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Smalltalk的哲学理念

Smalltalk的哲学理念

作者: 杰_6343 | 来源:发表于2022-01-12 14:34 被阅读0次

    理念:一切皆为对象

    方法:给对象发消息

    "定义一个方法:使物体围绕某个轴旋转一定角度"                          rotateBy: angle around: vector        | result |                                    result := [...省略具体内容].    ^result                                        "调用这个方法"                                t rotateBy: a around: v.

    形式上很像Objective-C,还是先从我们熟悉的形式开始:

    t->rotate(a, v);  // In C++    t.rotate(a, v);  // In Java

    省略掉一些不影响语义的符号:

    t rotate(a, v);    // 省略掉 .                    t rotate a, v;    // 省略括号

    然后我们发现参数的含义不太清晰,可以给每个参数前面加个前缀来使含义更加明确:

    t rotate by a around v;

    但是这样的话,哪个词语是前缀,哪个是参数就不太能分得清。因此我们给前缀加个冒号来区分:

    t rotate by: a around: v;

    最后,都这样了,方法名字本身也没必要单列出来,可以直接和第一个参数前缀合并起来,就成了 Smalltalk 现在的样子:

    t rotateBy: a around: v;

    让我们再来看一个复杂点的例子:

    a negative | (b between: c and: d) ifTrue: [a := c negated]

    它相当于其他语言中的:

    if (a < 0 || (c < b && b < d)) {          a = -c;                                            }

    细品这个例子,我们可以看到很多有意思的地方。

    首先来看这个 c negated 。有人会说,直接写个 -c 不就完了,为什么要搞这么臃肿。表面看上去,只是写法的不同,但其实它代表着理念的不同。-c 代表对 c 这个数字做了一次数学运算,而 c negated 代表的是在 c 这个对象上调用 negated 方法,然后用这个方法的返回值去做下一步的操作。

    这里体现了 Smalltalk 的核心概念之一:一切皆是对象。对比于另一门同样号称「一切皆是对象」的语言 Java,你是不能写出 5.negated() 这种代码的。

    在 Smalltalk 里,对象的概念真正贯穿始终,保持同一性,也避免了这种困惑。

    这里体现了 Smalltalk 的核心概念之一:一切皆是对象。对比于另一门同样号称「一切皆是对象」的语言 Java,你是不能写出 5.negated() 这种代码的。而所谓的「基本类型」、「包装类型」让多少初学者陷入困惑,又让多少面试官洋洋得意。但在 Smalltalk 里,对象的概念真正贯穿始终,保持同一性,也避免了这种困惑。

    其次我们来讨论 Smalltalk 中另一个重要概念:消息。在前文中我们称这种写法为「调用方法」。但实际上 Smalltalk 中并没有调用方法的概念,而是叫做给对象发送消息。例如 c negated 用 Smalltalk 的话说,就是给对象 c 发送了一个名为 negated 的消息。

    在 Smalltalk 中有三种消息,它们在上面的例子中都能体现:

    一元(unary)消息:可以理解为一个无参方法,例如上面的 negated 消息。

    二元(binary)消息:就是常用的一组计算符号,比如四则运算符还有上面的 | 等逻辑运算符。不过需要注意的是,它的本质还是发送消息而不是直接运算,因此没有运算符优先级的概念。+ 和 * 在 Smalltalk 中的优先级是相等的。

    Keyword 消息:可认为是普通的有参方法,在 Smalltalk 中就是每个参数以冒号连接来表示,比如上面的 rotateBy:around: 还有 between:and: 。这样的消息在 Smalltalk 中被称为 keyword 。

    有人可能会说,把方法调用说成是发送消息,但运行的效果是一样的,这不是换汤不换药吗?话是这么说,但描述词汇的不同也会带来思维方式的不同。相比于「方法调用」,「发送消息」这个说法会显得更加泛用一些,也可以带来一些更接近本质的思考。

    举个例子,如果我们调用一个不存在的方法,那自然会报错。但如果给一个对象发送一个它不认识的消息,那非得报错吗?我大不了不处理不就行了。甚至,能不能在遇到这种情况时,有个兜底的逻辑统一处理下?—— Ruby 的 method_missing 了解一下。

    再比如说当我们学习面向对象时提到的所谓「三大特征」:继承、封装、多态。它们真的能定义什么是「面向对象」吗?

