从真实世界中理解面向对象编程(OOP)

1. 介绍

面向对象编程试图像我们的大脑一样对世界进行建模。

本文中，我们将探索此建模背后的核心概念。

2. 我们如何看待这个世界

人脑不会按原样处理世界：它简化了世界。否则，它将无法处理每秒接收到的大量信息。当然，我们如何简化世界很重要：我们考虑重要的事情而忽略其他事情。

换言之，我们在脑海中创造了一个世界模型：

3. 用类建模

这个建模过程是基于发现事物之间的相似之处。当我们的大脑发现两个项目看起来足够相似时，它会将它们归为同一类别，否则归为不同类别。

例如，狗的相似性足以将它们归入同一类别。(事实上，“狗”这个词本身就是一个类别。我们稍后会回到这个话题。)我们知道狗有重量和颜色等属性，它可以做一些事情，例如吠叫和摇尾巴：

狗、猫和桌子在术语上是相似的，通常它们都有四条腿。但我们不会将一张桌子归入同一类别，包括狗和猫。然而，狗和猫非常相似，我们可以将它们归为一类：哺乳动物或动物：

我们还有许多其他类别，这取决于我们希望类别有多广泛。我们甚至可以想象出一个类别，桌子也可以放在其中：四足物：

这样的分门别类有一个更科学的名字：分类。因此，我们更喜欢将这些类别称为类。

4. 对象：真实世界中的类

正如我们提到的，类代表了我们用类标记的事物之间的相似性。

这些类或模型在现实世界中并不存在。它们是对现实的抽象，只存在于我们的脑海中：

我们从未见过我们称之为“狗”的东西。是的，这听起来很荒谬，但我们需要理解其中的区别。当我们说“我今天看到一只狗”这句话只是“我今天看见一种生物，我把它归类为狗”的简化版本：

现实中存在的(或至少存在的)是叫 Lassie 或 Laika 的狗。它们是一团毛绒绒的球，我们可以抚摸它们。

我们看不到狗类本身，而是现实世界中狗类的实例。我们经常将这些实例称为对象。

5. 封装：数据和行为

狗可大可小。它们可能是灰色或棕色的。此外，他们知道自己的名字。这些是狗的属性——我们所知道的数据。每只狗都有这些特性；因此，我们将这些分配给狗类本身。但每只狗对这些属性都有不同的值。

我们不一定知道这些属性的值，但我们可以获得它们，因为我们知道它们的存在。例如，我们可以观察它们的颜色，或者询问它们的主人以了解它们的名字。

编程时，我们将这些数据保存到字段中：

除此之外，对象还有行为。狗可以改变自己的状态(坐着或躺着)、与其他物体互动(拿球)或与周围的环境互动(通过滑稽的行为让周围的人都微笑)。

在编程中，我们用方法表示这些行为。

我们在类中定义字段和方法。因此，所有实例都将具有这些属性和行为。更重要的是，我们将这些看似无关的概念(数据和行为)打包成一个实体。换句话说，我们封装了数据和对其进行操作的行为：

这很有道理：我们向狗发出命令让它坐下，然后它就坐下了。我们不会把狗放入一个设备里，然后让设备生成一条坐着的狗。相反，我们将行动与数据结合起来，因为这就是世界的运作方式。

6. 关联的力量

对象本身可以做很多事情。但当他们合作时，他们可以做更多的时区。这种情况称之为关联。合作对象远多于对象的总和。

例如，当主人扔球时，球会飞走。但狗会追着球跑，抓住它，然后把它带回主人身边。如果没有任何参与者，主人、狗和球之间的这种小互动是不可能的。

这些关联可以有多种形式。有关更多详细信息，请访问我们关于继承、组合、聚合、关联以及它们之间差异的文章。

一个有趣的事实：在编程中，我们将一些关系建模为数据。

7. 可见性：隐藏其他人不应该看到的东西

对象可能包含我们不想看到或不应该看到的数据和行为。这些细节是对象内部工作的一部分。在编程中，我们称之为实现细节。

例如，我们看不到狗的器官，因为狗的身体隐藏了它们。我们不知道他们的存在或他们的工作。

这是一件好事，因为在大多数情况下，这些事情太复杂了，我们无法理解。我们通常不想知道如何通过狗的静脉泵血，并通过它的神经引导电流来让它奔跑。我们想要一个简单的东西：一只会跑的狗。

狗使用了一个简单的方案：它向外界发布一组定义明确的行为，并将其他细节保密。狗不希望外界有能力干预它的内部状态。这将使我们有可能对狗有太多的控制，这是我们想要避免的。权力越大，责任越大：

在编程中，一个对象的字段和方法可以被其他对象独立访问。例如，在 Java 中，我们使用访问修饰符来控制它们。

8. 状态处理：可变或不可变

对象可以是可变的，也可以是不可变的，这取决于它们是否可以分别更改其内部状态(数据)。

例如，狗是可变的，因为它们的体重会根据吃多少而变化。相比之下，钞票是不可变的。它从打印机中出来后，其货币和值不会改变。10 美元的钞票永远不会变成 5 欧元的钞票。

在大多数编程语言中，对象默认是可变的。我们需要通过额外的工作来使它们不可变。

9. 引用事物

有时我们想指定我们正在谈论的对象。例如，我们可能有多只狗。为了避免混淆，我们为它们命名并直呼其名。此外，他们可以有很多名字，例如昵称。然而，狗会回应它们的名字。我们通过狗的名字来指代或指出一只特定的狗。

当我们谈论一只狗时，我们会在句子的中间提到它。例如，当一个家庭有一只狗，有人说，“我要遛狗”，每个人都知道她指的是哪只狗。但不幸的是，狗的寿命比人类短，这意味着狗可能会死，家人可能会有一只新狗。当这种情况发生时，同样的话“我要遛狗”，狗指向了不同的对象。

它是同一个变量，但它引用了不同的对象。变量的值可以更改：

在编程中，我们将对象存储在内存中。但我们无法直接访问它们；我们需要一种方法来引用对象所在的特定内存地址。为此，我们使用变量，这些变量是对内存部分的引用。这些变量有名称，因此我们可以了解它们所持有的对象。

10. T不变的事物

生活中有不变的东西。当我们提及它们时，时间无关紧要；它们总是意味着同样的事情。

例如，当我们说地球时，它总是指同一颗行星。当然，总有一天，太阳会膨胀、爆炸并摧毁地球，但不会有另一颗行星取代它。地球是我们赖以生存的岩石球，没有别的。

在编程中，我们不能给常数赋值。取决于编程语言的不同，常数取值的确切时间可能会发生变化。

11. 常量 vs. 不可变项

综上：变量指向对象。这里有两件事可以改变：对象的内部状态和变量指向的对象本身。

不变性指的是对象的内部状态。Final 或 nonfinal 是指我们是否可以更改我们引用的对象。

这些东西是独立的。我们可以有四种组合。

12. 小结

面向对象编程之所以如此有效，是因为它试图用与我们大脑相同的建模技术来模拟世界。

本文中，我们介绍了这些概念，并用简单的现实例子进行了演示。