面向对象程序设计

一种计算机编程架构

面向对象程序设计(Object Oriented Programming)作为一种新方法，其本质是以建立模型体现出来的抽象思维过程和面向对象的方法。模型是用来反映现实世界中事物特征的。任何一个模型都不可能反映客观事物的一切具体特征，只能对事物特征和变化规律的一种抽象，且在它所涉及的范围内更普遍、更集中、更深刻地描述客体的特征。通过建立模型而达到的抽象是人们对客体认识的深化。

基本信息

面向对象程序设计（Object Oriented Programming，OOP）是一种计算机编程架构。OOP的一条基本原则是计算机程序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。OOP=对象+类+继承+多态+消息，其中核心概念是类和对象。

面向对象程序设计方法是尽可能模拟人类的思维方式，使得软件的开发方法与过程尽可能接近人类认识世界、解决现实问题的方法和过程，也即使得描述问题的问题空间与问题的解决方案空间在结构上尽可能一致，把客观世界中的实体抽象为问题域中的对象。

面向对象程序设计以对象为核心，该方法认为程序由一系列对象组成。类是对现实世界的抽象，包括表示静态属性的数据和对数据的操作，对象是类的实例化。对象间通过消息传递相互通信，来模拟现实世界中不同实体间的联系。在面向对象的程序设计中，对象是组成程序的基本模块。

特点

1、封装性：

封装是指将一个计算机系统中的数据以及与这个数据相关的一切操作语言（即描述每一个对象的属性以及其行为的程序代码）组装到一起，一并封装在一个有机的实体中，把它们封装在一个“模块”中，也就是一个类中，为软件结构的相关部件所具有的模块性提供良好的基础。在面向对象技术的相关原理以及程序语言中，封装的最基本单位是对象，而使得软件结构的相关部件的实现“高内聚、低耦合”的“最佳状态”便是面向对象技术的封装性所需要实现的最基本的目标。对于用户来说，对象是如何对各种行为进行操作、运行、实现等细节是不需要刨根问底了解清楚的，用户只需要通过封装外的通道对计算机进行相关方面的操作即可。大大地简化了操作的步骤，使用户使用起计算机来更加高效、更加得心应手。

2、继承性：

继承性是面向对象技术中的另外一个重要特点，其主要指的是两种或者两种以上的类之间的联系与区别。继承，顾名思义，是后者延续前者的某些方面的特点，而在面向对象技术则是指一个对象针对于另一个对象的某些独有的特点、能力进行复制或者延续。如果按照继承源进行划分，则可以分为单继承（一个对象仅仅从另外一个对象中继承其相应的特点）与多继承（一个对象可以同时从另外两个或者两个以上的对象中继承所需要的特点与能力，并且不会发生冲突等现象）；如果从继承中包含的内容进行划分，则继承可以分为四类，分别为取代继承（一个对象在继承另一个对象的能力与特点之后将父对象进行取代）、包含继承（一个对象在将另一个对象的能力与特点进行完全的继承之后，又继承了其他对象所包含的相应内容，结果导致这个对象所具有的能力与特点大于等于父对象，实现了对于父对象的包含）、受限继承、特化继承。

3、多态性：

从宏观的角度来讲，多态性是指在面向对象技术中，当不同的多个对象同时接收到同一个完全相同的消息之后，所表现出来的动作是各不相同的，具有多种形态；从微观的角度来讲，多态性是指在一组对象的一个类中，面向对象技术可以使用相同的调用方式来对相同的函数名进行调用，即便这若干个具有相同函数名的函数所表示的函数是不同的。

名词解释

面向对象程序设计中的概念主要包括：对象、类、数据抽象、继承、动态绑定、数据封装、多态性、消息传递。通过这些概念面向对象的思想得到了具体的体现。

1）对象（Object）：

可以对其做事情的一些东西。一个对象有状态、行为和标识三种属性。

2）类（class）：

一个共享相同结构和行为的对象的集合。类（Class）定义了一件事物的抽象特点。通常来说，类定义了事物的属性和它可以做到的（它的行为）。举例来说，“狗”这个类会包含狗的一切基础特征，例如它的孕育、毛皮颜色和吠叫的能力。类可以为程序提供模版和结构。一个类的方法和属性被称为“成员”。

3）封装（encapsulation）：

第一层意思：将数据和操作捆绑在一起，创造出一个新的类型的过程。第二层意思：将接口与实现分离的过程。

4）继承：

类之间的关系，在这种关系中，一个类共享了一个或多个其他类定义的结构和行为。继承描述了类之间的“是一种”关系。子类可以对基类的行为进行扩展、覆盖、重定义。

5）组合：

既是类之间的关系也是对象之间的关系。在这种关系中一个对象或者类包含了其他的对象和类。

组合描述了“有”关系。

6）多态：

类型理论中的一个概念，一个名称可以表示很多不同类的对象，这些类和一个共同超类有关。因此，这个名称表示的任何对象可以以不同的方式响应一些共同的操作集合。

7）动态绑定：

也称动态类型，指的是一个对象或者表达式的类型直到运行时才确定。通常由编译器插入特殊代码来实现。与之对立的是静态类型。

8）静态绑定：

也称静态类型，指的是一个对象或者表达式的类型在编译时确定。

9）消息传递：

指的是一个对象调用了另一个对象的方法（或者称为成员函数）。

10）方法：

也称为成员函数，是指对象上的操作，作为类声明的一部分来定义。方法定义了可以对一个对象执行那些操作。

设计原理

面向对象技术是对计算机的结构化方法的深入、发展和补充，在保障进行良好的计算机软件的需求设计的同时，也需要尽可能实现利用低成本来开发出高质量的应用软件的目标。消息是传递一个对象与另一个对象之间的信息，实现两者进行通信的桥梁，消息链负责指定功能无条件的执行，而计算机软件的主程序则负责对消息进行筛选（哪些可以接受、可以执行，哪些则需要摒弃，不可带入），软件开发主要由以下几个方面组成，分别为需求定义、制定计划、软件的功能设计、软件的功能实现、验证和确认，这五个方面是最基本的环节，缺一不可。

设计优点

面向对象出现以前，结构化程序设计是程序设计的主流，结构化程序设计又称为面向过程的程序设计。在面向过程程序设计中，问题被看作一系列需要完成的任务，函数（在此泛指例程、函数、过程）用于完成这些任务，解决问题的焦点集中于函数。其中函数是面向过程的，即它关注如何根据规定的条件完成指定的任务。

比较面向对象程序设计和面向过程程序设计，还可以得到面向对象程序设计的其他优点：

1）数据抽象的概念可以在保持外部接口不变的情况下改变内部实现，从而减少甚至避免对外界的干扰；

2）通过继承大幅减少冗余的代码，并可以方便地扩展现有代码，提高编码效率，也减低了出错概率，降低软件维护的难度；

3）结合面向对象分析、面向对象设计，允许将问题域中的对象直接映射到程序中，减少软件开发过程中中间环节的转换过程；

4）通过对对象的辨别、划分可以将软件系统分割为若干相对为独立的部分，在一定程度上更便于控制软件复杂度；

5）以对象为中心的设计可以帮助开发人员从静态（属性）和动态（方法）两个方面把握问题，从而更好地实现系统；

6）通过对象的聚合、联合可以在保证封装与抽象的原则下实现对象在内在结构以及外在功能上的扩充，从而实现对象由低到高的升级。

设计缺陷

（1）运行效率较低。

类的大量加载会牺牲系统性能，降低运行速度。虽然CPU速度在提高，内存容量在增加，但这一问题仍会随着系统规模变大而逐渐显示出来，变得越发严重。