    继承实质是面向对象语言中实现代码重用的一种手段,但现在大部分情况下「组合优于继承」早已成为共识。

    封装是为了隐藏底层或内部的实现细节,也并不是面向对象独有的概念。

    多态在传统面向对象教学中的解释颇为复杂。我们定义一个父类,并让两个不同的子类 override 父类的同一个方法,并编写不同的实现,来说明多态性。但是如果用发送消息的思路来解释就很简单了。给两个不同的对象发送同一个消息,这两个对象会做出不同的反应,不是理所当然的事情吗?压根不需要牵扯到类、继承之类的概念。

    对面向对象这一概念的误读影响了很多人。记得几年前见过一个问题,问的是「JavaScript 是一门面向对象的语言吗?」,下面的回答也是众说纷纭。而之所以大家会有争议,是因为 JavaScript 中并没有类的概念,取而代之的是原型的概念,搞的很多人一下子就混乱了。后来 ES6 的标准里增加了 class 语法糖,我就再也没见过有人提这个问题了。

    希望读者通过学习 Smalltalk 这门面向对象的鼻祖级语言,理解一切皆是对象以及对象间通过消息来通信这两个核心理念,减少一些对面向对象概念的误读。

    在理解了 Smalltalk 的核心概念之后,我们再来看一下怎么声明一个类:

    Object subclass: #MyClass        instanceVariableNames: ''        classVariableNames: ''        poolDictionaries: ''              category: 'Pupeno'

    大部分编程语言都会使用 class 关键字声明一个类,并用 extends 或类似的关键字来声明继承关系。而 Smalltalk 则另辟蹊径。让我们来看看它的逻辑:首先,由于一切皆是对象,因此 Object 类也是一个对象;其次,Object 类可以接收名为 subclass: 的消息,创建一个新的对象作为它的子类。无需再引入任何特殊的语法,仅用语言本身的两个核心理念,就十分自洽地把类的概念创建了出来。

    不仅仅是定义类,还有我们常用的分支、循环语句等,在 Smalltalk 中都可以通过发送消息的形式来实现,而无需定义额外的诸如 if、while 等关键字。这或许就是 Smalltalk 把类似 subclass: 之类的带参消息都称作 keyword 的原因。它们完全可以替代其他语言中各种关键字的职能。

    代码块

    继续回到上一节的例子:

    a negative | (b between: c and: d)  ifTrue: [a := c negated]

    关注这个 [a := c negated] 。这里由中括号包围的部分,大家或许会以为就像是 C++/Java 里跟在 if 语句后面的大括号——对,但不全对。在 Smalltalk 中它被称为代码块,是语言中的一等公民,可以放在一个变量里面,自由地控制它的调用时机,也可以把它像参数一样传递。如果你熟悉 JavaScript 就一定不会感到陌生。做个简单对比:

    "in Smalltalk"                                  a := [:x | x + 1]      "将一个代码块赋值给 a"                                                  (a value: 10)          "运行这个代码块并传入参数 10"                                        // in Javascript                              let a = function(x) { return x + 1; };    a(10);

    其实这就是匿名函数的概念。函数式编程的理念近年来也重回大众视野,即使是 Java 也在 1.8 中加入了相关的特性。可以看到虽说 Smalltalk 是面向对象语言的代表,但论函数式编程的能力也完全不输现代的主流语言们。

    控制流

    结合 Smalltalk 对象间发送消息的思想和代码块的能力,我们将变得无所不能。上文中提到 Smalltalk 无需额外的关键字就能实现 if 和 while 等的功能。在最后一节中就让我们具体地看一下如何利用这些能力来实现 if 的功能吧。这也是我当初学习 Smalltalk 时最喜欢的一个例子。

    首先,我们需要定义出 true 和 false 这两个常量:

    先定义出 PBoolean 类,然后将 PTrue 和 PFalse 作为它的子类。PTrue 类的实例就可以认为是 true,false 也是同理。

    Object subclass: #PBoolean      instanceVariableNames: ''      classVariableNames: ''      poolDictionaries: ''              category: 'Pupeno'            PBoolean subclass: #PTrue      instanceVariableNames: ''      classVariableNames: ''      poolDictionaries: ''              category: 'Pupeno'              PBoolean subclass: #PFalse      instanceVariableNames: ''      classVariableNames: ''      poolDictionaries: ''                category: 'Pupeno'

    其次,我们定义 ifTrue:else: 消息。它接受两个代码块作为参数。当 PTrue 类的实例接收到消息时,它执行 ifTrue: 携带的代码块,忽略 else: 携带的代码块。反之亦然。

    "PTrue 中定义"                          ifTrue: do else: notdo                      ^ do value"                              PFalse 中定义"                          ifTrue: notdo else: do                    ^ do value

    再次,我们定义一个 MyClass 类用作测试,它可以接受 equals: 消息判断两个对象是否相等。为了方便起见,我们永远返回 true 。实际中可以自行实现其业务逻辑。

    equals: other                                  ^ PTrue new

    最后,我们就可以愉快地使用 if-else 了:

    m1 := MyClass new.                      m2 := MyClass new.                      (m1 equals: m2) ifTrue: [        Transcript show: 'They are equal'    ] else: [                                Transcript show: 'They are not equal'                                              ]

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