关于面向对象的哲学体系及科学体系的探讨.docx
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关于面向对象的哲学体系及科学体系的探讨
OO真经——关于面向对象的哲学体系及科学体系的探讨（上）
作者:
T2噬菌体 来源:
博客园 发布时间:
2009-04-0910:
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序言Perface
真经第一章：
世界Waltanschauung
真经第二章：
抽象Abstraction
真经第三章：
层次Arrangement
真经第四章：
继承Inheritance
真经第五章：
耦合Couple
真经第六章：
运作Moving
真经第七章：
建造Build
真经第八章：
刻画Delineate
真经第九章：
模式Pattern
真经第十章：
悟道Doctrine
后记Afterword
参考文献Reference
序言Perface
“佛曰：
苦海无涯，回头是岸。
——佛教用语”
面向对象（Object-Oriented），这是一条令无数开发人员魂牵梦绕的短语。
几乎每个软件分析师、设计师和程序员都时刻将它铭记于心，对它顶礼膜拜。
然而，对大多数人来说，它又像是天边的霞光，可望而不可及，无数次伸出双手，总是抓不住这虚无缥缈的圣物。
于是，我们依然每天将面向对象高高供其，却始终无法悟得其道，更不要谈娴熟运用其道法了。
面向对象像一滩苦海，无数人游弋其中，却久久不得其要领；类、对象、继承、多态、接口、UML、设计模式……无数概念看得我们眼花缭乱，却也悟不透其真谛。
佛教有云：
苦海无涯，回头是岸。
如果置身苦海中无法脱离，那么，我们是否应该提高一个层面去看这片苦海：
从哲学及科学的角度，去审视面向对象。
曾有人说：
艺术的极致是科学，科学的极致是哲学。
此话不无道理，牛顿、爱因斯坦等科学界泰斗，在其后期都不约而同地转向哲学研究。
当然，这里本人无意更不敢将自己与上面两位大师相提并论，而且本人也不奢求此文能成为一篇颇有思想的佳作。
只不过，本人在平时的实践和思考中，略有小得，于是，在这里拿出，和大家一起分享讨论。
虽然肤浅，但希望本文能成为一丝波纹，为各位脱离苦海提供一点点的推动作用。
真经第一章——世界Weltanschauung
“世界观（德文：
Weltanschauung）意为‘着眼世界之上’，是人们对世界的总的根本的看法。
任何哲学问题的探讨，归其出发点和本源，都是世界观的问题。
什么样的世界观决定了什么样的哲学观点。
——马克思”
我们知道，哲学领域中，最根本的对立是唯物主义和唯心主义的对立，而附属其下，又有许多对立，如形而上学和辩证法的对立、可知论和不可知论的对立等等。
这些对立形成了哲学的基本体系、派别和出发点。
实际上，这些对立，都是世界观的对立。
世界观，简而言之即如何看待这个世界。
世界观是一切哲学问题的本源和出发点。
同样，在程序世界里，也有着不同的世界观。
而这其中最根本的对立便是过程论和对象论的对立，这个对立，衍生出了面向过程和面向对象两种方法论。
于是，要真正理解面向过程和面相对象，我们就不得不先深究一下程序世界中这两种世界观。
首先要提到的是，不论是过程论还是对象论，都承认一点，那就是程序世界本质上只有两种东西——数据和逻辑。
数据天性喜静，构成了程序世界的本体和状态；逻辑天性好动，作用于数据，推动程序世界的演进和发展。
尽管上述观点是统一的，但是在数据和逻辑的存在形式和演进形式上，过程论和对象论的观点截然不同。
过程论认为：
数据和逻辑是分离的、独立的，各自形成程序世界的一个方面（Aspect）。
