【正文】 一些相互有關(guān)的類型，可能需要把它們送給同一個(gè)函數(shù) /過程去處理，以同樣方式存儲(chǔ) – 變體和聯(lián)合機(jī)制就是為了迎合這方面的需要，但它們沒有類型安全性，且未能提供解決類似問題的統(tǒng)一框架，難用于應(yīng)付更復(fù)雜的情況 – 支持相關(guān)類型，可能給程序的結(jié)構(gòu)組織帶來新的可能性 ? 如何在抽象數(shù)據(jù)類型的框架中提供這一類功能，也是需要解決的問題 ? 面向?qū)ο蟮母拍钤谶@些方面都能發(fā)揮很大的作用 ? 面向?qū)ο螅?ObjectOriented）的方法和程序技術(shù)，為基于模塊（一個(gè)類也可以看作一個(gè)模塊）的重用問題提供了一條解決途徑。 類的概念源自 Simula，其設(shè)計(jì)中提出用類定義把一組操作與一組數(shù)據(jù)包裝起來。 常規(guī)語言（如 C）引進(jìn)了指向函數(shù)的指針，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的過程中起到了重要作用，也成為面向?qū)ο笳Z言實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ) OO 發(fā)展史 繼承和動(dòng)態(tài)約束等被 Smalltalk 發(fā)展，形成目前 OO 的基本概念框架 ? 程序里以類的方式定義各種數(shù)據(jù)抽象 ? 類可以通過繼承的方式擴(kuò)充新功能，這樣定義的新類（子類，派生類）自動(dòng)繼承已有類（基類，超類，父類）的功能 ? 對(duì)象是類的實(shí)例，是程序運(yùn)行時(shí)的基本數(shù)據(jù)單元 ? 派生類的對(duì)象也看作是原有基類的對(duì)象，可以當(dāng)作基類的對(duì)象使用（子類就是子類型，Liskov 代換原理， 2020 年圖靈獎(jiǎng)） ? 類定義了對(duì)象的狀態(tài)成分（數(shù)據(jù)成員）和一組相關(guān)操作（稱為方法） ? 方法調(diào)用總是針對(duì)某個(gè)對(duì)象進(jìn)行的，將方法調(diào)用看作是給相應(yīng)對(duì)象送一個(gè)消息，對(duì)象通過執(zhí)行相應(yīng)操作的方式對(duì)消息做出響應(yīng) ? 對(duì)一個(gè)消息執(zhí)行什么方法，由接收消息的對(duì)象的類型確定（根據(jù)該對(duì)象所屬的類確定，這就是動(dòng)態(tài)約束） ? 計(jì)算，就是一組對(duì)象相互通訊的整體效果（對(duì)計(jì)算的另一種看法） OO 發(fā)展史 Smalltalk 還有一些獨(dú)特的東西： ? 變量采用引用模型，變量無類型，可以引用任何對(duì)象 ? 語言里的一切都是對(duì)象： – 子類可以修改基類已經(jīng)定義的行為，或者增加所需的新行為 ? 把子類看作是子類型（通常），如果 D 是 B 的子類，那么： – C++ 設(shè)法在支持系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的過程性語言 C 上 “擴(kuò)充 ”支持面向?qū)ο蟮臋C(jī)制，是一種多范型語言，支持多種程序設(shè)計(jì)方式 – 大多數(shù) OO 語言都依賴于自動(dòng)存儲(chǔ)回收系統(tǒng) – Ruby 是一個(gè)純面向?qū)ο蟮哪_本語言，其中的一切都是對(duì)象，全局環(huán)境看作一個(gè)匿名的大對(duì)象，全局環(huán)境里的函數(shù)看作這個(gè)對(duì)象的成員函數(shù)。 許多語言的 OO 機(jī)制非常復(fù)雜，實(shí)際還不斷提出一些新要求，使一些 OO 語言在發(fā)展中變得越來越復(fù)雜 – 繼承的實(shí)現(xiàn)，使派生類型的對(duì)象能當(dāng)作基類的對(duì)象使用 – Smalltalk 把普通的對(duì)象域稱為實(shí)例變量，表示在這個(gè)類的每個(gè)實(shí)例里都有這些成分的一份拷貝；把靜態(tài)數(shù)據(jù)域稱為 類變量 – 沒有調(diào)用對(duì)象 – 對(duì)象創(chuàng)建可能有多種需要，為此 C++/Java 等都支持一個(gè)類有多個(gè)不同的構(gòu)造函數(shù) 初始化和終結(jié)處理 ? 