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一個工程師的創業之旅
2023-06-07|閱讀時間 ‧ 約 4 分鐘

實戰系列『影像處理軟體設計』 - [1] 物件導向概述

常見的 C 語言是屬於程序導向中結構化程式設計的概念，採取『自上而下、逐步細化、模組化』的方法，將軟體的複雜度控制在一個範圍內，從而降低軟體發展的複雜度，因此 C 語言成為 20 世紀 70 年代軟體發展的潮流。
隨著硬體的快速發展，業務要求越來越複雜，而且程式設計應用領域越來越廣泛，結構化程式設計的軟體生產力遠跟不上硬體和業務的發展。
因為結構化程式設計的方式無法滿足軟體『可擴充性』和『可維護性』的需求，因此物件導向的概念才開始普及。從 C++ 到後來的 Java、C# 把物件導向推向巔峰。
和程序導向相比，物件導向的概念更加貼近人類思維的特點，這也是軟體設計的一次重大突破。

一、程序導向簡介

程序導向是一種以『程序』為中心的程式流水線設計概念，其中最中要的就是『完成一件事情的步驟』。這是一種機械式的邏輯，每個階段都有自己的輸入資料、處理單元及輸出資料。
在程序導向中，我們需要將程式分成不同的處理單元，然後設計不同單元該如何銜接，並定義每個單元的輸入及輸出資料類型。
程式設計人員應該都聽過「程式設計 = 演算法 + 資料結構」，這其實就是程序導向的概念，而這種特徵其實和電腦的本質相關，其核心 CPU 處理指令的方式就如同流水線一樣，所以電腦是以程序導向為基石來進行處理。
即使我們使用物件導向語言來進行程式開發，但它最後還是要轉換成 CPU 能執行的指令，依舊屬於程序導向。

二、物件導向簡介

物件導向是一種以『物件』作為中心的程式設計概念，著重在對現實世界的模擬。
跟程序導向不同，物件導向的方法中沒有主要控制的角色，也不需要指定嚴謹的操作順序，而是以物件為主體，指定這些物件完成任務，以及這些物件如何對外界的刺激做出反應。
人們大多是按照物件導向的方式進行思考，所以物件導向更加符合人類的思維習慣。
在物件導向的程式設計中，「程式設計 = 物件 + 互動」

三、為什麼需要物件導向？

由於程序導向是電腦運行的基石，因此目前 C 語言、作業系統、協定堆疊、驅動程式，依然還是程序導向的天下。
但程序導向有著先天性的不足，那就是流程和結構相對固定，雖有效率但其擴充比較麻煩。每次需求的變更，都要對流程的每個步驟、中間的進出的資料結構進行修改。
物件導向是為了解決程序導向的『擴充性』問題而誕生的，因此物件導向的最大特徵就是『可擴充性』。要將變化帶來的影響控制在有限的範圍內，避免產生全流程或大範圍的影響，降低開發上的風險。
因此，經常發生變化的地方就是物件導向的發威之處，常見及可變的主要集中在客戶需求部份，不變的一般都屬於電腦系統的基礎。
作業系統、資料庫及協定等，相對穩定而且要求高效率，因此較適合程序導向；而企業應用、網際網路或遊戲等應用，需求經常變更且功能不斷擴展，適用物件導向的概念。
對效能要求很高的系統軟體，基本上都是利用 C 語言寫的，例如作業系統、驅動程式、嵌入式軟體及網路設備等。

四、物件導向語言不等於物件導向程式設計

C 語言是純粹的程序導向的程式語言，但不代表用 C 語言撰寫程式就是程式導向程式設計，利用 C 語言一樣可以寫出物件導向的程式。
同理， Java 是純粹的物件導向程式語言，但也可以用 Java 寫出程式導向的程式。
程序導向和物件導向都是一種思維方式，它是一種思考問題的方法，和具體的語言沒有必然的關係。
舉例來說，在 Java 中寫程式導向的程式碼，最簡單的方式是撰寫一個大類別，內含很多方法，然後在 main 函式裡面按照程式導向的方式呼叫即可。

五、重點摘要

  1. 程序導向是一種「機械的思維」。
  2. 物件導向是一種「人類的思維」。
  3. 物件導向適合解決軟體的「可擴充性」問題。
  4. 物件導向程式語言不等於物件導向程式設計。
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