所谓世界的演变，是在逻辑作用下，数据做改变的一个过程。
这种过程有明确的开始、结束、输入、输出，每个步骤有着严格的因果关系。
过程是相对稳定的、明确的和预定义的，小过程组合成大过程，大过程还可以组合成更大的过程。
所以，程序世界本质是过程，数据作为过程处理对象，逻辑作为过程的形式定义，世界就是各个过程不断进行的总体。
对象论认为：
数据和逻辑不是分离的，而是相互依存的。
相关的数据和逻辑形成个体，这些个体叫做对象（Object），世界就是由一个个对象组成的。
对象具有相对独立性，对外提供一定的服务。
所谓世界的演进，是在某个“初始作用力”作用下，对象间通过相互调用而完成的交互；在没有初始作用力下，对象保持静止。
这些交互并不是完全预定义的，不一定有严格的因果关系，对象间交互是“偶然的”，对象间联系是“暂时的”。
世界就是由各色对象组成，然后在初始作用力下，对象间的交互完成了世界的演进。
上面的描述也许有些不够直观，那么，下面我们通过一个实际的例子，直观感受一下在两种世界观下，对同一件事物是怎么看的。
大家都听过这么个智力题吧：
说有甲、乙、丙三人住店，一间房30。
于是每人10元，共计给店老板30元住进一间房。
后来店老板发现弄错了，房价应该是25元，于是给小二5元让小二退给房客。
小二黑心，贪污了2元，退给甲乙丙每人1元。
这样房客每人付了10-1=9元，三九27，加上小二贪污的2元，共29元，问那1元哪里去了？
不知各位聪明的看官是否已经参透其中玄机。
不过参不透也没有关系，这不是重点，重点是，我们现在来分别用过程论和对象论分析一下这件事。
首先，我们来看看过程论是怎么看这件事情的。
图1.1、过程论看世界
如图1.1所示，这就是过程论下看这件事的样子。
左边是过程的各个步骤，而右边红字表示在每个过程步骤的数据情况，这种数据情况反映了世界当前的状态。
为简单起见，我们只考虑在这个过程中参与分配的数据。
初始时甲乙丙各10元，老板和小二没有钱，这可以认为是这个过程的初始状态，这些数据是输入。
随着各个步骤的进行，数据不断更新，而在每个步骤，数据如何更新、更新多少，都是由步骤严格确定的。
经历五个步骤后，数据变为甲乙丙各1元，老板25元，小二2元，这就是终止状态，也是这个过程的输出。
下面，再来看看对象论下如何看这件事。
图1.2、对象论看世界
对象论眼中，世界是由各种对象组成的，每个对象有自己的数据和逻辑，如图1.2所示。
在这件事里，有五个基本对象：
甲、乙、丙、小二和老板（注意，这里我们还没有提到类和抽象等概念，所以不要让固有思维跳出来，在这里要只认识对象，不认识类等概念。
现在我们只讨论世界观的基本问题：
程序世界的本质，至于更具体的问题，留待后面讨论）。
每个对象有自己的一系列数据和逻辑，这里只列出了我们关心的部分。
然后呢？
没有然后了。
没错，在对象论眼里，这就是这件事的本质模样，这件事所涉及的东西就是这么几个对象，本来它们各自独立，老死不相往来。
只不过在“住店”这个外部驱动力下，几个对象“偶然”、“暂时”互相联系，利用其他对象提供的公开服务，完成了一些交互。
在交互中，各自的数据可能会发生一些变化，但对象的本质没有变。
这里也要注意，这种交互虽然在一定程度上由既定逻辑预定义，但不像过程论认为“万事万物都已注定”，在对象论下，对象间的交互是“偶然的”、“暂时的”，这次五个人因为住店这个外部驱动力交互了一次。
但下次如果魏国和蜀国交战变为驱动力，他们间的交互就不是拿钱给钱了，而是刀兵相见。
所以，对象论不认为“一切都已注定”。
通过上面一个例子，不知各位是否已经明白程序世界中两种世界观看事物的不同。
下面，有一些问题还要明确一下。
