2024年5月31日发(作者：)

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第1章对象的演化

计算机革命起源于一台机器，程序设计语言也源于一台机器。

然而计算机并不仅仅是一台机器，它是心智放大器和另一种有表述能力的媒体。这一点

使它不很像机器，而更像我们大脑的一部分，更像其他有表述能力的手段，例如写作、绘画、

雕刻、动画制作或电影制作。面向对象的程序设计是计算机向有表述能力的媒体发展中的一

部分。

本章将介绍面向对象程序设计（O OP）的基本概念，然后讨论O OP开发方法，最后介绍使

程序员、项目和公司使用面向对象程序设计方法而采用的策略。

本章是一些背景材料，如果读者急于学习这门语言的具体内容，可以跳到第2章，然后再

回过头来学习本章。

1.1 基本概念

C ++包含了比面向对象程序设计基本概念更多的内容，读者应当在学习设计和开发程序之

前先理解该语言所包含的基本概念。

1.1.1 对象：特性+行为

[1]

第一个面向对象的程序设计语言是6 0年代开发的S imula-67。其目的是为了解决模拟问题。

典型的模拟问题是银行出纳业务，包括出纳部门、顾客、业务、货币的单位等大量的“对象”。

把那些在程序执行期间除了状态之外其他方面都一样的对象归在一起，构成对象的“类”，这

就是“类”一词的来源。

类描述了一组有相同特性（数据元素）和相同行为（函数）的对象。类实际上就是数据类

型，例如，浮点数也有一组特性和行为。区别在于程序员定义类是为了与具体问题相适应，而

不是被迫使用已存在的数据类型。这些已存在的数据类型的设计动机仅仅是为了描述机器的存

储单元。程序员可以通过增添他所需要的新数据类型来扩展这个程序设计语言。该程序设计系

统欢迎创建、关注新的类，对它们进行与内部类型一样的类型检查。

这种方法并不限于去模拟具体问题。尽管不是所有的人都同意，但大部分人相信，任何程

序都模拟所设计系统。O OP技术能很容易地将大量问题归纳成为一个简单的解，这一发现产生

了大量的O OP语言，其中最著名的是S malltalk—C++ 之前最成功的O OP语言。

抽象数据类型的创建是面向对象程序设计中的一个基本概念。抽象数据类型几乎能像内部类

型一样准确工作。程序员可以创建类型的变量（在面向对象程序设计中称为“对象”或“实例”）

并操纵这些变量（称为发送“消息”或“请求”，对象根据发来的消息知道需要做什么事情）。

1.1.2 继承：类型关系

类型不仅仅说明一组对象上的约束，还说明与其他类型之间的关系。两个类型可以有共同

的特性和行为，但是，一个类型可能包括比另一个类型更多的特性，也可以处理更多的消息

[1] 这一描述部分引自我对《The Tao of Objects》（Gary Entsminger著）一书的介绍。

2

C ++编程思想

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（或对消息进行不同的处理）。继承表示了基本类型和派生类型之间的相似性。一个基本类型具

有所有由它派生出来的类型所共有的特性和行为。程序员创建一个基本类型以描述系统中一些

对象的思想核心。由这个基本类型派生出其他类型，表达了认识该核心的不同途径。

例如，垃圾再生机要对垃圾进行分类。这里基本类型是“垃圾”，每件垃圾有重量、价值

等等，并且可以被破碎、融化或分解。这样，可以派生出更特殊的垃圾类型，它们可以有另外

的特性（瓶子有颜色）或行为（铝可以被压碎，钢可以被磁化）。另外，有些行为可以不同

（纸的价值取决于它的种类和状态）。程序员可以用继承建立类的层次结构，在该层次结构中用

类型术语来表述他需要解决的问题。

第二个例子是经典的形体问题，可以用于计算机辅助设计系统或游戏模拟中。这里基本类

型是“形体”，每个形体有大小、颜色、位置等。每个形体能被绘制、擦除、移动、着色等。

由此，可以派生出特殊类型的形体：圆、正方形、三角形等，它们中的每一个都有另外的特性

和行为，例如，某些形体可以翻转。有些行为可以不同（计算形体的面积）。类型层次结构既

体现了形体间的类似，又体现了它们之间的区别。

用与问题相同的术语描述问题的解是非常有益的，这样，从问题描述到解的描述之间就不

需要很多中间模型（程序语言解决大型问题，就需要中间模型）。面向对象之前的语言，描述

问题的解不可避免地要用计算机术语。使用对象术语，类型层次结构是主要模型，所以可以从

现实世界中的系统描述直接进入代码中的系统描述。实际上，使用面向对象设计，人们的困难

之一是从开始到结束过于简单。一个已经习惯于寻找复杂解的、训练有素的头脑，往往会被问

题的简单性难住。

1.1.3 多态性

当处理类型层次结构时，程序员常常希望不把对象看作是某一特殊类型的成员，而把它看

作基本类型成员，这样就可以编写不依赖于特殊类型的代码。在形体例子中，函数可以对一般

形体进行操作，而不关心它们是圆、正方形还是三角形。所有的形体都能被绘制、擦除和移动，

所以这些函数能简单地发送消息给一个形体对象，而不考虑这个对象如何处理这个消息。

这样，新添类型不影响原来的代码，这是扩展面向对象程序以处理新情况的最普通的方法。

例如，可以派生出形体的一个新的子类，称为五边形，而不必修改那些处理一般形体的函数。

通过派生新子类，很容易扩展程序，这个能力很重要，因为它极大地减少了软件维护的花费。

（所谓“软件危机”正是由软件的实际花费远远超出人们的想象而产生的。）

如果试图把派生类型的对象看作它们的基本类型（圆看作形体，自行车看作车辆，鸬鹚看作

鸟），就有一个问题：如果一个函数告诉一个一般形体去绘制它自己，或者告诉一个一般的车辆去

行驶，或者告诉一只一般的鸟去飞，则编译器在编译时就不能确切地知道应当执行哪段代码。同

样的问题是，消息发送时，程序员并不想知道将执行哪段代码。绘图函数能等同地应用于圆、正

方形或三角形，对象根据它的特殊类型来执行合适的代码。如果增加一个新的子类，不用修改函

数调用，就可以执行不同的代码。编译器不能确切地知道执行哪段代码，那么它应该怎么办呢？

在面向对象的程序设计中，答案是巧妙的。编译器并不做传统意义上的函数调用。由非

O OP编译器产生的函数调用会引起与被调用代码的“早捆绑”，对于这一术语，读者可能还没

有听说过，因为从来没有想到过它。早捆绑意味着编译器对特定的函数名产生调用，而连接器

确定调用执行代码的绝对地址。对于O OP，在程序运行之前，编译器不确定执行代码的地址，

所以，当消息发送给一般对象时，需要采用其他的方案。

为了解决这一问题，面向对象语言采用“晚捆绑”的思想。当给对象发送消息时，在程序