Characteristics of Object-Oriented Languages - The Rust Programming Language

面向对象语言的特征

对于语言必须具有哪些功能才能被视为面向对象，编程社区尚未达成共识。Rust 受到许多编程范式的影响，包括 OOP;例如，我们在第 13 章中探讨了函数式编程的特性。可以说，OOP 语言具有某些共同特征，即对象、封装和继承。让我们看看这些特征中的每一个意味着什么，以及 Rust 是否支持它。

对象包含数据和行为

由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 合著的《设计模式：可重用面向对象的软件的元素》（Addison-Wesley Professional，1994 年）一书，俗称《四人帮》一书，是面向对象设计模式的目录。它以这种方式定义 OOP：

面向对象的程序由对象组成。对象打包数据以及对该数据进行作的过程。这些过程通常称为方法或作。

使用这个定义，Rust 是面向对象的：结构和枚举有数据，而 impl 块提供结构体和枚举的方法。尽管带有方法的结构体和枚举不称为对象，但根据 Gang of Four 对对象的定义，它们提供相同的功能。

隐藏实现细节的封装

通常与 OOP 相关的另一个方面是封装的概念，这意味着使用该对象的代码无法访问该对象的实现细节。因此，与对象交互的唯一方法是通过其公共 API;使用该对象的代码不应能够直接进入对象的内部并更改数据或行为。这使程序员能够更改和重构对象的内部结构，而无需更改使用该对象的代码。

我们在第 7 章中讨论了如何控制封装：我们可以使用 pub 关键字来决定代码中的模块、类型、函数和方法应该是 public 的，默认情况下，其他所有内容都是私有的。例如，我们可以定义一个 struct AveragedCollection，该结构体具有一个包含 i32 值向量的字段。结构还可以有一个字段，其中包含向量中值的平均值，这意味着每当有人需要时，都不必按需计算平均值。换句话说，AveragedCollection 将为 us 缓存计算出的平均值。示例 17-1 有 AveragedCollection 结构体：

文件名： src/lib.rs

pub struct AveragedCollection {
    list: Vec<i32>,
    average: f64,
}

示例 17-1：一个 AveragedCollection 结构体，它维护一个整数列表和集合中项目的平均值

该结构被标记为 pub 以便其他代码可以使用它，但该结构中的字段保持私有。在这种情况下，这一点很重要，因为我们希望确保每当在列表中添加或删除值时，平均值也会更新。我们通过在结构体上实现 add、remove 和 average 方法来做到这一点，如示例 17-2 所示：

文件名： src/lib.rs

pub struct AveragedCollection {
    list: Vec<i32>,
    average: f64,
}

impl AveragedCollection {
    pub fn add(&mut self, value: i32) {
        self.list.push(value);
        self.update_average();
    }

    pub fn remove(&mut self) -> Option<i32> {
        let result = self.list.pop();
        match result {
            Some(value) => {
                self.update_average();
                Some(value)
            }
            None => None,
        }
    }

    pub fn average(&self) -> f64 {
        self.average
    }

    fn update_average(&mut self) {
        let total: i32 = self.list.iter().sum();
        self.average = total as f64 / self.list.len() as f64;
    }
}

示例 17-2：公共方法的实现 在 AveragedCollection 上添加、删除和平均

公共方法 add、remove 和 average 是访问或修改 AveragedCollection 实例中的数据的唯一方法。当使用 add 方法将项目添加到 list 或使用 remove 方法删除项目时，每个项目的实现都会调用私有 update_average 方法，该方法也会处理 average 字段的更新。

我们将 list 和 average 字段保留为私有字段，因此外部代码无法直接在 list 字段中添加或删除项目;否则，当列表 变化。average 方法返回 average 字段中的值，允许外部代码读取 average 但不能修改它。

因为我们已经封装了结构体 AveragedCollection 中，我们可以很容易地在将来改变数据结构等方面。例如，我们可以使用 HashSet<i32> 而不是 Vec<i32> 用于列表字段。只要签名加上， remove 和 average 公共方法保持不变，代码使用 AveragedCollection 不需要更改即可进行编译。如果我们使 list public 来代替，则不一定是这种情况：HashSet<i32> 和 Vec<i32> 有不同的方法来添加和删除项目，因此如果外部代码直接修改列表，则可能必须更改。

如果封装是一门语言被认为是面向对象的必要方面，那么 Rust 就满足了这个要求。对代码的不同部分使用 pub 或不使用 pub 的选项支持封装实现详细信息。

继承是一种机制，通过这种机制，一个对象可以从另一个对象的定义中继承元素，从而获得父对象的数据和行为，而无需再次定义它们。

如果一种语言必须具有继承才能成为面向对象语言，那么 Rust 就不是。如果不使用宏，就无法定义继承父结构的字段和方法实现的结构。

但是，如果你习惯了在编程工具箱中使用继承，你可以使用 Rust 中的其他解决方案，这取决于你最初寻求继承的原因。

选择继承有两个主要原因。一个用于代码的重用：您可以为一种类型实现特定行为，而继承使您能够为不同的类型重用该实现。你可以在 Rust 代码中使用默认的 trait 方法实现以有限的方式做到这一点，你在示例 10-14 中看到的，当我们在 Summary trait 上添加了 summarize 方法的默认实现时。任何实现 Summary trait 的类型都将具有 summarize 方法，而无需任何其他代码。这类似于具有方法实现的父类，而继承的子类也具有该方法的实现。当我们实现 Summary trait 时，我们还可以覆盖 summarize 方法的默认实现，这类似于子类覆盖从父类继承的方法的实现。

使用继承的另一个原因与类型系统有关：使子类型能够在与父类型相同的位置使用。这也称为多态性，这意味着如果多个对象具有某些特征，则可以在运行时相互替换多个对象。

多态性

对许多人来说，多态性是继承的同义词。但它实际上是一个更通用的概念，指的是可以处理多种类型数据的代码。对于继承，这些类型通常是 subclass。

相反，Rust 使用泛型来抽象不同的可能类型和 trait 边界，以对这些类型必须提供的内容施加约束。这有时称为有界参数多态性。

最近，继承作为许多编程语言的编程设计解决方案已经不再受欢迎，因为它经常面临共享不必要的代码的风险。子类不应该总是共享其父类的所有特征，而是应该与继承共享。这可能会使程序的设计不太灵活。它还引入了在子类上调用方法的可能性，这些方法没有意义，或者由于方法不适用于子类而导致错误。此外，一些语言只允许单一继承（意味着一个子类只能从一个类继承），进一步限制了程序设计的灵活性。

由于这些原因，Rust 采用了不同的方法，即使用 trait 对象而不是继承。让我们看看 trait 对象如何在 Rust 中实现多态性。

Rust 编程语言

面向对象语言的特征

对象包含数据和行为

隐藏实现细节的封装

作为类型系统和代码共享的继承

多态性