重看面向对象

软件的本质是什么？从不同的角度来看，会有不同的答案。有人认为是程序加文档，有人认为是人机交互，有人认为是增删改查，有人认为是抽象模型，而我认为是算法。

计算机科学的基石是图灵机抽象：一个输入集合，一个输出集合，一个内部状态集合，一个计算规则集合。这个抽象十分强大，我们甚至可以认为一头奶牛也是一个图灵机：吃的是草，挤的是奶。

一个表达式也是一个图灵机，其中的操作数是输入，求值的结果是输出。一个函数也是图灵机，参数是输出，返回值是输出。编程或设计软件就是在通用图灵机的基础上，设计一个具体的图灵机。我们设计软件接受怎样的输入，设计软件内部的状态，设计表示计算规则的代码，设计软件的输出。

近年来逐渐流行的函数式编程，就是建立在这个抽象的基础上。而且函数式编程的思想由来已久，可以追溯到最古老的高级语言之一：Lisp。这种思想非常简单：给定一个输入集合，经过函数的处理，给出一个输出集合。由此也导出了Map-Reduce等流行的架构设计模式：一个计算集群仍然是一个图灵机。

纯粹的函数有一点不足，它没有内部状态。可以说，它是简化了的图灵机。但在有些时候，我们确实需要内部状态。根据内部状态的不同，对于同样的输入，可能给出不一样的输出。于是便有了闭包的概念，它是一个函数加上相关的上下文环境状态。这样，我们可以毫无困难地构建任何具体的图灵机（好吧，正确实现一个算法还是比较困难的）。

闭包可以看成是拥有内部状态的函数，这就相当于一个简单的对象，它只有一个方法。反过来，对象可以看成是几个闭包，它们共享了内部状态。所以有人说：闭包是懒人的对象，对象是懒人的闭包。因此，函数式编程和面向对象思想，在底层基础上是一致的。

面向对象思想的历史和函数式一样久远。实际上，它们都是我们在设计算法时的一种抽象。只有利用抽象概念，才能实现人与人之间的沟通。“你想吃苹果吗？”这里的“苹果”就是一个抽象概念，它隐藏了苹果实现的许多细节。人的大脑喜欢工作在一组抽象概念上。名词是结构或存在的抽象，动词是行为或过程的抽象。

我们在设计算法时，既需要函数抽象，也需要对象抽象。今天，面向对象和函数式编程的思想在各种编程语言中融合，可以说是殊途同归。

抽象是强大的工具，但用得不好，也会产生不良的后果。最重要的问题，就是创建太多不必要的抽象。毕竟，抽象只是我们脑中的概念，我们可以创造出任何概念。比如上帝和各种鬼神，直到科学家说，在科学的系统里不需要假设存在一个上帝。面向对象在这方面遇到的问题比较多。举例来说，一个Java的Hello world程序，就要涉及好几个概念，直接导致程序的代码比较长。而在函数式编程中，这通常只是一次函数调用。又比如，在一个使用Struts、Spring、Hibernate构建的Java Web应用程序中，处理一个Get请求的调用栈，可能是长长的一串。数据在不同的概念抽象之间反复倒手，白白浪费了计算资源。

任何两种观点都是互补的。面向对象思想在过去的软件开发中取得了辉煌的成绩。函数式编程让我们能从另一个角度审视面向对象，更进一步体会面向对象抽象的强大，也发现面向对象中一些误用的地方。如无必要，勿增实体。也许我们不需要假设以太的存在，就能解释光在真空中的传播。

多年后重读这本书，促使我重新思考，需要利用哪些抽象来设计我的算法。

这些年来，这本书让我受益良多，再次向大家郑重推荐。

王海鹏

2016年1月5日