3.1　編程的抽象

所有編程語言都提供一種“抽象”的方法。抽象是簡化、解決問題的手段之一，從某種程度上來說，解決問題的復雜性與抽象的種類和質量直接相關。

在不同的編程語言中，抽象的程度有所不同。匯編語言是對機器底層的一種少量抽象。后來的許多“命令式”語言（如FORTRAN、BASIC和C）是對匯編語言的一種抽象。與匯編語言相比，這些語言已有了長足的進步，但它們的抽象原理依然要求我們著重考慮計算機的結構，而非問題本身的結構。因此，開發人員在使用這些語言時有一定的技術門檻，因為開發人員必須要在機器模型（“解決方案空間”）與實際解決的問題模型（“問題空間”）之間建立起一種關聯關系。這個過程要求人們付出較大的精力，而且它脫離了編程語言本身的范圍，造成程序代碼很難編寫，而且要花較大的代價進行維護。

面向對象的程序設計在此基礎上跨出了一大步，程序員可利用一些工具表達“問題空間”內的元素。由于這種表達非常具有普遍性，因此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在解決方案空間的表示物稱作“對象”（Object）。當然，還有一些在問題空間沒有對應的對象體。在面向對象編程（OOP）中，通過添加新的對象類型，程序可進行靈活調整，以便與特定問題配合。與現實世界的“對象”或者“物體”相比，編程“對象”與它們也存在共通的地方：它們都有自己的狀態（state）和行為（behavior）。比如，狗的狀態有名字、顏色等，狗的行為有叫喚、搖尾等。

如圖3-1所示，在狗的世界里面，根據狗的狀態和行為可以將狗劃分為不同的種類。軟件世界中的對象和現實世界中的對象類似，對象存儲狀態在字段（field）里，可通過方法（methods）暴露其行為。方法對對象的內部狀態進行操作，并作為對象與對象之間通信的主要機制。隱藏對象內部狀態，通過方法進行所有的交互，這是面向對象編程的一個基本原則——數據封裝（data encapsulation）。

下面以“狗”作為一個對象的建模（見圖3-2）。

狗可以通過狀態（名字、顏色）來創建不同的對象，同時也提供了訪問狗對象狀態的方法（叫喚、搖尾）。

編程語言中的對象可以抽象為以下特征：

·　一切皆對象。可將對象想象成一種新型變量，保存著數據，但可要求它對自身進行操作。從理論上講，可從要解決的問題本身提出所有概念性的組件，然后在程序中將其表達為一個對象。

·　程序是一大堆對象的組合。通過消息傳遞，各對象知道自己該做些什么。為了向對象發出請求，需向那個對象“發送一條消息”。更具體地講，可將消息想象為一個調用請求，它調用的是從屬于目標對象的一個方法或函數。

·　每個對象都有自己的存儲空間，可容納其他對象?；蛘哒f，通過封裝現有對象，可制作出新型對象。所以，盡管對象的概念非常簡單，但是在程序中卻可達到任意高的復雜程度。

·　每個對象都有一種類型。根據語法，每個對象都是某個“類”的一個“實例”。其中，“類”（Class）是“類型”（Type）的同義詞。一個類最重要的特征就是“能接收什么樣的消息”。

·　同一類所有對象都能接收相同的消息。由于類型為“狗”（Dog）的一個對象也屬于類型為“動物”（Animal）的一個對象，因此一條狗完全能接收動物的消息。這意味著可讓程序代碼統一指揮“動物”，令其自動控制所有符合“動物”描述的對象，其中自然包括“狗”。這一特性稱為對象的“可替換性”，是OOP最重要的概念之一。