2.1面向对象设计思想

目录介绍

• 01.面向对象编程
  • 1.1 基础概念
  • 1.2 编程语言划分
  • 1.3 面向对象分析和设计
  • 1.4 UML介绍说明
• 02.面向对象思想
  • 2.1 背景介绍说明
  • 2.2 演变过程分析
  • 2.3 面向对象思想特点
• 03.面向对象和过程
  • 3.1 背景介绍说明
  • 3.2 思考几个问题
  • 3.3 一个案例分析
  • 3.4 案例分析总结
• 04.一些常见的误区
  • 4.1 先看个案例
  • 4.2 滥用getter和setter方法
  • 4.3 滥用全局变量
  • 4.4 滥用全局方法
  • 4.5 思考一些问题
• 05.OOP的一些优势
  • 5.1 四大特性简单说明
  • 5.2 应对复杂程序开发
  • 5.3 易复用&扩展&维护
  • 5.4 更加人性和智能

01.面向对象编程

1.1 基础概念

• 什么是面向对象编程和面向对象编程语言？面向对象编程的英文缩写是 OOP，全称是 Object Oriented Programming。
  • 面向对象编程中有两个非常重要、非常基础的概念，那就是类（class）和对象（object）。大部分程序员在开发项目的时候，都是基于面向对象编程语言进行的面向对象编程。
• 面向对象编程和面向对象编程语言。那究竟什么是面向对象编程？什么语言才算是面向对象编程语言呢？
  • 面向对象编程是一种编程范式或编程风格。它以类或对象作为组织代码的基本单元，并将封装、抽象、继承、多态四个特性，作为代码设计和实现的基石。
  • 面向对象编程语言是支持类或对象的语法机制，并有现成的语法机制，能方便地实现面向对象编程四大特性（封装、抽象、继承、多态）的编程语言。

1.2 编程语言划分

• “如果不按照严格的定义来说，大部分编程语言都是面向对象编程语言”。
  • 为什么要加上“如果不按照严格的定义”这个前提呢？那是因为，如果按照刚刚我们给出的严格的面向对象编程语言的定义，前面提到的有些编程语言，并不是严格意义上的面向对象编程语言。
  • 比如 JavaScript，它不支持封装和继承特性，按照严格的定义，它不算是面向对象编程语言，但在某种意义上，它又可以算得上是一种面向对象编程语言。为什么这么说呢？
• 到底该如何判断一个编程语言是否是面向对象编程语言呢？
  • 实际上，面向对象编程从字面上，按照最简单、最原始的方式来理解，就是将对象或类作为代码组织的基本单元，来进行编程的一种编程范式或者编程风格，并不一定需要封装、抽象、继承、多态这四大特性的支持。
  • 但是，在进行面向对象编程的过程中，人们不停地总结发现，有了这四大特性，我们就能更容易地实现各种面向对象的代码设计思路。
• 比如，我们在面向对象编程的过程中，经常会遇到 is-a 这种类关系（比如狗是一种动物），而继承这个特性就能很好地支持这种 is-a 的代码设计思路，并且解决代码复用的问题，所以，继承就成了面向对象编程的四大特性之一。
• 但是随着编程语言的不断迭代、演化，人们发现继承这种特性容易造成层次不清、代码混乱，所以，很多编程语言在设计的时候就开始摒弃继承特性，比如 Go 语言。

1.3 面向对象分析和设计

• 面向对象3个概念
  • 面向对象编程（OOP），实际上，跟面向对象编程经常放到一块儿来讲的还有另外两个概念，那就是面向对象分析（OOA）和面向对象设计（OOD）。
  • 面向对象分析英文缩写是 OOA，全称是 Object Oriented Analysis；面向对象设计的英文缩写是 OOD，全称是 Object Oriented Design。
• OOA、OOD、OOP 三个连在一起就是面向对象分析、设计、编程（实现），正好是面向对象软件开发要经历的三个阶段。
  • 什么是面向对象分析和设计。这两个概念相对来说要简单一些。面向对象分析与设计中的“分析”和“设计”这两个词，我们完全可以从字面上去理解，不需要过度解读，简单类比软件开发中的需求分析、系统设计即可。
  • 之所以在前面加“面向对象”这几个字，是因为我们是围绕着对象或类来做需求分析和设计的。分析和设计两个阶段最终的产出是类的设计，包括程序被拆解为哪些类，每个类有哪些属性方法，类与类之间如何交互等等。它们比其他的分析和设计更加具体、更加落地、更加贴近编码，更能够顺利地过渡到面向对象编程环节。这也是面向对象分析和设计，与其他分析和设计最大的不同点。
• 看到这里，你可能会问，那面向对象分析、设计、编程到底都负责做哪些工作呢？
  • 简单点讲，面向对象分析就是要搞清楚做什么，面向对象设计就是要搞清楚怎么做，面向对象编程就是将分析和设计的的结果翻译成代码的过程。

