Shikong/trpl-zh-cn
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<title>什么是面向对象 - Rust 程序设计语言 简体中文版</title>
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<meta name="description" content="Rust 程序设计语言 简体中文版">
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<!-- Set the theme before any content is loaded, prevents flash -->
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<ul class="chapter"><li><a href="ch01-00-introduction.html"><strong>1.</strong> 介绍</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch01-01-installation.html"><strong>1.1.</strong> 安装</a></li><li><a href="ch01-02-hello-world.html"><strong>1.2.</strong> Hello, World!</a></li></ul></li><li><a href="ch02-00-guessing-game-tutorial.html"><strong>2.</strong> 猜猜看教程</a></li><li><a href="ch03-00-common-programming-concepts.html"><strong>3.</strong> 通用编程概念</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch03-01-variables-and-mutability.html"><strong>3.1.</strong> 变量和可变性</a></li><li><a href="ch03-02-data-types.html"><strong>3.2.</strong> 数据类型</a></li><li><a href="ch03-03-how-functions-work.html"><strong>3.3.</strong> 函数如何工作</a></li><li><a href="ch03-04-comments.html"><strong>3.4.</strong> 注释</a></li><li><a href="ch03-05-control-flow.html"><strong>3.5.</strong> 控制流</a></li></ul></li><li><a href="ch04-00-understanding-ownership.html"><strong>4.</strong> 认识所有权</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch04-01-what-is-ownership.html"><strong>4.1.</strong> 什么是所有权</a></li><li><a href="ch04-02-references-and-borrowing.html"><strong>4.2.</strong> 引用 &amp; 借用</a></li><li><a href="ch04-03-slices.html"><strong>4.3.</strong> Slices</a></li></ul></li><li><a href="ch05-00-structs.html"><strong>5.</strong> 结构体</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch05-01-method-syntax.html"><strong>5.1.</strong> 方法语法</a></li></ul></li><li><a href="ch06-00-enums.html"><strong>6.</strong> 枚举和模式匹配</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch06-01-defining-an-enum.html"><strong>6.1.</strong> 定义枚举</a></li><li><a href="ch06-02-match.html"><strong>6.2.</strong> <code>match</code>控制流运算符</a></li><li><a href="ch06-03-if-let.html"><strong>6.3.</strong> <code>if let</code>简单控制流</a></li></ul></li><li><a href="ch07-00-modules.html"><strong>7.</strong> 模块</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch07-01-mod-and-the-filesystem.html"><strong>7.1.</strong> <code>mod</code>和文件系统</a></li><li><a href="ch07-02-controlling-visibility-with-pub.html"><strong>7.2.</strong> 使用<code>pub</code>控制可见性</a></li><li><a href="ch07-03-importing-names-with-use.html"><strong>7.3.</strong> 使用<code>use</code>导入命名</a></li></ul></li><li><a href="ch08-00-common-collections.html"><strong>8.</strong> 通用集合类型</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch08-01-vectors.html"><strong>8.1.</strong> vector</a></li><li><a href="ch08-02-strings.html"><strong>8.2.</strong> 字符串</a></li><li><a href="ch08-03-hash-maps.html"><strong>8.3.</strong> 哈希 map</a></li></ul></li><li><a href="ch09-00-error-handling.html"><strong>9.