面向对象学习笔记 1

今天终于开始学习面向对象了，b 站大学真是太牛逼啦！

浙大翁恺老师的课讲得很清楚，疯狂安利！

【浙江大学】面向对象程序设计，教授：翁恺

面向对象基本原理

面向对象程序设计，object-oriented-programming (OOP)，在这种方式的程序设计中，把每一个变量看作是一个对象，通过调用对象提供的功能函数达到目的。

面向对象与面向过程编程的区别

所谓面向过程，即程序按照主函数从上到下的顺序依次调用各种函数和变量，通过数据与指令流的方式控制整个程序，最终达到目的。

而面向对象不一样，面向对象的思想并不关注程序当前执行到哪一步，它关心的是程序中存在什么东西，以及这些“东西”之间如何联系。通过把这些东西有序的组合起来，再依靠这些“东西”之间传递的消息来完成调用，达到目的。

简单点来说，面向过程就是程序员一步一步告诉程序该怎么做；面向对象是先告诉程序内各个模块：当收到指令 A 的时候怎么做，收到指令 B 的时候又该怎么做，最后只用告诉程序指令 A 或者指令 B ，让程序内的不同模块开始传递信息，按我们预先设定好的方式解决问题，我们只需要等结果就行了。

对象的定义

说了一大顿，那么何为“对象”？实际上，任何可以被称作“东西”的东西，都可以称为“对象”。

比如说一个苹果，一个水杯，坐标系内一个点，等等等等。

这些东西又包含它自己的一些特性，比如苹果有颜色、大小，一个点有它自己的坐标，水杯可以装水，也有它自己的颜色……一切东西都有它自己的特性。

我们把这些物体的特性称为对象的“属性”，对于计算机代码而言，属性也就是一个对象中包含的数据啦。

除了这些特殊的属性，面向对象还要求对象具有一定的功能。

比如水杯，它可以往里装水，也可以往外倒水；平面内一个点，它可以拥有把它的基本信息（也就是坐标）告诉我们的功能。

我们把这些物体所包含的功能称为对象提供的“服务”，也就是“这个对象支持我们对它做什么”的意思。对于计算机代码而言，服务通常以函数的形式出现。

总的来说，对象就是上面说的 属性 + 服务。

类的概念

有了对象（也就是物品）自然也就有了类的区分。

现实生活中，博物学给各种声明都区分了界门纲目科属种的归类，这就是一种类的区分。比如有一只花猫和一只黑猫，我们可以把他们简单的归为一类，即“猫”；又有两个一高一矮的水杯，我们也可以把他们归为一类，即“杯子”。

仔细思考一下我们为什么这么做，究其原因就是他们拥有相同的特征和功能：猫都有胡须毛发（属性），主人发出“叫”的指令，它们可以喵喵叫（功能）；水杯都可以储水（特征），也可以接水和倒水（功能）。

简单粗暴一点，对于程序设计中的对象，只要拥有相同的属性和服务，我们就认为它们是同一类。

同一类中的对象，因为他们的服务都是相同的，所以它们也能接受相同的指令。特别的，反过来说，如果两个对象可以接受的所有指令都完全相同，那么我们也可以把它们认为是同一类。

类与对象

在自然界中，人们常常是发现一个新事物之后，再把它归类。但在计科中，是我们先创造一个类，规定他拥有什么样的属性和服务功能，再去创造新事物（即对象）。

在 C++ 中，声明类用关键字 Class 表示。

class Cat
{
  public:
    Cat(const string a, const string b, const bool c)
    {
      name = a, color = b, cute = c;
    }
    void GetInfomation() const
    {
      cout << name << '\n';
      cout << color << '\n';
      if(cute)
        cout << "cute!" << '\n';
      else
        cout << "not so cute..." << '\n';
    }
    void Meow() const
    {
      cout << "Meow" << '\n';
    }
  private:
    string name, color;
    bool cute;
}garfield;

这段代码中，我创建了一个名字是 Cat 的类（电子猫咪）,并赋予它三个特征：name, color 和 cute，以及通过函数实现输出基本信息、喵喵叫的功能。

然后我在这个类的框架下声明了一个变量 garfield, 这就是归属 Cat 类的一个对象。它具有 Cat 类规定的所有属性和服务，即上面说的 name, color 和 cute，以及输出它自己的基本信息、喵喵叫的功能。

至于代码里面的 private 和 public 关键字，我们下一节再细说。

面向对象的要求

这里有一个像煎鸡蛋的图，面向对象的核心思想就是这个煎蛋。

煎蛋的蛋黄是数据 (Data)，煎蛋的蛋清是操作 (Operations)，OOP 要求我们在程序设计的时候不可以直接对里面的蛋黄进行操作，只能通过外面蛋清提供的服务来间接的控制蛋黄里的数据，也即“对象中的元素受到保护”。

对象通过它提供的服务对内数据提供指令交流和保护，对外部的操作进行反馈。这些服务就是所谓的“接口”，即外部程序在访问对象的时候只能通过这些“接口”向对象发布指令和接受对象反馈的信息，但是不可以直接访问对象内的数据。

拿这两段代码举例子，它们都得到了一个二维坐标点的详细坐标信息，但实现方式不同：

struct Point2d{
  Point2d(const int a, const int b)
  {
    x = a, y = b;
  }
  int x, y;
};
void PrintPoint2d(const Point2d * const p)
{
  cout << p -> x << ' ' << p -> y;
}
int main()
{
  Point2d A(2, 3);
  PrintPoint2d(&A);
}

这段代码是典型的面向过程思想，通过外部函数来直接查询对象内的数据。

class Point2d
{
  private:
    int x, y;
  public:
    Point2d(const int a, const int b)
    {
      x = a, y = b; 
    }
    void PrintPoint2d() const 
    {
      cout << x << ' ' << y;
    }
};
int main()
{
  Point2d A(2, 3);
  A.PrintPoint2d();
}

这段代码是面向对象的思想，通过对象自己内部的功能（接口）获得数据。

而 private 就是对象私有的属性，它表示这些数据是对象私有的，不能从外部直接进行访问；public 就是外面的公用接口，我们只可以调用这些接口中的数据和函数。

为什么要这样做？

面向对象设计的核心目的是让代码的结构变得松散而灵活。

用灯泡和灯管举例子。

• 假设灯泡和灯座是两个不同的对象，他们通过接口（也就是现实中的螺口）相连接，如果我想换一个灯泡，那么只需要把灯泡拧下来换上新的就可以了。面向对象思想就是通过接口的方式实现代码的可更新性与可扩展性，因为要更新灯泡部分代码的话，我们就不用管灯座部分的代码。

• 现在再假设灯泡和灯管是一体的，他们直接出厂的时候就焊在一起了，那么想换一个灯泡就很困难，因为他们之间的联系太过紧密，牵一发而动全身。这导致代码的可扩展性变得差一些。

现实中程序员一般可以分为两类

1. class creater，负责写类的程序员，他们负责写类，实现某些功能。
2. client programmer，负责利用类给出的功能实现其他功能的程序员。

当写类的程序员想要维护更新他的类的时候，只需要直接改他自己的代码就行了——只要保证原接口的调用方式不变，那么 client programmer 仍可以正常调用，因此他就不用修改他的代码。

这样是很方便的。