“面向对象就是一个错误！”

骑猪看日落 2022-10-29 06:23 124阅读 0赞

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作者 | Ilya Suzdalnitski

编译 | 弯月   责编 | 张文

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

C++和 Java 可能是计算机科学领域最大的错误。就连面向对象的创建者 Alan Kay 都曾对这两门语言提出了严厉的批评。然而，C++和 Java 都是比较主流的面向对象语言。

面向对象编程的流行是计算机科学领域的不幸，它对现代经济造成了极大的破坏，造成了数万亿美元的间接损失。在过去的三十年中，几乎所有行业都因潜在的面向对象编程危机而受到影响。

为什么面向对象编程如此危险？下面我们一起来寻找答案。

2007 年 9 月，美国 Jean Bookout 驾驶的 2005 款凯美瑞突然失控，Bookout 尝试刹车但是失败，最终发生了碰撞事故，导致车内另一人身亡，Bookout 受伤。然而，此案只是丰田在美上百起车辆意外加速投诉的其中之一。

在 Bookout 事件调查的过程中，原告方聘请了两位软件专家，他们花了将近 18 个月的时间来研究丰田代码。最终，他们都形容丰田代码库为“面条式代码”（Spaghetticode），程序的流向就像一盘面条一样扭曲纠结在一起。

软件专家演示了大量丰田软件可能导致意外加速的情况。最终，丰田被迫召回 900 多万辆汽车，赔付款项高达 30 多亿美元。

# **面条式代码有什么问题？** #

然而，丰田并不是唯一一家有面条式代码问题的公司。曾经有两架波音 737 Max 飞机坠毁，造成 346 人死亡，损失超过 600 亿美元。这两起事件的原因也出在了软件 bug 上，而且都是由面条式代码引起的。

面条式代码困扰着全世界上许许多多的代码库，包括飞机、医疗设备以及核电站上运行的代码。

程序代码不是为机器编写的，而是为人类编写的。Martin Fowler 曾说过：“**任何傻瓜都可以编写计算机能够理解的代码。但只有优秀的程序员可以编写人类能够理解的代码。**”

如果代码不能正常运行，那说明出了问题。但是，如果人们不理解代码，那么它肯定会出问题。迟早的事儿。

此处，我们来谈论一下人类的大脑。人脑是世界上最强大的机器。但是，它有其自身的局限性。我们的工作记忆是有限的，人脑一次最多只能思考 5 件事。这意味着，程序代码的编写方式不应该超出人脑的局限。

然而，面条式代码导致人类无法理解代码库。这就会埋下深远的祸根，因为我们不清楚某些代码变动是否会引发问题。我们无法运行详尽的测试，找出所有缺陷，甚至没有人知道这样的系统是否能正常工作。即便系统能够正常工作，我们也不明白为什么。

# **面条式代码的起因** #

为什么经过一段时间的发展之后，代码库会出现面条式代码？因为熵。宇宙中的一切都变得混乱无序。就像电缆终将乱如一团麻，我们的代码最终也将变得混乱不堪。除非我们施加足够的约束。

为什么高速公路有时速限制？这是为了防止我们撞车。为什么道路上有交通信号？为了防止人们走错路，为了防止事故发生。

编程也一样。这样的约束不应让程序员来决定，应该通过工具自动实现，或者理想情况下通过编程范例本身来实现。

# **为什么面向对象是万恶之源？** #

我们怎样才能施加足够的约束，防止面条式代码的出现？两个办法：**手动或自动。手动很容易出错，人类难免会犯错。因此，我们理应自动执行此类约束。**

然而，面向对象编程并不是我们一直在寻找的解决方案。它没有提供任何约束来帮忙解决代码扭曲纠缠的问题。一个人可以精通各种面向对象编程的最佳实践，例如依赖注入、测试驱动的开发、领域驱动的设计等（这些实践确实有帮助）。但是，这些都不是由编程范例本身来强制执行的（而且也没有相应的工具来强制执行最佳实践）。

面向对象编程内部没有任何功能可以帮助我们预防面条式代码，封装只是隐藏和打乱了程序的状态，只会让情况变得更糟。继承带来了更多的混乱。面向对象编程的多态性更是火上浇油，我们根本不知道程序运行时会采用哪种确切的执行路径。特别是在涉及多个继承级别时。

