3 面向对象编程的基础知识

OOP历史：演变自20世纪60年代的Simula、70年代的SmallTalk、80年代的Clascal以及其他相关语言。C++、Java、Python和Objective-C等现代编程语言都从这个早期的语言中获得了灵感。

3.1 间接

只要在多加一层间接，计算机科学中就没有解决不了的问题。

说明：指的就是面向对象的多态性。
原理：在程序运行期间，通过指针间接获取某个值，而不是直接获取（指针指向的变化对程序员不可见）。

3.1.1 变量与间接

说明：基本变量就是间接思想的一种实际应用。

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    // 通过修改 count 间接控制后面循环的次数，本身就蕴含着间接的思想
    int count = 5;
    NSLog(@"The numbers from 1 to %d:", count);
    for (int i = 1; i <= count; i++) {
        NSLog(@"%d\n", i);
    }
    return 0;
}

3.1.2 使用文件名的间接

说明：程序中使用文件（而不是写死在代码中）也是间接思想的运用。
技巧：xcode中运行程序时提供文件路径的方式

1. 打开设置面板：Product（菜单）-> Scheme -> Edit Scheme
2. 在面板中添加参数：Arguments -> Arguments Passed On Launch—>点击+添加

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    // 命令中没有提供文件名，则退出程序
    if (argc == 1) {
        NSLog(@"you need to provide a file name");
        return (1);
    }
    
    // 1. 打开文件
    FILE *wordFile = fopen(argv[1], "r");
    
    // 2. 访问文件
    char word[100];
    
    // 一行一行地读区
    while (fgets(word, 100, wordFile)) {
        // 将每行最后的换行符替换为字符串结束符（从而不会被后面的 strlen 计入字符串的长度）
        word[strlen(word) - 1] = '\0';
        NSLog(@"%s is %lu characters long", word, strlen(word));
    }
    // 3. 关闭文件
    fclose(wordFile);
    return 0;
}

3.2 在面向对象编程中使用间接

说明：OOP的核心在于使用间接来调用代码（而不是直接调用函数）

3.2.1 过程式编程

说明：在过程式编程中，数据通常保存在简单的数据结构中。要花时间连接数据和用来处理数据的函数。
语言举例：BASIC、C、Tcl和Perl

#import <Foundation/Foundation.h>
/******* 枚举：图形的基本元素 *******/
// 图形类型
typedef enum {
    kCircle,
    kRectangle,
    kEgg
} ShapeType;

// 图形颜色
typedef enum {
    kRedColor,
    kGreenColor,
    kBlueColor
} ShapeColor;

/****** 结构体：图形类型 ******/
// 绘图区域
typedef struct {
    int x, y, width, height;// 坐标和边长
} ShapeRect;

// 图形
typedef struct {
    ShapeType type;// 类型
    ShapeColor fillColor;// 填充色
    ShapeRect bounds;// 边框
} Shape;

/** * 将传入的颜色值转换为字符串描述 * @param {ShapeColor} colorName 图形颜色 * @return {NSString} 枚举类型的颜色对应的字符串 */
 * 将传入的颜色值转换为字符串描述
 * @param {ShapeColor} colorName 图形颜色
 * @return {NSString} 枚举类型的颜色对应的字符串
 */
NSString *colorName (ShapeColor colorName) {
    switch (colorName) {
        case kRedColor:
            return @"red";
            break;
        case kGreenColor:
            return @"green";
        case kBlueColor:
            return @"blue";
        default:
            break;
    }
}

/** * 绘制圆形 * @param {ShapeRect} bounds 绘制区域 * @param {ShapeColor} fillColor 图形填充色 */
 * 绘制圆形
 * @param {ShapeRect} bounds 绘制区域
 * @param {ShapeColor} fillColor 图形填充色
 */
void drawCircle (ShapeRect bounds, ShapeColor fillColor) {
    NSLog(@"drawing a circle at (%d %d %d %d) in %@", bounds.x, bounds.y, bounds.height, bounds.width, colorName(fillColor));
}

