日语中有一句杂俳，大意是“看不懂药品的疗效说明书，反而让人觉得药很有效”。

面向对象也有类似之处。“封装、多态和继承三种结构”“现实世界和软件是无缝的”等，当第一次听到这些时，相信不少人都会觉得“虽然不是很明白，但好像很厉害的样子”。

今天就来通俗地给大家介绍面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP）的基本结构。

OOP 具有之前的编程语言所没有的三种优良结构，分别是类、多态和继承（一般认为OOP的三大要素为封装、多态和继承，但由于类不只具有封装的作用，所以这里改为使用“类”）。

在 OOP 刚开始普及的 20 世纪 90 年代，它们经常被称为 OOP 的三大要素。

打个比方，那些让人无从着手、难以理解的程序就像是一个乱七八糟的房间。由于无法马上在这样的房间里找到需要的东西，所以我们很有可能会再次购买，或者即使将房间里的某一处整理干净，周围也依然是乱作一团。

如果要保持房间整洁，平时就要多加注意，此外还需要使用清理不必要物品（去除冗余）的吸尘器和规整必要物品（整理）的收纳架。

为了保持房间整洁，需要吸尘器和收纳架  ▲

OOP 的三种结构为程序员提供了去除冗余逻辑、进行整理的功能结构。类结构将紧密关联的子程序（函数）和全局变量汇总在一起，创建大粒度的软件构件。通过该结构，我们能够将之前分散的子程序和变量加以整理。多态和继承能够将公用子程序无法很好地处理的重复代码进行整合，彻底消除源代码的冗余。

接下来我们将使用简单的 Java 示例代码来介绍 OOP 的基本功能。

1.1

 三大要素之一：类

这里，我们将类的功能总结为汇总、隐藏和“创建很多个”。

类的功能是汇总、隐藏和“创建很多个”。

1	“汇总”子程序和变量。
2	“隐藏”只在类内部使用的变量和子程序。
3	从一个类“创建很多个”实例。

类的功能之一：汇总

代码清单 1.1 中定义了 openFile（打开文件）、closeFile（关闭文件）和readFile（读取一个字符）这三个子程序及一个全局变量。下面我们使用类的功能来逐步修改该程序。

代码清单1.1采用结构化编程的文件访问处理

首先来看一下汇总功能。类能汇总变量和子程序。这里所说的变量是指 C 和 COBOL 等语言中的全局变量。OOP 中将由类汇总的子程序称为方法，将全局变量称为实例变量（又称为“属性”“字段”），之后我们会根据情况使用这些术语。

下面就让我们使用类来汇总代码清单1.1。

代码清单1.2 使用类进行汇总

打个比方，在收拾乱七八糟的屋子时，与其只准备一个大箱子，不如准备多个箱子分别存放衣服、CD、杂志、文具和小物件等，这样会更方便拿取物品，汇总功能也是同样的道理。

类的功能之一：汇总 ▲

汇总的效果并不只是减少整体构件的数量，子程序的名称也改变了。代码清单1.1中子程序的名称是openFile、closeFile、readFile，而在代码清单1.2中则去掉了File，名称分别为open、close、read，显然这种命名方式更轻松。在没有类的结构化语言中，所有子程序都必须命名为不同的名称，而类中存储的元素名称只要在类中不重复就可以。

举例来说，一个家庭中所有成员的名字应该都不相同，但是和姓氏不同的邻居家的家庭成员重名则没有关系。

< 类的功能之一：汇总 > 

能够将紧密联系的（多个）子程序和（多个）全局变量汇总到一个类中。优点如下。

● 构件的数量会减少

● 方法（子程序）的命名变得轻松

● 方法（子程序）变得容易查找

类的功能之二：隐藏

接下来我们看一下隐藏功能。

在代码清单1.2 中，子程序和全局变量都汇总到了类中，但是在这种状态下，从类的外部仍然可以访问 fileNO 变量。TextFileReader 类 的 open、read 和 close 方法会访问 fileNO 变量，但其他处理则无须访问，因此最好限定为只有这三个方法能访问该变量。

OOP 具有将实例变量的访问范围仅限定在类中的功能。加上该限定后的代码如代码清单1.3 所示。

代码清单1.3　隐藏实例变量

代码清单1.2 与代码清单1.3 只存在细微的差别。后者在实例变量的声明之前添加了 private，这是一种隐藏结构，表示将 fileNO 变量隐藏起来，限定为只有类内部的方法才能访问 fileNO 变量， 如此一来该变量就不再是全局变量了。

类的功能之二：隐藏  ▲

除了隐藏变量和方法之外，OOP 中还具备显式公开的功能。由于 TextFileReader 类中的三个方法是提供给程序的其他部分使用的，所以我们将其声明为显式公开的方法。修改后的代码如代码清单1.4 所示。