1.4 UML介绍说明

• 什么是 UML？
  • 我们是否需要 UML？讲到面向对象分析、设计、编程，我们就不得不提到另外一个概念，那就是 UML（Unified Model Language），统一建模语言。常用它来画图表达面向对象或设计模式的设计思路。
• UML 是一种非常复杂的东西
  • 它不仅仅包含我们常提到类图，还有用例图、顺序图、活动图、状态图、组件图等。
  • 即便仅仅使用类图，学习成本也是很高的。就单说类之间的关系，UML 就定义了很多种，比如泛化、实现、关联、聚合、组合、依赖等。
• 比较难完全掌握
  • 熟练运用这些类之间的关系，来画 UML 类图，肯定要花很多的学习精力。而且，UML 作为一种沟通工具，即便你能完全按照 UML 规范来画类图，可对于不熟悉的人来说，看懂的成本也还是很高的。

02.面向对象思想

2.1 背景介绍说明

• 我们来回想一下，这几天我们完成一个需求的步骤：首先是搞清楚我们要做什么，然后在分析怎么做，最后我们再代码体现。
• 一步一步去实现，而具体的每一步都需要我们去实现和操作。这些步骤相互调用和协作，完成我们的需求。
• 在上面的每一个具体步骤中我们都是参与者，并且需要面对具体的每一个步骤和过程，这就是面向过程最直接的体现。
• 那么什么是面向过程开发呢? 面向过程开发，其实就是面向着具体的每一个步骤和过程，把每一个步骤和过程完成，然后由这些功能方法相互调用，完成需求。

1.2 演变过程分析

• 当需求单一，或者简单时，我们一步一步去操作没问题，并且效率也挺高。
• 可随着需求的更改，功能的增多，发现需要面对每一个步骤很麻烦了。这时就开始思索，
• 能不能把这些步骤和功能在进行封装，封装时根据不同的功能，进行不同的封装，功能类似的封装在一起。
• 这样结构就清晰了很多。用的时候，找到对应的类就可以了。这就是面向对象的思想。

2.3 面向对象思想特点

• a:是一种更符合我们思想习惯的思想
• b:可以将复杂的事情简单化
• c:将我们从执行者变成了指挥者。角色发生了转换

03.面向对象和过程

3.1 背景介绍说明

• 实际上，除了面向对象之外，被大家熟知的编程范式还有另外两种，面向过程编程和函数式编程。面向过程这种编程范式随着面向对象的出现，已经慢慢退出了舞台，而函数式编程目前还没有被广泛接受。
• 很多人搞不清楚面向对象和面向过程的区别，总以为使用面向对象编程语言来做开发，就是在进行面向对象编程了。而实际上，他们只是在用面向对象编程语言，编写面向过程风格的代码而已，并没有发挥面向对象编程的优势。

3.2 思考几个问题

• 详细对比一下面向过程和面向对象这两种编程范式，带你一块搞清楚下面这几个问题：
  • 什么是面向过程编程与面向过程编程语言？
  • 面向对象编程相比面向过程编程有哪些优势？
  • 为什么说面向对象编程语言比面向过程编程语言更高级？
  • 有哪些看似是面向对象实际是面向过程风格的代码？
  • 在面向对象编程中，为什么容易写出面向过程风格的代码？
  • 面向过程编程和面向过程编程语言就真的无用武之地了吗？

3.3 一个案例分析

• 假设有一个记录了用户信息的文本文件 users.txt，每行文本的格式是 name&age&gender（比如，小王 &28& 男）。我们希望写一个程序，从 users.txt 文件中逐行读取用户信息，然后格式化成 name\tage\tgender（其中，\t 是分隔符）这种文本格式，并且按照 age 从小到达排序之后，重新写入到另一个文本文件 formatted_users.txt 中。
• 针对这样一个小程序的开发，我们一块来看看，用面向过程和面向对象两种编程风格，编写出来的代码有什么不同。
• 首先，我们先来看，用面向过程这种编程风格写出来的代码是什么样子的。注意，下面的代码是用 C 语言这种面向过程的编程语言来编写的。

  struct User {
    char name[64];
    int age;
    char gender[16];
  };
  
  struct User parse_to_user(char* text) {
    // 将text(“小王&28&男”)解析成结构体struct User
  }
  
  char* format_to_text(struct User user) {
    // 将结构体struct User格式化成文本（"小王\t28\t男"）
  }
  
  void sort_users_by_age(struct User users[]) {
    // 按照年龄从小到大排序users
  }
  
  void format_user_file(char* origin_file_path, char* new_file_path) {
    // open files...
    struct User users[1024]; // 假设最大1024个用户
    int count = 0;
    while(1) { // read until the file is empty
      struct User user = parse_to_user(line);
      users[count++] = user;
    }
    
    sort_users_by_age(users);
    
    for (int i = 0; i < count; ++i) {
      char* formatted_user_text = format_to_text(users[i]);
      // write to new file...
    }
    // close files...
  }
  
  int main(char** args, int argv) {
    format_user_file("/home/zheng/user.txt", "/home/zheng/formatted_users.txt");
  }