I.过程论和对象论是两种看世界的观点，没有孰对孰错、孰好孰坏之分。
II.过程论和对象论不是一种你死我活的绝对对立，而是一种辩证统一的对立，两者相互渗透、在一定情况下可以相互转化，是一种“你中有我、我中有你”的对立。
如果将对象论中的所有交互提取出来而撇开对象，就变成了过程论，而如果对过程论中的数据和逻辑分类封装并建立交互关系，就变成了对象论。
III.过程论相对确定，有利于明晰演进的方向，但当事物过于庞大繁杂，将很难理清思路。
因为过程繁多、过程中又有子过程，容易将整个世界看成一个纷繁交错的过程网，让人无法看清。
IV.对象论相对不确定，但是因为以对象为基本元素，即使很庞大的事物，也可以很好地分离关注，在研究一个对象的交互时，只需要关系与其相关的少数几个对象，不用总是关注整个流程和世界。
但是，对象论也有困难。
例如，如何划分对象才合理？
对于同一个驱动力，为什么不同情况下参与对象和交互流程不一样？
如何确定？
其实，这些困难也正是面向对象技术中的困难。
综上，我们知道在程序世界中，存在着过程论和对象论两种对立的世界观，并且其各有千秋，无法定夺孰好孰坏。
但是，对象论似乎更有助于分析规模较大的事物。
本文是探讨面向对象的，所以，在下文中，都会选择对象论作为世界观。
这种以对象为本的世界观，也是本文后续一切的基础和出发点。
真经第二章——抽象Abstraction
“金、木、水、火、土元素，构成宇宙万物，并作为各种自然现象变化之基础——五行说”
上文探讨了世界观问题。
我们知道，要想真正理解面向对象，首先要用对象论去审视世界。
而在对象论中，万事万物的本源是对象，对象是组成世界的基本元素。
但是，要真正看透一个世界，只有基本元素是不行的。
中国古代的朴素唯物主义哲学中，比较有代表性的是五行说。
五行说认为，世界的基本元素是“金、木、水、火、土”，但若说世界只有“金、木、水、火、土”，也是不成的，所以后续有云：
五行相生相克，相互交织结合，组成了大千世界。
虽然从现代科学角度看，五行说并不完全准确，但其有一点事非常正确的，那就是世界首先有基本元素，然后基本元素还要衍生出各种其它东西。
在第一章中，我们说了在对象论中，对象是组成世界的基本元素，但这还不能构成真正的世界。
下面，我们来看看对象是如何构成和衍生出其它事物的。
和真实世界中构成和衍生方式不同，程序世界中，最重要的衍生方式是抽象。
例如，众所周知的类（Class），就是从对象上首先抽象出来的概念。
下面我们看一看类是怎么来的。
从哲学角度说，先有对象，然后才有类，类和对象是“一般和特殊”这一哲学原理在程序世界中的具体体现。
这可能和很多人的直觉不同，因为在具体写程序时，是先定义类，然后才能实例化对象。
在这里，我们是从哲学层面进行探讨，所以，对象是本源，类的概念是衍生。
为什么？
因为从认识论来说，首先有具体认知能力，才能有抽象认知能力，抽象认知能力是一种高层的，人类特有的认知能力，它使我们可以从大量具体认知中，舍弃个别的、非本质的属性，提取出共同的、本质的属性，是形成概念的必要手段。
还是以住店的故事为例吧。
在我们的世界观中，那个故事涉及了五个对象，刚开始我们没有抽象的概念，而只是从具体认知角度对这五个对象进行认知：
首先是甲，他有头、有身子、有胳膊有腿，头上有眼睛鼻子耳朵，他还有个名字叫刘备，有个身份是顾客……除了这些数据，这个对象还可以做一些事情，可以吃饭、呼吸、喝水，还能给钱和拿钱……好的，一通认知后，我们对甲这个对象有具体认知了；然后，我们对乙进行认知：
他有头、有身子、有胳膊有腿，头上有眼睛鼻子耳朵，他还有个名字叫关羽，有个身份是顾客……除了这些数据，这个对象还可以做一些事情，可以吃饭、呼吸、喝水，还能给钱和拿钱……认知完了，接着是丙、小二和老板……当具体认知足够多后，我们发现一件事情：
