《Thinking in Java》学习笔记——第一章：对象入门

第一章：对象入门
思考对象的时候，需要采用形象思维，而不是程序化的思维。
1.1 抽象的进步
所有编程语言的最终目的都是提供一种“抽象”方法。一种较有争议的说法是：解决问题的复杂程度直接取决于抽象的种类及质量。这儿的“种类”是指准备对什么进行“抽象”？OOP 允许我们根据问题来描述问题，而不是根据方案。然而，仍有一个联系途径回到计算机。每个对象都类似一台小计算机；它们有自己的状态，而且可要求它们进行特定的操作。与现实世界的“对象”或者“物体”相比，编程“对象”与它们也存在共通的地方：它们都有自己的特征和行为。
(1) 所有东西都是对象。可将对象想象成一种新型变量；它保存着数据，但可要求它对自身进行操作。理论上讲，可从要解决的问题身上提出所有概念性的组件，然后在程序中将其表达为一个对象。
(2) 程序是一大堆对象的组合；通过消息传递，各对象知道自己该做些什么。为了向对象发出请求，需向那个对象“发送一条消息”。更具体地讲，可将消息想象为一个调用请求，它调用的是从属于目标对象的一个子例程或函数。
(3) 每个对象都有自己的存储空间，可容纳其他对象。或者说，通过封装现有对象，可制作出新型对象。所以，尽管对象的概念非常简单，但在程序中却可达到任意高的复杂程度。
(4) 每个对象都有一种类型。根据语法，每个对象都是某个“类”的一个“实例”。其中，“类”（Class）是“类型”（Type）的同义词。一个类最重要的特征就是“能将什么消息发给它？”。
(5) 同一类所有对象都能接收相同的消息。这实际是别有含义的一种说法，大家不久便能理解。由于类型为“圆”（Circle）的一个对象也属于类型为“形状”（Shape）的一个对象，所以一个圆完全能接收形状消息。这意味着可让程序代码统一指挥“形状”，令其自动控制所有符合“形状”描述的对象，其中自然包括“圆”。这一特性称为对象的“可替换性”，是OOP 最重要的概念之一。
1.2 对象的接口
在Simula-67 中，首次用到了class 这个关键字，它为程序引入了一个全新的类型（class 和type 通常可互换使用，有些人进行了进一步的区分，他们强调“类型”决定了接口，而“类”是那个接口的一种特殊实现方式。
每个对象仅能接受特定的请求。我们向对象发出的请求是通过它的“接口”（Interface）定义的，对象的“类型”或“类”则规定了它的接口形式。“类型”与“接口”的等价或对应关系是面向对象程序设计的基础。
在这个例子中，类型／类的名称是Light，可向Light 对象发出的请求包括包括打开（on）、关闭（off）、变得更明亮（brighten ）或者变得更暗淡（dim）。通过简单地声明一个名字（lt），我们为Light 对象创建了一个“句柄”。然后用new 关键字新建类型为Light 的一个对象。再用等号将其赋给句柄。为了向对象发送一条消息，我们列出句柄名（lt），再用一个句点符号（.）把它同消息名称（on）连接起来。
1.3 实现方案的隐藏
“接口”（Interface）规定了可对一个特定的对象发出哪些请求。然而，必须在某个地方存在着一些代码，以便满足这些请求。这些代码与那些隐藏起来的数据便叫作“隐藏的实现”。