• 再来看，用面向对象这种编程风格写出来的代码是什么样子的。注意，下面的代码是用 Java 这种面向对象的编程语言来编写的。

   public class User {
    private String name;
    private int age;
    private String gender;
    
    public User(String name, int age, String gender) {
      this.name = name;
      this.age = age;
      this.gender = gender;
    }
    
    public static User praseFrom(String userInfoText) {
      // 将text(“小王&28&男”)解析成类User
    }
    
    public String formatToText() {
      // 将类User格式化成文本（"小王\t28\t男"）
    }
  }
  
  public class UserFileFormatter {
    public void format(String userFile, String formattedUserFile) {
      // Open files...
      List users = new ArrayList<>();
      while (1) { // read until file is empty 
        // read from file into userText...
        User user = User.parseFrom(userText);
        users.add(user);
      }
      // sort users by age...
      for (int i = 0; i < users.size(); ++i) {
        String formattedUserText = user.formatToText();
        // write to new file...
      }
      // close files...
    }
  }
  
  public class MainApplication {
    public static void main(Sring[] args) {
      UserFileFormatter userFileFormatter = new UserFileFormatter();
      userFileFormatter.format("/home/zheng/users.txt", "/home/zheng/formatted_users.txt");
    }
  }

• 从上面的代码中，我们可以看出，面向过程和面向对象最基本的区别就是，代码的组织方式不同。面向过程风格的代码被组织成了一组方法集合及其数据结构（struct User），方法和数据结构的定义是分开的。面向对象风格的代码被组织成一组类，方法和数据结构被绑定一起，定义在类中。
• 看完这个例子之后，你可能会说，面向对象编程和面向过程编程，两种风格的区别就这么一点吗？当然不是，对于这两种编程风格的更多区别，我们继续往下看。

3.4 案例分析总结

• 面向对象编程相比面向过程编程有哪些优势？面向对象编程相比起面向过程编程的优势主要有三个。
• 对于大规模复杂程序的开发，程序的处理流程并非单一的一条主线，而是错综复杂的网状结构。面向对象编程比起面向过程编程，更能应对这种复杂类型的程序开发。
• 面向对象编程相比面向过程编程，具有更加丰富的特性（封装、抽象、继承、多态）。利用这些特性编写出来的代码，更加易扩展、易复用、易维护。
• 从编程语言跟机器打交道的方式的演进规律中，我们可以总结出：面向对象编程语言比起面向过程编程语言，更加人性化、更加高级、更加智能。

04.一些常见的误区

4.1 先看个案例

• 不过，在实际的开发工作中，很多同学对面向对象编程都有误解，总以为把所有代码都塞到类里，自然就是在进行面向对象编程了。实际上，这样的认识是不正确的。有时候，从表面上看似是面向对象编程风格的代码，从本质上看却是面向过程编程风格的。
• 所以，今天，结合具体的代码实例来讲一讲，有哪些看似是面向对象，实际上是面向过程编程风格的代码，并且分析一下，为什么我们很容易写出这样的代码。最后，我们再一起辩证思考一下，面向过程编程是否就真的无用武之地了呢？是否有必要杜绝在面向对象编程中写面向过程风格的代码呢？
• 哪些代码设计看似是面向对象，实际是面向过程的？下面通过几个案例看一下……

4.2 滥用getter和setter方法

• 在之前参与的项目开发中，经常看到，有同事定义完类的属性之后，就顺手把这些属性的 getter、setter 方法都定义上。有些同事更加省事，直接用 IDE 自动生成所有属性的 getter、setter 方法。
• 当我问起，为什么要给每个属性都定义 getter、setter 方法的时候，他们的理由一般是，为了以后可能会用到，现在事先定义好，类用起来就更加方便，而且即便用不到这些 getter、setter 方法，定义上它们也无伤大雅。
• 实际上，这样的做法是非常不推荐的。它违反了面向对象编程的封装特性，相当于将面向对象编程风格退化成了面向过程编程风格。我通过下面这个例子来给你解释一下这句话。

  public class ShoppingCart {
    private int itemsCount;
    private double totalPrice;
    private List<ShoppingCartItem> items = new ArrayList<>();
    
    public int getItemsCount() {
      return this.itemsCount;
    }
    
    public void setItemsCount(int itemsCount) {
      this.itemsCount = itemsCount;
    }
    
    public double getTotalPrice() {
      return this.totalPrice;
    }
    
    public void setTotalPrice(double totalPrice) {
      this.totalPrice = totalPrice;
    }
  
    public List<ShoppingCartItem> getItems() {
      return this.items;
    }
    
    public void addItem(ShoppingCartItem item) {
      items.add(item);
      itemsCount++;
      totalPrice += item.getPrice();
    }
    // ...省略其他方法...
  }

