术手段，一块儿来解决刚刚继承存在的问题。

我们知道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。而这三个作用都可以通过其他技术手段来达成。比如 is-a 关系，我们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。所以，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？

尽管我们鼓励多用组合少用继承，但组合也并不是完美的，继承也并非一无是处。从上面的例子来看，继承改写成组合意味着要做更细粒度的类的拆分。这也就意味着，我们要定义更多的类和接口。类和接口的增多也就或多或少地增加代码的复杂程度和维护成本。所以，在实际的项目开发中，我们还是要根据具体的情况，来具体选择该用继承还是组合。

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。

除此之外，还有一些设计模式会固定使用继承或者组合。比如，装饰者模式（decorator pattern）、策略模式（strategy pattern）、组合模式（composite pattern）等都使用了组合关系，而模板模式（template pattern）使用了继承关系。

面向对象设计

面向对象分析的产出是详细的需求描述。面向对象设计的产出是类。在面向对象设计这一环节中，我们将需求描述转化为具体的类的设计。这个环节的工作可以拆分为下面四个部分。

• 划分职责进而识别出有哪些类

  根据需求描述，我们把其中涉及的功能点，一个一个罗列出来，然后再去看哪些功能点职责相近，操作同样的属性，可否归为同一个类。

• 定义类及其属性和方法

  我们识别出需求描述中的动词，作为候选的方法，再进一步过滤筛选出真正的方法，把功能点中涉及的名词，作为候选属性，然后同样再进行过滤筛选。

• 定义类与类之间的交互关系

  UML 统一建模语言中定义了六种类之间的关系。它们分别是：泛化、实现、关联、聚合、组合、依赖。我们从更加贴近编程的角度，对类与类之间的关系做了调整，保留四个关系：泛化、实现、组合、依赖。

• 将类组装起来并提供执行入口

  我们要将所有的类组装在一起，提供一个执行入口。这个入口可能是一个 main() 函数，也可能是一组给外部用的 API 接口。通过这个入口，我们能触发整个代码跑起来。