“面向对象”编程思想为 Java 续命20+年

       Java自1991年诞生以来，以其跨平台性、面向对象设计、稳健性、安全性和丰富的生态系统被广泛使用，成为企业级应用、移动开发和大数据领域的核心语言。2001 年超越 C 语言，成为TIOBE排名第一的编程语言，在编程语言发展史上书写了浓墨重彩的一笔。这一事件标志着“面向对象”编程语言对“过程式”编程语言的全面超越。此后Java开启了霸榜之旅，与C,C++并称为“编程语言三剑客”。

C，C++，Java 三大编程语言的兴衰交替史，也是一个完整的“编程思想”的演化史。

C 语言作为典型的面向过程的编程语言POP（Procedure-Oriented Programming），深刻影响了后续编程语言的设计，成为了结构化编程的典范。

1. 结构化编程 

模块化设计：通过函数（Function）将代码划分为独立的功能单元，强调“自顶向下、逐步求精”的开发模式。

控制结构：引入 if-else、for、while、switch 等结构化语句，取代了早期语言（如汇编）的goto跳转，提升代码可读性和可维护性。

代码复用：函数库（如标准库 stdio.h、stdlib.h）的规范化，为代码复用提供标准模板。

注：goto在Java语言中无特殊含义，出于语言习惯，被作为“保留字”，在未来版本中可能会被用作关键字。

C 语言的语法结构（如大括号{}、分号;）被 C++、Java、C#、JavaScript 等语言直接继承。运算符优先级、表达式规则成为多语言共通标准。C语言凭借对底层硬件的精准支持，以及在执行效率上的卓越性能，备受青睐，成为系统编程的基石。Linux 内核、Windows 内核模块中大量使用 C 语言。

        接着我们通过C语言编程案例，直观的感受“面向过程”这一“古老”的编程思想。使用飞算Java AI 智能问答，输入指令：“用C语言写一个计算圆面积的功能”

面向过程的程序设计（POP），是一种以过程为中心的编程思想，关注“怎么做”，即完成任务的具体细节。对以上demo做个简单总结：

1）函数是基本单元：

C 语言中，函数是实现各种功能的基本模块。一个大型的 C 程序通常由多个函数组成，每个函数负责完成一个特定的任务。

2）程序执行流程清晰：

C 语言程序的执行通常是按照函数调用的顺序依次进行的，从main函数开始，逐步调用其他函数，程序的执行流程一目了然。这种顺序执行的方式符合人们解决问题的一般思维方式，即按照步骤依次完成各项任务。

3）数据和操作分离：

在C语言中，数据和对数据的操作（函数）是相对独立的。数据通常以变量的形式存在，而对这些数据的处理则通过函数来实现。

C语言“结构化”编程思想，成为现代软件工程的基石，被后续语言（如C++、Pascal、Java、Python）广泛继承。

       1979年，AT&T贝尔实验室，将C改良为“带类的C”（C with classes），1983年，该语言被正式命名为C++。名字源自计算器语言中自增运算符 ++，来表示C++语言是 C 语言的增强版，意味着 C++ 在 C 语言的基础上进行了功能扩展和改进。

       C++ 在 C 基础上，扩展“面向对象”特性，以对象为中心，将数据和操作数据的方法封装在一起，形成类（class）。通过类可以创建对象，对象之间通过消息传递进行交互。C++ 引入了类、对象、继承、多态等面向对象的概念，使得它能够很好地支持面向对象编程。计算机语言从“面向过程”到“面向对象”，编程思想，语法逻辑，都产生了质的变化。

接下来我们通过一段C++ 代码来直观的感受“面向对象”与“面向过程”之间的区别。同样使用飞算Java AI 智能问答功能，输入指令：“生成一段C++语言，调用计算圆面积函数。”此时，神奇的事情发生了，飞算Java AI 智能问答，“猜出”了我的想法，给了我两个答案。一个“面向过程”的C++代码，一个“面向对象”的C++代码。

以上为C++“面向过程”版本代码，解决问题的思路是，对问题进行拆解并封装成函数，待需用时直接调用函数即可。接着来看“面向对象”版本代码。

面对同样的问题，“面向对象”解决问题的思路是，先创建类（class）,然后在类中封装函数，函数由类进行管理。调用函数时，先有类生成一个对象，接着由对象去调用相应函数。“面向对象”的编程思想是将问题从“如何实现”延伸至“由谁去实现”。