如果變量采用引用語義，所有（值）對(duì)象都需要顯式創(chuàng)建，有明確的創(chuàng)建動(dòng)作。 有了 GC，對(duì)終結(jié)動(dòng)作的需求大大減少，終結(jié)動(dòng)作由 GC 自動(dòng)進(jìn)行 – 如果在這里找到了所需要的方法，就生成對(duì)它的調(diào)用；如果不存在就反復(fù)做下一步 – 2. 轉(zhuǎn)到當(dāng)前類的基類里去查找相應(yīng)方法，如果找到就生成對(duì)它的調(diào)用；如果找不到就繼續(xù)沿著基類鏈上溯查找 – 3. 如果已無上層基類，查找失敗。如果找到就調(diào)用，找不到就發(fā)出一個(gè) “message is not understood”（ Smalltalk）動(dòng)態(tài)錯(cuò)誤 ? 這種方式普遍有效，可以處理具有任何動(dòng)態(tài)性質(zhì)的對(duì)象模型，如動(dòng)態(tài)類層次結(jié)構(gòu)構(gòu)造和動(dòng)態(tài)方法更新（修改、添加和刪除）、動(dòng)態(tài)類屬關(guān)系等 – 如 D 覆蓋了 B 的某個(gè)（某些）動(dòng)態(tài)約束方法，就用新方法的指針覆蓋虛表里對(duì)應(yīng)的已有指針。因?yàn)榕缮惏愃袛?shù)據(jù)成分，因此可以支持基類所有操作 ? 后一個(gè)賦值是編譯時(shí)錯(cuò)誤，派生類指針不能引用基類對(duì)象 類層次結(jié)構(gòu)和強(qiáng)制轉(zhuǎn)換 ? 如果用 foo 類的指針 q 傳遞一個(gè)對(duì)象 ? 可保證該對(duì)象一定是 foo 的或它的某個(gè)派生類的對(duì)象 ? 如果由 foo 類指針 q 傳遞的實(shí)際上是一個(gè) bar 對(duì)象，我們有時(shí)需要把它作為 bar 對(duì)象使用，例如想對(duì)它調(diào)用 foo 里沒有的方法 – 一些 C++ 編譯器要求用戶指明需要用 RTTI，在這種情況下才按這種方式創(chuàng)建虛表（虛表的形式與沒有類描述符時(shí)不同） ? dynamic_cast 檢查類型關(guān)系，確定能否轉(zhuǎn)換，在能轉(zhuǎn)換就完成轉(zhuǎn)換 類層次結(jié)構(gòu)和強(qiáng)制轉(zhuǎn)換 多數(shù) OO 語言（如 Java 等）默認(rèn)支持 RTTI，虛表里總保存類描述符 ? 如何描述類型是編譯器的具體實(shí)現(xiàn)問題，不必關(guān)心 ? RTTI 機(jī)制可保證類型安全的轉(zhuǎn)換 雖然 Java 的類型轉(zhuǎn)換采用 C 語言類型轉(zhuǎn)換的描述形式，但功能不同 ? 在牽涉到基本類型時(shí)，可能需要做值的轉(zhuǎn)換 ? 在牽涉到類類型時(shí)，需要做動(dòng)態(tài)的類型轉(zhuǎn)換合法性檢查 – 如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，就拋出異常 ClassCastException – 否則做 “非變換類型轉(zhuǎn)換 ”，把相應(yīng)引用直接當(dāng)作所需的類型的引用 ? 從基本類型值到類類型的合法轉(zhuǎn)換，還需要自動(dòng)構(gòu)造對(duì)象（ boxing）；從類對(duì)象到基本類型值的轉(zhuǎn)換需要提取對(duì)象內(nèi)的值（ unboxing） 運(yùn)行時(shí)類型描述機(jī)制還被用于支持 “自反 ”（ reflection）功能 Ada 的面向?qū)ο髾C(jī)制 ?定義類和實(shí)例對(duì)象 Ada95以抽象數(shù)據(jù)類型實(shí)現(xiàn)類。ClassCAB39。 也無泄露 with ； procedure （ Command： String)； 命令解釋過程 ,等同子包 private package is –私有子輩程序包 ， 不用 with … end ； private package is —OS的私有子輩程序包 … end ； Ada的多繼承 with Abstract_Sets； package Linked_Sets is type Linked_Set is new Abstruct_Sets with private； 再定義 Linked_Set的各種操作 private type Cell； type Cell_Ptr is access Cell； type Cell is record E： Element； next： Cell_Ptr； end record function Copy（ P： Cell_Ptr） return Cell_Ptr； type lnner is new Cont。 