使用编程语言写好程序是有技巧的。
主要编程技术:
1. 编程风格
2. 算法
3. 数据结构
4. 设计模式
5. 开发方法
编程风格指的是编程的细节,比如变量名的选择方法、函数的写法等。
算法是解决问题的方法。现实中各种算法都已经广为人知了,所以编程时的算法也就是对这些技巧的具体应用。有很多算法,如果单靠自己去想是很难想出来的。比方说数组的排序就有很多的算法,如果我们对这些算法根本就不了解,那么要想做出高速排序程序会很困难。算法和特定的数据结构关系很大。
所以有一位计算机先驱曾经说过:“程序就是算法加数据结构。”
设计模式是指设计软件时,根据以前的设计经验对设计方法进行分类。算法和数据结构从 广义上来说也是设计模式的一种分类。有名的分类(设计模式)有23种(《《设计模式:可复用面向对象软件的基础》》)。
开发方法是指开发程序时的设计方法,指包括项目管理在内的整个程序开发工程。小的软件项目可能不是很明显,在大的软件项目中,随着开发人员的增加,整个软件工程的开发方法 就很重要。
面向对象的编程方法
下面,我们来看看Ruby的基本原理——面向对象的设计方法。面向对象的设计方法是20世纪60年代后期,在诞生于瑞典的Simula编程语言中最早开始使用的。Simula作为一种模拟语言,对于模拟的物体,引入了对象这种概念。比如说对于交通系统的模拟,车和信号就变成了对象。一辆辆车和一个个信号就是一个个对象,而用来 定义这些车和信号的,就是类。
如今,面向对象的设计思想已经相当重要且深入人心了,以后它的地位和重要性也应该不会降低。所以在学习编程语言时,对面向对象设计思想的理解就非常重要。
但是,很多程序员觉得面向对象的设计思想很难,不容易理解,那么它的难点在何处?
面向对象的难点
面向对象的难点在于,虽然有关于面向对象的说明和例子,但是面向对象具体的实现方法却不是很明确。
面向对象这个词本身是很抽象的,越抽象的东西,人们就越难理解。并且对于面向对象这个概念,如果没有严密的定义,不同的人就会有不同的理解。
我认为面向对象编程语言中最重要的技术是“多态性”。我们就先从多态性说起吧。
多态性
多态性,英文是polymorphism,其中词头poly-表示复数,morph表示形态,加上词尾-ism,就是复数形态的意思,我们称它为多态性。
换个说法,多态就是可以把不同种类的东西当做相同的东西来处理。
只从字面上分析不容易理解,举例说明一下。
看看图2-1所示的3个箱子。每个箱子都有不同的盖子。一个是一般的盖子,一个是带锁的盖子,一个是带有彩带的盖子。因为箱子本身非常昂贵,所以每个箱子都有专人管理,如果要从箱子里取东西,要由管理人员去做。
操作对象是三个箱子,分别是盖着盖子的箱子、加了锁的箱子、系了彩带的箱子
打开3个箱子的方法都不同,但如果发出同样的打开箱子的命令,3个人会用自己的方法来打开自己的箱子。因此,3个箱子虽然各有不同,但它们同样“都是箱子,可以打开盖子”。这就是多态性的本质。
在编程中,“打开箱子”的命令,我们称之为消息;而打开不同箱子的具体操作,我们称之为方法。
在C++中,当类之间存在层次结构,并且类之间是通过继承关联时,就会用到多态。
下面的实例中,基类 Shape 被派生为两个类,如下所示:
#include <iostream> using namespace std; class Shape { protected: int width, height; public: Shape( int a=0, int b=0) { width = a; height = b; } int area() { cout << "Parent class area :" <<endl; return 0; } }; class Rectangle: public Shape{ public: Rectangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { } int area () { cout << "Rectangle class area :" <<endl; return (width * height); } }; class Triangle: public Shape{ public: Triangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { } int area () { cout << "Triangle class area :" <<endl; return (width * height / 2); } }; // 程序的主函数 int main( ) { Shape *shape; Rectangle rec(10,7); Triangle tri(10,5); // 存储矩形的地址 shape = &rec; // 调用矩形的求面积函数 area shape->area(); // 存储三角形的地址 shape = &tri; // 调用三角形的求面积函数 area shape->area(); return 0; }
当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:
Parent class area Parent class area
导致错误输出的原因是,调用函数 area() 被编译器设置为基类中的版本,这就是所谓的静态多态,或静态链接 - 函数调用在程序执行前就准备好了。有时候这也被称为早绑定,因为 area() 函数在程序编译期间就已经设置好了。
但现在,让我们对程序稍作修改,在 Shape 类中,area() 的声明前放置关键字 virtual,如下所示:
class Shape { protected: int width, height; public: Shape( int a=0, int b=0) { width = a; height = b; } virtual int area() { cout << "Parent class area :" <<endl; return 0; } };
修改后,当编译和执行前面的实例代码时,它会产生以下结果:
Rectangle class area Triangle class area
此时,编译器看的是指针的内容,而不是它的类型。因此,由于 tri 和 rec 类的对象的地址存储在 *shape 中,所以会调用各自的 area() 函数。
正如您所看到的,每个子类都有一个函数 area() 的独立实现。这就是多态的一般使用方式。有了多态,您可以有多个不同的类,都带有同一个名称但具有不同实现的函数,函数的参数甚至可以是相同的。
多态性的优点
前面说明了多态性,那么它到底有什么好处呢?
首先,各种数据可以统一地处理。多态性可以让程序只关注要处理什么(What),而不是怎么去处理(How)。
其次,是根据对象的不同自动选择最合适的方法,而程序内部则不发生冲突。不管调用有锁的箱子,还是系着彩带的箱子,它们都能自动处理,不用担心调用中会发生错误,这样就会减轻程序员的负担。
再次,如果有新数据需要对应处理的话,通过简单的追加就可以实现了,而不需要改动以前的程序,这就让程序具备了扩展性。
综上所述,多态性提高了开发效率,所以说,面向对象技术最重要的一个概念应该是多态性。
多态性、数据抽象和继承被称为面向对象编程的三原则。这三项原则通常也会有别的称谓。
例如,把多态性称为动态绑定,把数据抽象称为信息隐藏或封装,虽然名称不同,但是内容都是相同的。许多人认为这些原则是面向对象程序设计的重要原则。
后面我们再谈数据抽象和继承。拜拜!
参考文献:
松本幸弘的程序世界
菜鸟教程:http://www.runoob.com/cplusplus/cpp-polymorphism.html