17.1 Rust的面向对象的编程特性

17.1.0 什么是面向对象的编程特性？

面向对象编程（Object-oriented programming，简称 OOP）是一种程序建模方法。对象作为编程概念在编程语言 Simula 中引入。这些对象影响了 Alan Kay 的编程架构，其中对象相互传递消息。为了描述这种架构，他在 1967 年创造了面向对象编程这个术语。

核心概念

对象（Object）
- 程序的基本单位，包含属性（状态）和行为（操作）。
类（Class）
- 对象的模板，定义了属性和行为。
封装（Encapsulation）
- 将数据和操作绑定在一起，隐藏内部细节，通过接口与外部交互。
继承（Inheritance）
- 子类继承父类的属性和行为，提高代码重用性。
多态（Polymorphism）
- 相同的接口表现出不同的行为，包括方法重载和重写。
抽象（Abstraction）
- 只关注必要部分，忽略复杂实现，通过类或接口提供高层次设计。

面向对象编程的优势

模块化和可维护性：代码易于维护和扩展。
代码重用性：通过继承和抽象减少重复代码。
易于扩展：新功能可轻松添加。
现实建模：贴近现实世界概念。
数据安全性：通过封装保护数据，增强安全性。

17.1.1 Rust 的面向对象编程特点

对于一种语言必须具备哪些特性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。OOP 通常包括对象、封装和继承等特性。

面向对象编程有很多种定义，而这些定义有很多是相互矛盾的。其中有一些定义能够把 Rust 划为面向对象编程的语言，而另外一部分定义则不这样认为。

在第 13 章中我们说过了 Rust 函数式编程的特性，但 Rust 既不是传统的面向对象编程语言，也不是纯函数式编程语言。它是一个多范式编程语言，结合了函数式编程和面向对象编程的一些特点。

对象包含数据和行为

Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides（这四人通俗地被称为“四人帮”）所著的 Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software（《设计模式：可重用面向对象软件的元素》）是一本关于设计模式的经典著作。它这样定义 OOP：

面向对象的程序是由对象组成的。对象封装了数据和操作该数据的过程。这些过程通常称为方法或操作。

基于这个定义，Rust 是面向对象的：struct、enum 包含数据，impl 块为之提供了方法。但在 Rust 里带有方法的 struct 和 enum 并没有称之为对象。

封装

封装指的是调用对象外部的代码无法直接访问对象内部的实现细节，唯一可以与对象进行交互的方法就是通过它公开的 API。

Rust 通过 pub 关键字来决定代码中哪些模块、类型、函数或者是方法是公开的。而默认情况下它们都是私有的。

看个例子：

#![allow(unused)]
fn main() {
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;
    }
}
}

该结构体被标记为 pub 以便其他代码可以使用它，但该结构中的字段仍然是私有的。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。直接给字段改值做不到这一点，所以不能让用户能够修改其字段值。我们通过在结构体上实现 add、remove 和 average 方法来实现。

继承

继承是指使对象可以沿用另外一个对象的数据与行为，且无需重复定义相关的代码。Rust 并不支持这个特性。

通常使用继承的原因是代码复用和多态。

针对代码复用，Rust 提供了默认 trait 方法来进行代码共享。 在 trait 中某个方法有默认实现，那么任何实现了这个 trait 的类型就会自动拥有这个方法。这和面向对象很类似，在面向对象语言中，父类中实现的方法就可以被继承它的子类拥有。当实现某个 trait 时，还可以覆盖 trait 的默认实现，这类似于子类覆盖从父类继承的方法的实现。
多态指期望某个类型能够被应用在需要父类型的地方，换句话说，就是如果一些对象拥有某些共同的特征，那么这些对象就可以在运行时相互替换。 Rust 通过泛型和 trait bound（trait 约束）实现了这一点：泛型使得逻辑可以更好地脱离于实际的数据类型，并使用 trait bound 来决定能使用此逻辑的类型必须提供的某些具体特性，这一技术也称为限定参数多态（bounded parametric polymorphism）。

现在其实很多语言都不使用继承作为内置的程序设计方案了。 因为它经常面临共享过多代码的风险。子类不应该总是共享其父类的所有特征，但可以通过继承来实现。这会降低程序设计的灵活性。它还引入了在子类上调用没有意义或导致错误的方法的可能性，因为这些方法不适用于子类。此外，有些语言只允许单继承（即子类只能从一个类继承），这进一步限制了程序设计的灵活性。

Keyboard shortcuts

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