Perl 6 程式設計教學:類別和物件

PUBLISHED ON DEC 19, 2017 — PROGRAMMING

物件導向程式設計 (object-oriented programming) 是目前主流的程式設計模範 (paradigm),大部分主流的程式語言都支援物件導向程式。本文介紹 Perl 6 的物件系統。

十分鐘的物件導向概論

很多語言都直接在語法機制中支援物件導向,然而,每個語言支援的物件導向特性略有不同,像 C++ 的物件系統相當完整,而 Perl 5 在引入 Moose 前的物件系統則相對原始。物件導向在理論上是和語言無關的程式設計模式,但在實務上卻受到語言特性的影響。學習物件導向時,除了學習在某個特定語言下的實作方式外,更應該學習其抽象層次的思維,有時候,暫時放下實作細節,從更高的視角看物件及物件間訊息的流動,對於學習物件導向有相當的幫助。

物件導向是一種將程式碼以更高的層次組織起來的方法。大部分的物件導向以類別 (class) 為基礎,透過類別可產生實際的物件 (object) 或實體 (instance) ,類別和物件就像是餅乾模子和餅乾的關係,透過同一個模子可以產生很多片餅乾。物件擁有屬性 (field) 和方法 (method),屬性是其內在狀態,而方法是其外在行為。透過物件,狀態和方法是連動的,比起傳統的程序式程式設計,更容易組織程式碼。

許多物件導向語言支援封裝 (encapsulation),透過封裝,程式設計者可以決定物件的那些部分要對外公開,那些部分僅由內部使用,封裝不僅限於靜態的資料,決定物件應該對外公開的行為也是封裝。當多個物件間互動時,封裝可使得程式碼容易維護,反之,過度暴露物件的內在屬性和細部行為會使得程式碼相互糾結,難以除錯。

物件間可以透過組合 (composition) 再利用程式碼。物件的屬性不一定要是基本型別,也可以是其他物件。組合是透過有… (has-a) 關係建立物件間的關連。例如,汽車物件有引擎物件,而引擎物件本身又有許多的狀態和行為。繼承 (inheritance) 是另一個再利用程式碼的方式,透過繼承,子類別 (child class) 可以再利用父類別 (parent class) 的狀態和行為。繼承是透過是… (is-a) 關係建立物件間的關連。例如,研究生物件是學生物件的特例。然而,過度濫用繼承,容易使程式碼間高度相依,造成程式難以維護。可參考組合勝過繼承 (composition over inheritance) 這個指導原則來設計自己的專案。

透過多型 (polymorphism) 使用物件,不需要在意物件的實作,只需依照其公開介面使用即可。例如,我們想用汽車物件執行開車這項行為,不論使用 Honda 汽車物件或是 Ford 汽車物件,都可以執行開車這項行為,而不需在意不同汽車物件間的實作差異。多型有許多種形式,如:

  • 特定多態 (ad hoc polymorphism):
    • 函數重載 (functional overloading):同名而不同參數型別的方法 (method)
    • 運算子重載 (operator overloading) : 對不同型別的物件使用相同運算子 (operator)
  • 泛型 (generics):對不同型別使用相同實作
  • 子類型 (Subtyping):不同子類別共享相同的公開介面,不同語言有不同的繼承機制

以物件導向實作程式,需要從宏觀的角度來思考,不僅要設計單一物件的公開行為,還有物件間如何互動,以達到良好且易於維護的程式碼結構。除了閱讀本書或其他程式設計的書籍以學習如何實作物件外,可閱讀關於物件導向分析及設計 (object-oriented analysis and design) 或是設計模式 (design pattern) 的書籍,以增進對物件導向的了解。

建立類別和物件

使用 class 可以建