• 分析一下上一段代码的问题
  • 在这段代码中，ShoppingCart 是一个简化后的购物车类，有三个私有（private）属性：itemsCount、totalPrice、items。对于 itemsCount、totalPrice 两个属性，我们定义了它们的 getter、setter 方法。对于 items 属性，我们定义了它的 getter 方法和 addItem() 方法。代码很简单，理解起来不难。那你有没有发现，这段代码有什么问题呢？
  • 先来看前两个属性，itemsCount 和 totalPrice。虽然我们将它们定义成 private 私有属性，但是提供了 public 的 getter、setter 方法，这就跟将这两个属性定义为 public 公有属性，没有什么两样了。外部可以通过 setter 方法随意地修改这两个属性的值。除此之外，任何代码都可以随意调用 setter 方法，来重新设置 itemsCount、totalPrice 属性的值，这也会导致其跟 items 属性的值不一致。
• 面向对象封装的定义是
  • 通过访问权限控制，隐藏内部数据，外部仅能通过类提供的有限的接口访问、修改内部数据。所以，暴露不应该暴露的 setter 方法，明显违反了面向对象的封装特性。数据没有访问权限控制，任何代码都可以随意修改它，代码就退化成了面向过程编程风格的了。
• 看完了前两个属性，我们再来看 items 这个属性。对于 items 这个属性，我们定义了它的 getter 方法和 addItem() 方法，并没有定义它的 setter 方法。这样的设计貌似看起来没有什么问题，但实际上并不是。
• 对于 itemsCount 和 totalPrice 这两个属性来说，定义一个 public 的 getter 方法，确实无伤大雅，毕竟 getter 方法不会修改数据。但是，对于 items 属性就不一样了，这是因为 items 属性的 getter 方法，返回的是一个 List集合容器。外部调用者在拿到这个容器之后，是可以操作容器内部数据的，也就是说，外部代码还是能修改 items 中的数据。比如像下面这样：

  ShoppingCart cart = new ShoppCart();
  cart.getItems().clear(); // 清空购物车

• 你可能会说，清空购物车这样的功能需求看起来合情合理啊，上面的代码没有什么不妥啊。你说得没错，需求是合理的，但是这样的代码写法，会导致 itemsCount、totalPrice、items 三者数据不一致。我们不应该将清空购物车的业务逻辑暴露给上层代码。正确的做法应该是，在 ShoppingCart 类中定义一个 clear() 方法，将清空购物车的业务逻辑封装在里面，透明地给调用者使用。ShoppingCart 类的 clear() 方法的具体代码实现如下：

  public class ShoppingCart {
    // ...省略其他代码...
    public void clear() {
      items.clear();
      itemsCount = 0;
      totalPrice = 0.0;
    }
  }

• 你可能还会说，我有一个需求，需要查看购物车中都买了啥，那这个时候，ShoppingCart 类不得不提供 items 属性的 getter 方法了，那又该怎么办才好呢？如果你熟悉 Java 语言，那解决这个问题的方法还是挺简单的。我们可以通过 Java 提供的 Collections.unmodifiableList() 方法，让 getter 方法返回一个不可被修改的 UnmodifiableList 集合容器，而这个容器类重写了 List 容器中跟修改数据相关的方法，比如 add()、clear() 等方法。一旦我们调用这些修改数据的方法，代码就会抛出 UnsupportedOperationException 异常，这样就避免了容器中的数据被修改。具体的代码实现如下所示。

  public class ShoppingCart {
    // ...省略其他代码...
    public List<ShoppingCartItem> getItems() {
      return Collections.unmodifiableList(this.items);
    }
  }
  
  public class UnmodifiableList<E> extends UnmodifiableCollection<E>
                            implements List<E> {
    public boolean add(E e) {
      throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public void clear() {
      throw new UnsupportedOperationException();
    }
    // ...省略其他代码...
  }
  
  ShoppingCart cart = new ShoppingCart();
  List<ShoppingCartItem> items = cart.getItems();
  items.clear();//抛出UnsupportedOperationException异常

• 不过，这样的实现思路还是有点问题。因为当调用者通过 ShoppingCart 的 getItems() 获取到 items 之后，虽然我们没法修改容器中的数据，但我们仍然可以修改容器中每个对象（ShoppingCartItem）的数据。听起来有点绕，看看下面这几行代码你就明白了。

  ShoppingCart cart = new ShoppingCart();
  cart.add(new ShoppingCartItem(...));
  List<ShoppingCartItem> items = cart.getItems();
  ShoppingCartItem item = items.get(0);
  item.setPrice(19.0); // 这里修改了item的价格属性

• 这个问题该如何解决呢？getter、setter 问题我们就讲完了，我稍微总结一下，在设计实现类的时候，除非真的需要，否则，尽量不要给属性定义 setter 方法。除此之外，尽管 getter 方法相对 setter 方法要安全些，但是如果返回的是集合容器（比如例子中的 List 容器），也要防范集合内部数据被修改的危险。