Java 采用三个显式（明确）关键字以及一个隐式（暗示）关键字来设置类边界：public，private，protected 以及暗示性的friendly。若未明确指定其他关键字，则默认为后者。这些关键字的使用和含义都是相当直观的，它们决定了谁能使用后续的定义内容。“public”（公共）意味着后续的定义任何人均可使用。而在另一方面，“private”（私有）意味着除您自己、类型的创建者以及那个类型的内部函数成员，其他任何人都不能访问后续的定义信息。private 在您与客户程序员之间竖起了一堵墙。若有人试图访问私有成员，就会得到一个编译期错误。“friendly ”（友好的）涉及“包装”或“封装”（Package）的概念——即Java 用来构建库的方法。若某样东西是“友好的”，意味着它只能在这个包装的范围内使用（所以这一访问级别有时也叫作“包装访问”）。“protected”（受保护的）与“private”相似，只是一个继承的类可访问受保护的成员，但不能访问私有成员。
1.4 方案的重复使用
为重复使用一个类，最简单的办法是仅直接使用那个类的对象。但同时也能将那个类的一个对象置入一个新类。我们把这叫作“创建一个成员对象”。新类可由任意数量和类型的其他对象构成。无论如何，只要新类达到了设计要求即可。这个概念叫作“组织”——在现有类的基础上组织一个新类。有时，我们也将组织称作“包含”关系，比如“一辆车包含了一个变速箱”。
继承会大大增加程序的复杂性，相反，新建类的时候，首先应考虑“组织”对象；这样做显得更加简单和灵活。利用对象的组织，我们的设计可保持清爽。
1.5 继承：重新使用接口
使用继承时，相当于创建了一个新类。这个新类不仅包含了现有类型的所有成员（尽管private 成员被隐藏起来，且不能访问），但更重要的是，它复制了基础类的接口。也就是说，可向基础类的对象发送的所有消息亦可原样发给衍生类的对象。根据可以发送的消息，我们能知道类的类型。这意味着衍生类具有与基础类相同的类型！
有两种做法可将新得的衍生类与原来的基础类区分开。第一种做法十分简单：为衍生类添加新函数（功能）。这些新函数并非基础类接口的一部分。进行这种处理时，一般都是意识到基础类不能满足我们的要求，所以需要添加更多的函数。这是一种最简单、最基本的继承用法，大多数时候都可完美地解决我们的问题。然而，事先还是要仔细调查自己的基础类是否真的需要这些额外的函数。
1.5.1 改善基础类
尽管extends 关键字暗示着我们要为接口“扩展”新功能，但实情并非肯定如此。为区分我们的新类，第二个办法是改变基础类一个现有函数的行为。我们将其称作“改善”那个函数。为改善一个函数，只需为衍生类的函数建立一个新定义即可。我们的目标是：“尽管使用的函数接口未变，但它的新版本具有不同的表现”。
1.5.2 等价与类似的关系
在许多时候，我们必须为衍生类型加入新的接口元素。所以不仅扩展了接口，也创建了一种新类型。这种新类型仍可替换成基础类型，但这种替换并不是完美的，因为不可在基础类里访问新函数。我们将其称作“类似”关系；新类型拥有旧类型的接口，但也包含了其他函数，所以不能说它们是完全等价的。
1.6 多形对象的互换使用
凡是doStuff()能发给一个Shape 的消息，Circle 也能接收。所以这样做是安全的，不会造成错误。我们将这种把衍生类型当作它的基本类型处理的过程叫做“Upcasting”（上溯造型）。其中，“cast”（造型）是指根据一个现成的模型创建；而“Up”（向上）表明继承的方向是从“上面”来的——即基础类位于顶部，而衍生类在下方展开。所以，根据基础类进行造型就是一个从上面继承的过程，即“Upcasting”。在面向对象的程序里，通常都要用到上溯造型技术。这是避免去调查准确类型的一个好办法。
1.6.1 动态绑定
