OO三步曲

• 对象
• 类型
• 概念
• 一个
• 抽象
• 接口
• 我们
• OOP
• 就是
• 模型

从抽象说起

Booch曾经在他自己的OO领域内的名著[Booch 94]中开篇就论叙到了复杂性是软件开发过程中所故有的特质。而人们处理复杂性的最根本武器就是抽象。广义的抽象代表的是对复杂系统的简化描叙或规格说明，为了突出系统的本质属性而故意忽略其中的非实质性细节。“一个概念只有当能被最终用来实现的机制独立的描叙，理解，分析时，才将这个概念限定为抽象的概念”。而Booch也给出了他心目中关于OO领域内的狭义抽象定义：“抽象表示一个对象与其他所有对象相区别的基本特征，因此提供了同观察者角度有关的清晰定义的概念界限。”因此，根据不同观察角度，我们可以针对OOP给出不同级别的抽象层次。通常，面对一个典型的面向对象程序，[Budd 2002]将其分成五个抽象层，分别覆盖了OOP中的分析，设计与编程的各个阶段：

1， 最高级别的抽象层上，程序被看成是由很多相互作用并且遵守契约的对象所组成的对象集合。对象之间相互合作完成程序的计算任务。这个抽象级别上的典型代表就是设计模式思想（Design Pattern）。

2， 第二个抽象层就是一个对象集单元，也就是一群定义之间有相互联系的对象，在程序设计语言级别来看Java中是packages,C++中是name space。这个抽象级别上的典型代表就是模块化思想(Modularity)。

3， 第三个抽象层所代表的是典型的OOP模式：客户/服务器模型，这主要是用来抽象两个对象之间的互交过程。在这个抽象级别上的典型代表就是对象之间的消息机制(Message Passing)。

4， 第四个抽象层就是针对一组相似对象定义一个类作为生成对象的模板，类定义了对象的对外使用接口以及继承对象所需的内部继承接口，而这个抽象层次的典型代表就是接口编程(Interface Programming)。

5， 第五个抽象层就是实现一个类所需要的方法和成员变量的实现(Implementation)。在这里OOP最终和POP（Procedure-Oriented Programming）相融合。

当然，我们可以根据各自的观察角度划分成更细的抽象层次比如说针对第五层抽象用到的POP理论，我们还可以进一步的划分出控制抽象（三种完全描叙图灵机计算模型所需要的控制结构）以及数据抽象（ADTs）等等，并由此继续下去（如果你的想象力足够丰富的话：）。

什么是OOP？

OOP的许多原始思想都来之于Simula语言，并在Smalltalk语言的完善和标准化过程中得到更多的扩展和对以前的思想的重新注解。可以说OO思想和OOPL几乎是同步发展相互促进的。与函数式程序设计（functional-programming）和逻辑式程序设计（logic-programming）所代表的接近于机器的实际计算模型所不同的是，OOP几乎没有引入精确的数学描叙，而是倾向于建立一个对象模型，它能够近似的反映应用领域内的实体之间的关系，其本质是更接近于一种人类认知事物所采用的哲学观的计算模型。由此，导致了一个自然的话题，那就是OOP到底是什么？[D&T 1988][B.S 1991] .。在OOP中，对象作为计算主体，拥有自己的名称，状态以及接受外界消息的接口。在对象模型中，产生新对象，旧对象销毁，发送消息，响应消息就构成OOP计算模型的根本。

对象的产生有两种基本方式。一种是以原型（prototype）对象为基础产生新的对象。一种是以类（class）为基础产生新对象。原型的概念已经在认知心理学中被用来解释概念学习的递增特性，原型模型本身就是企图通过提供一个有代表性的对象为基础来产生各种新的对象，并由此继续产生更符合实际应用的对象。而原型-委托也是OOP中的对象抽象，代码共享机制中的一种。一个类提供了一个或者多个对象的通用性描叙。从形式化的观点看，类与类型有关，因此一个类相当于是从该类中产生的实例的集合。而这样的观点也会带来一些矛盾，比较典型的就是在继承体系下，子集（子类）对象和父集（父类）对象之间的行为相融性可能很难达到，这也就是OOP中常被引用的---子类型（subtype）不等于子类（subclass）[Budd 2002]。而在一种所有皆对象的世界观背景下，在类模型基础上还诞生出了一种拥有元类（metaclass）的新对象模型。即类本身也是一种其他类的对象。以上三种根本不同的观点各自定义了三种基于类（class-based）,基于原型（prototype-based）和基于元类（metaclass-based）的对象模型。而这三种对象模型也就导致了许多不同的程序设计语言（如果我们暂时把静态与动态的差别放在一边）。是的，我们经常接触的C++,Java都是使用基于类的对象模型，但除此之外还有很多我们所没有接触的OOPL采用了完全不一样的对象模型，他们是在用另外一种观点诠释OOP的内涵。

什么是类型（type）?

