3.1　编程的抽象

所有编程语言都提供一种“抽象”的方法。抽象是简化、解决问题的手段之一，从某种程度上来说，解决问题的复杂性与抽象的种类和质量直接相关。

在不同的编程语言中，抽象的程度有所不同。汇编语言是对机器底层的一种少量抽象。后来的许多“命令式”语言（如FORTRAN、BASIC和C）是对汇编语言的一种抽象。与汇编语言相比，这些语言已有了长足的进步，但它们的抽象原理依然要求我们着重考虑计算机的结构，而非问题本身的结构。因此，开发人员在使用这些语言时有一定的技术门槛，因为开发人员必须要在机器模型（“解决方案空间”）与实际解决的问题模型（“问题空间”）之间建立起一种关联关系。这个过程要求人们付出较大的精力，而且它脱离了编程语言本身的范围，造成程序代码很难编写，而且要花较大的代价进行维护。

面向对象的程序设计在此基础上跨出了一大步，程序员可利用一些工具表达“问题空间”内的元素。由于这种表达非常具有普遍性，因此不必受限于特定类型的问题。我们将问题空间中的元素以及它们在解决方案空间的表示物称作“对象”（Object）。当然，还有一些在问题空间没有对应的对象体。在面向对象编程（OOP）中，通过添加新的对象类型，程序可进行灵活调整，以便与特定问题配合。与现实世界的“对象”或者“物体”相比，编程“对象”与它们也存在共通的地方：它们都有自己的状态（state）和行为（behavior）。比如，狗的状态有名字、颜色等，狗的行为有叫唤、摇尾等。

如图3-1所示，在狗的世界里面，根据狗的状态和行为可以将狗划分为不同的种类。软件世界中的对象和现实世界中的对象类似，对象存储状态在字段（field）里，可通过方法（methods）暴露其行为。方法对对象的内部状态进行操作，并作为对象与对象之间通信的主要机制。隐藏对象内部状态，通过方法进行所有的交互，这是面向对象编程的一个基本原则——数据封装（data encapsulation）。

图3-1　狗的分类

下面以“狗”作为一个对象的建模（见图3-2）。

图3-2　“狗”作为对象的建模

狗可以通过状态（名字、颜色）来创建不同的对象，同时也提供了访问狗对象状态的方法（叫唤、摇尾）。

编程语言中的对象可以抽象为以下特征：

·　一切皆对象。可将对象想象成一种新型变量，保存着数据，但可要求它对自身进行操作。从理论上讲，可从要解决的问题本身提出所有概念性的组件，然后在程序中将其表达为一个对象。

·　程序是一大堆对象的组合。通过消息传递，各对象知道自己该做些什么。为了向对象发出请求，需向那个对象“发送一条消息”。更具体地讲，可将消息想象为一个调用请求，它调用的是从属于目标对象的一个方法或函数。

·　每个对象都有自己的存储空间，可容纳其他对象。或者说，通过封装现有对象，可制作出新型对象。所以，尽管对象的概念非常简单，但是在程序中却可达到任意高的复杂程度。

·　每个对象都有一种类型。根据语法，每个对象都是某个“类”的一个“实例”。其中，“类”（Class）是“类型”（Type）的同义词。一个类最重要的特征就是“能接收什么样的消息”。

·　同一类所有对象都能接收相同的消息。由于类型为“狗”（Dog）的一个对象也属于类型为“动物”（Animal）的一个对象，因此一条狗完全能接收动物的消息。这意味着可让程序代码统一指挥“动物”，令其自动控制所有符合“动物”描述的对象，其中自然包括“狗”。这一特性称为对象的“可替换性”，是OOP最重要的概念之一。