/** * 绘制矩形 * @param {ShapeRect} bounds 绘制区域 * @param {ShapeColor} fillColor 图形填充色 */
 * 绘制矩形
 * @param {ShapeRect} bounds 绘制区域
 * @param {ShapeColor} fillColor 图形填充色
 */
void drawRectangle (ShapeRect bounds, ShapeColor fillColor) {
    NSLog(@"drawing a rectangle at (%d %d %d %d) in %@", bounds.x, bounds.y, bounds.height, bounds.width, colorName(fillColor));}

/** * 绘制椭圆形 * @param {ShapeRect} bounds 绘制区域 * @param {ShapeColor} fillColor 图形填充色 */
 * 绘制椭圆形
 * @param {ShapeRect} bounds 绘制区域
 * @param {ShapeColor} fillColor 图形填充色
 */
void drawEgg (ShapeRect bounds, ShapeColor fillColor) {
    NSLog(@"drawing a egg at (%d %d %d %d) in %@", bounds.x, bounds.y, bounds.height, bounds.width, colorName(fillColor));
}

/** *  绘制图形 * @param {Shape[]} shapes 要绘制的一组图形 * @param {int} count 绘制数组中的前count个图形 */
 *  绘制图形
 * @param {Shape[]} shapes 要绘制的一组图形
 * @param {int} count 绘制数组中的前count个图形
 */
void drawShapes (Shape shapes[], int count) {
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        switch (shapes[i].type) {
            case kCircle:
                drawCircle (shapes[i].bounds, shapes[i].fillColor);
                break;
            case kRectangle:
                drawRectangle (shapes[i].bounds, shapes[i].fillColor);
                break;
            case kEgg:
                drawEgg(shapes[i].bounds, shapes[i].fillColor);
                break;
        }
    }
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    // 存放图形实例的数组
    Shape shapes[3];
    // 红色圆形
    ShapeRect rect0 = {0, 0, 10, 30};
    shapes[0].type = kCircle;
    shapes[0].fillColor = kRedColor;
    shapes[0].bounds = rect0;
    
    // 绿色矩形
    ShapeRect rect1 = {30, 40, 50, 60};
    shapes[1].type = kRectangle;
    shapes[1].fillColor = kGreenColor;
    shapes[1].bounds = rect1;
    
    // 蓝色椭圆
    ShapeRect rect2 = {15, 18, 37, 29};
    shapes[2].type = kEgg;
    shapes[2].fillColor = kBlueColor;
    shapes[2].bounds = rect2;
    
    drawShapes(shapes, 3);
    return 0;
}

2016-01-02 00:50:43.911 3.2.1-procedureOriented[834:55458] drawing a circle at (0 0 30 10) in red
2016-01-02 00:50:43.912 3.2.1-procedureOriented[834:55458] drawing a rectangle at (30 40 60 50) in green
2016-01-02 00:50:43.912 3.2.1-procedureOriented[834:55458] drawing a egg at (15 18 29 37) in blue
Program ended with exit code: 0

3.2.2 实现面向对象编程

说明：过程式编程建立在函数之上，数据为函数服务，而面向对象编程则以程序的数据为中心，函数为数据服务。
原理：数据通过间接方式引用相应代码对数据进行操作（数据能够知道如何查找相应的函数）。

id（标识符）

说明：identifier，是一种泛型，可以用来定义引用任何类型对象的变量。

发送消息

说明：通知对象执行某种操作，也叫做调用方法

类

说明：不同于其他OOP系统，在O-C中，如果在运行时改变某个类，则该类的所有对象会自动继承这些变化。

3.3 有关术语

说明：有关面向对象的术语

术语	说明	语法	备注
类(class)	一种表示对象类型的结构体	类名首字母大写	对象通过它的类来获取自身的各种信息
对象或实例(object)	一种包含值和指向其类的隐藏指针的结构体	指向对象的变量通常首字母不要大些
消息(message)	对象可以执行的操作，用于通知对象做什么
方法(method)	响应消息运行的代码		根据对象的类，消息可以调用不同的方法
方法调度(method dispatcher)	用于推测执行什么方法以响应某个特定的消息
接口(interface)	类为对象提供的特性描述
实现(implementation)	使接口能正常工作的代码