在doStuff()的代码里，最让人吃惊的是尽管我们没作出任何特殊指示，采取的操作也是完全正确和恰当的。我们知道，为Circle 调用draw()时执行的代码与为一个Square 或Line 调用draw()时执行的代码是不同的。但在将draw()消息发给一个匿名Shape 时，根据Shape 句柄当时连接的实际类型，会相应地采取正确的操作。这当然令人惊讶，因为当Java 编译器为doStuff()编译代码时，它并不知道自己要操作的准确类型是什么。尽管我们确实可以保证最终会为Shape 调用erase()，为Shape 调用draw()，但并不能保证为特定的Circle，Square 或者Line 调用什么。然而最后采取的操作同样是正确的，这是怎么做到的呢？将一条消息发给对象时，如果并不知道对方的具体类型是什么，但采取的行动同样是正确的，这种情况就叫作“多形性”（Polymorphism）。对面向对象的程序设计语言来说，它们用以实现多形性的方法叫作“动态绑定”。编译器和运行期系统会负责对所有细节的控制；我们只需知道会发生什么事情，而且更重要的是，如何利用它帮助自己设计程序。
1.6.2 抽象的基础类和接口
设计程序时，我们经常都希望基础类只为自己的衍生类提供一个接口。也就是说，我们不想其他任何人实际创建基础类的一个对象，只对上溯造型成它，以便使用它们的接口。为达到这个目的，需要把那个类变成“抽象”的——使用abstract 关键字。若有人试图创建抽象类的一个对象，编译器就会阻止他们。这种工具可有效强制实行一种特殊的设计。亦可用abstract 关键字描述一个尚未实现的方法——作为一个“根”使用，指出：“这是适用于从这个类继承的所有类型的一个接口函数，但目前尚没有对它进行任何形式的实现。”抽象方法也许只能在一个抽象类里创建。继承了一个类后，那个方法就必须实现，否则继承的类也会变成“抽象”类。通过创建一个抽象方法，我们可以将一个方法置入接口中，不必再为那个方法提供可能毫无意义的主体代码。
interface（接口）关键字将抽象类的概念更延伸了一步，它完全禁止了所有的函数定义。“接口”是一种相当有效和常用的工具。另外如果自己愿意，亦可将多个接口都合并到一起（不能从多个普通class 或abstract class 中继承）。
1.7 对象的创建和存在时间
1.7.1 集合与继承器
1.7.2 单根结构
所有类最终都从单独一个基础类继承
1.7.3 集合库与方便使用集合
由于集合是我们经常都要用到的一种工具，所以一个集合库是十分必要的，Java 提供了这样的一个库。
下溯造型与模板通用性，也即是泛型（generic），java1.2中尚未实现
1.7.4 清除时的困境：由谁负责清除？
垃圾收集器（gc），对效率和灵活性上的平衡，关于内存部分，我没读懂，基础知识不够。
1.8 违例控制：解决错误
这里的“违例”
（Exception）属于一个特殊的对象，它会从产生错误的地方“扔”或“掷”出来。随后，这个违例会被设计用于控制特定类型错误的“违例控制器”捕获。在情况变得不对劲的时候，可能有几个违例控制器并行捕获对应的违例对象。由于采用的是独立的执行路径，所以不会干扰我们的常规执行代码。这样便使代码的编写变得更加简单，因为不必经常性强制检查代码。除此以外，“掷”出的一个违例不同于从函数返回的错误值，也不同于由函数设置的一个标志。那些错误值或标志的作用是指示一个错误状态，是可以忽略的。但违例不能被忽略，所以肯定能在某个地方得到处置。最后，利用违例能够可靠地从一个糟糕的环境中恢复。此时一般不需要退出，我们可以采取某些处理，恢复程序的正常执行。显然，这样编制出来的程序显得更加可靠。
1.9 多线程
在计算机编程中，一个基本的概念就是同时对多个任务加以控制。许多程序设计问题都要求程序能够停下手头的工作，改为处理其他一些问题，再返回主进程。在一个程序中，这些独立运行的片断叫作“线程”（Thread），利用它编程的概念就叫作“多线程处理”。根据前面的论述，大家可能感觉线程处理非常简单。但必须注意一个问题：共享资源！如果有多个线程同时运行，而且它们试图访问相同的资源，就会遇到一个问题。举个例子来说，两个进程不能将信息同时发送给一台打印机。为解决这个问题，对那些可共享的资源来说（比如打印机），它们在使用期间必须进入锁定状态。所以一个线程可将资源锁定，在完成了它的任务后，再解开（释放）这个锁，使其他线程可以接着使用同样的资源。