这几个对象很相似啊，有相似的数据（但具体值可能不同），有相同的逻辑，于是，我们的抽象认知能力告诉我们，这五个对象很相似，可以看做一类东西，于是，我们给出一个类，叫“人”，并且认为这五个对象都是“人”这个类的具体例子，我们叫其为实例。
以后遇到类似的对象，我们都可以知道，这个对象属于“人”类。
图2.1、“人”类的由来
所以，类其实是抽象认知能力作用于程序世界的基本元素——对象后所衍生出来的抽象概念，是抽象思维在程序世界中物化后的产物。
当然，现实世界中每个对象都有无数的数据和逻辑，但在具体到程序世界时，我们往往只关心具体场景中相关的数据和逻辑。
例如，在住店场景中我们关心现金这则数据，至于这个人力气大不大无所谓；而如果上战场打仗，我们就关心攻击力和力量，现金就不重要了。
知道了类是怎么来的，那么类的作用是什么，我们为什么需要类呢？
类可以帮助我们方便地认识和定义世界中的对象。
这个作用是显而易见的。
例如当今世界有60几亿人，如果不会抽象思维，我们每遇到一个人，都要认知一遍：
啊！
这个对象有眼睛，有耳朵，有鼻子有嘴，有胳膊有腿……要是真这样，世界也太疯狂了。
有了类的概念，我们就可以只记类的数据和逻辑，而对于具体对象，只要知道它属于什么“类”，一切就都知道了，所需要区分的只是不同对象的数据具有不同值而已。
其实，这不仅仅是类的作用，我们进行抽象思维，就是为了这个目的。
这一章叙述了类的哲学本质、衍生过程和作用。
要记住，抽象是形成和衍生概念的基本方法，不只是类，后面的很多概念，都是通过抽象形成的。
所以，我们可以说：
上天只给了这个世界各种对象，但我们用抽象去更好地认识世界。
真经第三章——层次Arrangement
“道生一，一生二，二生三，三生万物——老子”
上文提到，在对象论中，抽象是衍生概念的基本方法。
但是你有没有一个疑问？
所谓抽象，是对许多对象撇开个性，抽出共性，这样，抽象过程就不是确定的、唯一的。
例如，我们在看过很多对象后，发现有一类对象有四个轮子、有发动机、可以驾驶、是可以被意识反映的客观实在。
我们抽象出一个叫“汽车”的类。
这次抽象中，我们将有四个轮子看做了共性，但是，如果撇开这条性质，仅看后三条，摩托车、轮船、飞机都符合，于是，我们又可以抽象出“机动交通工具”类。
再把有发动机撇掉，自行车、脚踏三轮车，甚至马都符合，所以，又得出个“代步工具”类，最后，把可以驾驶也撇掉，只剩下“是可以被意识反映的客观实在”，如果这样，所有物质都符合，这样，就得出一个“物质”类。
这下子困难就来了，你说我家的奔驰应该归到哪一类呢？
我家的奔驰和一只是不是一类东西呢？
如果从前三类看，当然不是，但是从最后一个“物质”类看，又确实是一类东西。
那到底哪一个对？
事情究竟是怎样的？
其实答案很简单：
归到哪一类都正确。
至于后一个问题，无法回答，因为这个问题单独问根本没有意义。
为什么？
关键在于：
抽象是有层次的。
上文说到，对象是基本，我们从对象上抽象出类。
但是，世界可并不是一层对象一层类那么简单，对象抽象出类，在类的基础上可以再进行抽象，抽象出更高层次的类。
所以经过抽象的对象论世界，形成了一个树状结构。
图3.1、抽象层次树示例
图3.1展示了一棵抽象层次树的示例。
不要怀疑，在对象论中，经过初步抽象思维加工后的世界就是这样样子。
本来，世界只有各个具体对象（最底下紫色文字表示的层次），这是第0层，是一切抽象的本源和起始，然后，抽象思维作用其上，抽象出初步的类，然后在既有类和对象的基础上可以再进行抽象……如此归纳下去，最终整个世界归结于树的根节点：
本体。
所谓本体，即万物之源、万物之本，是哲学层面上最高层次的抽象。