### **面向对象进一步加剧了面条式代码的问题** ###

然而，面向对象的缺点可不止缺乏适当的约束。

在大多数面向对象编程语言中，默认情况下一切都是通过引用共享的。这实际上将一个程序变成了一个庞大的全局状态。这与面向对象原本的思想背道而驰。面向对象的创建者 Alan Kay 拥有生物学的背景。他想到了一种语言（Simula），可以让我们按照生物细胞的组织方式编写计算机程序。他希望有独立的程序（细胞）通过相互发送消息进行通信。独立程序的状态永远不会与外界共享（封装）。

AlanKay 从来也没想过让“细胞”直接进入其他细胞的内部做任何修改。但现代面向对象编程就这么干了，因为在现代面向对象编程中，默认情况下，一切都是通过引用共享的。这也意味着破坏正常功能的错误无法避免。修改程序的某一部分就会破坏其他功能（这在函数式编程等其他编程范例中很少见。）

我们可以清楚地看到，现代面向对象编程本质上就存在很大的缺陷。它不仅会让你在日常工作中痛苦不堪，而且还会让你夜不成寐。

# **可预测性** #

面条式代码是一个重大的问题。面向对象的代码特别容易形成面条式。

面条式代码导致软件无法维护，但这只是问题的一部分。此外，我们还希望软件具有可靠性，以及可预测性。

任何系统的用户都应该享受相同的、可预测的体验。踩下油门，汽车就会加速；相反，踩刹车，汽车就会减速。用计算机科学术语来说，我们希望汽车的行为是确定的。

我们非常不希望汽车表现出随机行为，例如加速器无法加速，或制动器不能减速（丰田的问题）。即使此类问题发生的概率非常低。

然而，大多数软件工程师的心态都是“我们的软件要足够好，才能让客户继续使用。”我们能做的只有这么多吗？当然不是，我们应该做得更好！然而，首先最起码应该解决程序的不确定性。

## **不确定性** ##

在计算机科学中，确定性算法指的是针对相同的输入，算法始终能够表现出相同的行为。而不确定性算法恰恰相反，即便输入相同，每次运行算法也会表现出不同的行为。

举个例子：

console.log( 'result', computea(2) );console.log( 'result', computea(2) );console.log( 'result', computea(2) );
    // output:// result 4// result 4// result 4

无需在意上述函数的具体功能，你只需要知道对于相同的输入，它总是会返回相同的输出。下面，我们看一看另一个函数 computeb：

console.log( 'result', computeb(2) );console.log( 'result', computeb(2) );console.log( 'result', computeb(2) );console.log( 'result', computeb(2) );
    // output:// result 4// result 4// result 4// result 2    <=  not good

这一次，这个函数在面对相同的输入时，却给了不同的输出。这两个函数之间有什么区别？前者针对相同的输入，总是能给出相同的输出，就像数学函数一样。换句话说，这个函数是确定的。而后者则不一定会输出预期的值，换句话说，这个函数是不确定的。

如何判断某个函数是确定的，还是不确定的？

*  不依赖外部状态的函数百分百都是确定的。
 *  只调用其他确定的函数的函数也是确定的。

function computea(x) {return x * x;}
    function computeb(x) {return Math.random()< 0.9          ? x * x          : x;}

在上述示例中，computea 是确定的，它总是能够针对相同的输入给出相同的输出。因为它的输入只取决于参数x。

而 computeb 是不确定的，因为它调用了另一个不确定的函数Math.random()。我们怎么知道 Math.random()是不确定的？因为这个函数会根据系统时间（外部状态）来计算随机值。而且，它也没有参数，只取决于外部状态。

确定性与可预测性之间有什么联系？确定的代码就是可预测的代码。不确定的代码就是不可预测的代码。

# **从确定的到不确定的** #

我们再来看一个函数。

function add(a, b) {return a + b;};

我们可以确定，输入(2,2)的结果总是等于 4。我们为什么能确定？在大多数编程语言中，加法操作都是通过硬件实现的，换句话说，CPU 会负责计算结果始终保持不变。除非我们需要处理浮点数的比较（但这是另一个话题，与不确定性问题无关）。这里，我们只讨论整数。硬件非常可靠，因此我们可以放心加法的结果正确无误。

