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面向对象编程,再见!

2018-10-09 21:00 大数据


导读:作为程序员,你是使用函数式编程还是面向对象编程方式?在本文中,拥有 10 多年软件开发经验的作者从面向对象编程的三大特性——继承、封装、多态三大角度提出了自己的疑问,并深刻表示是时候和面向对象编程说再见了。


作者:Charles Scalfani

译者:弯月,责编:屠敏

来源:CSDN(ID:CSDNnews)

原文:medium.com



几十年来我都在用面向对象的语言编程。我用过的第一个面向对象的语言是 C++,后来是 Smalltalk,最后是 .NET 和 Java。


我曾经对使用继承、封装和多态充满热情。它们是范式的三大支柱。


我渴望实现重用之美,并在这个令人兴奋的新天地中享受前辈们积累的智慧。


想到将现实世界的一切映射到类中,使得整个世界都可以得到整齐的规划,我无法抑制自己的兴奋。


然而我大错特错了。



01 继承,倒塌的第一根支柱



乍一看,继承似乎是面向对象范式的最大优势。所有新手教程讲解继承时都会拿出最简单的继承的例子,而这个例子似乎很符合逻辑。


然后就是满篇的重用了。甚至以后的一切都是重用了。


我囫囵吞下这一切,然后带着新发现兴冲冲地奔向世界了。


1. 香蕉猴子丛林问题


带着满腔的信仰和解决问题的热情,我开始构建类的层次结构然后写代码。似乎一切皆在掌控中。


我永远不会忘记我准备从已有的类继承并实现重用的那一天。那是我期待已久的时刻。


后来有了新的项目,我想起了另一个项目里我很喜欢的那个类。


没问题,重用拯救一切。我只需要把那个类拿过来用就好了。


嗯……其实……不仅是那一个类。还得把父类也拿过来。但……应该就可以了吧。


额……不对,似乎还需要父类的父类……还有……嗯,我们需要所有的祖先类。好吧好吧……搞定了。没问题。


不错。但编译不过,怎么回事?哦我知道了……这个对象还需要另一个对象。所以那个也得拿过来。没问题……


等等……我不仅需要那个对象,还需要那个对象的父类,和父类的父类,和……包含的所有对象的所有祖先……


唉……


Erlang 的创建者 Joe Armstrong 有句名言:


面向对象语言的问题在于,它们依赖于特定的环境。你想要个香蕉,但拿到的却是拿着香蕉的猩猩,乃至最后你拥有了整片丛林。


2. 香蕉猴子丛林的解决方法


这个问题的解决方法是,不要把类层次建得那么深。但如果继承是重用的关键,那么给继承机制添加的任何限制都会限制重用。对吧?


没错。


那我们可怜的面向对象程序员该怎么办?指望一杯三聚氰胺奶维系我们的健康吗?


答案就是:包含和委托(Contain and Delegate)。一会儿会详细解释。


3. 菱形继承问题


早晚你会遇到下面这种恶心的问题,有些语言甚至根本解决不了。



大多数面向对象语言都不支持这种情况,尽管看上去似乎很符合逻辑。为什么面向对象语言支持这种情况如此困难?


来看看下面的伪代码:


Class PoweredDevice {
}
Class Scanner inherits from PoweredDevice {
  function start() {
  }
}
Class Printer inherits from PoweredDevice {
  function start() {
  }
}
Class Copier inherits from ScannerPrinter {
}


注意 Scanner 和 Printer 类都实现了名为 start 方法。


那么问题来了,Copier继承哪个start?是Scanner的还是Printer的?肯定不可能同时继承啊。


4. 菱形继承的解决


解决方案很简单:不要这样做。


没错。大多数面向对象都不让你这么干。


但是,但是……要是必须这样建模该怎么办?我需要重用!