类型以及类型系统的起源以及研究与发展是独立于OOP的。早在五十年代的FORTRAN语言编译器实现中，就已经采用类型系统作为类型检查的一种手段。广义的类型一般被定义为一种约束，也就是一种逻辑公式。而在对类型的研究过程中产生多种方法，比如[C&W 1985]等。而代数方法（algebraic approach）是一种非常好的建立类型的形式化规范的方法。代数中的一个类型对应于一系列元素，在它们之上定义代数操作。同时在此基础上二阶λ演算已经被用于继承和模板所支持的模型。在上面两种方法中，类型被认为是一系列满足确定约束条件的元素，更抽象的方式可以把一个类型当作规定一个约束条件，如果我们规定的约束条件越好，相对应的被定义元素的集合就越精密，所以逻辑公式（logical formulas）就成为描叙类型特征的最合适工具。在这里，我们不想深入的探究对于类型理论的各种不同的数学模型，我们需要明白的是类型（type）以及类型理论这个在编程语言中经常应用到的概念的内涵是极其丰富的，而其自身理论的发展并非局限于OOP之中，但当两者相结合的时候就对我们的程序观产生了巨大的影响。

类（class），类型(type)，接口（interface）

这三个概念是在OOP中出现频率最多，也最容易混淆的。而对于这三个概念的澄清也是文章写作的初衷。让我们先看看大师们对于这三个概念的描叙----

“The fundamental unit of programming in Java programming language is the class, but the fundamental unit of the object-oriented design is the type.while classes define types,it is very useful and powerful to be able to define a type without defining a class.Interface define types in an abstract form as a collection of methods or other types that form the contract for the type.” [Jams 2000]。

“In C++,A class is a user definite type”[B.S 1998]。

“A type is a name used to denote a particular interface……An object may have many types,and widely different objects can share a type.Part of an object’s interface may be characterized by one type ,and other parts by other types.Two objects of the same type need only share parts of their interface.Interface can contain other interface as subset.We say that a type is a subtype of another if its interface contain the interface of its supertype.Often we speak of a subtype inheriting the interface of its supertype”[Gamma 1995]

在其中，一共出现了四个概念：类（class），类型(type)，接口（interface）以及契约（contract）。这里我们说到的类型和上面提到的类型有所不同，是狭义的OOP中的类型。为了理解这几个概念，我先划分出三个概念域：一个是针对现实世界的，一个是针对特定程序设计范型的（在这里就是OO设计范型），最后一个是针对编译器实现的。也就是说，在现实世界中的概念必须有一种手段映射到OO范型中去，而OO范型中的概念也应该在编译器实现中有相同的概念对应。由此，我们可以这样说，类是做为现实世界中的概念，而传统的OOPL都会提供class关键字来表示对现实世界模拟的支持。而接口，是作为OO程序设计范型中与类对应的一个概念。在OO设计中，我们所要做的就是针对接口进行设计和编程，而接口的实质含义就是对象之间的一种契约。而类型就是编译器实现中针对类和接口所定义的对应概念。可以这样说，类是现实世界中存在的客观概念，是唯物的。接口是设计人员定义出来的，存在于设计人员心中的概念，是唯心的。而类型是类和接口这两种概念的编译器实现的映射概念，也是唯物的。类型主要是用来指导编译器的类型检查的谓词，类是创建现实对象的模板，接口是OO设计中的关键概念。这三个概念相互区别（分别位于不同的概念域），又相互联系（都是代表相同的概念的不同概念域的映射）。有了上面的理解，我们看看下面最常见的Java语句：

people a=new man();

这代表了什么？程序员向编译器声明了一个people类型（type）的对象变量a，而对象变量a本身却指向了一个man类（class）的实体（而在编译器中理解是对象变量a指向了一个类型为man的实体）。再让我们回到[Jams 2000]，其中句子的根本含义我们可以概括如下：声明一个类或者一个接口都同时向编译器注册了一个新的类型，而此类或者接口以及类型都是共享同样的一个名字。也就是说。编译器所能理解的全部都是类型，而程序员的工作是把现实中的类概念转化为设计中的接口概念，而编译器对应于上两种概念都有直接的支持，那就是一个类声明或者接口声明在编译器的理解来看就是一个类型声明。但是反过来却不一定成立。一个类可以有多个接口（一个类完全有可能实现了设计人员的多个契约条件），同时也就可能有多个类型（因为类型不过是接口这个设计域内