面向对象的三个基本特征

面向对象的三个基本特征是：封装、继承、多态。

封装

封装最好理解了。封装是面向对象的特征之一，是对象和类概念的主要特性。

封装，也就是把客观事物封装成抽象的类，并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。

继承

面向对象编程 (OOP) 语言的一个主要功能就是“继承”。继承是指这样一种能力：它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。

通过继承创建的新类称为“子类”或“派生类”。

被继承的类称为“基类”、“父类”或“超类”。

继承的过程，就是从一般到特殊的过程。

要实现继承，可以通过“继承”（Inheritance）和“组合”（Composition）来实现。

在某些 OOP 语言中，一个子类可以继承多个基类。但是一般情况下，一个子类只能有一个基类，要实现多重继承，可以通过多级继承来实现。

 

继承概念的实现方式有三类：实现继承、接口继承和可视继承。

Ø         实现继承是指使用基类的属性和方法而无需额外编码的能力；

Ø         接口继承是指仅使用属性和方法的名称、但是子类必须提供实现的能力；

Ø         可视继承是指子窗体（类）使用基窗体（类）的外观和实现代码的能力。

在考虑使用继承时，有一点需要注意，那就是两个类之间的关系应该是“属于”关系。例如，Employee 是一个人，Manager 也是一个人，因此这两个类都可以继承 Person 类。但是 Leg 类却不能继承 Person 类，因为腿并不是一个人。

抽象类仅定义将由子类创建的一般属性和方法，创建抽象类时，请使用关键字 Interface 而不是 Class。

OO开发范式大致为：划分对象→抽象类→将类组织成为层次化结构(继承和合成) →用类与实例进行设计和实现几个阶段。

 

多态

多态性（polymorphisn）是允许你将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术，赋值之后，父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作。简单的说，就是一句话：允许将子类类型的指针赋值给父类类型的指针。

实现多态，有二种方式，覆盖，重载。

覆盖，是指子类重新定义父类的虚函数的做法。

重载，是指允许存在多个同名函数，而这些函数的参数表不同（或许参数个数不同，或许参数类型不同，或许两者都不同）。

其实，重载的概念并不属于“面向对象编程”，重载的实现是：编译器根据函数不同的参数表，对同名函数的名称做修饰，然后这些同名函数就成了不同的函数（至少对于编译器来说是这样的）。如，有两个同名函数：function func(p:integer):integer;和function func(p:string):integer;。那么编译器做过修饰后的函数名称可能是这样的：int_func、str_func。对于这两个函数的调用，在编译器间就已经确定了，是静态的（记住：是静态）。也就是说，它们的地址在编译期就绑定了（早绑定），因此，重载和多态无关！真正和多态相关的是“覆盖”。当子类重新定义了父类的虚函数后，父类指针根据赋给它的不同的子类指针，动态（记住：是动态！）的调用属于子类的该函数，这样的函数调用在编译期间是无法确定的（调用的子类的虚函数的地址无法给出）。因此，这样的函数地址是在运行期绑定的（晚邦定）。结论就是：重载只是一种语言特性，与多态无关，与面向对象也无关！引用一句Bruce Eckel的话：“不要犯傻，如果它不是晚邦定，它就不是多态。”

那么，多态的作用是什么呢？我们知道，封装可以隐藏实现细节，使得代码模块化；继承可以扩展已存在的代码模块（类）；它们的目的都是为了——代码重用。而多态则是为了实现另一个目的——接口重用！多态的作用，就是为了类在继承和派生的时候，保证使用“家谱”中任一类的实例的某一属性时的正确调用。

 

概念讲解

泛化（ Generalization ）

图表 1 泛化

在上图中，空心的三角表示继承关系（类继承），在 UML 的术语中，这种关系被称为泛化（ Generalization ）。 Person( 人 ) 是基类， Teacher( 教师 ) 、 Student( 学生 ) 、 Guest( 来宾 ) 是子类。