下面，我们给 2 加一个处理：

const box = value => ({ value });
    const two = box(2);const twoPrime = box(2);
    function add(a, b) {return a.value +b.value;}
    console.log("2 + 2' == " + add(two, twoPrime));console.log("2 + 2' == " + add(two, twoPrime));console.log("2 + 2' == " + add(two, twoPrime));
    // output:// 2 + 2' == 4// 2 + 2' == 4// 2 + 2' == 4

到这里，这个函数依然是确定的！

下面，我们来稍微修改一下函数本身：

function add(a, b) {  a.value += b.value;return a.value;}
    console.log("2 + 2' == " + add(two, twoPrime));console.log("2 + 2' == " + add(two, twoPrime));console.log("2 + 2' == " + add(two, twoPrime));
    // output:// 2 + 2' == 4// 2 + 2' == 6// 2 + 2' == 8

发生了什么？突然间，函数的结果就不可预测了！第一次运行没有问题，但是后面每次运行得到的结果都是不可预测的。换句话说，这个函数不再具备确定性。

为什么突然变成不确定的？这是因为我们修改了函数作用域之外的一个值，函数出现了副作用。

### **总结一下** ###

确定的程序可确保 2 + 2 == 4。换句话说，给定输入(2, 2)，函数 add 必然会输出 4。无论这个函数被调用多少次，无论是否并行调用该函数，也无论函数外部是什么状况，它必然会输出 4。

不确定的程序则恰好相反，在大多数情况下，add(2, 2)将返回 4。但有时，该函数可能会返回 3、5，甚至 1004。程序中万万不能出现不确定性，我希望你明白为什么。

不确定的代码有什么后果？它们会引发软件缺陷，也就是常说的 bug。遇到 bug，开发人员需要浪费大量宝贵的时间来调试代码，如果将这类代码投入生产，则会大大降低客户体验。

为了让我们的程序更可靠，首先应该解决不确定性的问题。

# **副作用** #

这里，我们不得不谈一谈副作用。

什么是副作用？通常意义的副作用是指如果你因头痛而服用药物，但这种药物让你感到恶心，那么恶心就是一种副作用。简而言之，副作用就是不良反应。

想象一下，你买了一台计算器。带回家后却发现这不是一台简单的计算器。你输入 10 \* 11，而它却输出了 110，同时在你耳边大叫“一百一十”。这就是副作用。接着，你输入 41+ 1，它输出了 42，但又喊道“四十二，死掉。”这也是副作用。你带着满脸的疑惑，打电话叫外卖，结果这台计算器偷听到了你的电话，大声说“好的”，然后还帮你下了订单。这也是副作用。

下面，我们继续来说 add 函数：

function add(a, b) {  a.value += b.value;return a.value;}

这个函数执行了预期的操作，即 a 加 b。但是，它也有副作用。因为在执行a.value+ = b.value 后，对象 a 会发生变化。假设刚开始的是 a.value=1，则第一次调用完成后，a.value=2。而且第二次调用后，它的值会再次变化。

# **纯 粹**    #

在讨论了确定性和副作用后，我们再来看一看纯粹。纯函数是确定的，而且没有副作用。

纯函数有什么优点？它们是可预测的。因此，非常易于测试（无需编写模拟函数和桩函数）。理解纯函数非常容易，不需要将整个应用程序状态都装入大脑。你只需要考虑眼前的函数。

编写纯函数也很容易（因为它们不会修改任何范围之外的数据）。纯函数非常适合并发，因为函数之间没有共享状态。另外，重构纯函数也很简单，只需复制和粘贴，无需复杂的 IDE 工具。

简而言之，纯函数可以让我们快乐地编程。

### **面向对象编程是否是纯粹的？** ###

为了举例说明，我们看两个面向对象的特性：getter和setter。

getter 的结果取决于外部状态，也就是对象状态。每次调用 getter，得到的结果都不相同，具体取决于系统的状态。因此，getter 本质上是不确定的。

setter会修改对象的状态，因此它们本质上就带有副作用。

这意味着面向对象所有的方法（除静态方法外）或者是不确定的，或者会带来副作用。因此，面向对象编程并不纯粹，它与纯粹背道而驰。

## **银弹** ##

> 无知并不值得羞愧，无知又不学才让人羞愧。
> 
> —— 本杰明·富兰克林

虽然软件世界里困难重重，但我们仍存一线希望，即便无法解决所有的问题，至少也可以解决大多数问题。但是，只有当你愿意学习和应用，才能成功。

银弹的定义是什么？就是可以解决所有问题的灵丹妙药。经过千百年的努力，数学界也有银弹。

如果不确定性（即不可预测）成为现代科学的支柱，那你觉得我们的世界能走多远？可能不会太远，或许我们还停留在中世纪。医学界就经历过这样的情况，过去我们没有严格的试验来证实特定的治疗方法或药物的功效。