        通过两段代码对比，我们可以直观感受到，“面向对象”语言更加注重事物整体特征和行为的抽象描述。正是这一编程思路的改变，使得在处理复杂工程代码时，“面向对象” 相较于 “面向过程” 语言具有多方面显著优势：

1）模块化程度更高：

“面向对象”编程将数据和操作封装在类中，每个类可以看作一个独立的模块，负责特定的功能。各个模块之间职责清晰，便于开发人员分工协作，也提高了代码的可维护性。而“面向过程”编程中，随着代码规模增大，代码结构会变得混乱，难以管理。

2）层次结构清晰：

通过继承和组合机制，“面向对象”语言可以构建出层次分明的类结构。子类继承父类（单继承），并进行扩展。这种层次结构使得代码的逻辑关系一目了然，易于理解和扩展。

3）易于修改和维护：

在“面向对象”编程中，由于代码的模块化和封装性，降低代码耦合度。当需要修改某个功能时，只需要修改相应的类或对象，而不会影响到其他部分的代码。

       C++ 在C语言基础上，增加了“类”，“类”是面向对象编程（OOP）中的核心概念，C++同时保留了C语言面向过程的基本特性，是“面向过程”编程思想向“面向对象”编程思想过渡历史时期的产物。“青出于蓝，而胜于蓝”的 C++，在编程思想上迈出历史性一步，由此挤身开发语言第一梯队。2024年6月，C++迎来了历史时刻，TIOBE排名首次超过 C，来到了 TIOBE 编程语言排行榜第 2 名。

        C++诞生十年后，Java 横空出世 低调问世。起初，它并未引起太多关注，在技术浪潮中默默蛰伏。随着互联网时代的到来，Java迎来了高光时刻。“一次编写，到处运行”的跨平台优势，使它迅速在网络编程、企业级开发等领域崭露头角。凭借自身优越性能、丰富的类库和强大的开发工具支持，很快登顶编程语言排行榜首。此后二十余年，即便编程语言不断推陈出新，Java依然保持领先地位。这不仅得益于其虚拟机实现跨平台，更源于它彻底贯彻“面向对象”的设计思想。若将C++看作是“面向过程”思想到“面向对象”思想过渡的典型代表，Java则是纯粹的面向对象语言，让代码组织更优，可维护性与扩展性更强。通过，继承，封装，多态三大特性，将“面向对象”编程思想深刻移植到开发者灵魂深处。“一切皆对象”成了Java 从业者的代码信仰。

更关键的是，“面向对象”这一编程思想赋予了Java语言卓越的“易理解性”。当掌握Java语言的面向对象设计理念后，现实世界里万事万物，都能借助Java语言精准描述。即便是非软件行业从业者，能够相对轻松理解其语义内涵。 Java语言通常被认为是“完全面向对象”的语言。考虑到代码的“易用性”，Java语言中保留了部分非面向对象的语法。

比如我们最常用到的Java八种基本数据类型，便是“非面向对象”设计。

同时 Java 也为八种基本数据类型提供了对应的包装类，集成了面向对象的特性和丰富的方法，从而可以更方便地对基本数据进行操作和处理。

另外还有static（静态）所修饰的变量与函数，无需生成对象，可由类直接调用。

Java 中常见的数组，是一个典型的“非面向对象”设计，它保留了底层的高效性和直接操作内存的能力，但同时牺牲了部分面向对象的特性。

Java “非完全面向对象”，是出于对性能，语句优化后的“更优设计”。

       那么问题来了，使用高度“面向对象”的Java语言，写出的一定是符合“面向对象”思想的代码吗？答案是否定的。“面向对象”不仅是通过“继承”，“封装”，“多态”植入Java语言的特性，同时也是一种语言规范，需要Java开发者时刻遵循的一种编码习惯。如果不能遵循这种规范，便无法将Java语言“面向对象”的优势发挥到极致。

        通常一个Java初学者，需要上万行代码练习才能养成这种良好的编码习惯。如今随着AI的盛行，借助AI编程工具便可轻易的实现优质代码输出。相较于人类自然语言，AI存在着难以跨越的感情鸿沟，无法做到尽善尽美。而在编程语言方面，AI展现出绝对优势，能够输出接近完美的代码。下期将深入探讨，AI在计算机语言编程中的天然优势。

声明：文章中所有代码，由飞算JavaAI生成。