若在逻辑上B是A的“一种”，并且A的所有功能和属性对B而言都有意义，则允许B继承A的功能和属性。

例如， 教师是人， Teacher 是 Person 的“一种”（ a kind of ）。那么类 Teacher可以从类 Person派生（继承）。

如果A是基类，B是A的派生类，那么B将继承A的数据和函数。

如果类A和类B毫不相关，不可以为了使B的功能更多些而让B继承A的功能和属性。

若在逻辑上B是A的“一种”（a kind of ），则允许B继承A的功能和属性。

 

聚合（组合）

图表 2 组合

若在逻辑上A是B的“一部分”（a part of），则不允许B从A派生，而是要用A和其它东西组合出B。

例如，眼（Eye）、鼻（Nose）、口（Mouth）、耳（Ear）是头（Head）的一部分，所以类Head应该由类Eye、Nose、Mouth、Ear组合而成，不是派生（继承）而成。

 

聚合的类型分为无、共享( 聚合)、复合( 组合)三类。

 

聚合（ aggregation ）

 

图表 3 共享

上面图中，有一个菱形（空心）表示聚合（ aggregation ）（聚合类型为共享），聚合的意义表示 has-a 关系。聚合是一种相对松散的关系，聚合类 B 不需要对被聚合的类 A 负责。

 

组合（ composition ）

图表 4 复合

这幅图与上面的唯一区别是菱形为实心的，它代表了一种更为坚固的关系 —— 组合（ composition ）（聚合类型为复合）。组合表示的关系也是 has-a ，不过在这里， A 的生命期受 B 控制。即 A 会随着 B 的创建而创建，随 B 的消亡而消亡。

 

依赖 (Dependency)

图表 5 依赖

这里 B 与 A 的关系只是一种依赖 (Dependency) 关系，这种关系表明，如果类 A 被修改，那么类 B 会受到影响。

 

 

UML对很多人来说应该不是一个陌生的概念，这一两年来，UML被大家越来越多的讨论着。本来UML跟我这个主题似乎并不能扯上多大的关系（它是语言无关的，甚至可以说其本身就是一种语言——用于交流的）。我在此谈到它有两个目的：
1． UML是针对面向对象软件开发的，而C++正是这样的一种语言
2． UML在设计中被越来越多的使用着，而下一篇杂谈准备讨论设计模式，如果不了解UML，那么无法进行下去

UML，全称：Unified Modeling Language，其目的是为了对软件密集型的制品进行可视化、详述、构造和文档化的图形语言。UML是依据许多前人的思想总结出的成果，1997年被OMG通过并成为标准（所以在《设计模式》书中如果你看到与标准不一样的地方，不要奇怪，那本书是95年的）。关于UML的历史和更详细的描述，可以参考《UML 参考手册》。UML主要由一系列视图组成，其中包括静态视图（Static view），用例视图（Use case view）活动视图（Activity view）等，不同的图用处自然也不一样，而对开发人员来讲（或者说为我的下一篇来说），更重要的应该是静态视图中的类图（class diagram）和交互视图（Interaction view）中的顺序图（Sequence diagram），请注意view和diagram的区别。

类图
静态视图说明了对象的结构，其中最常用的就是类图，类图可以帮助我们更直观的了解一个系统的体系结构，有时侯，描述系统快照的对象图（Object diagram）也是很有用的。在这里，我们主要介绍类图，下面的图就是一个简单的类图：

在类图中，类由矩形框来表示，如上图中，定义了4个类，分别为Base、A、B、C，类之间的关系通过各种线条和其他符号来表示，在上图中，空心的三角表示继承关系，在UML的术语中，这种关系被称为泛化（Generalization），所以上面的类用等价代码表示为：
class Base{…};
class A:public Base{…};
class B:public Base{…};
class C:public Base{…};

