【编程思维】面向过程 VS 面向对象

学习编程, 基本功是掌握编程语言,但编程的本质是逻辑,所以编程思维的培养也很重要。面向过程和面向对象是两种重要的编程思想,下面讲述一下这两者的区别和优缺点比较。

1. 面向过程
面向过程是一种以事件为中心的编程思想,编程的时候把解决问题的步骤分析出来,然后用函数把这些步骤实现,在一步一步的具体步骤中再按顺序调用函数。

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举个例子,下五子棋,面向过程的设计思路是首先分析解决这个问题的步骤:
(1)开始游戏(2)黑子先走(3)绘制画面(4)判断输赢(5)轮到白子(6)绘制画面(7)判断输赢(8)返回步骤(2) (9)输出最后结果。
用函数实现上面一个一个的步骤,然后在下五子棋的主函数里依次调用上面的函数(不同的编程语言有不同的调用方法,我这里写的是直接调用):
下五子棋{

开始游戏();

黑子先走();

绘制画面();

判断输赢();

轮到白子();

绘制画面();

判断输赢();

返回到 黑子先走();

输出最后结果;

}
可见,面向过程始终关注的是怎么一步一步地判断棋局输赢的,通过控制代码,从而实现函数的顺序执行。

2. 面向对象
在日常生活或编程中,简单的问题可以用面向过程的思路来解决,直接有效,但是当问题的规模变得更大时,用面向过程的思想是远远不够的。所以慢慢就出现了面向对象的编程思想。世界上有很多人和事物,每一个都可以看做一个对象,而每个对象都有自己的属性和行为,对象与对象之间通过方法来交互。面向对象是一种以“对象”为中心的编程思想,把要解决的问题分解成各个对象,建立对象的目的不是为了完成一个步骤,而是为了描叙某个对象在整个解决问题的步骤中的属性和行为。

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在下五子棋的例子中,用面向对象的方法来解决的话,首先将整个五子棋游戏分为三个对象:
(1)黑白双方,这两方的行为是一样的。
(2)棋盘系统,负责绘制画面
(3)规则系统,负责判定犯规、输赢等。
然后赋予每个对象一些属性和行为:
(4)第一类对象(黑白双方)负责接受用户输入,并告知第二类对象(棋盘系统)棋子布局的变化,棋盘系统接收到了棋子的变化,并负责在屏幕上面显示出这种变化,同时利用第三类对象(规则系统)来对棋局进行判定。
可以看出,面向对象是以功能来划分问题,而不是以步骤解决。比如绘制画面这个行为,在面向过程中是分散在了多个步骤中的,可能会出现不同的绘制版本,所以要考虑到实际情况进行各种各样的简化。而面向对象的设计中,绘图只可能在棋盘系统这个对象中出现,从而保证了绘图的统一。

3. 优缺点比较
面向过程
优点:
流程化使得编程任务明确,在开发之前基本考虑了实现方式和最终结果,具体步骤清楚,便于节点分析。
效率高,面向过程强调代码的短小精悍,善于结合数据结构来开发高效率的程序。
缺点:
需要深入的思考,耗费精力,代码重用性低,扩展能力差,后期维护难度比较大。

面向对象
优点:
结构清晰,程序是模块化和结构化,更加符合人类的思维方式;
易扩展,代码重用率高,可继承,可覆盖,可以设计出低耦合的系统;
易维护,系统低耦合的特点有利于减少程序的后期维护工作量。
缺点:
开销大,当要修改对象内部时,对象的属性不允许外部直接存取,所以要增加许多没有其他意义、只负责读或写的行为。这会为编程工作增加负担,增加运行开销,并且使程序显得臃肿。
性能低,由于面向更高的逻辑抽象层,使得面向对象在实现的时候,不得不做出性能上面的牺牲,计算时间和空间存储大小都开销很大。

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举例说明两者的优缺点,比如在五子棋游戏中增加悔棋的功能。在面向过程中,从输入到显示再到最后判断的整个步骤都要改动,甚至函数的调用顺序也要改动,而在面向对象的设计中,只需在棋盘系统中增加一个回溯的功能就可以了,黑白双方和规则系统的属性和行为都不需改动。这个例子说明了面向对象程序设计中代码间的相关性低(低耦合特性),使得代码很容易被复用和扩展,同时也说明了面向过程的代码重用性低、扩展能力差。

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