抽象的進(jìn)步

2019-11-18 13:22:49

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供稿：網(wǎng)友

　　所有編程語(yǔ)言的最終目的都是提供一種“抽象”方法。一種較有爭(zhēng)議的說(shuō)法是：解決問題的復(fù)雜程度直接取決于抽象的種類及質(zhì)量。這兒的“種類”是指預(yù)備對(duì)什么進(jìn)行“抽象”？匯編語(yǔ)言是對(duì)基礎(chǔ)機(jī)器的少量抽象。后來(lái)的許多“命令式”語(yǔ)言（如FORTRAN，BASIC和C）是對(duì)匯編語(yǔ)言的一種抽象。與匯編語(yǔ)言相比，這些語(yǔ)言已有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但它們的抽象原理依然要求我們著重考慮計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，而非考慮問題本身的結(jié)構(gòu)。在機(jī)器模型（位于“方案空間”）與實(shí)際解決的問題模型（位于“問題空間”）之間，程序員必須建立起一種聯(lián)系。這個(gè)過程要求人們付出較大的精力，而且由于它脫離了編程語(yǔ)言本身的范圍，造成程序代碼很難編寫，而且要花較大的代價(jià)進(jìn)行維護(hù)。由此造成的副作用便是一門完善的“編程方法”學(xué)科。
　　為機(jī)器建模的另一個(gè)方法是為要解決的問題制作模型。對(duì)一些早期語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，如LISP和APL，它們的做法是“從不同的角度觀察世界”——“所有問題都?xì)w納為列表”或“所有問題都?xì)w納為算法”。PROLOG則將所有問題都?xì)w納為決策鏈。對(duì)于這些語(yǔ)言，我們認(rèn)為它們一部分是面向基于“強(qiáng)制”的編程，另一部分則是專為處理圖形符號(hào)設(shè)計(jì)的。每種方法都有自己非凡的用途，適合解決某一類的問題。但只要超出了它們力所能及的范圍，就會(huì)顯得非常笨拙。
　　面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上則跨出了一大步，程序員可利用一些工具表達(dá)問題空間內(nèi)的元素。由于這種表達(dá)非常普遍，所以不必受限于特定類型的問題。我們將問題空間中的元素以及它們?cè)诜桨缚臻g的表示物稱作“對(duì)象”（Object）。當(dāng)然，還有一些在問題空間沒有對(duì)應(yīng)體的其他對(duì)象。通過添加新的對(duì)象類型，程序可進(jìn)行靈活的調(diào)整，以便與特定的問題配合。所以在閱讀方案的描述代碼時(shí)，會(huì)讀到對(duì)問題進(jìn)行表達(dá)的話語(yǔ)。與我們以前見過的相比，這無(wú)疑是一種更加靈活、更加強(qiáng)大的語(yǔ)言抽象方法。總之，OOP答應(yīng)我們根據(jù)問題來(lái)描述問題，而不是根據(jù)方案。然而，仍有一個(gè)聯(lián)系途徑回到計(jì)算機(jī)。每個(gè)對(duì)象都類似一臺(tái)小計(jì)算機(jī)；它們有自己的狀態(tài)，而且可要求它們進(jìn)行特定的操作。與現(xiàn)實(shí)世界的“對(duì)象”或者“物體”相比，編程“對(duì)象”與它們也存在共通的地方：它們都有自己的特征和行為。
　　Alan Kay總結(jié)了Smalltalk的五大基本特征。這是第一種成功的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，也是java的基礎(chǔ)語(yǔ)言。通過這些特征，我們可理解“純粹”的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法是什么樣的：
　　(1) 所有東西都是對(duì)象。

　　可將對(duì)象想象成一種新型變量；它保存著數(shù)據(jù)，但可要求它對(duì)自身進(jìn)行操作。理論上講，可從要解決的問題身上提出所有概念性的組件，然后在程序中將其表達(dá)為一個(gè)對(duì)象。
　　(2) 程序是一大堆對(duì)象的組合。

　　通過消息傳遞，各對(duì)象知道自己該做些什么。為了向?qū)ο蟀l(fā)出請(qǐng)求，需向那個(gè)對(duì)象“發(fā)送一條消息”。更具體地講，可將消息想象為一個(gè)調(diào)用請(qǐng)求，它調(diào)用的是從屬于目標(biāo)對(duì)象的一個(gè)子例程或函數(shù)。
　　(3) 每個(gè)對(duì)象都有自己的存儲(chǔ)空間，可容納其他對(duì)象。

　　或者說(shuō)，通過封裝現(xiàn)有對(duì)象，可制作出新型對(duì)象。所以，盡管對(duì)象的概念非常簡(jiǎn)單，但在程序中卻可達(dá)到任意高的復(fù)雜程度。
　　(4) 每個(gè)對(duì)象都有一種類型。

　　根據(jù)語(yǔ)法，每個(gè)對(duì)象都是某個(gè)“類”的一個(gè)“實(shí)例”。其中，“類”（Class）是“類型”（Type）的同義詞。一個(gè)類最重要的特征就是“能將什么消息發(fā)給它？”。
　　(5) 同一類所有對(duì)象都能接收相同的消息。

　　這實(shí)際是別有含義的一種說(shuō)法，大家不久便能理解。由于類型為“圓”（Circle）的一個(gè)對(duì)象也屬于類型為“外形”（Shape）的一個(gè)對(duì)象，所以一個(gè)圓完全能接收外形消息。這意味著可讓程序代碼統(tǒng)一指揮“外形”，令其自動(dòng)控制所有符合“外形”描述的對(duì)象，其中自然包括“圓”。這一特性稱為對(duì)象的“可替換性”，是OOP最重要的概念之一。
　　一些語(yǔ)言設(shè)計(jì)者認(rèn)為面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)本身并不足以方便解決所有形式的程序問題，提倡將不同的方法組合成“多形程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言”（注釋）。
　　[注釋]：參見Timothy Budd編著的《Multiparadigm Programming in Leda》，Addison-Wesley 1995年出版。

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