3.4 Object-C语言中的OOP

3.4.1 @interface部分

说明：定义类的公共接口，真正运行的代码位于@implementation中。
用途：在特定类的对象被创建时，为编译器提供有关该类的信息，尤其是对象的数据成员及其提供的功能。
组成：语法上包含以下几个部分

• 继承其它interface
• 实现protocol
• 实例变量
• 方法声明

@interface 类名: 父类名 {
	// 实例属性
	属性类型 属性名;
}
// 方法声明
- (返回值类型) 方法名: (参数1类型)参数1名称, (参数2类型)参数2名称;
@end// 类名（便于代码阅读）

注意：在声明方法时，如果方法有参数，则需要冒号，否则不需要。

// Circle类
@interface Circle: NSObject {
    // 实例变量
    @private
    ShapeColor fillColor;
    ShapeRect bounds;
}
// 方法声明
- (void) setFillCollor: (ShapeColor) fillColor;
- (void) setBounds: (ShapeRect) bounds;
- (void) draw;
@end// Circle

3.4.2 @implementation部分

说明：@implementation是一个编译器指令，表明将为某个类提供代码

• 方法的定义不必按照在@interface指令中的顺序出现
• 可以定义没有在@interface中声明过的方法
• 同一个类中，方法的参数名不可以和实例属性名相同，否则方法被调用时会覆盖实例属性的值

扩展：

• 实例变量名：如果实例变量取一个和方法名相同的名字，Cocoa还可以发挥出某些神奇的威力
• 运行时：O-C运行时是指用户应用程序时，支持这些应用程序的代码块
• self：类的方法被调用时，一个名为self的秘密隐藏参数将被传递给接受对象，而这个参数引用的就是该接收对象

@implementation Circle

/** * 设置图形填充色 * @param {ShapeColor} c 颜色 */
 * 设置图形填充色
 * @param {ShapeColor} c 颜色
 */
- (void) setFillCollor:(ShapeColor)c {
    fillColor = c;
}

/** * 设置绘图区域 * @param {ShapeRect} b 绘图区域 */
 * 设置绘图区域
 * @param {ShapeRect} b 绘图区域
 */
- (void) setBounds:(ShapeRect)b {
    bounds = b;
}
@end

3.4.3 实例化对象

说明：实例化对象时，需要分配内存，然后将这些内存初始化并保存为有用的默认值。
语法：向相应的类(或已经存在的对象)发送new消息，该类接收并处理完new消息后，我们就会得到一个可以使用的新对象实例。

#import <Foundation/Foundation.h>
// --------------------------------------------------
// 图形类型
typedef enum {
    kCircle,
    kRectangle,
    kEgg
} ShapeType;

// --------------------------------------------------
// 图形颜色
typedef enum {
    kRedColor,
    kGreenColor,
    kBlueColor
} ShapeColor;

// --------------------------------------------------
// 绘图区域
typedef struct {
    int x, y, width, height;// 坐标和边长
} ShapeRect;

// --------------------------------------------------
/** * 将传入的颜色值转换为字符串描述 * @param {ShapeColor} colorName 图形颜色 * @return {NSString} 枚举类型的颜色对应的字符串 */
 * 将传入的颜色值转换为字符串描述
 * @param {ShapeColor} colorName 图形颜色
 * @return {NSString} 枚举类型的颜色对应的字符串
 */
NSString *colorName (ShapeColor colorName) {
    switch (colorName) {
        case kRedColor:
            return @"red";
            break;
        case kGreenColor:
            return @"green";
        case kBlueColor:
            return @"blue";
        default:
            break;
    }
}

// --------------------------------------------------
// Circle类
@interface Circle: NSObject {
    // 实例变量
    @private
    ShapeColor fillColor;
    ShapeRect bounds;
}
// 方法声明
- (void) setFillCollor: (ShapeColor) fillColor;
- (void) setBounds: (ShapeRect) bounds;
- (void) draw;
@end// Circle


// Circle类的实现
@implementation Circle

/** * 设置图形填充色 * @param {ShapeColor} c 颜色 */
 * 设置图形填充色
 * @param {ShapeColor} c 颜色
 */
- (void) setFillCollor:(ShapeColor)c {
    fillColor = c;
}

