冒號(hào)課堂
第二課 重要范式(3）
2.3對(duì)象范式——民主制社會(huì)的編程法則
民為貴，社稷次之，君為輕 ——《孟子·盡心下》
關(guān)鍵詞：編程范式,OOP,面向?qū)ο?/span>,過程式編程
摘要： OOP簡談
？提問
- OOP是一種特殊的命令式嗎？
- OOP的基本思想是什么？
- OOP到底好在哪里？
- OOP將要一統(tǒng)天下嗎？
- 過程式編程與OOP在設(shè)計(jì)理念上有什么差異？
：講解
短憩之后，引號(hào)迫不及待地問：“面向?qū)ο蟮姆妒綉?yīng)該是一種特殊的命令式吧？”
“面向?qū)ο螅?#8221;冒號(hào)咕噥著，“姑且稱之為OO或?qū)ο笫桨桑炔粯?biāo)新立異，也不以訛傳訛。在回答你的問題之前，請(qǐng)先回答我的：什么是OOP？”
引號(hào)應(yīng)答如流：“OOP（Object-Oriented programming）是一種計(jì)算機(jī)編程模式，它以對(duì)象作為問題空間的基本元素，利用對(duì)象和對(duì)象間的相互作用來設(shè)計(jì)程序。所謂對(duì)象，是實(shí)際問題中實(shí)體的抽象，具有一定的屬性和功能。OOP的三個(gè)基本特性是：封裝性、繼承性和多態(tài)性。所謂封裝性就是——”
冒號(hào)作了個(gè)暫停的手勢(shì)：“OOP的的基本特性相信大家早就耳熟能詳了，那么根據(jù)你剛才的定義，能否得出OOP一定是命令式的結(jié)論？”
引號(hào)歪頭想了一陣，答道：“從定義上好像并不能得出，難道C++、Java、C#不是命令式的嗎？”
冒號(hào)回答：“當(dāng)然是，但這不妨礙Clos成為OO版的Lisp，而Prolog也有不少融入OO特征的擴(kuò)充，如Visual Prolog、Logtalk等。OOP雖然是在命令式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但其核心思想可泛化為：以數(shù)據(jù)為中心組織邏輯，將系統(tǒng)視為相互作用的對(duì)象集合，并利用繼承與多態(tài)來增強(qiáng)重用性。這種思想也能應(yīng)用到函數(shù)式和邏輯式中，只不過對(duì)象的方法從命令式中的過程分別換成函數(shù)式中的函數(shù)和邏輯式中的斷言罷了。大致說來，命令式、函數(shù)式和邏輯式互相平行，而OOP與它們正交。”
問號(hào)提問：“OOP已經(jīng)成為一種潮流，上堂課列舉的十二種流行語言中只有C不是OO的，這是否意味著OOP將要一統(tǒng)天下？”
“嚴(yán)格說來，VB（VB.NET除外）和JavaScript也不是OO的，只是基于對(duì)象的（Object Based）[1]。” 冒號(hào)糾正道，“至于OOP是否會(huì)一統(tǒng)天下，答案是否定的。首先，與能獨(dú)當(dāng)一面的三類最基本的范式不同，純粹的OOP是不存在的[2]，必須結(jié)合其他范式；其次，世上沒有包治百病的萬靈丹方，OOP也不例外。用軟件業(yè)的行話來說：沒有銀彈（No silver bullet）[3]。OOP最適用于大型復(fù)雜的、交互式的、尤其是與現(xiàn)實(shí)世界密切相關(guān)的系統(tǒng)，但在小型應(yīng)用、數(shù)學(xué)計(jì)算、符號(hào)處理等方面并無優(yōu)勢(shì)。需要指出的是，語言和范式的流行，與大公司支持和商業(yè)推動(dòng)是密切相關(guān)的。有人說OOP其實(shí)是MOP（Money-Oriented Programming），即以金錢為導(dǎo)向的。雖有過激之嫌，但有經(jīng)驗(yàn)的股民都知道，有主力運(yùn)作的股票總是漲得快一些的。當(dāng)然OOP能流行，自有獨(dú)到之處，誰能說說它到底好在哪里？”
