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从结构体走向对象

从结构体走向对象

本文能够让你大致理解面向对象的一些概念, 但是以下一切内容均不适用于参加OO课程的考试, 如果爆零, 后果自负.

部分语法的介绍

  1. C++语言中, 定义结构体变量时, 类型中的struct可以省略, 如”struct 结构体名 变量名”可以简写为”结构体名 变量名 “. 以下均为简写形式.
  2. Java语言中, 所有内置的大写开头的类型都是类, 所有对象都是”引用变量”, 可以理解为不能做运算的指针.
    (指针运算指, 数组首项地址+1等于第二项地址的这种运算.)
    如:
    // int不是类, 是基本类型
    // a是普通变量:
    int a = 0;
    // Integer是类, b,c是引用变量:
    Integer b = 0;
    Integer c = 0;
    上面的代码可以简单地理解为, a是一个int类型变量, 内容是0.
    b是一个指向Integer变量的指针, 他指向的值是0.
    c同理.
    因此, b==c 判断的是bc是否指向同一个对象. 判断bc相等应该用b.equals(c).
  3. 这篇推送只讲概念, 不需要完全理解代码是什么意思, 具体语法部分都做了注释. 之后大概还会有推送来讲语法. 如果那里有代码不明白什么意思欢迎联系我或者后台给我留言.

啥是类? 最简单的来说, 就是 C 语言中的结构体.

/**
 * 定义一个类, 叫做Student.
 */
public class Student {
    /**
     * Student中的一个字符串类型的变量
     */
    String name;

    /**
     * Student中一个int类型的变量
     */
    int ID;
}

在最开始非面向对象的编程中, 我们经常会用多个变量来描述同一对象的多个属性: 比如定义一个名字变量, 一个学号变量. 后来, 随着计算机科学的发展, 编程语言中支持了 结构体 这样一个特性, 能够让我们把 描述同一个东西不同属性 的多个变量统一管理. 结构体这一个概念, 到了面向对象的语言中, 结构体发展为了类的概念.

可以把类理解为C语言中的结构体+方法.

方法

在很多情况下, 我们之前编写的一些函数是针对某一个结构体提供的. 比如, 链表的删除某个节点的函数就可以认为是针对某个节点定义的, 效果是删除这个节点后面的一个节点.

我们可以把这样的函数定义为一个全局的函数, 把一个结构体变量作为参数传入这个函数:

node* remove(node *now){
    ...
}

但是, 如果这样自定义我们就会在别的任何地方都没法再次定义一个 remove 函数了. 这个只针对 node* 的函数占据了一个全局的名字 (或者说, 符号). 无疑, 这样的实现非常 不优雅. 因此, 我们更应该把进和 node* 这一个变量相关的函数定义成一个 node*成员函数, 也叫 方法.

struct node {
    int data;
    node *;

    node* remove(){
// 使用this指针访问当前的变量
// 这里仅仅演示如何使用
// 本程序并无法真的工作.
        return this->next;
    }
};

如果这样定义remove函数, 就不会污染全局的作用域, 同时也不用我们显示的声明参数, 只需要如下调用:

node* a;
a->remove();

即可自动把 aa的地址 作为 this指针 参数传入给 remove 函数.

因此, 方法就是针对某一个类的函数, 为了方便我们把它放到类里面. 构造一个对象的函数是一个特殊的成员函数, 叫做类的构造函数.

继承

其实, 编程语言演进的过程就是一代代程序程序员偷懒的过程 . 自从有了结构体的方法这东西之后, 人们就在想如果好几个结构体都有相同的方法, 能不能直接重复用一下?

比如对于如下几个结构体:

struct shirt{ 
    double price = 9.15;
    void printPrice();
};
struct trousers {
    double price = 2.33;
    void printPrice();
};

这两个结构体都分别有一个printPrice函数, 内容也都是一样的, 但是要写两次, 非常的不优雅, 于是人们引入了继承的概念:

May there be inheritance!

class Clothes {
    double price;
    void printPrice(){
        // 输出price
    }
}
// 定义Shirt类, 继承 Clothes 类.
class Shirt extends Clothes{
    double price = 9.15;
}
// 同上, 继承 Clothes 类.
class Trousers extends Clothes{
    double price = 2.33;
}

这样, printPrice 函数只需要写一次. 从某个类继承, 或者说派生出来的类, 会拥有父类的所有属性以及方法. 子类也可以对应的重写这些方法.

