【Rust自学】17.1. Rust的面向对象的编程特性
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17.1.0. 什么是面向对象的编程特性
面向对象编程（Object-oriented programming，简称OOP）是一种程序建模方法。对象作为编程概念在编程语言Simula中引入。这些对象影响了Alan Kay(他领导了世界上世界上第一个现代窗口计算机桌面的设计和开发)的编程架构，其中对象相互传递消息。为了描述这种架构，他在 1967 年创造了面向对象编程这个术语。
核心概念
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对象（Object）
- 程序的基本单位，包含属性（状态）和行为（操作）。
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类（Class）
- 对象的模板，定义了属性和行为。
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封装（Encapsulation）
- 将数据和操作绑定在一起，隐藏内部细节，通过接口与外部交互。
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继承（Inheritance）
- 子类继承父类的属性和行为，提高代码重用性。
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多态（Polymorphism）
- 相同的接口表现出不同的行为，包括方法重载和重写。
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抽象（Abstraction）
- 只关注必要部分，忽略复杂实现，通过类或接口提供高层次设计。
面向对象编程的优势
- 模块化和可维护性：代码易于维护和扩展。
- 代码重用性：通过继承和抽象减少重复代码。
- 易于扩展：新功能可轻松添加。
- 现实建模：贴近现实世界概念。
- 数据安全性：通过封装保护数据，增强安全性。
17.1.1. Rust的面对对象编程特点
对于一种语言必须具备哪些特性才能被视为面向对象，编程社区尚未达成共识。 Rust 受到许多编程范式的影响，包括 OOP。OOP通常包括对象、封装和继承等特性。
面对对象编程有很多种定义，而这些定义有很多是相互矛盾的。其中有一些定义能够把Rust划为面对对象编程的语言，而另外一部分定义则不这样认为。
在第13章中我们说过了Rust函数式编程的特性，但它既不是传统的面向对象编程语言，也不是纯函数式编程语言，而是一个多范式编程语言，它结合了函数式编程和面向对象编程的一些特点。
对象包含数据和行为
Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson和John Vlissides（这四人通俗地被称为“设计模式四人帮”）所著的"Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software"（《设计模式：可重用面向对象软件的元素》）一书是一本面向对象的目录面向设计模式。它这样定义 OOP：
*Object-oriented programs are made up of objects. An object packages both data and the procedures that operate on that data. The procedures are typically called methods or operations. *
面向对象的程序是由对象组成的。对象封装了数据和操作该数据的过程。这些过程通常称为方法或操作。
基于这个定义，Rust是面向对象的：struct、enum包含数据，impl块为之提供了方法。但在Rust里带有方法的struct和enum并没有称之为对象。
17.1.2. 封装
封装指的是调用对象外部的代码无法直接访问对象内部的实现细节，唯一可以与对象进行交互的方法就是通过它公开的API。
Rust通过pub关键字实现了决定代码中哪些模块、类型、函数或者是方法是公开的。而默认情况下它们都是私有的。
看个例子：
pub struct AveragedCollection {
list: Vec<i32>,
average: f64,
}
impl AveragedCollection {
pub fn add(&mut self, value: i32) {
self.list.push(value);
self.update_average();
}
pub fn remove(&mut self) -> Option<i32> {
let result = self.list.pop();
match result {
Some(value) => {
self.update_average();
Some(value)
}
None => None,
}
}
pub fn average(&self) -> f64 {
self.average
}
fn update_average(&mut self) {
let total: i32 = self.list.iter().sum();
self.average = total as f64 / self.list.len() as f64;
}
}
该结构体被标记为pub以便其他代码可以使用它，但该结构中的字段仍然是私有的。因为我们希望确保每当在列表中添加或删除值时，平均值也会更新。直接给字段改值做不到这一点，所以不能让用户能够修改其字段值。我们通过在结构体上实现add 、 remove和average方法来实现。
17.1.3. 继承
继承是指使对象可以沿用另外一个对象的数据与行为，且无需重复定义相关的代码。Rust并不支持这个特性。
通常使用继承的原因是代码复用和多态。
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针对代码复用，Rust提供了默认trait方法来进行代码共享。在trait中某个方法有默认实现，那么任何实现了这个trait的类型就会自动拥有这个方法。这和面向对象很类似，在面向对象语言中，父类中实现的方法就可以被继承它的子类拥有。当实现某个trait时，还可以覆盖trait的默认实现，这类似于子类覆盖从父类继承的方法的实现。
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多态指期望某个类型能够被应用在需要父类型的地方，换句话说，就是如果一些对象拥有某些共同的特征，那么这些对象就可以在运行时相互替换。Rust通过泛型和trait bound(trait约束)实现了这一点：泛型使得逻辑可以更好的脱离于实际的数据类型，并使用trait bound来决定能使用此逻辑的类型必须提供的某些具体特性，这一技术也称为限定参数多态化(bounded parametric)
现在其实很多语言都不使用继承作为内置的程序设计方案了。因为它经常面临共享过多代码的风险。子类不应该总是共享其父类的所有特征，但可以通过继承来实现。这会降低程序设计的灵活性。它还引入了在子类上调用没有意义或导致错误的方法的可能性，因为这些方法不适用于子类。此外，有些语言只允许单继承（即子类只能从一个类继承），这进一步限制了程序设计的灵活性。