4.3 滥用全局变量

• 再来看，另外一个违反面向对象编程风格的例子，那就是滥用全局变量和全局方法。首先，我们先来看，什么是全局变量和全局方法？
• 如果你是用类似 C 语言这样的面向过程的编程语言来做开发，那对全局变量、全局方法肯定不陌生，甚至可以说，在代码中到处可见。但如果你是用类似 Java 这样的面向对象的编程语言来做开发，全局变量和全局方法也有不少。
• 在面向对象编程中，常见的全局变量有单例类对象、静态成员变量、常量等，常见的全局方法有静态方法。单例类对象在全局代码中只有一份，所以，它相当于一个全局变量。静态成员变量归属于类上的数据，被所有的实例化对象所共享，也相当于一定程度上的全局变量。而常量是一种非常常见的全局变量，比如一些代码中的配置参数，一般都设置为常量，放到一个 Constants 类中。静态方法一般用来操作静态变量或者外部数据。你可以联想一下我们常用的各种 Utils 类，里面的方法一般都会定义成静态方法，可以在不用创建对象的情况下，直接拿来使用。静态方法将方法与数据分离，破坏了封装特性，是典型的面向过程风格。
• 在刚刚介绍的这些全局变量和全局方法中，Constants 类和 Utils 类最常用到。现在，我们就结合这两个几乎在每个软件开发中都会用到的类，来深入探讨一下全局变量和全局方法的利与弊。
• 先来看一下，在我过去参与的项目中，一种常见的 Constants 类的定义方法。

  public class Constants {
    public static final String MYSQL_ADDR_KEY = "mysql_addr";
    public static final String MYSQL_DB_NAME_KEY = "db_name";
    public static final String MYSQL_USERNAME_KEY = "mysql_username";
    public static final String MYSQL_PASSWORD_KEY = "mysql_password";
    
    public static final String REDIS_DEFAULT_ADDR = "192.168.7.2:7234";
    public static final int REDIS_DEFAULT_MAX_TOTAL = 50;
    public static final int REDIS_DEFAULT_MAX_IDLE = 50;
    public static final int REDIS_DEFAULT_MIN_IDLE = 20;
    public static final String REDIS_DEFAULT_KEY_PREFIX = "rt:";
    
    // ...省略更多的常量定义...
  }

• 在这段代码中，我们把程序中所有用到的常量，都集中地放到这个 Constants 类中。不过，定义一个如此大而全的 Constants 类，并不是一种很好的设计思路。为什么这么说呢？原因主要有以下几点。
  • 首先，这样的设计会影响代码的可维护性。如果参与开发同一个项目的工程师有很多，在开发过程中，可能都要涉及修改这个类，比如往这个类里添加常量，那这个类就会变得越来越大，成百上千行都有可能，查找修改某个常量也会变得比较费时，而且还会增加提交代码冲突的概率。
  • 其次，这样的设计还会增加代码的编译时间。当 Constants 类中包含很多常量定义的时候，依赖这个类的代码就会很多。那每次修改 Constants 类，都会导致依赖它的类文件重新编译，因此会浪费很多不必要的编译时间。不要小看编译花费的时间，对于一个非常大的工程项目来说，编译一次项目花费的时间可能是几分钟，甚至几十分钟。而我们在开发过程中，每次运行单元测试，都会触发一次编译的过程，这个编译时间就有可能会影响到我们的开发效率。
  • 最后，这样的设计还会影响代码的复用性。如果我们要在另一个项目中，复用本项目开发的某个类，而这个类又依赖 Constants 类。即便这个类只依赖 Constants 类中的一小部分常量，我们仍然需要把整个 Constants 类也一并引入，也就引入了很多无关的常量到新的项目中。
• 那如何改进 Constants 类的设计呢？我这里有两种思路可以借鉴。
  • 第一种是将 Constants 类拆解为功能更加单一的多个类，比如跟 MySQL 配置相关的常量，我们放到 MysqlConstants 类中；跟 Redis 配置相关的常量，我们放到 RedisConstants 类中。
  • 还有一种我个人觉得更好的设计思路，那就是并不单独地设计 Constants 常量类，而是哪个类用到了某个常量，我们就把这个常量定义到这个类中。比如，RedisConfig 类用到了 Redis 配置相关的常量，那我们就直接将这些常量定义在 RedisConfig 中，这样也提高了类设计的内聚性和代码的复用性。

