面向对象设计(OOP)

1-什么是面向对象？

很早以前的编程是面向过程的，比如实现一个算术运算1+1 = 2，通过这个简单的算法就可以解决问题。但是随着时代的进步，人们不满足现有的算法了，因为问题越来越复杂，不是1+1那么单纯了，比如一个班级的学生的数据分析，这样就有了对象这个概念，一切事物皆对象。将现实的事物抽象出来，注意抽象这个词是重点啊，把现实生活的事物以及关系，抽象成类，通过继承，实现，组合的方式把万事万物都给容纳了，实现了对现实世界的抽象和数学建模。

2-面向对象和面向过程

面向过程
- 优点：性能比面向对象高，因为类调用时需要实例化，开销比较大，比较消耗资源;比如单片机、嵌入式开发、 Linux/Unix等一般采用面向过程开发，性能是最重要的因素。
- 缺点：没有面向对象易维护、易复用、易扩展。
面向对象
- 优点：易维护、易复用、易扩展，由于面向对象有封装、继承、多态性的特性，可以设计出低耦合的系统，使系统更加灵活、更加易于维护 。
- 缺点：性能比面向过程差。

3-面向对象的三大基本特征

面向对象的三大基本特征为：封装、继承、多态

3.1-封装

通常认为封装是把数据和操作数据的方法绑定起来，对数据的访问只能通过已定义的接口。面向对象的本质就是将现实世界描绘成一系列完全自治、封闭的对象。我们在类中编写的方法就是对实现细节的一种封装；我们编写一个类就是对数据和数据操作的封装。可以说，封装就是隐藏一切可隐藏的东西，只向外界提供最简单的编程接口。

封装的目的是增强安全性和简化编程，使用者不必了解具体的实现细节，而只是要通过外部接口，以特定的访问权限来使用类的成员。

面相对象的不就是使用程序处理事情时以对象为中心去分析吗，与面向过程不同，面向过程关心处理的逻辑、流程等问题，而不关心事件主体。而面向对象即面向主体，所以我们在解决问题时应该先进行对象的封装（对象是封装类的实例，比如张三是人，人是一个封装类，张三只是对象中的一个实例、一个对象）。

封装的好处：

隐藏了类的实现
操作简单
提高对象数据的安全性

3.2-继承

继承是面向对象的基本特征之一，继承机制允许创建分等级层次的类。继承就是子类继承父类的特征和行为，使得子类对象（实例）具有父类的实例域和方法，或子类从父类继承方法，使得子类具有父类相同的行为。

例如：食草动物和食肉动物都是继承自动物。

3.3-多态

多态同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。是指一个类实例（对象）的相同方法在不同情形有不同表现形式。多态机制使具有不同内部结构的对象可以共享相同的外部接口。这意味着，虽然针对不同对象的具体操作不同，但通过一个公共的类，它们（那些操作）可以通过相同的方式予以调用。

多态的优点
- 消除类型之间的耦合关系
- 可替换性
- 可扩展性
- 接口性
- 灵活性
- 简化代码
实现多态的三个必要条件
- 继承
- 重写（子类继承父类后对父类方法进行重新定义）
- 向上转型（父类引用指向子类对象）

