设计模式：面向对象的基础知识
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2021-11-15 11:24
主流的编程范式有三种：面向过程、面向对象和函数式编程，我们现在使用的主流编程语言 C# 或 Java，都是面向对象语言，所以常常说的设计模式也是在面向对象语言这个前提之下。
面向对象的基础知识和一些设计原则，我认为是学习设计模式的基础，本文就聊下这些基础知识。
在面试时，一问到面向对象，几乎每个人都能脱口而出：封装、继承、多态。但大部分只能说出一个简单的概念，而多态还有很多连概念都说不清楚。我们学习面向对象，不止需要了解概念，更需要知道每个特性存在的意义和目的。
对于面向对象的特性，面向对象的语言都会给出相应的支持，不同语言可能会有细微差别，下面的示例以 C# 语言为主。
封装
我们先来思考下，平时写代码时有哪些是属于封装，是不是会有下面的一些场景：
1、将一些属性字段放到一个类中；
2、将一些方法放到一个类中
3、将某些类组织到某个特定的命名空间下。
在 C# 9.0 版本中还提供了属性的 init 特性，可以更方便地提供封装性：
public class UserInfo
{
public string Name { get; init; }
}
UserInfo user = new UserInfo { Name = "oec2003" };
//当 user 初始化完了之后就不能再改变 Name 的值
user.Name = "oec2004";
除了属性、方法和类也有对应的访问修饰符，这些访问修饰符的灵活运用就达到了封装的目的，用来隐藏信息或进行数据的保护。
试想一下，如果我们对类中属性或方法全部都使用 public ，调用方可以任意修改属性和调用方法，这样会使代码变得不可控，属性可能被很多地方以不同的方式进行修改，代码难以维护。而且不熟悉业务的开发人员如果随意改动了一些关键属性，可能引发严重的问题。
从另一个方面来说，类的共有属性和方法暴露的越多，对于调用者来说就会越复杂，越容易出现问题，合理地进行封装，可以提高可读性、可维护性，减少出错。
这时，你是不是可以想想，平时写代码时，属性、方法、类是不是都不假思索地写上了 public 了呢？
继承
目前面向对象的语言基本都支持继承特性，只是语法上有些细微的差别，比如 C# 语言是使用冒号，Java 语言使用 extends 关键字。但都是表示 is-a 的关系。
在 C# 中一个类可以继承多个接口，但只能继承一个父类，我们通常说的 C# 只支持单继承指的就是 C# 只能继承一个父类，但在 C++ 、Python 等语言中类是可以继承多个父类的。
我们经常会跟开发人员讲，不要到处复制代码，代码要做到能够复用，发现同一个逻辑在两个不同的类中的时候，可以抽象出来一个父类，让这两个类都继承这个父类。这个思路没有问题，也确实能解决我们的实际问题，提升代码的复用性。
但随着功能的增加，我们需要对类的属性和方法进行扩展，会发现需要新添加的属性或方法放在父类或子类都不合适，只能继续进行抽象，长此下去，继承关系会变得非常复杂，变得难以维护。有条设计原则是这么说的：组合优于继承，其实就是为了解决这个问题。
组合和继承的选择是一种权衡，当涉及的类经常变化可能导致继承层级向着复杂化演化时，需要考虑采用组合的方式，如果相关类比较稳定，继承层级不深（一般不超过 3 层），就可以放心使用继承。
在具体的模式中，组合模式、策略模式等就是使用组合的方式实现，模板模式使用的是继承方式实现。
多态
多态的字面意思就是同样的一个语法调用，能够表达多个不同的意思。如果说继承的最大好处是复用，那么多态的好处就是方便扩展。
在 C# 语言中两个比较典型的多态场景就是方法的重写和方法的重载：
重写：存在继承关系的类或接口，在子类中对父类的方法进行重新构建逻辑，但调用方法、参数、返回值保持一致，通常有下面几种情况： 普通的父类中有用 virtual 关键字标识的虚方法，在子类中使用 override 关键字进行重写； 子类对抽象类的抽象方法进行重写； 子类对接口中的方法进行实现。 重载：类中的多个方法，方法名相同，但参数个数或类型不相同，称之为重载方法。例如 C# 中的 File 类的 Open 方法就有三个重载，如下图：
方法的重写，在实际应用中非常常见，比如零代码平台中的消息组件会有多种发送消息的方式，下面用一个示例代码演示下：
public interface IMessage
{
void Send(string msg);
}
public class EmailMessage : IMessage
{
public void Send(string msg)
{
Console.WriteLine($"send email message {msg}");
}
}
public class WechatMessage : IMessage
{
public void Send(string msg)
{
Console.WriteLine($"send wechat message {msg}");
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
List messageList = new List();
messageList.Add(new EmailMessage());
messageList.Add(new WechatMessage());
messageList.ForEach(s=>s.Send("test message"));
}
}
为什么说能提高扩展性呢？如果这时消息组件需要扩展发送短信的消息种类，只需要编写短信类型的消息类实现 IMessage 接口的 Send 方法即可。
还有一种场景，比如登陆的时候，有基于用户名密码的认证、企业微信的认证、钉钉的认证、和对接第三方的认证，又应该怎么设计呢？
我们虽然都在使用着面向对象的语言，但很多的时候思维还是面向过程的，具体体现在：
实体类的属性直接定义为 public ，set 和 get 都安排上，外部可以任意获取和赋值，很多时候使用代码生成工具直接生成实体类，默认的 set 和 get 都是 public ，也没有依据具体的业务进行修改，严重破坏了封装特性； 数据和行为的分离，也就是所谓的贫血模式，但真正的对象是数据和行为在一起的，我们可能每天都在写这样的代码，一种面向过程式的代码； 为了代码复用，代码中会存在大量的 Helper 类或者 Utils、Common 类，这些类通常是静态类，里面有各种各样的静态方法，在往里面添加方法时需要思考下，真的必须放到这里吗？这种类随着时间的推移很容易变成巨型类，变得难以维护； 按照功能驱动，比如页面上的一个按钮操作，对应了一个 API 接口，不管你的代码是如何设计和分层，都是一层层往下直到数据库访问。
所以不要以为使用了面向对象的语言就是在使用面向对象编程，重要的是抽象的思维，这种抽象需要我们去思考，去全盘考虑，相比较面向过程显得更难，所以懒惰的程序员更容易写出面向过程的代码。
面向对象的基础知识是学习设计模式的根基，掌握基础知识，然后愿意去思考，总结才能够学习好设计模式，并将其应用到实际的工作中。下一篇将介绍面向对象中的常用设计原则，设计模式也都是基于这些设计原则演化而来。
希望本文对您有所帮助！