4.4 滥用全局方法

• 再来讨论一下 Utils 类。首先，我想问你这样一个问题，我们为什么需要 Utils 类？Utils 类存在的意义是什么？希望你先思考一下，然后再来看我下面的讲解。
• 实际上，Utils 类的出现是基于这样一个问题背景：如果我们有两个类 A 和 B，它们要用到一块相同的功能逻辑，为了避免代码重复，我们不应该在两个类中，将这个相同的功能逻辑，重复地实现两遍。这个时候我们该怎么办呢？
• 在讲面向对象特性的时候，讲过继承可以实现代码复用。利用继承特性，我们把相同的属性和方法，抽取出来，定义到父类中。子类复用父类中的属性和方法，达到代码复用的目的。但是，有的时候，从业务含义上，A 类和 B 类并不一定具有继承关系，比如 Crawler 类和 PageAnalyzer 类，它们都用到了 URL 拼接和分割的功能，但并不具有继承关系（既不是父子关系，也不是兄弟关系）。仅仅为了代码复用，生硬地抽象出一个父类出来，会影响到代码的可读性。如果不熟悉背后设计思路的同事，发现 Crawler 类和 PageAnalyzer 类继承同一个父类，而父类中定义的却是 URL 相关的操作，会觉得这个代码写得莫名其妙，理解不了。
• 既然继承不能解决这个问题，我们可以定义一个新的类，实现 URL 拼接和分割的方法。而拼接和分割两个方法，不需要共享任何数据，所以新的类不需要定义任何属性，这个时候，我们就可以把它定义为只包含静态方法的 Utils 类了。
• 实际上，只包含静态方法不包含任何属性的 Utils 类，是彻彻底底的面向过程的编程风格。但这并不是说，我们就要杜绝使用 Utils 类了。实际上，从刚刚讲的 Utils 类存在的目的来看，它在软件开发中还是挺有用的，能解决代码复用问题。所以，这里并不是说完全不能用 Utils 类，而是说，要尽量避免滥用，不要不加思考地随意去定义 Utils 类。
• 在定义 Utils 类之前，你要问一下自己，你真的需要单独定义这样一个 Utils 类吗？是否可以把 Utils 类中的某些方法定义到其他类中呢？如果在回答完这些问题之后，你还是觉得确实有必要去定义这样一个 Utils 类，那就大胆地去定义它吧。因为即便在面向对象编程中，我们也并不是完全排斥面向过程风格的代码。只要它能为我们写出好的代码贡献力量，我们就可以适度地去使用。
• 设计 Utils 类的时候，最好也能细化一下，针对不同的功能，设计不同的 Utils 类，比如 FileUtils、IOUtils、StringUtils、UrlUtils 等，不要设计一个过于大而全的 Utils 类。

4.5 思考一些问题

• 在面向对象编程中，为什么容易写出面向过程风格的代码？
  • 在进行面向对象编程的时候，很容易不由自主地就写出面向过程风格的代码，或者说感觉面向过程风格的代码更容易写。这是为什么呢？
  • 你可以联想一下，在生活中，你去完成一个任务，你一般都会思考，应该先做什么、后做什么，如何一步一步地顺序执行一系列操作，最后完成整个任务。面向过程编程风格恰恰符合人的这种流程化思维方式。而面向对象编程风格正好相反。它是一种自底向上的思考方式。它不是先去按照执行流程来分解任务，而是将任务翻译成一个一个的小的模块（也就是类），设计类之间的交互，最后按照流程将类组装起来，完成整个任务。这样的思考路径比较适合复杂程序的开发，但并不是特别符合人类的思考习惯。
  • 除此之外，面向对象编程要比面向过程编程难一些。在面向对象编程中，类的设计还是挺需要技巧，挺需要一定设计经验的。你要去思考如何封装合适的数据和方法到一个类里，如何设计类之间的关系，如何设计类之间的交互等等诸多设计问题。
  • 所以，基于这两点原因，很多工程师在开发的过程，更倾向于用不太需要动脑子的方式去实现需求，也就不由自主地就将代码写成面向过程风格的了。
• 面向过程编程及面向过程编程语言真的无用武之地了吗
  • 哪些代码看起来像面向对象风格，而实际上是面向过程编程风格的。那是不是面向过程编程风格就过时了被淘汰了呢？是不是在面向对象编程开发中，我们就要杜绝写面向过程风格的代码呢？
  • 如果我们开发的是微小程序，或者是一个数据处理相关的代码，以算法为主，数据为辅，那脚本式的面向过程的编程风格就更适合一些。当然，面向过程编程的用武之地还不止这些。实际上，面向过程编程是面向对象编程的基础，面向对象编程离不开基础的面向过程编程。为什么这么说？我们仔细想想，类中每个方法的实现逻辑，不就是面向过程风格的代码吗？
  • 除此之外，面向对象和面向过程两种编程风格，也并不是非黑即白、完全对立的。在用面向对象编程语言开发的软件中，面向过程风格的代码并不少见，甚至在一些标准的开发库（比如 JDK、Apache Commons、Google Guava）中，也有很多面向过程风格的代码。
  • 不管使用面向过程还是面向对象哪种风格来写代码，我们最终的目的还是写出易维护、易读、易复用、易扩展的高质量代码。只要我们能避免面向过程编程风格的一些弊端，控制好它的副作用，在掌控范围内为我们所用，我们就大可不用避讳在面向对象编程中写面向过程风格的代码。