那就必须使用包含和委托


Class PoweredDevice {
}
Class Scanner inherits from PoweredDevice {
  function start() {
  }
}
Class Printer inherits from PoweredDevice {
  function start() {
  }
}
Class Copier {
  Scanner scanner
  Printer printer
  function start() {
    printer.start()
  }
}


注意现在 Copier 类包含一个 Printer 实例和一个 Scanner 实例。然后将 start 函数委托给 Printer 类的实现。要委托给 Scanner 也很简单。


这个问题是继承这根支柱上的另一条裂缝。


5. 脆弱的基类问题


好吧,那我尽量使用较浅的类层次结构,并保证里面没有环,这样就不会出现菱形继承了。


似乎一切都解决了。直到我们发现……


我前一天工作得好好的代码今天出错了!关键是,我没有改任何代码!


嗯也许是个 bug……但等等……的确有些改动……


但改动的不是我的代码。似乎改动来自我继承的那个类。


为什么基类的改动会破坏我的代码?


原来是这样……


看看下面这个基类(用Java写的,但就算你不懂Java,应该也很容易看懂):


import java.util.ArrayList;

public class Array
{
  private ArrayList<Object> a = new ArrayList<Object>();

  public void add(Object element)
  
{
    a.add(element);
  }

  public void addAll(Object elements[])
  
{
    for (int i = 0; i < elements.length; ++i)
      a.add(elements[i]); // this line is going to be changed
  }
}


重要提示:注意加了注释的那一行。稍后这行的改动将会导致别的东西出错。 


这个类的接口上有两个函数:add() 和 addAll()。add() 函数负责添加一个元素,addAll() 函数会调用 add 函数添加多个元素。 


下面是继承的类:


public class ArrayCount extends Array
{
  private int count = 0;

  @Override
  public void add(Object element)
  
{
    super.add(element);
    ++count;
  }

  @Override
  public void addAll(Object elements[])
  
{
    super.addAll(elements);
    count += elements.length;
  }
}


ArrayCount类是通用的Array类的特化。两者行为上的唯一区别就是ArrayCount会维护一个count,记录元素的个数。


我们来仔细看看这两个类。


Array的add()给局部的ArrayList添加一个元素。


Array的addAll()针对每个元素调用局部的ArrayList的add方法。


ArrayCount的add()调用父类的add()然后增加count。


ArrayCount的addAll()调用父类的addAll()然后给count增加相当于元素个数的数。


一切都很正常。


现在是出问题的地方。基类中加注释的那行代码现在改成这样:


public void addAll(Object elements[])
  
{
    for (int i = 0; i < elements.length; ++i)
      add(elements[i]); // this line was changed
  }


从基类的作者的角度来看,这个类实现的功能完全没有变化。而且所有自动化测试也都通过来了。


但是基类的作者忘记了继承的类。而继承类的作者被错误吵醒了。


现在ArrayCount的addAll()调用父类的addAll(),后者在内部调用add(),而add()被继承类重载了。


因此,每次继承类的add()被调用时,count都会增加,然后在继承类的addAll()被调用时再次增加。


count被增加了两次。


既然会发生这种现象,那么继承类的作者必须清楚基类是怎样实现的。而且,基类的每个改动必须要通知所有继承类的作者,因为这些改动可能会以不可预知的方式破坏继承类。


唉!这个巨大的裂隙威胁到了整个继承支柱的稳定。


6. 脆弱的基类的解决方法


这个问题还得要包含和委托来解决。


使用包含和委托,可以从白盒编程转到黑盒编程。白盒编程的意思是说,写继承类时必须要了解基类的实现。


而黑盒编程可以完全无视基类的实现,因为不可能通过重载函数的方式向基类注入代码。只需要关注接口即可。


这种趋势太讨厌了……


继承本应带来最好用的重用。


在面向对象语言中实现包含和委托并不容易。它们是为了继承方便而设计的。


如果你和我一样,你就会开始反思这个继承了。但更重要的是,这些问题应当引起你对于通过层次结构进行分类的反思。


7. 层次结构的问题


每到一个新公司时,我都要为在哪儿保存公司文档(即员工手册)而纠结。


是应该建一个Documents文件夹,然后在里面建个Company呢?