逗號(hào)搶答：“OOP能提高軟件可重用性、可擴(kuò)展性和靈活性。”
冒號(hào)反問：“為什么過程式編程的可重用性、可擴(kuò)展性和靈活性就差呢？”
感到來者不善，逗號(hào)有點(diǎn)發(fā)虛：“因?yàn)?/span>OOP具有信息隱藏、繼承和多態(tài)的特征。”
冒號(hào)并不買帳：“首先，將可重用性、可擴(kuò)展性和靈活性與OOP劃等號(hào)，是只見樹木，不見森林——那是所有范式和語言的共同目標(biāo)。其次，以C語言為例，信息隱藏可用關(guān)鍵字static來實(shí)現(xiàn)；繼承可用合成（ composition）來代替；多態(tài)雖然困難些，也有變通之法。更何況這些只是手段而非目的，只要設(shè)計(jì)合理，C程序同樣具有可重用性、可擴(kuò)展性和靈活性，性能效率還更優(yōu)越。即使在OOP日益風(fēng)行的今天，C的占有率始終穩(wěn)踞前列，許多大型復(fù)雜軟件如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等仍以C為主，這足以證明其仍堪大用。”
見逗號(hào)有些理屈詞窮，冒號(hào)語氣放緩：“請(qǐng)不要誤解，我并非OOP的反對(duì)者，相反今后還要重點(diǎn)討論它。但我希望大家少一點(diǎn)照本宣科和人云亦云，多一點(diǎn)獨(dú)立思考，甚至不妨標(biāo)新立異。”
稍作停頓，冒號(hào)繼續(xù)發(fā)問：“過程式編程與OOP在設(shè)計(jì)理念上有什么區(qū)別？”
“過程式編程的理念是重在過程，自頂向下、逐步求精[4]。”引號(hào)一出口就自感有些“照本宣科”，見冒號(hào)正用鼓勵(lì)的目光看著他，這才繼續(xù)說下去，“OOP則正相反，重在數(shù)據(jù)，自底向上、逐步合并。”
冒號(hào)首肯道：“如果把整個(gè)流程看作一顆倒長的大樹，過程式編程自樹根向下，逐漸分支，直到每片樹葉，類似數(shù)學(xué)證明中的分析法，即執(zhí)果索因的逆推法；OOP則從每片樹葉開始，逐漸合并，直到樹根，類似數(shù)學(xué)證明中的綜合法，即執(zhí)因索果的正推法。”
句號(hào)心領(lǐng)神會(huì)：“倘若把樹根看成主函數(shù)，離樹根越近，離用戶需求也越近。如果用過程式編程，由于是逆推法，樹干改變?nèi)菀讓?dǎo)致樹枝相應(yīng)改變，因此一旦用戶需求發(fā)生變化，可能會(huì)從樹根波及到樹枝甚至樹葉，維護(hù)起來殊為不易。相反OOP從樹葉開始設(shè)計(jì)，離用戶需求較遠(yuǎn)，抽象程度較高，受波及的程度較小，因此更易維護(hù)和重用。”
冒號(hào)拊掌贊道：“好極了！”
問號(hào)不解：“您剛才不還說C程序同樣具有可重用性嗎？”
冒號(hào)微微一笑：“數(shù)學(xué)中分析法與綜合法往往是結(jié)合起來使用的，過程式編程與OOP也是如此，只不過各有偏重罷了。句號(hào)的一番話雖不無道理，但也授OOP的反對(duì)者以口實(shí)：OOP鼓吹的可重用性來自‘自底向上’的設(shè)計(jì)模式，而這種模式并非OOP的專利。其實(shí)軟件設(shè)計(jì)的最重要的并不是編程語言，甚至也不是編程范式，而是抽象思維和前瞻思維。關(guān)于這一點(diǎn)，我們今后還會(huì)詳細(xì)闡述。”
嘆號(hào)不甘寂寞，插言道：“OOP以對(duì)象為基本模塊單位，而對(duì)象是現(xiàn)實(shí)中具體事物和抽象概念的模擬，這使得編程設(shè)計(jì)更自然更人性化。”