05.OOP的一些优势

5.1 四大特性简单说明

• 1.关于封装特性
  • 封装也叫作信息隐藏或者数据访问保护。类通过暴露有限的访问接口，授权外部仅能通过类提供的方式来访问内部信息或者数据。它需要编程语言提供权限访问控制语法来支持，例如 Java 中的 private、protected、public 关键字。封装特性存在的意义，一方面是保护数据不被随意修改，提高代码的可维护性；另一方面是仅暴露有限的必要接口，提高类的易用性。
• 2.关于抽象特性
  • 封装主要讲如何隐藏信息、保护数据，那抽象就是讲如何隐藏方法的具体实现，让使用者只需要关心方法提供了哪些功能，不需要知道这些功能是如何实现的。抽象可以通过接口类或者抽象类来实现，但也并不需要特殊的语法机制来支持。抽象存在的意义，一方面是提高代码的可扩展性、维护性，修改实现不需要改变定义，减少代码的改动范围；另一方面，它也是处理复杂系统的有效手段，能有效地过滤掉不必要关注的信息。
• 3.关于继承特性
  • 继承是用来表示类之间的 is-a 关系，分为两种模式：单继承和多继承。单继承表示一个子类只继承一个父类，多继承表示一个子类可以继承多个父类。为了实现继承这个特性，编程语言需要提供特殊的语法机制来支持。继承主要是用来解决代码复用的问题。
• 4.关于多态特性
  • 多态是指子类可以替换父类，在实际的代码运行过程中，调用子类的方法实现。多态这种特性也需要编程语言提供特殊的语法机制来实现，比如继承、接口类、duck-typing。多态可以提高代码的扩展性和复用性，是很多设计模式、设计原则、编程技巧的代码实现基础。

5.2 应对复杂程序开发

• 看了刚刚举的那个格式化文本文件的例子，你可能会有这样的疑问，两种编程风格实现的代码貌似差不多啊，顶多就是代码的组织方式有点区别，没有感觉到面向对象编程有什么明显的优势呀！你的感觉没错。之所以有这种感觉，主要原因是这个例子程序比较简单、不够复杂。
• 对于简单程序的开发来说，不管是用面向过程编程风格，还是用面向对象编程风格，差别确实不会很大，甚至有的时候，面向过程的编程风格反倒更有优势。因为需求足够简单，整个程序的处理流程只有一条主线，很容易被划分成顺序执行的几个步骤，然后逐句翻译成代码，这就非常适合采用面向过程这种面条式的编程风格来实现。
• 但对于大规模复杂程序的开发来说，整个程序的处理流程错综复杂，并非只有一条主线。如果把整个程序的处理流程画出来的话，会是一个网状结构。如果我们再用面向过程编程这种流程化、线性的思维方式，去翻译这个网状结构，去思考如何把程序拆解为一组顺序执行的方法，就会比较吃力。这个时候，面向对象的编程风格的优势就比较明显了。
• 面向对象编程是以类为思考对象。在进行面向对象编程的时候，我们并不是一上来就去思考，如何将复杂的流程拆解为一个一个方法，而是采用曲线救国的策略，先去思考如何给业务建模，如何将需求翻译为类，如何给类之间建立交互关系，而完成这些工作完全不需要考虑错综复杂的处理流程。当我们有了类的设计之后，然后再像搭积木一样，按照处理流程，将类组装起来形成整个程序。这种开发模式、思考问题的方式，能让我们在应对复杂程序开发的时候，思路更加清晰。
• 你可能会说，像 C 语言这种面向过程的编程语言，我们也可以按照功能的不同，把函数和数据结构放到不同的文件里，以达到给函数和数据结构分类的目的，照样可以实现代码的模块化。你说得没错。只不过面向对象编程本身提供了类的概念，强制你做这件事情，而面向过程编程并不强求。这也算是面向对象编程相对于面向过程编程的一个微创新吧。
• 实际上，利用面向过程的编程语言照样可以写出面向对象风格的代码，只不过可能会比用面向对象编程语言来写面向对象风格的代码，付出的代价要高一些。而且，面向过程编程和面向对象编程并非完全对立的。很多软件开发中，尽管利用的是面向过程的编程语言，也都有借鉴面向对象编程的一些优点。

