C#编程概念系列(一)：面向对象编程

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引子：

      面向对象编程：这个在当下已不是什么时髦的概念，但通过自己的语言组织描述出来可能会有点意外的收获！

      记得最近看的乔布斯在1995年被采访的视频，那时他在离开苹果的日子里在研究时髦的面向对象，通过面向对象更好的处理复杂的程序工作。看完视频只能感慨：跟着伟人的脚步踏实的向前走吧！

定义：

    面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP，面向对象程序设计）是一种计算机编程架构。OOP 的一条基本原则是计算机程序是由单个能够起到子程序作用的单元或对象组合而成。OOP 达到了软件工程的三个主要目标：重用性、灵活性和扩展性。为了实现整体运算，每个对象都能够接收信息、处理数据和向其它对象发送信息。

 

面向对象基本概念：

    对象：对象是要研究的任何事物。从一本书到一家图书馆，单的整数到整数列庞大的数据库、极其复杂的自动化工厂、航天飞机都可看作对象，它不仅能表示有形的实体，也能表示无形的（抽象的）规则、计划或事件。对象由数据（描述事物的属性）和作用于数据的操作（体现事物的行为）构成一独立整体。从程序设计者来看，对象是一个程序模块，从用户来看，对象为他们提供所希望的行为。在对内的操作通常称为方法。

    类：类是对象的模板。即类是对一组有相同数据和相同操作的对象的定义，一个类所包含的方法和数据描述一组对象的共同属性和行为。类是在对象之上的抽象，对象则是类的具体化，是类的实例。类可有其子类，也可有其它类，形成类层次结构。

    消息：消息是对象之间进行通信的一种规格说明。一般它由三部分组成：接收消息的对象、消息名及实际变元。

面向对象三大特性：

    提到面向对象大家很容易想到他的三大特性：封装、继承和多态性。

   1，封装意味着将一组相关属性、方法和其他成员视为一个单元或对象。

    封装是一种信息隐蔽技术，它体现于类的说明，是对象的重要特性。封装使数据和加工该数据的方法（函数）封装为一个整体，以实现独立性很强的模块，使得用户只能见到对象的外特性（对象能接受哪些消息，具有那些处理能力），而对象的内特性（保存内部状态的私有数据和实现加工能力的算法）对用户是隐蔽的。封装的目的在于把对象的设计者和对象者的使用分开，使用者不必知晓行为实现的细节，只须用设计者提供的消息来访问该对象。

    2，继承描述基于现有类创建新类的能力。

    继承性是子类自动共享父类之间数据和方法的机制。它由类的派生功能体现。一个类直接继承其它类的全部描述，同时可修改和扩充。继承具有传递性。继承分为单继承（一个子类只有一父类）和多重继承（一个类有多个父类）。类的对象是各自封闭的，如果没继承性机制，则类对象中数据、方法就会出现大量重复。继承不仅支持系统的可重用性，而且还促进系统的可扩充性

    3，多态性意味着可以有多个可互换使用的类，即使每个类以不同方式实现相同属性或方法

    对象根据所接收的消息而做出动作。同一消息为不同的对象接受时可产生完全不同的行动，这种现象称为多态性。利用多态性用户可发送一个通用的信息，而将所有的实现细节都留给接受消息的对象自行决定，如是，同一消息即可调用不同的方法。例如：Print消息被发送给一图或表时调用的打印方法与将同样的Print消息发送给一正文文件而调用的打印方法会完全不同。多态性的实现受到继承性的支持，利用类继承的层次关系，把具有通用功能的协议存放在类层次中尽可能高的地方，而将实现这一功能的不同方法置于较低层次，这样，在这些低层次上生成的对象就能给通用消息以不同的响应。在OOPL中可通过在派生类中重定义基类函数（定义为重载函数或虚函数）来实现多态性。

面向对象的几个设计原则：

    用面向对象设计程序时应遵循的设计原则：开放-封闭原则、里氏代换原则、依赖倒转原则、接口隔离原则、组合/聚合复用原则、迪米特法则等。

    1、开放-封闭原则（OCP，Open Closed Principle）是所有面向对象原则的核心。软件设计本身所追求的目标就是封装变化、降低耦合，而开放封闭原则正是对这一目标的最直接体现。其他的设计原则，很多时候是为实现这一目标服务的，例如以Liskov替换原则实现最佳的、正确的继承层次，就能保证不会违反开放封闭原则。