我们再看下一幅图：

这幅图与上幅几乎没有什么区别，唯一的不同就是Base类中增加了成员，一个私有的integer _x（UML术语为property）和一个公有的fun()的函数（method），是否需要这些类的内部细节UML本身并没有限制，完全取决于你自己如何使用，UML的用处在于帮助你了解系统，所以只要你自己觉得足够清楚，那么够了，不要再复杂了。
接着看第三幅图：

上面图中的箭头表示一种关系，箭头另一边有一个菱形（空心）表示聚合（aggregation），聚合的意义表示has-a关系，其等价代码如下：
class A{…};
class B{ A* theA;…};
聚合是一种相对松散的关系，聚合类B不需要对被聚合的类A负责。
下面的图：

这幅图与上面的唯一区别是菱形为实心的，它代表了一种更为坚固的关系——组合（composition）。组合表示的关系也是has-a，不过在这里，A的生命期受B控制，通常情况，等价代码如下:
class A{…};
class B{A theA;…};
即A会随着B的创建而创建，随B的消亡而消亡。

下图：

这里B与A的关系只是一种依赖关系，这种关系表明，如果类A被修改，那么类B会受到影响，一个简单的例子就是：
class A{…};
class B{fun(A params);…};

常用的关系就是我们上面用的这些，通过这些关系和类表示的类图，我们可以用图形化的方式描述一个系统的设计部分，当你习惯使用UML后，你会发现，这往往比你告诉同伴某某类从某某类派生，派生类又和某某类具有什么关系容易的多。

顺序图：
UML中另外一个常用的图形就是交互视图中的顺序图，在以往的过程化语言中，我们通常使用流程图来描述一个函数（系统）是如何工作的，而在面向对象的系统中，这显然是不可行的，而顺序图正是来解决这个问题的。
假设有如下的伪代码：

class circle{
public:
	void fillcolor()
	{
            //		...	
        }
 	void draw()
	{
		fillcolor();
	}
};
class window{
public:
	void drawcircle()
	{
	     _circle.draw();
	}
private:
	circle _circle;
};

对于下面的调用：
window wnd;
wnd.drawcircle();
对应的顺序图如下：

 

图中上方的方块表示参与的对象，垂直的虚线表示对象的生命线，方框表示激活，其中箭头表示了一个调用消息（也可以有回送return），如果是异步的消息，则用半箭头表示，其中draw表示了一个自调用(self call)

至此，UML中最常用的（从开发人员的角度），当然UML的内容远远不只这些，这里的介绍只是一些简单的概括，并且UML本身也在不断的发展之中，无论怎样，我觉得UML会越来越多的深入我们的开发过程中，特别是对下一篇我们要介绍的设计模式而言，类图是主要的描述工具（到那个时候你会体会到UML描述的优越）。
如果你看过《设计模式》着本书，你会发现与我上面所描述的有一些细微的不同，不要紧张，《设计模式》是GOF95年的作品，那时候UML还没有形成，而且，其中也明确那是OMT方法（Jim Rumbaugh在通用电气发表的建模技术——Object Modeling Technique）和Booch方法。如果你觉得UML有些让你无所适从，也不必紧张，UML本身只是一个辅助工具，它的目的是帮助你描述系统，不是复杂你的工作，如果你的系统很简单，一句话可以说的很清楚，那么不要用UML，如果你只想说明类之间的关系，而不是类的接口描述，那么像第一副图那样简单的描述就很好，总之不要去追求细节，只要能说明问题，那么你的目的就达到了（甚至你没有必要完全遵守规范）。

参考书目：
《设计模式——可复用面向对象软件的基础》
作者: Erich Gamma 等 译者:李英军 马晓星 蔡敏 刘建中 机械工业出版社2000

《UML参考手册》作者: James Rumbaugh Ivar Jacobson Grady Booch
译者: 姚淑珍 唐发根 机械工业出版社2001

《UML精粹——标准对象建模语言简明指南（第2版）》
作者: Martin Fowler&Kendall Scott 译者: 徐家福 清华大学出版社 2002

《Design Patterns Explained》Alan Shalloway, James R. Trott
Addison-Wesley Pub 2001