第四章:抽象设计
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抽象是编程世界中最重要的概念之一。在面向对象编程中, 抽象是三个核心概念之一(还有封装和继承)。在函数式编程社区中,人们通常会说我在编程中所做的一切就是抽象和组合(composition)。如你所见,我们都在认真地对待抽象。什么是抽象? 我发现维基百科的解释就很有帮助:
抽象是泛化的过程或结果,是属性的去除,是观念与对象的距离 (https://en.wikipedia.org/wiki/Abstraction_(disambiguation))
换句话所,我们所说的抽象是指一种用来隐藏复杂性的简化形式。编程的一个基本例子就是接口。它是一个类的抽象,因为它仅表达了一个特征的子集, 具体的说,它是一组方法和属性。
对于每个实例,没有单一的抽象。比如对象就会有很多抽象,它可以通过实现多个接口或多个超类来表示。这是抽象的一个不可分割的特征:它决定什么应该隐藏,什么应该暴露。
我们经常忘记我们在编程中如何去抽象一切。当我们输入一个数字时,很容易忘记它实际上是由 0 和 1表示的,当我们键入某个 String 时,很容易忘记它是一个复杂的对象,其中的每个字符都是用定义好的字符集来表示的,例如 UTF-8。
设计抽象不仅仅是分离模块或库。无论何时定义一个函数,都将其实现隐藏在该函数的签名后面,这就是一种抽象!
让我们思考一个问题:如果你不能使用 maxOf
来定义一个方法,来返回两个数字中最大的一个,应该怎么办:
当然,我们可以不用定义这个函数,只要编写完成整的表达式,并且永远不要显式的提到 maxOf
,如下代码:
然而,这将使我们处于不利的境地,它迫使我们始终在语言中刚好是原语的特定操作级别上工作(在本例中是比较操作),而不是在更高级别的层面上工作。 我们的程序能够计算出哪个数更大,但我们的语言却无法表达选择更大的数的这种概念。直到第8个版本,Java 还缺乏在列表上轻松表示映射(map
)的功能,我们反而必须使用重复的结构来表达这个概念:
在 Kotlin 中,从一开始我们就可以用一个简单的函数来表示它:
惰性属性初始化模式至今仍不能在 Java 中表示,而在 Kotlin 中我们可以使用属性委托来做到:
天知道还有多少的概念是我们不知道的,它们是如何被提取和表达出来的。
一个强大的编程语言应该具备的特征之一就是:通过给一些常规的模式予以名称,从而建立抽象概念。在最基本的编程形式中,我们是通过提取函数、使用委托、抽象类等来实现的。因此,我们可以直接根据抽象进行工作。
开车的时候会遇到很多事情,它需要发动机、交流发电机、悬挂系统和许多其他元件的协调工作。 想象一下,如果驾驶一辆车需要实时理解和遵循这些元素,那该有多难!值得庆幸的是,我们不用这样。 作为一名司机,我们所需知道的就是如何使用汽车提供的接口 —— 方向盘、变速杆、踏板, 来操作车辆。引擎盖下的一切都可以改变,一个机械师可以在我们不知道的情况下,把汽油变成天然气,再变成柴油。 随着汽车引入越来越多的电子元件和特殊系统,大部分的接口仍然保持不变。 随着引擎盖下的这些变化,汽车的性能可能也会发生变化,但无论如何,我们都能驾驭汽车。
汽车有定义明确的接口,尽管组件很复杂,但使用起来很简单。 方向盘代表左右方向改变的抽象,换挡器代表前后方向改变的抽象,油门踏板代表加速,刹车代表减速。这些都是我们在汽车上所需要的,这些都是抽象,它是一种魔法:隐藏了所有发生在引擎盖下的事情。因此,用户不需要了解汽车的构造,他们只需要如何驾驶它,同样,汽车制造者或爱好者可以改变车里的一切,只要能够正常驾驶就没有问题。 记住这个比喻,我们将在整个章节中提到它。
类似地,在编程中,我们主要使用抽象来:
隐藏复杂性
组织我们的代码
给与发明者改变的自由
第一个的原因已经在_第三章:可重用性_中描述过了,我认为现在已经很清楚为什么提取函数、类或委托来重用通用逻辑或通用算法是很重要的。 在_第26条:每个函数都应该基于一个抽象层次来编写_,我们将看到如何使用抽象来组织代码,在_第27条:使用抽象来保护代码不受更改_,我们将看到如何使用抽象来给我们更改的自由。然后我们将用本章的其余部分来创建和使用抽象。
这是要一个相当高层次的章节,在本章后, 我们将在_第五章:对象的创建_和_第六章:类的设计_中讨论面向对象的一些更具体的方面。它们将深入到类实现和使用的更深入的方法层面,但它们的知识点都是基于本章的。