可以 ， T‘Class束定為 V的類型 類寬類型的范圍示意如下： TAA AB ACCABCBCACBA類（型）T的繼承樹CA39。上述轉(zhuǎn)換的正確寫法： bar *x = dynamic_castbar*(q)。 每次方法調(diào)用需要多執(zhí)行兩條指令（典型情況），多訪問內(nèi)存兩次 ? 對(duì)這種受限對(duì)象模型，動(dòng)態(tài)約束方法調(diào)用的額外開銷不大，一般軟件系統(tǒng)（包括系統(tǒng)軟件的絕大部分情況）都可以接受 Stroustrup 在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) C++ 語言時(shí)特別希望能夠得到高效的實(shí)現(xiàn)，最后選擇了這種對(duì)象模型，并設(shè)計(jì)了這種高效的實(shí)現(xiàn)方法 動(dòng)態(tài)約束的實(shí)現(xiàn) ? 對(duì)數(shù)據(jù)抽象和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的支持，以及高效的實(shí)現(xiàn)，使實(shí)際軟件工作者看到了 C++（和 OO）的潛力，最終導(dǎo)致了面向?qū)ο蟮母锩? ? 以后的主流面向?qū)ο笳Z言也都采用了這種技術(shù)。 類層次結(jié)構(gòu)是靜態(tài)確定的 – 每個(gè)對(duì)象里必須保存所屬類的信息（一個(gè)類指針，指向其類） – 少數(shù)語言同時(shí)也支持靜態(tài)約束的方法，如 C++、 Ada 等 ? C++ 把動(dòng)態(tài)約束的方法稱為虛方法（ virtual 方法），而且以靜態(tài)約束作為默認(rèn)方式。 類變量是堆棧上的對(duì)象，在其作用域退出時(shí)，自動(dòng)調(diào)用它們的終結(jié)動(dòng)作 – D類對(duì)象的前部仍 是 B類的所有成員，擴(kuò)充的成員排在后面 ? 在 D類對(duì)象里，所有 B類成員相對(duì)于對(duì)象開始位置的偏 移量與它們?cè)谝粋€(gè) B類對(duì)象里的偏移量相同 ? 這樣， D 類對(duì)象就可以作為 B 類對(duì)象使用， B 類里的 方法能正確操作，它們只看屬于 B 對(duì)象的那部分 ? D 類里的方法既可以使用對(duì)象中的 B 類數(shù)據(jù)成員，也 可以使用對(duì)象里的 D 類數(shù)據(jù)成員 用 D類對(duì)象給 B類對(duì)象 “賦值 ”（值 copy，或者值語義時(shí)） 會(huì)產(chǎn)生 “切割 ”現(xiàn)象， D 類數(shù)據(jù)成員不能拷貝 B類的 數(shù)據(jù)成員 B類的 數(shù)據(jù)成員 D類新增的 數(shù)據(jù)成員 B類的對(duì)象 D類的對(duì)象 初始化和終結(jié)處理 對(duì)象可能具有任意復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ? 要求創(chuàng)建對(duì)象的程序段做對(duì)象初始化，需反復(fù)描述，很麻煩，易弄錯(cuò) ? 對(duì)象可能要求特殊的初始化方式和順序，對(duì)象的使用者難以貫徹始終 ? 繼承使對(duì)象的初始化更復(fù)雜化，因?yàn)樾枰_初始化繼承來的數(shù)據(jù)成員 ? 為更容易處理對(duì)象初始化的問題， OO 語言通常都提供了專門的機(jī)制，在對(duì)象創(chuàng)建時(shí)自動(dòng)調(diào)用 ? 初始化操作保證新創(chuàng)建對(duì)象具有合法的狀態(tài)。 類對(duì)象可以通過靜態(tài)數(shù)據(jù)成員交換或者共享信息 靜態(tài)域和靜態(tài)方法 – 靜態(tài)成員是靜態(tài)創(chuàng)建的，其初始化在程序開始執(zhí)行前完成（或者在語言定義的適當(dāng)時(shí)刻完成），只做一次 – 靜態(tài)成員的初始化中不能調(diào)用類的普通方法（因?yàn)闆]有對(duì)象） 靜態(tài)方法相當(dāng)于普通子程序，只是具有類封裝（類作用域）。 