还是应该建个Company文件夹,然后在里面建个Documents呢?


两者都可以。但哪个是正确的?哪个更好?


层次分类的思想是因为基类(父类)更通用,继承类(子类)更专用。沿着继承链越往下走,概念就越专用(见上面的形状层次)。


但如果父节点和子节点能随意交换位置,那么显然这种模型是有问题的。


8. 层次结构的解决


真正的问题出在……


层次分类是错误的。


那层次分类应该用在哪里?


包含关系。


真实世界里有很多包含关系(或者叫做独占关系)的层次结构。


但你找不到层次分类。仔细想一下。面向对象范式是根据充满了各种对象的真实世界建立的。但它用错了模型——层次分类在真实世界中没有类比。


但真实世界里到处都是层次包含关系。层次包含关系的一个非常好的例子就是你的袜子。袜子放在装袜子的抽屉里,然后抽屉包含在衣柜里,衣柜包含在卧室里,卧室包含在房子里,等等。 


硬盘上的目录也是层次包含关系的另一个例子——它们包含文件。


那我们该怎样分类呢?


仔细想一下公司文档,就会发现其实放在哪儿都无所谓。我可以放在Documents目录下或者放在Stuff目录下也可以。


我选择的分类法是标签。我给它加上不同的标签。


Document
Company
Handbook


标签是没有顺序或层次的(这同时解决了菱形继承问题)。


标签可以类比为接口,因为同一份文档可以有多种类型。


但既然有了这么多裂缝,估计继承的支柱已经倒塌了。 


再见,继承。



02 封装,倒塌的第二根支柱 



乍一看,封装似乎是面向对象编程的第二大好处。


对象状态变量被保护起来防止外部访问,即它们被封装在对象内部。


我们不需要再操心那些可能被不知道谁访问的全局变量。


封装是变量的保险柜。


封装太伟大了!


封装万岁…… 


直到你遇到了这个问题……


1. 引用问题


为了提高效率,对象传递给函数时传递的是引用,而不是值。


也就是说,函数不会传递对象本身,而是传递指向对象的一个引用或指针。


如果一个对象的引用被传递给另一个对象的构造函数,构造函数就能将这个对象引用放到私有变量中,用封装保护起来。


但这个传递的对象不是安全的!


为什么不是?因为其他代码也可能拥有指向该对象的指针,比如调用构造函数的那段代码。它必须有指向对象的引用,否则没办法传递给构造函数。


2. 引用的解决


构造函数必须要复制传递过来的对象。而且不能是浅复制,必须是深复制,即传入的对象内包含的所有对象和所有对象中包含的所有对象……都必须要复制。


完全没有效率。


而且更糟糕的是,并非所有对象都能复制的。一些拥有操作系统资源的对象,最好的情况是复制无效,最糟糕的情况是根本不可能复制。


所有主流面向对象语言都有这个问题。 


再见,封装。



03 多态,倒塌的第三根支柱



多态是面向对象的三位一体中永远被人抛弃的那一位。


就像是三人组中的Larry Fine。


不管他们去哪儿都会带着他,但他永远是配角。


并不是因为多态不好,而是因为实现多态并不需要面向对象语言。


接口也能实现多态,而且不需要面向对象的负担。


而且,接口也不会限制你能混入的不同行为的数目。 


所以,无需多言,我们可以告别面向对象的多态,去迎接基于接口的多态吧。



04 破碎的承诺



当然,面向对象在早期承诺了许多。而直到今天,这些承诺依然在教室里、博客上和网上资源中传授给青涩的程序员们。


我花了多年才意识到面向对象的谎言。以前我也曾经青涩,曾经轻信。


然后我发现被骗了。


再见,面向对象编程。



05 那该怎么办?


去拥抱函数式编程吧。过去几年我用得非常舒服。


但话说在先,我并没有给你做出任何承诺。眼见为实。


一朝被蛇咬十年怕井绳。


你懂的。


原文:

https://medium.com/@cscalfani/goodbye-object-oriented-programming-a59cda4c0e53



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