</strong> 错误处理</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch09-01-unrecoverable-errors-with-panic.html"><strong>9.1.</strong> <code>panic!</code>与不可恢复的错误</a></li><li><a href="ch09-02-recoverable-errors-with-result.html"><strong>9.2.</strong> <code>Result</code>与可恢复的错误</a></li><li><a href="ch09-03-to-panic-or-not-to-panic.html"><strong>9.3.</strong> <code>panic!</code>还是不<code>panic!</code></a></li></ul></li><li><a href="ch10-00-generics.html"><strong>10.</strong> 泛型、trait 和生命周期</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch10-01-syntax.html"><strong>10.1.</strong> 泛型数据类型</a></li><li><a href="ch10-02-traits.html"><strong>10.2.</strong> trait：定义共享的行为</a></li><li><a href="ch10-03-lifetime-syntax.html"><strong>10.3.</strong> 生命周期与引用有效性</a></li></ul></li><li><a href="ch11-00-testing.html"><strong>11.</strong> 测试</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch11-01-writing-tests.html"><strong>11.1.</strong> 编写测试</a></li><li><a href="ch11-02-running-tests.html"><strong>11.2.</strong> 运行测试</a></li><li><a href="ch11-03-test-organization.html"><strong>11.3.</strong> 测试的组织结构</a></li></ul></li><li><a href="ch12-00-an-io-project.html"><strong>12.</strong> 一个 I/O 项目</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch12-01-accepting-command-line-arguments.html"><strong>12.1.</strong> 接受命令行参数</a></li><li><a href="ch12-02-reading-a-file.html"><strong>12.2.</strong> 读取文件</a></li><li><a href="ch12-03-improving-error-handling-and-modularity.html"><strong>12.3.</strong> 增强错误处理和模块化</a></li><li><a href="ch12-04-testing-the-librarys-functionality.html"><strong>12.4.</strong> 测试库的功能</a></li><li><a href="ch12-05-working-with-environment-variables.html"><strong>12.5.</strong> 处理环境变量</a></li><li><a href="ch12-06-writing-to-stderr-instead-of-stdout.html"><strong>12.6.</strong> 输出到<code>stderr</code>而不是<code>stdout</code></a></li></ul></li><li><a href="ch13-00-functional-features.html"><strong>13.</strong> Rust 中的函数式语言功能</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch13-01-closures.html"><strong>13.1.</strong> 闭包</a></li><li><a href="ch13-02-iterators.html"><strong>13.2.</strong> 迭代器</a></li><li><a href="ch13-03-improving-our-io-project.html"><strong>13.3.</strong> 改进 I/O 项目</a></li><li><a href="ch13-04-performance.html"><strong>13.4.</strong> 性能</a></li></ul></li><li><a href="ch14-00-more-about-cargo.html"><strong>14.</strong> 更多关于 Cargo 和 Crates.io</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch14-01-release-profiles.html"><strong>14.1.</strong> 发布配置</a></li><li><a href="ch14-02-publishing-to-crates-io.html"><strong>14.2.</strong> 将 crate 发布到 Crates.io</a></li><li><a href="ch14-03-cargo-workspaces.html"><strong>14.3.</strong> Cargo 工作空间</a></li><li><a href="ch14-04-installing-binaries.html"><strong>14.4.</strong> 使用<code>cargo install</code>从 Crates.io 安装文件</a></li><li><a href="ch14-05-extending-cargo.html"><strong>14.5.</strong> Cargo 自定义扩展命令</a></li></ul></li><li><a href="ch15-00-smart-pointers.html"><strong>15.</strong> 智能指针</a></li><li><ul class="section"><li><a href="ch15-01-box.html"><strong>15.1.</strong> <code>Box&lt;T&gt;</code>用于已知大小的堆上数据</a></li><li><a href="ch15-02-deref.html"><strong>15.2.</strong> <code>Deref</code> Trait 允许通过引用访问数据</a></li><li><a href="ch15-03-drop.html"><strong>15.3.</strong> <code>Drop</code> Trait 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href="ch17-02-trait-objects.html"><strong>17.2.</strong> trait对象</a></li></ul></li></ul>