/** * 设置绘图区域 * @param {ShapeRect} b 绘图区域 */
 * 设置绘图区域
 * @param {ShapeRect} b 绘图区域
 */
- (void) setBounds:(ShapeRect)b {
    bounds = b;
}

/** * 绘制 */
 * 绘制
 */
- (void) draw {
    NSLog(@"drawing a circle at (%d %d %d %d) in %@", bounds.x, bounds.y, bounds.width, bounds.height, colorName(fillColor));
}
@end

// --------------------------------------------------
// Rectangle类
@interface Rectangle: NSObject {
    // 实例变量
@private
    ShapeColor fillColor;
    ShapeRect bounds;
}
// 方法声明
- (void) setFillCollor: (ShapeColor) fillColor;
- (void) setBounds: (ShapeRect) bounds;
- (void) draw;
@end// Rectangle


// Rectangle类的实现
@implementation Rectangle

/** * 设置图形填充色 * @param {ShapeColor} c 颜色 */
 * 设置图形填充色
 * @param {ShapeColor} c 颜色
 */
- (void) setFillCollor:(ShapeColor)c {
    fillColor = c;
}

/** * 设置绘图区域 * @param {ShapeRect} b 绘图区域 */
 * 设置绘图区域
 * @param {ShapeRect} b 绘图区域
 */
- (void) setBounds:(ShapeRect)b {
    bounds = b;
}

/** * 绘制 */
 * 绘制
 */
- (void) draw {
    NSLog(@"drawing a rectangle at (%d %d %d %d) in %@", bounds.x, bounds.y, bounds.width, bounds.height, colorName(fillColor));
}
@end

// --------------------------------------------------
// Egg类
@interface Egg: NSObject {
    // 实例变量
@private
    ShapeColor fillColor;
    ShapeRect bounds;
}
// 方法声明
- (void) setFillCollor: (ShapeColor) fillColor;
- (void) setBounds: (ShapeRect) bounds;
- (void) draw;
@end// Egg


// Egg类的实现
@implementation Egg

/** * 设置图形填充色 * @param {ShapeColor} c 颜色 */
 * 设置图形填充色
 * @param {ShapeColor} c 颜色
 */
- (void) setFillCollor:(ShapeColor)c {
    fillColor = c;
}

/** * 设置绘图区域 * @param {ShapeRect} b 绘图区域 */
 * 设置绘图区域
 * @param {ShapeRect} b 绘图区域
 */
- (void) setBounds:(ShapeRect)b {
    bounds = b;
}

/** * 绘制 */
 * 绘制
 */
- (void) draw {
    NSLog(@"drawing a egg at (%d %d %d %d) in %@", bounds.x, bounds.y, bounds.width, bounds.height, colorName(fillColor));
}
@end

// --------------------------------------------------
/** *  绘制图形 * @param {id[]} shapes 要绘制的一组图形 * @param {int} count 绘制数组中的前count个图形 */
 *  绘制图形
 * @param {id[]} shapes 要绘制的一组图形
 * @param {int} count 绘制数组中的前count个图形
 */
void drawShapes (id shapes[], int count) {
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        id shape = shapes[i];
        [shape draw];
    }
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    id shapes[3];
    // 红色圆形
    ShapeRect rect0 ={0, 0, 10, 30};
    shapes[0] = [Circle new];
    [shapes[0] setBounds: rect0];
    [shapes[0] setFillCollor:kRedColor];
    
    // 绿色矩形
    ShapeRect rect1 = {30, 40, 50, 60};
    shapes[1] = [Rectangle new];
    [shapes[1] setBounds: rect1];
    [shapes[1] setFillCollor:kGreenColor];
    
    // 蓝色椭圆
    ShapeRect rect2 = {15, 18, 37, 29};
    shapes[2] = [Egg new];
    [shapes[2] setBounds: rect2];
    [shapes[2] setFillCollor:kBlueColor];
    
    drawShapes(shapes, 3);
    return 0;
}

3.4.4 扩展 Shapes-Object 程序

说明：软件实体应该对扩展开放，而对修改关闭

3.5 小结