不幸的是，如今的软件行业与过去的医学太相似了。现代软件行业的基础非常脆弱，也就是所谓的面向对象编程。我们希望软件也能够像医学一样，找到坚实的基础。

# **坚实的基础** #

在编程世界中，我们也可以拥有像数学一样可靠的基础吗？可以！我们可以将许多数学概念直接转化为编程，并以此为基础，也就是我们所说的函数式编程。

函数式编程是编程界的数学，它是非常牢固且强大的基础，可用于构建可靠且健壮的程序。是什么让函数式编程如此强大？这种编程方式的基础是数学，尤其是 Lambda 演算。

做个比较，现代面向对象编程的基础是什么？Alan Kay 的面向对象编程基于的是生物细胞。但是，现代 Java/C\#的基础是一套荒谬的思想，比如类、继承和封装等，这些并非源自 Alan Kay 最初的思想。

反观函数式编程，它的核心构件是函数，而且在大多数情况下是纯函数。纯函数是确定性的，因此它们是可预测的。这意味着由纯函数组成的程序将是可预测的。这倒不是说函数式编程没有 bug，但是如果程序中存在 bug，那也是确定的，即对于相同的输入始终会引发相同的 bug，因此非常容易修复。

# **代码是如何执行到这一步的？** #

以前，在过程式编程和函数式编程出现之前，goto 语句广泛用于编程语言中。goto 语句允许程序在执行的过程中跳至代码的任何部分。因此，开发人员很难回答：“代码是如何执行到这里的？”而且 goto 语句引发了大量 bug。

如今，面向对象编程也有这个问题。在面向对象编程中，一切都是通过引用传递的。从理论上讲，这意味着任何对象都有可能被其他对象修改（面向对象编程对此没有任何约束）。封装根本没有帮助，它只不过是调用一种方法来更改某些对象的字段。这意味着，程序中的依赖关系很快就会乱成一锅粥，整个程序都会成为一个大型的全局状态。

有什么办法可以解决这个问题吗？没错，就是采用函数式编程。

过去曾经许多人对于停止使用 goto 的建议都有抵触，就像如今很多人会反对函数式编程和不可变状态的思想。

# **面条式代码怎么办？** #

在面向对象编程中，“组合优于继承”被视为最佳实践。从理论上讲，这类的最佳实践有助于改善面条式代码。然而，这只是“最佳实践”，面向对象的编程范例本身没有任何约束，强制人们遵守这类最佳实践。团队中的初级开发人员是否遵循这类最佳实践，完全看个人，或者你在代码审查中强制实施。

函数式编程如何？在函数式编程中，函数组合（和分解）是构建程序的唯一方法。这意味着编程范例本身会强制执行组合。这正是我们一直在寻找的解决方案。

函数调用其他函数，大函数始终由小函数组成。组合在函数式编程中是很自然的选择。此外，在这种方式下，重构的难度也会降低，只需剪切代码，然后将其粘贴到新函数中即可。无需管理复杂的对象依赖项，也不需要复杂的工具（例如Resharper）。

我们可以看出，要想更好地组织代码，选择面向对象编程并不明智，函数式编程明显更胜一筹。

# **现在就开始行动** #

面向对象编程本身就是一个巨大的错误。

如果我知道我乘坐的汽车运行的软件是由面向对象编程语言编写的，我会感到害怕；知道我和家人乘坐的飞机使用了面向对象的代码，也会让我感到不安。

我们应该采取行动，认识到面向对象编程的危险，并努力学习函数式编程。我知道这个过程很漫长，至少需要十年才能做出转变。

但我相信在不久的将来，终有一天面向对象编程会退出这个舞台，就像如今的 COBOL 一样。

参考链接：https://suzdalnitski.medium.com/oop-will-make-you-suffer-846d072b4dce

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