代码清单1.4　公开类和方法

由于在类和方法的声明部分指定了public，所以从应用程序的任何位置都可以对其进行调用。

< 类的功能之二：隐藏 > 

能对其他类隐藏类中定义的变量和方法（子程序）。这样一来，我们在写程序时就可以不使用全局变量了。

类的功能之三：创建很多个

使用传统的编程语言很难实现“创建很多个”的结构，可以说这是 OOP 特有的功能。

代码清单1.4是一个打开文件、读取字符，最后关闭文件的程序。当只有一个目标文件时，这是没有什么问题的，但如果应用程序要比较两个文件并显示其区别，情况会怎样呢？也就是说，需要同时打开多个文件并分别读取内容。

解决这一问题的关键就在于实例。

实例是类定义的实例变量所持有的内存区域。定义了类就可以在运行时创建多个实例，也就是说，能够确保多个内存区域。

类的功能之三：创建很多个  ▲

我们在前面介绍过，类能汇总实例变量和方法。不过，如果同时创建多个实例，那么在调用方法时就不知道到底哪个实例变量才是处理对象了， 因此 OOP 的方法调用代码的写法稍微有点特殊。

存储实例的变量名 . 方法名 ( 参数 )

下面我们就来介绍一下代码清单1.4 的程序的调用端是什么样子的。请大家看代码清单1.5。

代码清单1.5　“创建很多个”实例

这里，首先从 TextFileReader 类创建两个实例，并存储到 reader1 和 reader2 这两个变量中。之后的打开文件、读取字符及关闭文件等处理都是通过指定变量 reader1 和 reader2 来调用方法的。

像这样，通过“指定实例，调用方法”，就可以指定哪个实例变量是处理对象。

根据“创建很多个”的结构，类中方法的逻辑就变得简单了。

< 类的功能之三：创建很多个 > 

一旦定义了类，在运行时就可以由此创建很多个实例。

这样一来，即使同时处理文件、字符串和顾客信息等多个同类信 息，也可以简单地实现该类内部的逻辑。

总结：

<OOP 的三大要素之一：类>

类是“汇总”“隐藏”和“创建很多个”的结构。

1	“汇总”子程序和变量。
2	“隐藏”只在类内部使用的变量和子程序。
3	从一个类“创建很多个”实例。

1.2

 三大要素之二：实现调用端公用化的多态

接着我们来看一下三大要素中的第二个要素——多态（polymorphism）。顾名思义，多态具有“可变为各种状态”的含义。

简单地说，多态可以说是创建公用主程序的结构。公用主程序将被调用端的逻辑汇总为一个逻辑，而多态则相反，它统一调用端的逻辑。

多态的结构  ▲

<OOP 的三大要素之二：多态>

多态是统一调用子程序端的逻辑的结构，即创建公用主程序的结构。

大家可能会觉得“公用主程序”这样的说法有点陈旧，但绝不可小瞧多态。虽说多态只是实现了程序调用端的公用化，但其重要性绝不亚于前面提到的类。

在 OOP 出现之前，公用子程序就已经存在了，但公用主程序并没有出现。框架和类库等大型可重用构件群也正是因为多态的存在才成为可能。因此，将多态称为与子程序并列的两项重大发明也不为过。

1.3

三大要素之三：去除类的重复定义的继承

OOP 三大要素中的最后一个要素是继承。

简单地说，继承就是“将类的共同部分汇总到其他类中的结构”。通过利用该结构，我们可以创建一个公用类来汇总变量和方法，其他类则可以完全借用其定义。

继承的结构  ▲

在 OOP 之前的由子程序构成软件的编程环境中，我们会创建一个公用子程序来汇总重复的命令群。同理，在由类构成软件的 OOP 环境中，我们可以创建一个公用类来汇总变量和方法。

也就是说，不仅局限于通过前面 介绍的多态来统一调用端，而且还要汇总相似的类中的共同部分。这是一种通过尽可能多地提供功能来让编程变轻松的思想。

在使用继承的情况下，我们将想要共同使用的方法和实例变量定义在公用类中，并声明想要使用的类继承该公用类，这样就可以直接使用公用类中定义的内容。在OOP 中，该公用类称为超类，利用超类的类称为子类。

我们可以这样理解：继承是将类定义的共同部分汇总到另外一个类中，并去除重复代码的结构。

另外，声明继承也就是声明使用多态。因此，在声明继承的子类中，为了统一方法调用方式，继承的方法的参数和返回值类型必须与超类一致。

继承和多态  ▲

<OOP 的三大要素之三：继承>

继承是将类定义的共同部分汇总到另外一个类中，并去除重复代码的结构。

1.4

 对三大要素的总结

整理一下可以得到这个表：

这三种结构并不是分别出现的，在最初的面向对象语言 Simula 67 中 就拥有这三种结构，真是让人惊叹。提起 1967 年，就不得不提到无 GOTO 编程，这真是不平凡的一年。OOP 可以看作结构化语言的发展形式，但考虑到它在那个时代就出现了，因此说是编程语言的突然变异也不为过。

——本文选自《面向对象是怎样工作的》

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