理解 OOP 的四大支柱：物件導向程式設計指南

本文探討了 OOP 的四大支柱 - 封裝、抽象、繼承和多態性 - 以及這些基本概念如何塑造現代軟體設計。無論您是開始接觸 OOP 還是尋求更好的理解，本指南都將為您提供實際範例和清晰的見解，以便您在開發專案中有效地應用這些原則。了解每個支柱如何有助於創建有組織、靈活且易於維護的系統。

簡介

物件導向程式設計（OOP）是現代軟體開發中廣泛採用的範例，提供了建構複雜系統的結構化和模組化方法。 與注重函數和邏輯的過程式程式設計不同，OOP 圍繞著物件的創建－結合資料和行為的獨立單元。 這種方法不僅反映了現實世界實體，還增強了程式碼的可擴充性、可維護性和可重複使用性。

OOP 的核心是四個基本支柱：封裝、抽象、繼承、 和 多態性。這些原則是編寫乾淨、有組織且靈活的程式碼的基礎，這些程式碼可以隨著需求的變化而發展。在本文中，我們將深入探討這些支柱中的每一個，探索它們的工作原理、實際應用，以及為什麼掌握它們對於任何想要創建強大而高效的軟體的開發人員來說至關重要。

讓我們先探討這些支柱如何有助於更好的設計實踐以及為什麼它們是成功的物件導向程式設計的關鍵。

1.封裝

定義

封裝是OOP的基本原則之一。它教導我們隱藏物件的內部細節，並透過公共介面僅公開必要的內容。這意味著物件的私有屬性和方法仍然受到保護，並且它們的存取由公共方法（如 getter 和 setter）控制。透過這種方式，內部狀態可以免受不必要的更改，從而保持資料的完整性。

範例

public class BankAccount {
    private double balance;

    public BanckAccount(double initialBalance) {
        this.balance = initialBalance;
    }

    public void deposit(double value) {
        this.balance += value;
    }

    public boolean withdraw(double value) {
        if (value <= this.balance) {
            this.balance -= value;
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    public double getBalance() {
        return this.balance;
    }
}

在這個例子中，帳戶餘額是受保護的（私有），只能透過受控方法進行修改。這保證了以安全且正確的方式進行餘額更改。

好處

• 資料安全：防止敏感資訊直接存取或修改。
• 易於維護：內部細節的變更不會影響與物件互動的外部程式碼。
• 模組化：每個物件成為獨立的單元，改善系統的組織。

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2.抽象

定義：

抽象化是隱藏複雜性和僅暴露物件的基本細節的過程。不公開所有內部實現，只提供外部相關操作。這有助於開發人員專注於類別或物件的主要功能，而無需擔心內部實作細節。

實際範例：

考慮一個具有不同付款方式的付款系統，例如信用卡、PayPal 和銀行轉帳。我們可以使用一個名為 Payment 的介面或抽象類，其中隱藏了每種付款方式的具體細節。我們的想法是提供一種處理付款的通用方式：

public class BankAccount {
    private double balance;

    public BanckAccount(double initialBalance) {
        this.balance = initialBalance;
    }

    public void deposit(double value) {
        this.balance += value;
    }

    public boolean withdraw(double value) {
        if (value <= this.balance) {
            this.balance -= value;
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    public double getBalance() {
        return this.balance;
    }
}

這裡，抽象允許每種支付方法都有自己的實現，但它們都遵循抽象類別 Payment 定義的通用結構。

抽象的好處：

• 簡化：專注於本質方面，使物件更易於使用和理解。
• 彈性：可以在不改變外部介面的情況下建立不同的實作。
• 更容易維護：實作的變更不會影響使用抽象的程式碼。

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3.繼承

定義：

繼承是一個類別繼承另一個類別的特徵（屬性和方法）的機制。繼承的類別稱為子類別或衍生類別，而繼承自的類別稱為超類別或基底類別 。透過繼承，子類別可以重複使用超類別的程式碼，避免重複並促進程式碼重複使用。

實際範例：

讓我們考慮一個具有超類車輛和兩個子類汽車和摩托車的場景：

public abstract class Payment {
    public abstract void processPayment(double amount);
}

public class CreditCard extends Payment {
    @Override
    public void processPayment(double amount) {
        System.out.println("Processing credit card payment of: " + amount);
    }
}

public class PayPal extends Payment {
    @Override
    public void processPayment(double amount) {
        System.out.println("Processing PayPal payment of: " + amount);
    }
}

在此範例中，Car 和 Motorcycle 都繼承了 Vehicle 類別的 start() 方法。子類別也可以有自己的特定行為，例如汽車的 openDoor() 和摩托車的 raiseKickstand()。

繼承的好處：

• 程式碼重複使用：透過允許子類別重複使用超類別中的方法和屬性來防止重複。
• 更容易擴充：常見行為可以集中在超類別中，而子類別則添加特定功能。
• 層次結構：反映現實世界的關係，使程式碼結構更邏輯化。

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4.多態性

定義：

多態性允許單一介面或方法具有多種形式的實作或執行。實際上，這意味著不同的物件可以以不同的方式回應相同的訊息或方法調用，從而使程式碼更加靈活和可擴展。

多態性可以以兩種主要形式發生：

• 方法重載（編譯時多態性）：具有不同簽章的相同方法。
• 方法重寫（運行時多態）：子類別中具有相同名稱但實作不同的方法。

實際範例：

回到付款範例，我們可以看到使用相同的 processPayment() 方法呼叫時的多態性，但根據付款方式具有不同的行為：

public class BankAccount {
    private double balance;

    public BanckAccount(double initialBalance) {
        this.balance = initialBalance;
    }

    public void deposit(double value) {
        this.balance += value;
    }

    public boolean withdraw(double value) {
        if (value <= this.balance) {
            this.balance -= value;
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    public double getBalance() {
        return this.balance;
    }
}

這裡，processPayment() 在 CreditCard 和 PayPal 中有不同的實現，但該方法是透過 Payment 超類別參考進行多態呼叫的。

多態性的好處：

• 靈活性： 允許方法根據實現它的物件而具有不同的行為。
• 可擴充性：可以更輕鬆地新增功能，而無需修改現有程式碼。
• 程式碼重複使用：使得通用方法能夠操作不同類型的對象，使系統更模組化。

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？參考

• Java 多態
• Java 抽象
• Java 繼承
• Java 封裝

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