什么是面向对象

2021-02-09 本文已影响0人码农戏码

近两年设计了几个系统，不管是直接使用传统设计ER图，还是使用4C建模，但在做架构评审时，ER却都是重中之重,让人不得不深思，编程思想经过了一代代发展，为什么还在围绕ER，在远古时代，没有OO,没有DDD，但为什么延续至今的伟大软件也比比皆是

带着这个问题，需要回头看看，结构化编程为什么不行？面向对象因何而起，到底解决了什么问题？

《架构整洁之道》也特别介绍了面向对象编程，面向对象究竟是什么，大多从三大特性：封装、继承、抽象说起，但其实这三种特性并不是面向对象语言特有

结构化编程

提到结构化编程就自然想到其中的顺序结构：代码按照编写的顺序执行，选择结构： if/else，而循环结构： do/while

虽然这些对每个程序员都很熟悉，但其实在结构化编程之间还有非结构化编程，也就是goto语句时代，没有if else、while，一切都通过goto语句对程序控制，它可以让程序跑到任何地方执行，这样当代码规模变大之后，就几乎难以维护

编程是一项难度很大的活动。因为一个程序会包含非常多的细节，远超一个人的认知能力范围，任何一个细微的错误都会导致整个程序出现问题。因此需要将大问题拆分成小问题，逐步递归下去，这样，一个大问题就会被拆解成一系列高级函数的组合，而这些高级函数各自再拆分成一系列低一级函数，一步步拆分下去，每一个函数都需要按照结构化编程方式进行开发，这也是现在常被使用的模块功能分解开发方式

结构化编程中，各模块的依赖关系太强，不能有效隔离开来，一旦需求变动，就会牵一发而动全身，关联的模块由于依赖关系都得变动，那么组织大规模程序就不是它的强项

面向对象

正因为结构化编程的弊端，所以有了面向对象编程，可以更好的组织程序，相对结构局部性思维，我们有了更宏观视角：对象

封装

把一组相关联的数据和函数圈起来，使圈外的代码只能看见部分函数，数据则完全不可见；如类中的公共函数和私有成员变量

提取一下关键字：

数据，完全不可见
函数，只能看见
相关联

这些似乎就是我们追求的高内聚，也是常提的充血模型，如此看，在实践中最基本的封装都没有达成

到处是贫血模型，一个整体却分成两部分：满是大方法的上帝类service与只有getter和setter的model

service对外提供接口，model传输数据，数据库固化数据，哪有封装性，行为与数据割裂了

怎么才能做到一个高内聚的封装特性呢？

设计一个类，先要考虑其对象应该提供哪些行为。然后，我们根据这些行为提供对应的方法，最后才是考虑实现这些方法要有哪些字段

并且对于这些字段尽可能不提供getter 和 setter，尤其是 setter

暴露getter和setter，一是把实现细节暴露出来了；二是把数据当成了设计核心

方法的命名，体现的是你的意图，而不是具体怎么做

// 修改密码 
public void setPassword(final String password) { 
    this.password = password; 
}
  
// 修改密码
public void changePassword(final String password) {
    this.password = password;
}

把setter改成具体的业务方法名，把意图体现出来，将意图与实现分离开来，这是一个优秀设计必须要考虑的问题

构建一个内聚的单元，我们要减少这个单元对外的暴露，也就是定义中的【只能看到的函数】

这句话的第一层含义是减少内部实现细节的暴露，它还有第二层含义，减少对外暴露的接口

最小化接口暴露。也就是，每增加一个接口，你都要找到一个合适的理由。

总结：
基于行为进行封装，不要暴露实现细节，最小化接口暴露

继承

先看继承定义：

继承（英语：inheritance）是面向对象软件技术当中的一个概念。这种技术使得复用以前的代码非常容易，能够大大缩短开发周期，降低开发费用
继承就是子类继承父类的特征和行为，使得子类对象（实例）具有父类的属性和方法，或子类从父类继承方法，使得子类具有父类相同的行为

从定义看，继承就是为了复用，把一些公共代码放到父类，之后在实现子类时，可以少写一些代码，消除重复，代码复用

继承分为两类：实现继承与接口继承

Child object = new Child();

Parent object = new Child();

但有个设计原则：组合优于继承Composition-over-inheritance

为什么不推荐使用继承呢？

继承意味着强耦合，而高内聚低耦合才符合我们的道，但其实并不是说不能使用继承，对于行为需要使用组合，而数据还得使用继承

这样解释似乎不够形象，再进一步讲，继承也违背了《SOLID》中的OCP,继承虽然可以通过子类扩展新的行为，但因为子类可能直接依赖父类实现，导致一个变更可能会影响所有子类。也就是讲继承虽然能Open for extension，但很难做到Closed for modification

借用阿里大牛的示例：

有个游戏，基本规则就是玩家装备武器去攻击怪物

玩家（Player）可以是战士（Fighter）、法师（Mage）、龙骑（Dragoon）
怪物（Monster）可以是兽人（Orc）、精灵（Elf）、龙（Dragon），怪物有血量
武器（Weapon）可以是剑（Sword）、法杖（Staff），武器有攻击力
玩家可以装备一个武器，武器攻击可以是物理类型（0），火（1），冰（2）等，武器类型决定伤害类型

public abstract class Player {
      Weapon weapon
}
public class Fighter extends Player {}
public class Mage extends Player {}
public class Dragoon extends Player {}

public abstract class Weapon {
    int damage;
    int damageType; // 0 - physical, 1 - fire, 2 - ice etc.
}
public Sword extends Weapon {}
public Staff extends Weapon {}