Java 的多线程机制已内建到语言中，这使一个可能较复杂的问题变得简单起来。对多线程处理的支持是在对象这一级支持的，所以一个执行线程可表达为一个对象。Java 也提供了有限的资源锁定方案。它能锁定任何对象占用的内存（内存实际是多种共享资源的一种），所以同一时间只能有一个线程使用特定的内存空间。为达到这个目的，需要使用synchronized 关键字。其他类型的资源必须由程序员明确锁定，这通常要求程序员创建一个对象，用它代表一把锁，所有线程在访问那个资源时都必须检查这把锁。
1.10 永久性
Java 1.1 提供了对“有限永久性”的支持，这意味着我们可将对象简单地保存到磁盘上，以后任何时间都可取回。之所以称它为“有限”的，是由于我们仍然需要明确发出调用，进行对象的保存和取回工作。这些工作不能自动进行。在Java 未来的版本中，对“永久性”的支持有望更加全面。
1.11 java和英特网
客户端/服务器计算与客户端编程
1.12 分析与设计
1.12.1 不要迷失
在整个开发过程中，最重要的事情就是：不要将自己迷失！
假如你正在考察一种特殊的方法，其中包含了大量细节，并推荐了许多步骤和文档，那么仍然很难正确判断自己该在何时停止。时刻提醒自己注意以下几个问题：
(1) 对象是什么？（怎样将自己的项目分割成一系列单独的组件？）
(2) 它们的接口是什么？（需要将什么消息发给每一个对象？）
在确定了对象和它们的接口后，便可着手编写一个程序。出于对多方面原因的考虑，可能还需要比这更多的说明及文档，但要求掌握的资料绝对不能比这还少。
1.12.2 阶段0：拟出一个计划
第一步是决定在后面的过程中采取哪些步骤。我觉得假如能在整个过程中设置几个标志，或者“路标”，将更有益于你集中注意力。这恐怕比单纯地为了“完成工作”而工作好得多。至少，在达到了一个又一个的目标，经过了一个接一个的路标以后，可对自己的进度有清晰的把握，干劲也会相应地提高，不会产生“路遥漫漫无期”的感觉。在这个阶段，可能要决定一些必要的附加处理结构。
1.12.3 阶段1：要制作什么？
在上一代程序设计中（即“过程化或程序化设计”），这个阶段称为“建立需求分析和系统规格”。当然，那些操作今天已经不再需要了，或者至少改换了形式。大量令人头痛的文档资料已成为历史。但当时的初衷是好的。需求分析的意思是“建立一系列规则，根据它判断任务什么时候完成，以及客户怎样才能满意”。系统规格则表示“这里是一些具体的说明，让你知道程序需要做什么（而不是怎样做）才能满足要求”。需求分析实际就是你和客户之间的一份合约（即使客户就在本公司内部工作，或者是其他对象及系统）。系统规格是对所面临问题的最高级别的一种揭示，我们依据它判断任务是否完成，以及需要花多长的时间。由于这些都需要取得参与者的一致同意，所以我建议尽可能地简化它们——最好采用列表和基本图表的形式——以节省时间。可能还会面临另一些限制，需要把它们扩充成为更大的文档。
我们特别要注意将重点放在这一阶段的核心问题上，不要纠缠于细枝末节。这个核心问题就是：决定采用什么系统。对这个问题，最有价值的工具就是一个名为“使用条件”的集合。对那些采用“假如⋯⋯，系统该怎样做？”形式的问题，这便是最有说服力的回答。例如，“假如客户需要提取一张现金支票，但当时又没有这么多的现金储备，那么自动取款机该怎样反应？”对这个问题，“使用条件”可以指示自动取款机在那种“条件”下的正确操作。