3.4-面向对象的相关概念

内聚：进行架构设计时的内聚高低是指，设计某个模块或者关注点时，模块或关注点内部的一系列相关功能的相关程度的高低。高内聚提供了更好的可维护性和可复用性。而低内聚的模块则表名模块直接的依赖程度高，那么一旦修改了该模块依赖的对象则无法使用该模块，必须也进行相应的修改才可以继续使用。
耦合：简单地说，软件工程中对象之间的耦合度就是对象之间的依赖性。指导使用和维护对象的主要问题是对象之间的多重依赖性。对象之间的耦合越高，维护成本越高。因此对象的设计应使类和构件之间的耦合最小。耦合性是程序结构中各个模块之间相互关联的度量。它取决于各个模块之间的接口的复杂程度、调用模块的方式以及哪些信息通过接口。
耦合可以分为以下几种，它们之间的耦合度由高到低排列如下：
- 内容耦合。当一个模块直接修改或操作另一个模块的数据时，或一个模块不通过正常入口而转入另一个模块时，这样的耦合被称为内容耦合。内容耦合是最高程度的耦合，应该避免使用之。
- 公共耦合。两个或两个以上的模块共同引用一个全局数据项，这种耦合被称为公共耦合。在具有大量公共耦合的结构中，确定究竟是哪个模块给全局变量赋了一个特定的值是十分困难的。
- 外部耦合 。一组模块都访问同一全局简单变量而不是同一全局数据结构，而且不是通过参数表传递该全局变量的信息，则称之为外部耦合。
  控制耦合。一个模块通过接口向另一个模块传递一个控制信号，接受信号的模块根据信号值而进行适当的动作，这种耦合被称为控制耦合。
  标记耦合。若一个模块A通过接口向两个模块B和C传递一个公共参数，那么称模块B和C之间存在一个标记耦合。
- 数据耦合。模块之间通过参数来传递数据，那么被称为数据耦合。数据耦合是最低的一种耦合形式，系统中一般都存在这种类型的耦合，因为为了完成一些有意义的功能，往往需要将某些模块的输出数据作为另一些模块的输入数据。
- 非直接耦合 。两个模块之间没有直接关系，它们之间的联系完全是通过主模块的控制和调用来实现的。
高内聚低耦合？
- 高内聚：类内部的方法而言，把程序的功能尽量紧密联系，不要在一个类里只写一个或很长的方法，因为那样会给你的调试等带来很多问题，出了错你都不知道在什么地方。
  在一个模块内，让每个元素之间都尽可能的紧密相连，也就是充分利用每一个元素的功能，各施所能，以最终实现某个功能。如果某个元素与该模块的关系比较疏松的话，可能该模块的结构还不够完善，或者是该元素是多余的。通俗说，就是尽量避免一个类中只有一个或把好几个方法都堆在一起写，这样容易出错，不易找到关键问题。
- 低耦合：类与类之间的关系而定，低，意思是他们之间的关系要简单，明了，不要有很强的关系，不然，运行起来就会出问题。一个类的运行影响到其他的类。
  一个完整的系统，模块与模块之间，尽可能的使其独立存在，也就是说，让每个模块，尽可能的独立完成某个特定的子功能。模块与模块之间的接口，尽量的少而简单。如果某两个模块间的关系比较复杂的话，最好首先考虑进一步的模块划分，这样有利于修改和组合。
  通俗说，就是尽量减少一个类和另一个类之间的关系，不然，一个类出了问题，别的类也会跟着连带出现问题。

4-面向对象的五大基本原则

4.1-单一职责原则（SRP）

一个类应该有且只有一个去改变它的理由，这意味着一个类应该只有一项工作。

比如在职员类里，将工程师、销售人员、销售经理这些情况都放在职员类里考虑，其结果将会非常混乱，在这个假设下，职员类里的每个方法都要if else判断是哪种情况，从类结构上来说将会十分臃肿。

4.2-开放封闭原则（OCP）

对象或实体应该对扩展开放，对修改封闭。

更改封闭即是在我们对模块进行扩展时，勿需对源有程序代码和DLL进行修改或重新编译文件！这个原则对我们在设计类的时候很有帮助，坚持这个原则就必须尽量考虑接口封装，抽象机制和多态技术。

4.3-里氏替换原则（LSP）

子类应当可以替换父类并出现在父类能够出现的任何地方。比如：公司搞年度晚会，所有员工可以参加抽奖，那么不管是老员工还是新员工，也不管是总部员工还是外派员工，都应当可以参加抽奖，否则这公司就不和谐了。

4.4-依赖倒置原则（DIP）

高层次的模块不应该依赖于低层次的模块，他们都应该依赖于抽象。具体实现应该依赖于抽象，而不是抽象依赖于实现。

可以这样理解，通过兔子和绵羊，然后才推出食草动物。但如果我们继续认识了牛、马等食草动物，我们会发现我们需要不断调整食草动物的描述，这样程序会变得僵化，所以我们不应该让子类依赖于实体，不应该让父类模块依赖于子类模块。所以我们需要将食草动物设计为抽象类，即抽象类或接口。这样下层只需要实现相应的细节而不会影响父类。