5.3 易复用&扩展&维护

• 在刚刚的那个例子中，因为代码比较简单，所以只用到到了类、对象这两个最基本的面向对象概念，并没有用到更加高级的四大特性，封装、抽象、继承、多态。因此，面向对象编程的优势其实并没有发挥出来。
• 面向过程编程是一种非常简单的编程风格，并没有像面向对象编程那样提供丰富的特性。而面向对象编程提供的封装、抽象、继承、多态这些特性，能极大地满足复杂的编程需求，能方便我们写出更易复用、易扩展、易维护的代码。
• 首先，先来看下封装特性。封装特性是面向对象编程相比于面向过程编程的一个最基本的区别，因为它基于的是面向对象编程中最基本的类的概念。面向对象编程通过类这种组织代码的方式，将数据和方法绑定在一起，通过访问权限控制，只允许外部调用者通过类暴露的有限方法访问数据，而不会像面向过程编程那样，数据可以被任意方法随意修改。因此，面向对象编程提供的封装特性更有利于提高代码的易维护性。
• 其次，再来看下抽象特性。我们知道，函数本身就是一种抽象，它隐藏了具体的实现。我们在使用函数的时候，只需要了解函数具有什么功能，而不需要了解它是怎么实现的。从这一点上，不管面向过程编程还是是面向对象编程，都支持抽象特性。不过，面向对象编程还提供了其他抽象特性的实现方式。这些实现方式是面向过程编程所不具备的，比如基于接口实现的抽象。基于接口的抽象，可以让我们在不改变原有实现的情况下，轻松替换新的实现逻辑，提高了代码的可扩展性。
• 再次，来看下继承特性。继承特性是面向对象编程相比于面向过程编程所特有的两个特性之一（另一个是多态）。如果两个类有一些相同的属性和方法，我们就可以将这些相同的代码，抽取到父类中，让两个子类继承父类。这样两个子类也就可以重用父类中的代码，避免了代码重复写多遍，提高了代码的复用性。
• 最后，来看下多态特性。基于这个特性，我们在需要修改一个功能实现的时候，可以通过实现一个新的子类的方式，在子类中重写原来的功能逻辑，用子类替换父类。在实际的代码运行过程中，调用子类新的功能逻辑，而不是在原有代码上做修改。这就遵从了“对修改关闭、对扩展开放”的设计原则，提高代码的扩展性。除此之外，利用多态特性，不同的类对象可以传递给相同的方法，执行不同的代码逻辑，提高了代码的复用性。
• 所以说，基于这四大特性，利用面向对象编程，我们可以更轻松地写出易复用、易扩展、易维护的代码。当然，我们不能说，利用面向过程风格就不可以写出易复用、易扩展、易维护的代码，但没有四大特性的帮助，付出的代价可能就要高一些。

5.4 更加人性和智能

• 人类最开始跟机器打交道是通过 0、1 这样的二进制指令，然后是汇编语言，再之后才出现了高级编程语言。在高级编程语言中，面向过程编程语言又早于面向对象编程语言出现。之所以先出现面向过程编程语言，那是因为跟机器交互的方式，从二进制指令、汇编语言到面向过程编程语言，是一个非常自然的过渡，都是一种流程化的、面条式的编程风格，用一组指令顺序操作数据，来完成一项任务。
• 从指令到汇编再到面向过程编程语言，跟机器打交道的方式在不停地演进，从中我们很容易发现这样一条规律，那就是编程语言越来越人性化，让人跟机器打交道越来越容易。笼统点讲，就是编程语言越来越高级。实际上，在面向过程编程语言之后，面向对象编程语言的出现，也顺应了这样的发展规律，也就是说，面向对象编程语言比面向过程编程语言更加高级！
• 跟二进制指令、汇编语言、面向过程编程语言相比，面向对象编程语言的编程套路、思考问题的方式，是完全不一样的。前三者是一种计算机思维方式，而面向对象是一种人类的思维方式。我们在用前面三种语言编程的时候，我们是在思考，如何设计一组指令，告诉机器去执行这组指令，操作某些数据，帮我们完成某个任务。而在进行面向对象编程时候，我们是在思考，如何给业务建模，如何将真实的世界映射为类或者对象，这让我们更加能聚焦到业务本身，而不是思考如何跟机器打交道。可以这么说，越高级的编程语言离机器越“远”，离我们人类越“近”，越“智能”。
• 这里多聊几句，顺着刚刚这个编程语言的发展规律来想，如果一种新的突破性的编程语言出现，那它肯定是更加“智能”的。大胆想象一下，使用这种编程语言，我们可以无需对计算机知识有任何了解，无需像现在这样一行一行地敲很多代码，只需要把需求文档写清楚，就能自动生成我们想要的软件了。

08.回顾知识点

• 一起总结回顾一下，你需要重点掌握的几个概念和知识点。
• 1.什么是面向对象编程？
  • 面向对象编程是一种编程范式或编程风格。它以类或对象作为组织代码的基本单元，并将封装、抽象、继承、多态四个特性，作为代码设计和实现的基石 。
• 2.什么是面向对象编程语言？
  • 面向对象编程语言是支持类或对象的语法机制，并有现成的语法机制，能方便地实现面向对象编程四大特性（封装、抽象、继承、多态）的编程语言。
• 3.如何判定一个编程语言是否是面向对象编程语言？
  • 如果按照严格的的定义，需要有现成的语法支持类、对象、四大特性才能叫作面向对象编程语言。如果放宽要求的话，只要某种编程语言支持类、对象语法机制，那基本上就可以说这种编程语言是面向对象编程语言了，不一定非得要求具有所有的四大特性。
• 4.面向对象编程和面向对象编程语言之间有何关系？
  • 面向对象编程一般使用面向对象编程语言来进行，但是，不用面向对象编程语言，我们照样可以进行面向对象编程。反过来讲，即便我们使用面向对象编程语言，写出来的代码也不一定是面向对象编程风格的，也有可能是面向过程编程风格的。
• 5.什么是面向对象分析和面向对象设计？
  • 简单点讲，面向对象分析就是要搞清楚做什么，面向对象设计就是要搞清楚怎么做。两个阶段最终的产出是类的设计，包括程序被拆解为哪些类，每个类有哪些属性方法、类与类之间如何交互等等。