面向对象编程,再见!

作者: JAVA高级架构开发 | 来源:发表于2018-10-08 17:37 被阅读168次

    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。

    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。

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    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。

    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 JoeArmstrong 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。

    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。

    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:

    ClassPoweredDevice{

    }

    ClassScannerinheritsfromPoweredDevice{

    functionstart(){

    }

    }

    ClassPrinterinheritsfromPoweredDevice{

    functionstart(){

    }

    }

    ClassCopierinheritsfromScanner,Printer{

    }

    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。

    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

    ClassPoweredDevice{

    }

    ClassScannerinheritsfromPoweredDevice{

    functionstart(){

    }

    }

    ClassPrinterinheritsfromPoweredDevice{

    functionstart(){

    }

    }

    ClassCopier{

    Scanner scanner

    Printer printer

    functionstart(){

    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。

    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;

    publicclassArray

    {

    privateArrayList a =newArrayList();

    publicvoidadd(Object element)

    {

    a.add(element);

    }

    publicvoidaddAll(Object elements[])

    {

    for(inti =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:

    publicclassArrayCountextendsArray

    {

    privateintcount =0;

    @Override

    publicvoidadd(Object element)

    {

    super.add(element);

    ++count;

    }

    @Override

    publicvoidaddAll(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:

    publicvoidaddAll(Object elements[])

    {

    for(inti =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。

    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。

    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。

    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。

    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……

    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。

    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。

    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。

    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。

    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。

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      网友评论

      • 2894ab72509d:为什么都喜欢贴文本代码
      • 骆宏:面向对象如此成功,这么轻易就倒塌?只能说,面向过程,面向对象,函数式等各种模式都有自己的场景
      • 央米:对不起,进错村儿了。面向对象?我以为看完我就可以脱离单身狗了呢😆
      • 极客123:对于引用的问题,从jdk1.2就提出了解决方案,强引用、弱引用、以及软引用,虚引用, 继承都是单根的吧? 很好奇菱形继承另外一个线路怎么来的,接口算是一种能力吧,能力本身就是可以有可以无,接口定义规则,具体实现交于子类,总觉得文章内容太过激进,但总的来说确实有着独到的见解,顶一波,洗完刚看到更好的文章。
      • 船前几度寄芳心:1,“组合优先于继承”的原则很早就被提出来了,这里只是一个佐证而已。不是继承有问题,而是继承总是被误用。
        2,封装的目的是屏蔽外部不关心的细节,这个深浅拷贝的问题只是接口设计不良的表现。
        3,多态确实不是面向对象独有,但是当接口需要扩充功能时,不知不觉就要使用到继承。

        好吧,我觉得这些不足以论证面向对象已经过时。
        jeff_354a:@天上只北 你是目前唯一的明白人
      • mrzhqiang:java8

      本文标题:面向对象编程,再见!

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