</div>
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<div id="content" class="content">
<a class="header" href="#什么是面向对象" name="什么是面向对象"><h2>什么是面向对象？</h2></a>
<blockquote>
<p><a href="https://github.com/rust-lang/book/blob/master/second-edition/src/ch17-01-what-is-oo.md">ch17-01-what-is-oo.md</a>
<br>
commit 2a9b2a1b019ad6d4832ff3e56fbcba5be68b250e</p>
</blockquote>
<p>关于一个语言被称为面向对象所需的功能，在编程社区内并未达成一致意见。Rust 被很多不同的编程范式影响；我们探索了十三章提到的来自函数式编程的特性。面向对象编程语言所共享的一些特性往往是对象、封装和继承。让我们看一下这每一个概念的含义以及 Rust 是否支持他们。</p>
<a class="header" href="#对象包含数据和行为" name="对象包含数据和行为"><h3>对象包含数据和行为</h3></a>
<p><code>Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software</code>这本书被俗称为<code>The Gang of Four book</code>，是面向对象编程模式的目录。它这样定义面向对象编程：</p>
<blockquote>
<p>Object-oriented programs are made up of objects. An <em>object</em> packages both
data and the procedures that operate on that data. The procedures are
typically called <em>methods</em> or <em>operations</em>.</p>
<p>面向对象的程序是由对象组成的。一个<strong>对象</strong>包含数据和操作这些数据的过程。这些过程通常被称为<strong>方法</strong>或<strong>操作</strong>。</p>
</blockquote>
<p>在这个定义下，Rust 是面向对象的：结构体和枚举包含数据而 impl 块提供了在结构体和枚举之上的方法。虽然带有方法的结构体和枚举并不被<strong>称为</strong>对象，但是他们提供了与对象相同的功能，参考 Gang of Four 中对象的定义。</p>
<a class="header" href="#隐藏了实现细节的封装" name="隐藏了实现细节的封装"><h3>隐藏了实现细节的封装</h3></a>
<p>另一个通常与面向对象编程相关的方面是<strong>封装</strong>（<em>encapsulation</em>）的思想：对象的实现细节不能被使用对象的代码获取到。唯一与对象交互的方式是通过对象提供的公有 API；使用对象的代码无法深入到对象内部并直接改变数据或者行为。封装使得改变和重构对象的内部时无需改变使用对象的代码。</p>
<p>就像我们在第七章讨论的那样，可以使用<code>pub</code>关键字来决定模块、类型函数和方法是公有的，而默认情况下一切都是私有的。比如，我们可以定义一个包含一个<code>i32</code>类型的 vector 的结构体<code>AveragedCollection</code>。结构体也可以有一个字段，该字段保存了 vector 中所有值的平均值。这样，希望知道结构体中的 vector 的平均值的人可以随时获取它，而无需自己计算。<code>AveragedCollection</code>会为我们缓存平均值结果。列表 17-1 有<code>AveragedCollection</code>结构体的定义：</p>
<p><span class="filename">文件名: src/lib.rs</span></p>
<pre><code class="language-rust">pub struct AveragedCollection {
list: Vec&lt;i32&gt;,
average: f64,
}
</code></pre>
<p><span class="caption">列表 17-1: <code>AveragedCollection</code>结构体维护了一个整型列表和集合中所有元素的平均值。</span></p>
<p>注意，结构体自身被标记为<code>pub</code>，这样其他代码可以使用这个结构体，但是在结构体内部的字段仍然是私有的。这是非常重要的，因为我们希望保证变量被增加到列表或者被从列表删除时，也会同时更新平均值。可以通过在结构体上实现<code>add</code>、<code>remove</code>和<code>average</code>方法来做到这一点，如列表 17-2 所示：</p>
<p><span class="filename">文件名: src/lib.rs</span></p>
<pre><code class="language-rust"># pub struct AveragedCollection {
# list: Vec&lt;i32&gt;,
# average: f64,
# }
impl AveragedCollection {
pub fn add(&amp;mut self, value: i32) {
self.list.push(value);
self.update_average();
}
pub fn remove(&amp;mut self) -&gt; Option&lt;i32&gt; {
let result = self.list.pop();
match result {