应尽可能总结出自己系统的一套完整的“使用条件”或者“应用场合”。一旦完成这个工作，就相当于摸清了想让系统完成的核心任务。由于将重点放在“使用条件”上，一个很好的效果就是它们总能让你放精力放在最关键的东西上，并防止自己分心于对完成任务关系不大的其他事情上面。也就是说，只要掌握了一套完整的“使用条件”，就可以对自己的系统作出清晰的描述，并转移到下一个阶段。在这一阶段，也有可能无法完全掌握系统日后的各种应用场合，但这也没有关系。只要肯花时间，所有问题都会自然而然暴露出来。不要过份在意系统规格的“完美”，否则也容易产生挫败感和焦燥情绪。
只要亲自试着做一做，就会发现这是多么有用的一个工具；有些时候，它能帮助你完成绝大多数的工作。尽管仍处在初级阶段，但这时的一些日程安排也可能会非常管用。我们现在对自己要构建的东西应该有了一个较全面的认识，所以可能已经感觉到了它大概会花多长的时间来完成。
1.12.4 阶段2：如何构建？
在这一阶段，必须拿出一套设计方案，并解释其中包含的各类对象在外观上是什么样子，以及相互间是如何沟通的。此时可考虑采用一种特殊的图表工具：“统一建模语言”（UML）。请到http://www.rational.com去下载一份UML 规格书。作为第1 阶段中的描述工具，UML 也是很有帮助的。此外，还可用它在第2 阶段中处理一些图表（如流程图）。当然并非一定要使用UML，但它对你会很有帮助，特别是在希望描绘一张详尽的图表，让许多人在一起研究的时候。我们真正需要关心的是最终找出所有的对象。能早些发现当然好，但OOP 提供了足够完美的结构，以后再找出它们也不迟。
1.12.5 阶段3：开始创建
读这本书的可能是程序员，现在进入的正是你可能最感兴趣的阶段。由于手头上有一个计划——无论它有多么简要，而且在正式编码前掌握了正确的设计结构，所以会发现接下去的工作比一开始就埋头写程序要简单得多。而这正是我们想达到的目的。让代码做到我们想做的事情，这是所有程序项目最终的目标。
作为真正的程序员，这并非可有可无的一种素质。全面的思考、周密的准备、良好的构造不仅使程序更易构建与调试，也使其更易理解和维护，而那正是一套软件赢利的必要条件。
1.12.6 阶段4：校订
事实上，整个开发周期还没有结束，现在进入的是传统意义上称为“维护”的一个阶段。“维护”是一个比较暧昧的称呼，可用它表示从“保持它按设想的轨道运行”、“加入客户从前忘了声明的功能”或者更传统的“除掉暴露出来的一切臭虫”等等意思。所以大家对“维护”这个词产生了许多误解，有的人认为：凡是需要“维护”的东西，必定不是好的，或者是有缺陷的！因为这个词说明你实际构建的是一个非常“原始”的程序，以后需要频繁地作出改动、添加新的代码或者防止它的落后、退化等。因此，我们需要用一个更合理的词语来称呼以后需要继续的工作。
1.12.7 计划的回报
如果没有仔细拟定的设计图，当然不可能建起一所房子。如建立的是一所狗舍，尽管设计图可以不必那么详尽，但仍然需要一些草图，以做到心中有数。软件开发则完全不同，它的“设计图”（计划）必须详尽而完备。在很长的一段时间里，人们在他们的开发过程中并没有太多的结构，但那些大型项目很容易就会遭致失败。通过不断的摸索，人们掌握了数量众多的结构和详细资料。但它们的使用却使人提心吊胆在意——似乎需要把自己的大多数时间花在编写文档上，而没有多少时间来编程（经常如此）。我希望这里为大家讲述的一切能提供一条折衷的道路。需要采取一种最适合自己需要（以及习惯）的方法。不管制订出的计划有多么小，但与完全没有计划相比，一些形式的计划会极大改善你的项目。请记住：根据估计，没有计划的50％以上的项目都会失败！
1.13 java还是C++
如你所选