在这里，我们将其看成是一个特殊的类，作为抽象层次树的根。
千万不要小看了这棵抽象层次树，如果能参透其中的奥秘，就能明白很多面向对象中的玄机，而且很多问题就都迎刃而解了。
这种抽象层次树理论也是后续诸多内容的理论基础。
例如，OO中重要的概念——继承（Inheritance）和多态（Polymiorphism），如若探究其哲学本源，就是从这里来的。
下面，对这棵树做一些必要的说明。
I.这是一棵单根树，最顶层“本体”为唯一的根，最下层叶子节点为基本对象。
一切中间节点都为类。
II.越往上的类抽象层次越高，具体度越低，其内涵越小，外延越大；越往下的类抽象层次越低，具体度越高，其内涵越大，外延越小。
说明一下，所谓类的内涵，是指类对属于自己的对象的说明力度，而外延是指类能包含的具体对象的总和。
例如，家用电器这个类，其内涵是使用电作为能源并完成特定功能的家用器具，各个电冰箱、洗衣机、电磁炉、游戏机、DVD机等都在其外延之内；而娱乐家用电器这个类，作为比家用电器更低层次的类，其内涵除了“使用电作为能源并完成特定功能的家用器具”外，还要是具有娱乐功能，其内涵明显大了，但外延却缩小了，只包括了各个游戏机、DVD机等对象。
III.抽象层次树不是从根部向下长的，而是从叶子节点向上归纳生成的。
IV.某一个叶子节点所代表的对象可以归入所有其祖先结点所代表的类
V.直接问两个叶子节点属不属于一个类没有意义，而要指定抽象层次才有意义。
例如在较低层，一辆宝马属于汽车，而一只苍蝇属于昆虫，不是一类。
但如果指定在较高层比较，两个都属于具体物质，属于一个类。
VI.我们定义，如果一个节点CNode非叶子节点也非根节点，那么在哲学意义上，这个节点继承于其父节点PNode，并且说PNode是CNode的泛化。
VII.我们定义，如果一个节点CNode非叶子节点也非根节点，如果强行将它看成其任何一个祖先节点ANode，并当做ANode使用，那么在哲学意义上，叫做多态性。
先说明这么多了，随着后续内容的深入，还会有更多丰富的内容进来。
例如，后面会看到，所谓的“里氏代换原则（LSP）”，在哲学本质上不过是在这棵树上所加的一条限制规则，而“面向接口编程”、“低耦合、高内聚”、“依赖倒置”等一系列耳熟能详的短语，归结到哲学上也只是这棵树的一些精化。
另外，看了上面的理论，我想本章开头留下的疑问也已经烟消云散了吧。
再提示一遍，这棵树非常重要，得其精髓，就能理解诸多OO中概念、原则和方法的本质。
后续讨论中，抽象层次树理论将作为重要的理论基础。
真经第四章——继承Inheritance
“子类型必须能够替代掉其父类型——BarbaraLiskov”
这一章我们讨论继承（Inheritance）。
我们先看一看继承在哲学意义上时怎么来的。
对象论的世界观认为，世界的基本元素是对象，我们将抽象思维作用于对象，形成了类的概念，而抽象的层次性形成了抽象层次树的概念。
接着，我们就可以定义：
在抽象层次树上，除根节点和叶子节点外，任一节点CNode非严格继承其所有祖先节点所组成的集合中的任一元素，而CNode严格继承其父节点PNode。
继承概念，看似简单，若深入思考，却隐藏众多玄机。
首先，继承描述的实际是抽象层次树上祖先节点与子孙节点的关系，但我个人一直不赞成使用继承（Inheritance）一词来描述这种关系，而推荐使用泛化（Generalization）一词。
为什么呢？
因为我们已经知道，从哲学和认识论角度来说，是先有对象，然后有类；先有子类，然后有父类，是一种自底向上形成的体系。
而继承一词，明显带有自顶向下的暗示，因为往往是先有爷爷、有父亲继承爷爷、然后才能有儿子继承父亲。
这样，就容易让人误解成是先有父类才有子类。