    开放-封闭指软件实体应该是可扩展，而不可修改的。也就是说，对扩展是开放的，而对修改是封闭的。

    a、对扩展开放，意味着有新的需求或变化时，可以对现有代码进行扩展，以适应新的情况。

    b、对修改封闭，意味着类一旦设计完成，就可以独立完成其工作，而不要对类进行任何修改。

    实现开放封闭的核心思想就是对抽象编程，而不对具体编程，因为抽象相对稳定。让类依赖于固定的抽象，所以对修改就是封闭的；而通过面向对象的继承和对多态机制，可以实现对抽象体的继承，通过覆写其方法来改变固有行为，实现新的扩展方法，所以对于扩展就是开放的。这是实施开放封闭原则的基本思路，同时这种机制是建立在两个基本的设计原则的基础上，这就是Liskov替换原则和合成/聚合复用原则。

    2、里氏代换原则：子类型必须能够替换掉它们的父类型。

    里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。 LSP是继承复用的基石，只有当衍生类可以替换掉基类，软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。

    3、依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle）就是要依赖于抽象，不要依赖于具体。简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。

    4、接口隔离原则（Interface Segregation Principle  ISP）：

使用多个专门的接口比使用单一的总接口要好。

一个类对另外一个类的依赖性应当是建立在最小的接口上的。

一个接口代表一个角色，不应当将不同的角色都交给一个接口。没有关系的接口合并在一起，形成一个臃肿的大接口，这是对角色和接口的污染。

    5、组合/聚合复用原则（Composite/Aggregate Reuse Principle CARP）.组合和聚合都是对象建模中关联（Association）关系的一种.聚合表示整体与部分的关系，表示“含有”，整体由部分组合而成，部分可以脱离整体作为一个独立的个体存在。组合则是一种更强的聚合，部分组成整体，而且不可分割，部分不能脱离整体而单独存在。在合成关系中，部分和整体的生命周期一样，组合的新的对象完全支配其组成部分，包括他们的创建和销毁。一个合成关系中成分对象是不能与另外一个合成关系共享。

      组合/聚合和继承是实现复用的两个基本途径。合成复用原则是指尽量使用合成/聚合，而不是使用继承。

       只有当以下的条件全部被满足时，才应当使用继承关系。

         a. 子类是超类的一个特殊种类，而不是超类的一个角色，也就是区分“Has-A”和“Is-A”.只有“Is-A”关系才符合继承关系，“Has-A”关系应当使用聚合来描述。

         b. 永远不会出现需要将子类换成另外一个类的子类的情况。如果不能肯定将来是否会变成另外一个子类的话，就不要使用继承。

         c .子类具有扩展超类的责任，而不是具有置换掉或注销掉超类的责任。如果一个子类需要大量的置换掉超类的行为，那么这个类就不应该是这个超类的子类。

     错误的使用继承而不是合成/聚合的一个常见原因是错误地把“Has-A”当成了“Is-A”.”Is-A”代表一个类是另外一个类的一种；而“Has-A”代表一个类是另外一个类的一个角色，而不是另外一个类的特殊种类。

    6、迪米特法则（Law of Demeter）又叫作最少知道原则（Least Knowledge Principle 简写LKP），就是说一个对象应当对其他对象有尽可能少的了解,不和陌生人说话。

    迪米特法则的初衷在于降低类之间的耦合。由于每个类尽量减少对其他类的依赖，因此，很容易使得系统的功能模块功能独立，相互之间不存在（或很少有）依赖关系。

    迪米特法则不希望类直接建立直接的接触。如果真的有需要建立联系，也希望能通过它的友元类来转达。因此，应用迪米特法则有可能造成的一个后果就是：系统中存在大量的中介类，这些类之所以存在完全是为了传递类之间的相互调用关系——这在一定程度上增加了系统的复杂度。

 

小结：通过这些概念的理解，在写代码的时候尽量多的运用起来，并重构自己和别人的代码。让程序面向对象吧！