Some(value) =&gt; {
self.update_average();
Some(value)
},
None =&gt; None,
}
}
pub fn average(&amp;self) -&gt; f64 {
self.average
}
fn update_average(&amp;mut self) {
let total: i32 = self.list.iter().sum();
self.average = total as f64 / self.list.len() as f64;
}
}
</code></pre>
<p><span class="caption">列表 17-2: 在<code>AveragedCollection</code>结构体上实现了<code>add</code>、<code>remove</code>和<code>average</code>公有方法</span></p>
<p>公有方法<code>add</code>、<code>remove</code>和<code>average</code>是修改<code>AveragedCollection</code>实例的唯一方式。当使用<code>add</code>方法把一个元素加入到<code>list</code>或者使用<code>remove</code>方法来删除它时，这些方法的实现同时会调用私有的<code>update_average</code>方法来更新<code>average</code>字段。因为<code>list</code>和<code>average</code>是私有的，没有其他方式来使得外部的代码直接向<code>list</code>增加或者删除元素，直接操作<code>list</code>可能会引发<code>average</code>字段不同步。<code>average</code>方法返回<code>average</code>字段的值，这使得外部的代码只能读取<code>average</code>而不能修改它。</p>
<p>因为我们已经封装好了<code>AveragedCollection</code>的实现细节，将来可以轻松改变类似数据结构这些方面的内容。例如，可以使用<code>HashSet</code>代替<code>Vec</code>作为<code>list</code>字段的类型。只要<code>add</code>、<code>remove</code>和<code>average</code>公有函数的签名保持不变，使用<code>AveragedCollection</code>的代码就无需改变。如果将<code>List</code>暴露给外部代码时，未必都是这样，因为<code>HashSet</code>和<code>Vec</code>使用不同的方法增加或移除项，所以如果要想直接修改<code>list</code>的话，外部的代码可能不得不修改。</p>
<p>如果封装是一个语言被认为是面向对象语言所必要的方面的话，那么 Rust 就满足这个要求。在代码中不同的部分使用或者不使用<code>pub</code>决定了实现细节的封装。</p>
<a class="header" href="#作为类型系统的继承和作为代码共享的继承" name="作为类型系统的继承和作为代码共享的继承"><h2>作为类型系统的继承和作为代码共享的继承</h2></a>
<p><strong>继承</strong>（<em>Inheritance</em>）是一个很多编程语言都提供的机制，一个对象可以定义为继承另一个对象的定义，这使其可以获得父对象的数据和行为，而不用重新定义。一些人定义面向对象语言时，认为继承是一个特色。</p>
<p>如果一个语言必须有继承才能被称为面向对象语言的话，那么 Rust 就不是面向对象的。无法定义一个结构体继承自另外一个结构体，从而获得父结构体的成员和方法。然而，如果你过去常常在你的编程工具箱使用继承，根据你希望使用继承的原因，Rust 也提供了其他的解决方案。</p>
<p>使用继承有两个主要的原因。第一个是为了重用代码：一旦为一个类型实现了特定行为，继承可以对一个不同的类型重用这个实现。相反 Rust 代码可以使用默认 trait 方法实现来进行共享，在列表 10-14 中我们见过在<code>Summarizable</code> trait 上增加的<code>summary</code>方法的默认实现。任何实现了<code>Summarizable</code> trait 的类型都可以使用<code>summary</code>方法而无须进一步实现。这类似于父类有一个方法的实现，而通过继承子类也拥有这个方法的实现。当实现<code>Summarizable</code> trait 时也可以选择覆盖<code>summary</code>的默认实现，这类似于子类覆盖从父类继承的方法实现。</p>
<p>第二个使用继承的原因与类型系统有关：用来表现子类型可以在父类型被使用的地方使用。这也被称为<strong>多态</strong>（<em>polymorphism</em>），意味着如果多种对象有一个相同的形态大小，它们可以替代使用。</p>
<!-- PROD: START BOX -->
<blockquote>
<p>虽然很多人使用“多态”（&quot;polymorphism&quot;）来描述继承，但是它实际上是一种特殊的多态，称为“子类型多态”（&quot;sub-type polymorphism&quot;）。也有很多种其他形式的多态，在 Rust 中带有泛型参数的 trait bound 也是多态，更具体的说是“参数多态”（&quot;parametric polymorphism&quot;）。不同类型多态的确切细节在这里并不关键，所以不要过于担心细节，只需要知道 Rust 有多种多态相关的特色就好，不同于很多其他 OOP 语言。</p>
</blockquote>
<!-- PROD: END BOX -->
<p>为了支持这种模式，Rust 有 <strong>trait 对象</strong>（<em>trait objects</em>），这样就可以使用任意类型的值，只要这个值实现了指定的 trait。</p>
<p>继承最近在很多编程语言的设计方案中失宠了。使用继承来实现代码重用，会共享更多非必需的代码。子类不应该总是共享其父类的所有特性，然而继承意味着子类得到了其父类全部的数据和行为。这使得程序的设计更不灵活，并产生了无意义的方法调用或子类，以及由于方法并不适用于子类，却必需从父类继承而可能造成的错误。另外，某些语言只允许子类继承一个父类，进一步限制了程序设计的灵活性。</p>
<p>因为这些原因，Rust 选择了一个另外的途径，使用 trait 对象替代继承。让我们看一下在 Rust 中 trait 对象是如何实现多态的。</p>
</div>
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