面向对象理论(9)-More Topics

让我们来谈一些关于面向对象理论的有趣的话题。

正方形和矩形的故事

正方形是一个特殊的矩形。
                                ----《几何》

在面向对象理论的讨论中，有一个很令人不解的问题，就是为什么正方形不能从矩形派生？因为从几何数学的定义出发，正方形就是一个矩形，一个特殊的矩形。
首先，我们要看看矩形的封装。我们这里有很多种矩形的封装。

class Rect
{
    Point p1; //top-left point
    Point p2; //bottom-right point
};

//OR
class Rect
{
    int x1;
    int y1;
    int x2;
    int y2;
};

//OR
class Rect
{
    Point p; //top-left point
    int width;
    int height;
};

//More...

我们可以给出很多种矩形的封装形式，它们是不是一个对象呢？是，只要我们写出同样的操作接口，表达同样的行为就可以了，那么对象的使用者是不关心，也不可能关心对象的内部结构的(除非是C/C++用sizeof这样的操作符去打量这个类型，然后它也不过是知道个大小)。那么就是说，决定了一个对象的根本在于对象的行为。

以上这段话，也许是我一厢情愿的想法，但是我也有我的代码作为证据。
C/C++代码可以如此构造:
我们把上述3种Rect分别定义在rect1.h, rect2.h, rect3.h，然后我们在对应的.cpp文件中实现它们。它们的成员变量尽管不同，但是接口都是一致的。
然后，我们在某个函数中使用这些类型，例如：
void setRectWidth(Rect* pRect, int width)
{
    pRect->setWidth(width);
}
OK, 当我们想使用第一种声明的class Rect的时候，我们只要include "rect1.h"即可。
至少，这部分代码是可以编译通过的。而且，setWidth方法会依照不通的实现，以不同的角度(方式)改变成员。

那么，既然如此，我们就再看看正方形的行为。

class Square
{
    void setWidth(...) {}
}

这里的setWidth和Rect类中的setWidth()，setHeight()在行为上是不同的。因为Square的setWidth会改变整个正方形的横向和纵向两个方向的边长，而Rect的setWidth则(应该)不是。所以会产生这种尴尬的原因在于，在数学上，我们承认正方形是矩形的一个特例，但是在面向对象上，正方形在行为上根本区别于矩形。所以，要明确的是，我们以往说A Cat is-a Animal。是在承认猫在行为上具有动物的(共同、普遍)行为等。
更多的内容，需要大家参考Liskov的LSP原则【1】，使用该原则，我们可以反证在面向对象上，正方形不是一个矩形。

对象的Clone语义
我们可以Clone一个对象嘛？当然了，但是不是什么时候都可以Clone一个对象的。因为那关系到一个逻辑的问题。

很多人一直都在争论Michael Bay的电影《逃出克隆岛》的中关于记忆可以被克隆的大胆设想。

这是一个逻辑的问题：它不是语法的问题，所以编译器帮助不了你。我们想这样的一个问题，如果我们有一个对象是Rect，我们想复制一个Rect，它们的大小相同，OK，我们可以Clone它。而现在，我们有一个Socket对象，你想复制它嘛？一个构造完毕的Socket对象应该和Local的一个端口binding在一起，而端口就是资源。那么当我们有了两个对象，其中一个是另外一个的复制品，那么端口这个资源怎么办呢？也要复制嘛(怎么复制？)？
在Java中，有Cloneable接口和CloneNotSupportedException异常，一个对象的可克隆性，就被这两个设施淡淡地描绘出来了，而实际上，许多人并没有意识到这个事情的存在。

这并不难于理解，像“文件”，“管道”，“流”对象，都应该是不可复制的对象。
需要说明的有两点：【2】
1. 对象是否可以被Clone，这是一个设计问题，毕竟作为对象的描述-内存数据，当然是可以被Copy的。
2. 我们也许会给Socket classes的对象找到一个需要复制出它们的副本的设计理由，我不是很确定。


Socket classes
我们已经讲了这么多的内容了，希望你可以从中体会到那些我想传达的信息，最后，我们再举一个关于Socket classes的例子，来结束我们关于面向对象理论的阐述。
而具体这个例子，是关于对象模型？粒度划分？还是关于类型安全，或者是行为确定，或者是全部都包括呢？就需要你来体会了。【3】

在Win32，或者是UNIX编程中，我们通常能看到这样的(宏)代码：

#define SOCKET unsigned int

也就是说，我们用到了Socket API，socket，select，listen等函数，所需要的参数的数据类型，也不过是一个整数。既然是一个整数，那么在C/C++中，就难以保证其类型安全了，一个整数值，是一个处于侦听的Socket，还是一个TCP Socket，一个UDP的Socket，甚至，它是不是Socket，都是一个未知数。那么在这个环节上，类型安全的问题就显得尤为突出了。

以MFC为例，CAsyncSocket，CSocket封装了SOCKET，至少目前，你再使用Socket的时候，你知道这个对象是一个Socket了，而不是一个其他的什么对象。
但是，这远远不够的，看CAsyncSocket的实现代码，我们就知道了，它把侦听的Socket，和用于通信的Socket，揉二者之行为于一个类中。那么，我们获得的一个CAsyncSocket对象的引用，我们如何能确定它就是一个Server Socket？
当然了，设置一个标志成员，就可以解决这个问题了。然后，这并非是一个好的办法。
到了Java中，我们就可以看到，这两种事物，有了不同的类型，Socket和ServerSocket，再也不会犯下错误了。在ACE中，在Ruby的库中，都可以看到如此这般的设计。从根本上讲，这二者，尽管同属于TCP Socket的实现类，但是其行为有着根本的不同，一个Listen，一个Send和Receive。

于是在SOCKET->MFC CSocket->Java ServerSocket Socket的演化过程中，我们看到了对象模型的建立，粒度的划分，类型安全，以及行为的确定，还有许多许多，于是需要我们再去挖掘。

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【1】：在后面的章节中，我们会更多地讨论LSP的。
【2】：就此点，我也需要更多的思考，也希望得到更多的想法。
【3】：这是我在CSDN BLOG原稿的最后一篇，所以有“最后”等字样。