同时, 对于以上的代码中, 显然 Clothes 类和别的类有一个很大的区别. 我们会创建一个 Shirt 类的对象, 但是我们不会执行 new Clothes(). Clothes 类存在的意义在于提供给别人继承, 我们不会实例化这个类, 因此我们把这个类定义为抽象类(abstract class):

// 定义抽象类
abstract class Clothes {
    double price;
    void printPrice(){
        System.out.println(this.price);
    }
}

一个抽象类的意义是提供给别人来继承. 代码中的 abstract 标记了这是一个抽象类.

多态

// 定义抽象类 Animal
abstract class Animal {
    // 要求继承这个类的类必须实现
    // bark方法, 同时提供一个默认的
    // bark方法.
    void bark(){
        System.out.println("bark");
    }
}

// 定义dog继承自animal
class Dog extends Animal{
    // 重写bark方法
    void bark(){
        System.out.println("Woof");
    }
}

// 定义cat继承自animal
class Cat extends  Animal{
    // 重写bark方法
    void bark(){
        System.out.println("Meow~");
    }
}

上述代码中, Animal类规定了继承他的类要实现 bark() 方法. 那么, 对于如下的代码, 会输出什么呢?

Animal a = new Dog();
// 创建一个Dog, 进行隐式类型转换,
// 转换为 Animal.

a.bark();

上面说到, Java中类的变量都是引用变量, 因此上面代码可以不严谨的理解为: 定义一个 指向Animal类型的指针 a,

在这里, a 是一个Animal类型的引用, 指向一个Dog对象. 但是, 尽管他是 Animal 类型的引用, 调用 a.bark()时仍然调用的是 Dogbark() 方法.

多态, 狭义上指同一个名字(符号)指代多个物体. 在上面代码中, 如果不知道a指向的类型是什么, 调用 a.bark() 有三种可能的情况. 这就利用了多态的性质.

例子以及面向对象的好处.

在C语言中, 由于没有这些特性, 极大地存在着代码冗余重复的现象, 如: printf 函数用于格式化并向控制台输出内容, sprintf 用于格式化并向字符串写入内容, fprintf 用于格式化并向文件写入内容.

上面的三个函数, 都完成了格式化这一个步骤, 但是代码被编写了三次. 如果需要向网络连接中格式化并写入内容, 则又需要重复一遍格式化的操作. 面向对象就能很好地解决这个问题.

如, 如果我们要向一个文件写入内容:

// 注: 下面的注释从里往外看

// 把新建的缓存输出流对象作为参数
// 传入格式化输出流
PrintWriter out = new PrintWriter(

    // 把新建的编码输出流对象
    // 作为参数传入给缓存输出流
    // 让缓存输出流对象往
    // 编码输出流输出
    new BufferedWriter(

        // 把新建的文件输出流对象
        // 作为参数, 传入编码输出流, 
        // 规定编码输出流把编码后
        // 的内容输出到文件输出流
        new OutputStreamWriter(

            // 新建一个文件输出流对象
            // 写入filename.txt
            new FileOutputStream("filename.txt")
        )
    )
);

上面代码中, 几个类的构造函数分别为:

FileOutputStream(String name)
// 文件输出流, 参数是文件名
// 向指定文件输出内容
// 只能输出二进制的数据

OutputStreamWriter(OutputStream out)
// 编码输出流, 向某个输出流输出
// 除了接受二进制数据还可以接受字符串
// 将字符串编码后输出

BufferedWriter(Writer out)
// 缓存编码输出流
// 输入的东西缓存后输出

PrintWriter(Writer out)
// 格式化流
// 把输入的东西按照格式要求
// 变成字符串, 传入底层流.

可以看到, FileOutputStream 接受文件名作为参数, 单纯负责向文件中写入内容.

OutputStreamWriter 接受任何 OutputStream 对象, 用于转换写入内容的编码.

BufferedWriter 接受一个 Writer, 用于缓存即将写入 Writer 的内容.

PrintWriter 接受一个 Writer, 用于格式化输入, 写入 Writer 中.

高内聚, 低耦合的设计模式就体现在了这里: 一个 OutputStream 类只需要实现 write 方法, 只能写入二进制字节数据, 而一个 Writer 负责处理编码问题, 可以写入字符串, 负责把写入的字符串编码为二进制字节数据, 而 BufferedWriter 则负责缓存上层写入的内容, 也同样只提供了写入字符串的方法. PrintWriter 负责提供格式化的方法, 可以格式化并写入 int double char string 等多种类型.

这样的设计, 使得功能的拓展变得很方便, 比如我们要向一个自定义的东西中写入数据, 完全可以只实现一个 OutputStream 而复用 OutputStreamWriter, BufferedWriter, PrintWriter 等很多和写入数据有关的类.

所以, 这样的实际模式大概是被不断加需求改需求的产品经理逼出来的

感谢 ☁️学长,

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