[转载]openFOAM基础——c++的面向对象思想

OpenFOAM

openFOAM是用c++写的，其基础思想便是面向对象。面向对象的编程思想随便找本相关的书都能看清楚。其最大的优点在于符合人类思考习惯，方便进行代码维护和开发，并且有利于提高代码重用率。但是面向对象的编程思想对于数值计算来说是否合适，可能还有待商酌，因为大量虚方法的引入势必降低运算速率。然而如果想在CFD领域有长足发展，我想积累是不可缺少的一个环节。而架构在面向对象程序设计思想上的openFOAM，应该是众多积累手段中较为有效的一种。

又扯上了，先说些基本的吧。

首先，什么是面向对象？面向对象其实从字面上也看不出有什么太多的意思，不过如果从程序设计的发展过程来看，就不难对“面向对象”这一概念进行理解了。“面向对象”是相对于其前的“面向过程”而言的。对于一个面向过程的程序而言，程序从头走到尾，代码的编写顺序基本上就是执行的过程。而面向对象的方法则不然，虽然面向过程的影子依然存在（没有过程、何谈程序,事实上所有现实中的事情都是过程化的），但是在程序执行过程中出现了“对象”这一概念，而且对象本身会发生“行为”，彼此之间实现“消息”传递，从而实现其驱动机制（本质上也就是函数调用）。

对象（object）：哲学上讲，对象即指现实世界中各种各样的实体，可以指具体的事物也可以指抽象的事物。如苹果、飞机、规则、法律、方程、向量等等（凡是可以想到的东西）。每个对象皆有自己的内部状态和运动规律，在面向对象概念中我们把对象的内部状态称为“属性”、运动规律成为“方法”或“事件”。 在面向对象程序设计中，对象就是有着自己的属性、方法的“变量”，只不过我们以后不称之为变量，而叫“对象”了，这也是为了与一般的变量区分。

类（class）：哲学上讲，类是具有相似内部状态和运动规律的实体的集合（或统称、抽象）。类是人们根据自己的认识水平以对象为素材归纳出来的。对于一个具体的类，它有许多具体的个体（属于此类），我们就管这些个体叫做对象。既然对象有属性、方法，那么由其归纳而得的类自然也有相应的属性、方法。在面向对象程序设计中，类的定义是最关键的，一个程序，在类的定义上是否合理，很大程度影响着编程的效率。我们定义一个类的时候，决定这个类到底都有哪些属性和方法，并且定义属性的时候给出属性的数据类型，定义方法的时候给出方法的实现过程。

在程序执行过程中，我们利用类来定义对象，真正使代码执行的，是对象。可以认为，类相当于数据类型，而对象则是具体数据。

谈到面向对象，不得不了解的三大机制：“封装”、“继承”、“多态”。这些正是面向对象的精华所在，没有了这些，谈不上面向对象。

封装的目的在于隐藏代码细节。具体来说，通过将类中的成员变量声明为private，再提供一个或者多个public方法用于实现对该变量的访问和修改，同时在类中定义接收其他对象消息的方法（称为类的接口），这种方式就是封装。类是封装的最基本单位，可见通过封装使得不同类之间相互独立了，从而防止了程序相互依赖性而带来的变动影响。总之，通过封装能够实现：隐藏类的实现细节；限制用户对属性的不合理访问；便于修改和进行数据检查。


继承的目的在于方便代码重用。如果每个类都需要从新定义，显然工作量太大了。面向对象的继承机制使得一个类可以在另一个类的基础上产生，他们分别为 “子类”和“父类”。子类可以继承父类所有的属性和方法，并可以进行扩充。这样一来，就爽的很了。这就是一种功能的积累，实现了不断在现有基础上前进。

多态的目的在于改写对象行为。试想，如果所有的子类都必须按照父类的规矩办事儿，那么也是不太现实的。在生态学中存在着“变异”，我们在编程时同样存在类似的情况。如果子类想把父类的某些功能变一下，怎么办，这时就用到多态这一概念了。具体做法就是在定义子类的时候对方法进行重新定义（当然也可以在原有基础上进行扩充）

有了以上这些基本概念，对于面向对象编程思想便应该有一个大概的认识了。不过概念好理解，精髓难掌握。如何组织类，应该是面向对象中最为重要的一个问题。

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