private繼承，使基類的所有成員變成派生類的 private 成員 一些新語言借鑒了 C++ 的這方面思想，可能結(jié)合另外一些想法 靜態(tài)域和靜態(tài)方法 許多面向?qū)ο笳Z言的類里可以定義靜態(tài)域和靜態(tài)方法 – 通過繼承實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)具體類型的元素的具體容器 每個(gè)結(jié)點(diǎn)里有一個(gè)域指向表頭結(jié)點(diǎn) OO 程序 派生的 int 表結(jié)點(diǎn)類 使用這種 int 表的問題： 如果需要訪問結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，必須對(duì)取出的結(jié)點(diǎn)做強(qiáng)制 通用的表結(jié)點(diǎn)類 面向?qū)ο筇卣鞯膶?shí)現(xiàn) ? 實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮恼Z言，需要考慮它的幾個(gè)標(biāo)志性特征的實(shí)現(xiàn) ? 封裝是一種靜態(tài)機(jī)制，如 C++/Java 一類語言的各種訪問控制機(jī)制也是靜態(tài)的，都可以通過在符號(hào)表里記錄信息，在編譯中檢查和處理 ? 方法的實(shí)現(xiàn)與以模塊為類型時(shí)局部子程序的實(shí)現(xiàn)一樣。 在基于類的模型中允許基于對(duì)象的行為覆蓋（可修改個(gè)別對(duì)象的行為） – C++ 和 Ada 提供靜態(tài)約束（默認(rèn)）和動(dòng)態(tài)約束兩種方式 ? 一些腳本語言也支持面向?qū)ο蟮母拍睢?為在這種環(huán)境下編程，人們開發(fā)了許多利用自動(dòng)對(duì)象的對(duì)象管理技術(shù)，如句柄對(duì)象，對(duì)象的 “創(chuàng)建即初始化 ”技術(shù)等 ? 是否依賴自動(dòng)廢料收集（ GC）。 Smalltalk 盡可能追求 “面向?qū)ο?”理想，完全是重新設(shè)計(jì)的新語言 – OO 概念與常規(guī)語言的合理集成（在當(dāng)時(shí)），支持?jǐn)?shù)據(jù)抽象和面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)，支持多泛型程序設(shè)計(jì)的結(jié)合，使與數(shù)據(jù)抽象和 OO 有關(guān)的許多新概念和新技術(shù)逐漸被實(shí)際軟件工作者接受 ? 隨后是 OO 分析、 OO 設(shè)計(jì)和基于 OO 的軟件開發(fā)等等 ? 后來的其他成功語言包括 Java，微軟提出 C，等等 ? 出現(xiàn)了一些基于對(duì)象的腳本語言，如 Python， Ruby 等 ? 現(xiàn)在，面向?qū)ο蟮拈_發(fā)已經(jīng)成為一種主流的軟件開發(fā)技術(shù) 面向?qū)ο蟮幕靖拍? 面向?qū)ο蟮幕靖拍睿? ? 在面向?qū)ο笳Z言里定義數(shù)據(jù)抽象的基本定義機(jī)制是類，在一個(gè)類里可以定義數(shù)據(jù)成員和子程序成員（稱為方法） ? 封裝是數(shù)據(jù)抽象和模塊化的概念，與面向?qū)ο蟮母拍畈]有必然關(guān)系，但封裝有助于更好發(fā)揮面向?qū)ο髾C(jī)制的作用 ? （實(shí)在的）類被看作類型，可以用于生成（定義）實(shí)例，稱為對(duì)象 ? 已有的類可以作為定義新類的基礎(chǔ)（基類、超類） – 將計(jì)算功能（子程序）約束于程序里處理的數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)），使我們?cè)诔绦蚶锟梢詮臄?shù)據(jù)對(duì)象出發(fā)去啟動(dòng)相應(yīng)的計(jì)算過程 – 1960 年代在挪威計(jì)算中心設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，主持其工作的 OleJohan Dahl 和 Kristen Nygaard 獲得 2020 年圖靈獎(jiǎng) – 如果模塊功能的改變只能通過修改源代碼的方式進(jìn)行，程序員就只能拷