攻击规则如下：

兽人对物理攻击伤害减半
精灵对魔法攻击伤害减半
龙对物理和魔法攻击免疫，除非玩家是龙骑，则伤害加倍

public class Player {
    public void attack(Monster monster) {
        monster.receiveDamageBy(weapon, this);
    }
}

public class Monster {
    public void receiveDamageBy(Weapon weapon, Player player) {
        this.health -= weapon.getDamage(); // 基础规则
    }
}

public class Orc extends Monster {
    @Override
    public void receiveDamageBy(Weapon weapon, Player player) {
        if (weapon.getDamageType() == 0) {
            this.setHealth(this.getHealth() - weapon.getDamage() / 2); // Orc的物理防御规则
        } else {
            super.receiveDamageBy(weapon, player);
        }
    }
}

public class Dragon extends Monster {
    @Override
    public void receiveDamageBy(Weapon weapon, Player player) {
        if (player instanceof Dragoon) {
            this.setHealth(this.getHealth() - weapon.getDamage() * 2); // 龙骑伤害规则
        }
        // else no damage, 龙免疫力规则
    }
}

如果此时，要增加一个武器类型：狙击枪，能够无视一切防御，此时需要修改

Weapon,扩展狙击枪Gun
Player和所有子类（是否能装备某个武器）
Monster和所有子类（伤害计算逻辑）

public class Monster {
    public void receiveDamageBy(Weapon weapon, Player player) {
        this.health -= weapon.getDamage(); // 老的基础规则
        if (Weapon instanceof Gun) { // 新的逻辑
            this.setHealth(0);
        }
    }
}

public class Dragon extends Monster {
    public void receiveDamageBy(Weapon weapon, Player player) {
        if (Weapon instanceof Gun) { // 新的逻辑
                      super.receiveDamageBy(weapon, player);
        }
        // 老的逻辑省略
    }
}

由此可见，增加一个规则，几乎链路上的所有类都得修改一遍，越往后业务越复杂，每一次业务需求变更基本要重写一次，这也是为什么建议尽量不要违背OCP，最核心的原因就是现有逻辑的变更可能会影响一些原有代码，导致一些无法预见的影响。这个风险只能通过完整的单元测试覆盖来保障，但在实际开发中很难保障UT的覆盖率

也由此可见继承的确不是代码复用的好方式

从设计原则角度看，继承不是好的复用方式；从语言特性看，也不是鼓励的做法。一是像Java，只能单继承，一旦被继承就再也无法被其他继承，而且java中有Variable Hiding的局限性

比如现在添加一个业务规则：

战士只能装备剑
法师只能装备法杖

@Data
public class Fighter extends Player {
    private Sword weapon;
}

@Test
public void testEquip() {
    Fighter fighter = new Fighter("Hero");

    Sword sword = new Sword("Sword", 10);
    fighter.setWeapon(sword);

    Staff staff = new Staff("Staff", 10);
    fighter.setWeapon(staff);

    assertThat(fighter.getWeapon()).isInstanceOf(Staff.class); // 错误了
}

其实只是修改了父类的weapon，并没有修改子类的；由此编程语言的强类型无法承载业务规则。

继承并不是复用的唯一方法，如ruby中有mixin机制

多态

多态（Polymorphism）按字面的意思就是“多种状态”。在面向对象语言中，接口的多种不同的实现方式即为多态

在上一讲，接口继承更多是多态特性

只使用封装和继承的编程方式，称之为基于对象编程，而只有把多态加进来，才能称之为面向对象编程，有了多态，才将基于对象与面向对象区分开；有了多态，软件设计才有了更大的弹性

多态虽好，但想要运用多态，需要构建出一个抽象，构建抽象需要找出不同事物的共同点，这也是最有挑战地方。在构建抽象上，接口扮演着重要角色：一接口将变的部分和不变部分隔离开来，接口是约定，约定是不变的，变化的是各自的实现；二接口是一个边界，系统模块间通信重要的就是通信协议，而接口就是通信协议的表达

ArrayList<> list = new ArrayList();

List<> list = new ArrayList();

二者之间的差别就在于变量的类型，是面向一个接口，还是面向一个具体的实现类;看似没什么意义，但在《SOLID》中可以发现，几乎所有原则都需要基于接口编程，才能达到目的

而这也就是多态的威力

就java这门语言，继承与多态相互依存，但对于其他语言并不是如此

总结

除了结构化编程和面向对象编程，现在还有函数式编程，然通过上面的阐述，回到开篇的问题，我应该是把编程语言与编程范式搞混了，像结构化编程、面向对象编程是一种编程范式，而具体的C、Java其实是编程语言，对于编程语言是年轻的，的确在很多伟大软件之后才诞生，但编程范式是一直存在的，面向对象范式并不是java之后才有

更不是C语言不能创造伟大软件，语言不过是工具，而最最重要的是思维方式，最近思考为什么TDD，DDD这些驱动式开发都很难，关键还是思维方式的转变

为什么都要看ER图呢，这里面又常被混淆的概念：数据模型与领域模型，下一篇再分解

Reference

《架构整洁之道》

《软件之美》

什么是面向对象

结构化编程

面向对象

封装

继承

多态

总结

Reference

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