“深合吾意！”冒號(hào)揮動(dòng)著右手，“盡管OOP最大的賣點(diǎn)是其高度的可重用性，相比其他范式卻并不具明顯優(yōu)勢(shì)。但它更接近人類的認(rèn)知模式，編程者更容易也更樂于用這種方式編程，這是它深入人心的一個(gè)重要原因。比較一下兩種用法：牛.吃（草）與吃（牛，草），哪種更接近人類思維？”
有人在底下嘀咕：“如果把牛換成狗，那么一個(gè)是狗吃屎，一個(gè)是吃狗屎。”
全班捧腹。
冒號(hào)也忍不住笑了：“OOP人性化的另一表現(xiàn)是其接口簡潔易記?？纯?/span>Win32 API、Unix API等之類操作系統(tǒng)接口或OCI之類的數(shù)據(jù)庫接口，函數(shù)的參數(shù)動(dòng)輒七八個(gè)乃至上十個(gè)，函數(shù)名和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)成員也多冗長晦澀，既難記又易錯(cuò)。相比之下，相應(yīng)的Java的API顯然平易近人得多。”
問號(hào)刨根問底：“為什么C的API不能象Java的那么簡潔呢？”
冒號(hào)釋疑：“單純這么比較其實(shí)對(duì)C并不公平，因?yàn)?/span>Java的API雖然簡潔易用，但功能上與相應(yīng)C的API并不等同，換句話說，Java把接口粗粒度化了。”
“接口粗粒度化？”引號(hào)質(zhì)疑道，“就是把一些函數(shù)包裝起來吧？我們也可以用C將操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫之類的API再包裝一下。”
“事實(shí)上許多軟件公司都曾這樣做過。”冒號(hào)頷首作答，“但C函數(shù)不像Java對(duì)象，本身沒有狀態(tài)，只有依靠參數(shù)傳遞或外部變量來維持相關(guān)函數(shù)之間的聯(lián)系，包裝后的接口肯定不如Java簡潔，但應(yīng)該比Java高效。說白了，OOP就是將相關(guān)的函數(shù)用數(shù)據(jù)粘合，重新包裝后再貼上對(duì)象的標(biāo)簽。從這種角度上看，與其說OOP更具重用性，不如說更具易用性。”
嘆號(hào)狐疑道：“OOP并不更具重用性？這可是它的金字招牌啊！”
冒號(hào)冷哼一聲：“不要被金字招牌晃暈了眼，我來問你：是收音機(jī)、電視機(jī)之類的電器產(chǎn)品更具重用性呢，還是與電阻、電容之類的電器元件更具重用性？”
“當(dāng)然是電器元件啦。”嘆號(hào)沖口而出。
冒號(hào)因勢(shì)利導(dǎo)：“每個(gè)電器元件具備單一的功能，正如過程式中的函數(shù)；每個(gè)電器產(chǎn)品是對(duì)多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的電器元件的封裝，正如OOP中的對(duì)象。同樣的電器元件可用于不同的電器產(chǎn)品，具有高度的可重用性，而電器產(chǎn)品重用性低，但易用性高。”
眾人猶自將信將疑。
“對(duì)一個(gè)沒有獨(dú)立思考習(xí)慣的人來講，與其說他認(rèn)同一個(gè)理論，倒不如說他認(rèn)同該理論倡導(dǎo)者的權(quán)威。而在他仰視權(quán)威的同時(shí)，也把自己的思想交托給了權(quán)威。”冒號(hào)頗具犬儒之風(fēng)，“你們可以懷疑我的觀點(diǎn)，但絕不可放棄自己的思考。請(qǐng)注意，這就是我在第一堂課提到的精神——批判精神。”
