很多资料都在讲述面向对象的优点,可是在软件开发或者大型软件项目中,面向对象却带来了巨大的类关系设计开销,但具体有何弊端却没有详尽的介绍
2015-10-02 12:02:06

5 Answers

1. 过度封装

使用OOP时,会把一些复杂的问题分拆抽象成较简单的独立对象,通过对象的互相调用去实现方案。但是,由于对象包含自己封装的数据,一个问题的数据集会被分散在不同的内存区域。互相调用时很可能会出现数据的cache miss的情况。

2. 多态

在C++的一般的多态实现中,会使用到虚函数表。虚函数表是通过加入一次间接层来实现动态派送。但在调用的时候需要读取虚函数表,增加cache miss的可能性。基本上要支持动态派送,无论用虚函数表、函数指针都会形成这个问题,但如果类的数目极多,把函数指针如果和数据放在一起有时候可放缓问题。

3. 数据布局

虽然OOP本身并无限制数据的布局方式,但基本上绝大部分OOP语言都是把成员变量连续包裹在一段内存中。甚至使用C去编程的时候,也通常会使用到OOP或Object-based的思考方式,把一些相关的数据放置于一个struct之内:

struct Particle {

   Vector3 position;

   Vector4 velocity;

   Vector4 color;

   float age;

   // ...

};

即使不使用多态,我们几乎不加思索地会使用这种数据布局方式。我们通常会以为,由于各个成员变量都紧凑地放置在一起,这种数据布局通常对缓存友好。然而,实际上,我们需要考虑数据的存取模式(access pattern)。

在OOP中,通过封装,一个类的各种功能会被实现为多个成员函数,而每个成员函数实际上可能只会存取少量的成员变量。这可能形式非常严重的问题,例如:

for (Particle* p = begin; p != end; ++p)

   p->position += p->velocity * dt; // 或 p->SimulateMotion(dt);

在这种模式下,实阶上只存取了两个成员变量,但其他成员变量也会载入缓存造成浪费。当然,如果在迭代的时候能存取尽量多的成员变量,这个问题可能并不存在,但实际上是很困难的。

如果采用传统的OOP编程范式及实现方式,数据布局的问题几乎没有解决方案。所以在[1]里,作者提出,在某些情况下,应该放弃OOP方式,以数据的存取及布局为编程的考虑重中,称作面向数据编程(data-oriented programming, DOP)。

2015-10-02 12:09:13

面向对象是为了解决系统的可维护性,可扩展性,可重用性,我们再进一步思考,面向对象为什么能解决系统的可维护性,可扩展性,可重用性?

面向对象产生的历史原因有下面两点:

1、 计算机是帮助人们解决问题的,然而计算机终究是个机器,他只会按照人所写的代码,一步一步的执行下去,最终得到了结果,因此无论程序多么的复杂,计算机总是能轻松应付,结构化编程,就是按照计算机的思维写出的代码,但是人看到这么复杂的逻辑,就无法维护和扩展了。

2、 结构化设计是以功能为目标来设计构造应用系统,这种做法导致我们设计程序时,不得不将客体所构成的现实世界映射到由功能模块组成的解空间中,这种转换过程,背离了人们观察和解决问题的基本思路。

   可见结构化设计在设计系统的时候,无法解决重用、维护、扩展的问题,而且会导致逻辑过于复杂,代码晦涩难懂。于是人们就想,能不能让计算机直接模拟现实的环境,用人类解决问题的思路,习惯,步骤来设计相应的应用程序?这样的程序,人们在读它的时候,会更容易理解,也不需要再把现实世界和程序世界之间来回做转换。

   与此同时,人们发现,在现实世界中存在的客体是问题域中的主角,所谓客体是指客观存在的对象实体和主观抽象的概念,这种客体具有属性和行为,而客体是稳定的,行为不稳定的,同时客体之间具有各种联系,因此面向客体编程,比面向行为编程,系统会更稳定,在面对频繁的需求更改时,改变的往往是行为,而客体一般不需要改变,所以我们就把行为封装起来,这样改变时候只需要改变行为即可,主架构则保持了稳定。

于是面向对象就产生了。

然而人们追求的系统可维护性,可扩展性,可重用性又是怎么在面向对象中体现出来的呢?

首先看看面向对象的三大特征:

封装:找到变化并且把它封装起来,你就可以在不影响其它部分的情况下修改或扩展被封装的变化部分,这是所有设计模式的基础,就是封装变化,因此封装的作用,就解决了程序的可扩展性。

继承:子类继承父类,可以继承父类的方法及属性,实现了多态以及代码的重用,因此也解决了系统的重用性和扩展性,但是继承破坏了封装,因为他是对子类开放的,修改父类会导致所有子类的改变,因此继承一定程度上又破坏了系统的可扩展性,所以继承需要慎用,只有明确的IS-A关系才能使用,同时继承在在程序开发过程中重构得到的,而不是程序设计之初就使用继承,很多面向对象开发者滥用继承,结果造成后期的代码解决不了需求的变化了。因此优先使用组合,而不是继承,是面向对象开发中一个重要的经验。

多态:接口的多种不同的实现方式即为多态。接口是对行为的抽象,刚才在封装提到,找到变化部分并封装起来,但是封装起来后,怎么适应接下来的变化?这正是接口的作用,接口的主要目的是为不相关的类提供通用的处理服务,我们可以想象一下。比如鸟会飞,但是超人也会飞,通过飞这个接口,我们可以让鸟和超人,都实现这个接口,这就实现了系统的可维护性,可扩展性。

   因此面向对象能实现人们追求的系统可维护性,可扩展性,可重用性。面向对象是一种编程思想,起初,“面向对象”是专指在程序设计中采用封装、继承、多态等设计方法,但面向对象的思想已经涉及到软件开发的各个方面,比如现在细分为了面向对象的分析(OOA),面向对象的设计(OOD),面向对象的编程实现(OOP)


2015-10-02 12:03:48
真正的封装是,经过深入的思考,做出良好的抽象,给出“完整且最小”的接口,并使得内部细节可以对外透明(注意:对外透明的意思是外部调用者可以顺利的得到自己想要的任何功能,完全意识不到内部细节的存在;而不是外部调用者为了完成某个功能、却被碍手碍脚的private声明弄得火冒三丈;最终只能通过怪异、复杂甚至奇葩的机制,才能更改他必须关注的细节——而且这种访问往往被实现的如此复杂,以至于稍不注意就会酿成大祸)。
一个设计,只有达到了这个高度,才能真正做到所谓的“封装性”,才能真正杜绝对内部细节的访问。
否则,生硬放进private里面的东西,最后还得生硬的被拖出来——当然,这种东西经常会被美化成“访问函数”之类渣渣(不是说访问函数是渣渣,而是说因为设计不良、不得不以访问函数之类玩意儿在封装上到处挖洞洞这种行为是渣渣)。
2015-10-02 12:10:26

OOP最大的弊端,就是很多程序员已经忘记了OOP的初心,潜意识中把OOP教条主义化(如同对GOTO语句的禁忌一般),而不是着眼于OOP着力达到的、更本质的目标,如:

- 改善可读性

- 提升重用性

2015-10-02 12:10:08
面向对象方法可以很好的地表达问题域的语义,而面向对象编程可以快速的把面向对象编程映射到目标程序中;

在OOA,OOD直到OOP中都可以显示的表达问题域语义,另一方面由于从问题域的描述表达和编写为最终代码都是面向对象可以保持整个语义的完整性,防止语义变换为其他形式的过程中产生信息损失。

2015-10-02 12:03:57
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