所以，为了更好的体现继承的哲学本质，我更倾向于使用“泛化”代替“继承”。
当然，由于继承一词已经被普遍使用和接受，接下来我还是会沿用继承一词，只不过希望各位时刻牢记，其实是先有了子类，才从子类泛化出父类。
当然，当父类被抽象出来后，可能还会有新的子类加进来。
但是，当初父类一定是从某些子类中泛化出来的，而不会是凭空突然出现的。
探讨了继承的本质，然后我们来探讨继承存在的意义。
一切存在的东西都是有意义的，否则就不可能存在。
注意，这里的“意义”是中性词，指事物存在的原由，不要理解成褒义。
我们需要继承这个概念，本质上是因为对象论中世界的运作往往是在某一抽象层次上进行的，而不是在最低的基本对象层次上。
举个例子，某人发烧了，对其他人说：
我生病了，要去医院看医生。
这句简短的话中有一个代词“我”和三个名词“病”、“医院”、“医生”。
这四个具有名词性的词语中，除了“我”是运作在世界的最底层——基本对象层外，其他三个都运作在抽象层次，在这个语境中，“病”、“医院”、“医生”都是抽象的，他并没有在医院里拉着某个医生对别人说：
我生了这个，需要去这里看这个。
但是，本质上他确实是生了一个具体的病，要去一个具体的医院看一个具体的医生，那么在哲学上要如何映射这种抽象和具体呢？
就是靠继承，拿医生来说吧，所有继承自“医生”类的类所指的所有具体对象都可以替换掉这里具体的医生，这都不影响这句话语义的正确性。
所以，继承的哲学作用就是：
规定了抽象与具体之间的可映射性。
形式化一点说：
设G（c1,c2）意为c1非严格泛化自c2，I（c,o）意为对象o属于c的外延，其中c1,c2,c均为类，o为对象。
那么，c可在哲学语义上映射成o，当且仅当o∈{o|I（c,o）}∪{o|I（c’,o）且G（c,c’）}
如果你讨厌看形式化的东西，那么上面蓝色文字不看也罢，但是，有一条原则你一定很感兴趣，那就是著名的开放-关闭原则（OCP）。
开放-关闭原则（OCP）：
软件实体应该可以扩展，但不可以修改。
为什么忽然扯到OCP呢？
因为，OCP正是上文讨论的哲学原理在程序世界的具体表述。
我们来对比看一下，到底OCP是个什么意思。
还是上面看病那个例子，什么叫可以扩展？
就是说，因为在某个抽象层次是进行表述，就不能把话说死了，不能全是这个、那个的把每个对象都指派明白。
如，那句话改成“我的右脚扭到了，要去北京航空航天大学医院去看胡青牛医生”，这句话就没有扩展性可言了，所有话都说死了，你如果去的是北医三院或临沂市人民医院，那么语义就不对了，而如果找的不是胡青牛而是华佗或扁鹊，语义也不对了。
为什么无法扩展？
因为所有点都指定了具体的对象。
而原话“我生病了，要去医院看医生”则扩展性很大，因为只要不违反可映射性定义，映射到任何符合条件的对象都正确。
扩展性和灵活性大大提高了。
所以，“可以扩展”四字从哲学上其实是要我们在设计和开发软件时提高抽象层次，不要总在具体对象层面上进行处理。
这下，你明白为什么说OCP可以提高软件的可扩展性和灵活性了吧。
再来说说“不可以修改”，因为如果随便乱改，那就天下大乱了。
还是医院那个例子，“医院”这个类所映射到的对象，一定是治病的地方。
如果这东西随便改，例如明天“医院”和“食堂”的概念对换了，那麻烦了，我们所有人都要改，要把两个概念从脑子中对换过来，全世界的书、报纸、Internet……凡是依赖这两者进行表述的地方都要改，那不是天下大乱么？
软件世界中也会发生这种牵一发而动全身的问题。
所以我们提倡设计好的类一定要“对修改关闭”。
以上，就是OCP的哲学意义。
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