冒號(hào)這時(shí)停了下來，與在座的每位逐一對(duì)視。他仿佛想通過目光把這種精神注入到每個(gè)人的身上，就像武俠小說中通過手掌將內(nèi)功傳輸給他人一樣。并不是每個(gè)人都能理解冒號(hào)的用心，但都或多或少地感受到一種異樣的氣氛。
“關(guān)于OOP今天就談到這里。”冒號(hào)恢復(fù)了常態(tài)，“請(qǐng)不要奇怪為何如此流行的編程范式我卻一帶而過，那是因?yàn)槟銈儗?duì)它相對(duì)比較熟悉，而我們這一輪只是在作熱身運(yùn)動(dòng)，以后再作專項(xiàng)訓(xùn)練。在結(jié)束之前，我們引進(jìn)一個(gè)新視點(diǎn)：過程式編程的模塊以函數(shù)為單位，OOP的模塊以對(duì)象為單位，二者的區(qū)別是：函數(shù)是被動(dòng)的實(shí)體，對(duì)象是主動(dòng)的實(shí)體。過程式程序的世界是君主制的，主函數(shù)是國王，其他函數(shù)是臣民，等級(jí)分明，所有臣民在聽命于上級(jí)的同時(shí)也對(duì)下級(jí)發(fā)號(hào)施令，最終為國王服務(wù)；OO程序的世界是民主制的，所有對(duì)象都是獨(dú)立而平等的公民，有權(quán)利保護(hù)自己的財(cái)產(chǎn)和隱私并向他人尋求服務(wù)，同時(shí)有義務(wù)為他人提供承諾的服務(wù)，公民之間通過信息交流來協(xié)作完成各種任務(wù)。”
眾人頓覺耳目為之一新。
，插語
[1]所謂基于對(duì)象的，有兩種不同的涵義。一種指“限制版”的OOP，即具備對(duì)象概念，但不具備OOP的一些其他特征，如繼承或多態(tài)等。Visual Basic正屬于此類。另一種指基于原型的（prototype-based），或者說基于實(shí)例的（instance-based），而不像通常OOP是基于類的（class-based）。JavaScript、NewtonScript、MOO等語言即屬此類。
[2]這里所謂“純粹的OOP”并非指一般意義上的“pure OOP”（即所謂的“一切都是對(duì)象”），而指單純的、不含其他范式的OOP。
[3]出自Fred Brooks的著名文章《no silver bullet》。他認(rèn)為沒有一項(xiàng)技術(shù)或管理方法的發(fā)展能保證，在十年內(nèi)讓軟件的生產(chǎn)力、可靠性或簡潔性等方面提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。常用來泛指沒有一項(xiàng)軟件技術(shù)或方法是萬能的。
[4]更準(zhǔn)確地說，這是前文提到的結(jié)構(gòu)化編程思想。
。總結(jié)
· OOP大多是命令式的，但也有函數(shù)式的和邏輯式的OO語言。
· OOP的核心思想可以歸納為：以數(shù)據(jù)為中心組織邏輯，將系統(tǒng)視為相互作用的對(duì)象集合，并利用繼承與多態(tài)來增強(qiáng)重用性。
· OOP既不能脫離其他范式，也絕非適用于一切應(yīng)用。
· 可重用性、可擴(kuò)展性和靈活性是所有范式和語言的共同目標(biāo)，并非OOP所獨(dú)有。
· 與其說OOP更具重用性，不如說更具易用性。
· 過程式編程重在過程，自頂向下，逐步求精。
· 對(duì)象式編程重在數(shù)據(jù)，自底向上，逐步合并。
· 過程式程序的世界是君主制的，OO程序的世界是民主制的。
“”參考
[1] Wikipedia．Object-oriented programming．http://en.wikipedia.org/wiki/Object-oriented_programming