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面向对象究竟是什么鬼?该如何理解?

基本所有的高级语言都支持面向对象编程(Object Oriented Programming, OOP),理解 OOP 的概念是程序员的基本要求;然而很多书籍对 OOP 的讲解都是照本宣科,把一个简单的概念搞的高深莫测、晦涩难懂,别说初学者,就连已经工作的初级程序员都不一定理解。

很多书籍在讲解 OOP 时都这样写:

类是对某一类事物的描述,是抽象的;对象是实际存在的,是该类事务的一个个体。例如,动物就是一种“类”,狗、猫、人、羊就是一种“对象”。

这种说法完全正确,而且非常严谨,这就是类和对象的学术定义。但是,初学者真心看不懂,它用板砖拍自己脑门也想不明白,这究竟是个什么玩意。这就是典型的只说“官话”不说“人话”,恁娘。

如何理解 OOP?

在正式讲解 OOP 的概念之间,我们先来看两段代码,其中一段是C语言代码,没有使用 OOP,另外一段是 C++ 代码,使用了 OOP。

C语言是常见的面向过程编程语言,C++ 是常见的面向对象编程语言,C++ 是在C语言的基础上发展起来的,C++ 完全兼容C语言代码,有C语言基础的读者也可以顺利地阅读下面的 C++ 代码。

不使用 OOP 的C语言代码如下:
#include <stdio.h>

//定义变量
char *name;
int age;
float score;

//定义函数
void display(){
    printf("%s的年龄是 %d,高考成绩是 %.1f\n", name, age, score);
}

int main(){
    //为变量赋值
    name = "严长生";
    age = 32;
    score = 622;
    //调用函数
    display();

    return 0;
}
运行结果:
严长生的年龄是 32,高考成绩是 622.0

使用了 OOP 的 C++ 代码:
#include <stdio.h>

//通过class关键字类定义类
class Student{
public:
    //类包含的变量
    char *name;
    int age;
    float score;
    //类包含的函数
    void display(){
        printf("%s的年龄是 %d,高考成绩是 %.1f\n", name, age, score);
    }
};

int main(){
    //通过类来创建对象
    Student stu1;
    //为类中的变量赋值
    stu1.name = "严长生";
    stu1.age = 32;
    stu1.score = 622;
    //调用类中的函数
    stu1.display();

    return 0;
}
运行结果与上例相同。

在编程语言中,我们将变量看做数据,它用来存储多种形式的值;我们将函数看做操作,它用来对数据进行某些处理。所有的代码都由数据和操作构成,程序运行的本质就是对数据进行各种操作。

在 OOP 出现以前,数据和操作是分离的,我们无法将相关的数据和操作在语法上聚合在一起,当代码量暴增以后,我们很难搞清楚哪份数据和哪个操作有关联,导致逻辑非常混乱,不利于大规模程序开发。

另外,数据直接暴露在全局范围内,没有任何保护,和 A 操作有关的数据,也可以被 B 操作使用,这有可能导致程序员错误地使用数据。

而有了 OOP 以后,我们就可以把相关的数据和操作放在一个容器中,这个容器就是类(class)。类把相关的变量和函数封装在一起,让它们从语法上发生关联,并且和其它类中的变量/函数隔离开,避免程序员误操作。

类和类之间相互隔离这意味着,变量和函数只在当前类中有效,对其它类不可见,比如,A 类中的函数不能使用 B 类中的变量,反之亦然。

OOP 其实就是一种代码封装思想,它将相关变量和函数放到一个类中,并将它们保护和隔离起来,形成一个一个的小模块,每个小模块能够完成一个小任务。

OOP 在代码执行效率上绝对没有任何优势,它的主要目的是方便程序员组织和管理代码,快速梳理编程思路,带来编程思想上的革新。

面向对象编程是针对开发中大规模的程序而提出来的,目的是提高软件开发的效率。不要把面向对象和面向过程对立起来,面向对象和面向过程不是矛盾的,而是各有用途、互为补充的。如果你希望开发一个贪吃蛇游戏,面向对象或许是多余的,几个函数就可以搞定;但如果开发一款大型游戏,那你绝对离不开面向对象。

再谈类和对象

通过上面的 C++ 代码可以发现,类不能直接使用,需要先通过类创建对象(object),然后再通过对象调用类中的变量和函数。

其实,类只是一种复杂的、由用户自己构建的数据类型,它和整数(int)、小数(float)、字符串(string)等基本类型一样,必须先定义出变量才能使用,只不过通过类定义出来的变量有了一个新名字,叫做对象(object)

和普通变量相比,对象也有一些新特性,比如可以使用内部的普通变量和函数。

可以将类比喻成图纸,将对象比喻成零件,图纸说明了零件的参数(成员变量)及其承担的任务(成员函数);一张图纸可以生产出多个具有相同性质的零件,不同图纸可以生产不同类型的零件。

类只是一张图纸,起到说明的作用,不占用内存空间;对象才是具体的零件,要有地方来存放,才会占用内存空间。

在 C++ 中,通过类名就可以创建对象,即将图纸生产成零件,这个过程叫做类的实例化,因此也称对象是类的一个实例(Instance)

有些教材也将类的成员变量称为属性(Property),将类的成员函数称为方法(Method)

总结

OOP 是一个通用的概念,C++、Java、C#、PHP、Python 等很多高级编程语言都支持 OOP。面向对象是编程思想的一次重大革新,程序员们看到了面向过程的不足,尝试加以改善,让大家在开发和扩展中大型项目时更加容易。

因为 C++、Java、C#、PHP、Python 等语言都支持类和对象,所以使用这些语言编写程序也被称为面向对象编程,这些语言也被称为面向对象的编程语言。C语言因为不支持类和对象的概念,被称为面向过程的编程语言。

相比面向过程,面向对象增加了一层封装,就是类。不要小看类(Class)这一层封装,它有很多特性,极大地方便了中大型程序的开发。

现在,你再回到文章开头看看很多书籍中给类和对象下的定义,是不是就能看懂了呢?

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