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IBM 教程:开始了解 PHP 中的对象

2010-02-02

作为 PHP 程序员,您肯定知道变量和函数。但类和对象可能就是另一回事。不定义单个类,就可以创建完美的系统。但即使您决定在自己的代码中不使用面向对象的编程,您仍可能需要了解面向对象的编程。例如,如果使用第三方库,比如通过 PHP Extension and Application Repository (PEAR) 可以使用的库,您将发现自己在实例化对象和调用方法。

什么是类和对象?

简单地说,类是一个由变量和方法组成的独立块或束。这些组件通常结合实现单个责任或一组责任。在本文中,您将创建一个类,该类收集了用于查询和填充由项和值组成的词典的方法。

类可以直接用作组织数据和功能的简单方法,就像一组函数和变量一样。但使用类可以忽略它的存在。类可用于在内存中生成多个实例。这样的实例叫做对象。每个对象可以访问一组相同的函数(在面向对象上下文中叫做方法)和变量(叫做特性或实例变量),但每个变量的实际值在每个对象中是不同的。

考虑角色扮演游戏中的一个单元——比如坦克。类可能为坦克设置一组变量:防御和进攻能力,范围,健康状况,等等。该类也可能定义一组函数,其中包括 move() 和 attack()。当系统包含一个坦克类时,该类可用于生成数十个或数百个坦克对象,每个对象都潜在地具有自己的健康状况或范围特征。因此,类是用于生成对象的蓝图或模板。

理解类和对象最简单的方法可能就是创建一些类和对象。

第一个类

可以用 class 关键字创建类。最简单的情况是,类由关键字类、名称和代码块组成:

class Dictionary 
{
}  

类名可以包含字母、数字和下划线字符的任何组合,但不能以数字打头。

上例中的 Dictionary 类尽管用处有限,但完全合法。那么如何使用该类来创建一些对象呢?

$obj1 = new Dictionary();
$obj2 = new Dictionary();
$obj3 = new Dictionary();  

至少在形式上,实例化对象与调用函数相似。对于函数调用,必须提供圆括号。与函数一样,一些类需要您为其传递参数。您还必须使用 new 关键字。这就告诉 PHP 引擎您希望实例化一个新对象。然后,返回的对象可以存储在一个变量中以供将来使用。

属性

在类的主体中,可以声明叫做属性的特殊变量。在 PHP V4 中,属性必须用关键字 var 调用。这仍是合法的语法,但主要是为了向后兼容。在 PHP V5 中,属性必须声明为 public、private 或 protected。但现在在例子中将所有属性声明为 public。清单 1 显示一个声明了两个属性的类。

清单 1. 声明两个属性的类

class Dictionary 
{
    public $translations = array();
    public $type ="En";
}  

正如所看到的,可以同时声明属性并为其赋值。可以用 print_r() 函数快速浏览一下对象的状态。清单 2 显示 Dictionary 对象现在具有更多成员。

清单 2. Dictionary 对象一览

$en = new Dictionary();
print_r( $en );   

如果运行该脚本,将看到如下对象的输出:

Dictionary Object
(
    [translations] => Array
        (
        )
    [type] => En
)  

可以使用对象操作符 -> 访问公共对象属性。所以 $en->type 表示由 $en 引用的 Dictionary 对象的 $type 属性。如果可以访问属性,就意味着可以设置和获得其值。清单 3 中的代码创建 Dictionary 类的两个实例 —— 换言之,它实例化两个 Dictionary 对象。它更改一个对象的 $type 属性,并添加两个对象的翻译:

清单 3. 创建 Dictionary 类的两个实例

$en = new Dictionary();
$en->translations['TREE'] = "tree";
$fr = new Dictionary();
$fr->type = "Fr";
$fr->translations['TREE'] = "arbre";
foreach ( array( $en, $fr ) as $dict ) 
{
    print "type: {$dict->type} ";
    print "TREE: {$dict->translations['TREE']}\n";
}  

该脚本输出如下:

type: En TREE: tree
type: Fr TREE: arbre  

所以 Dictionary 类现在比较有用了。单个对象可以存储不同的键值组合,还有一个标志,该标志告诉客户端有关这种 Dictionary 的详细信息。

尽管 Dictionary 类当前与关联数组的包装器相差无几,但这里有一些了解对象功能的线索。目前,我们已经可以很好地表示我们的示例数据了,如清单 4 所示。

清单 4. 示例数据

$en = array(
    'translations'=>array( 'TREE' => 'tree' ),
    'type'=>'En'
);
$fr = array(
    'translations'=>array( 'TREE' => 'arbre' ),
    'type'=>'Fr'
);  

虽然该数据结构完成了与 Dictionary 类相同的目的,但它没有提供结构的保证。如果传递 Dictionary 对象,我们知道它具有 $translations 属性。但如果是一个关联数据,则没有这样的保证。这个事实使得类似 $fr['translations']['TREE']; 的查询有些碰运气,除非进行查询的代码确定数组的起源。这是对象的重点:对象的类型是其特征的保证。

虽然用对象存储数据有优点,但是您可能没有一点感觉。对象可以是东西,但关键在于它们还可以做事情。

方法

简单地说,方法是在类中声明的函数。它们通常(但不总是)通过对象实例使用对象操作符来调用的。清单 5 向 Dictionary 类中添加一个方法,并调用该方法。

清单 5. 向 Dictionary 类中添加方法

class Dictionary 
{
    public $translations = array();
    public $type ="En";
    function summarize() 
    {
        $ret  = "Dictionary type: {$this->type}\n";
        $ret .= "Terms: ".count( $this->translations )."\n";
        return $ret;
    }
}
$en = new Dictionary();
$en->translations['TREE'] = "tree";
print $en->summarize();  

它提供如下输出:

Dictionary type: En
Terms: 1  

正如所看到的,声明 summarize() 方法与声明任何函数的方式一样,只不过它是在类中声明。summarize() 方法是通过 Dictionary 实例使用对象操作符调用的。summarize() 函数访问属性来提供对象状态的简述。

注意对于本文来说的一个新特性的用法。$this 伪变量提供了一种用于对象引用自己的属性和方法的机制。在对象外部,可以使用句柄来访问它的元素(在本例子中是 $en)。在对象内部,则无此句柄,所以必须求助于 $this。如果觉得 $this 有些迷惑,则在代码中遇到它时,试着在头脑中用当前实例 替换它。

类通常使用通用建模语言 (Universal Modeling Language,UML) 表示在图表中。UML 的详细信息超出了本文的范围,但这种图表不过是一种可视化类关系的好方法。图 1 显示用 UML 表示的 Dictionary 类。类名位于顶层,属性在中间,方法在底层。

图 1. 使用 UML 显示 Dictionary 类

构造函数

PHP 引擎识别许多“魔术”方法。如果定义了方法,则 PHP 引擎将在相应的情况发生时自动调用这些方法。最常实现的方法是构造函数方法。PHP 引擎在实例化对象时调用构造函数。对象的所有基本设置代码都放在构造函数中。在 PHP V4 中,通过声明与类同名的方法来创建构造函数。在 V5 中,应声明叫做 __construct() 的方法。清单 6 显示需要 DictionaryIO 对象的构造函数。

清单 6. 需要 DictionaryIO 对象的构造函数

class Dictionary 
{
    public $translations = array();
    public $type;
    public $dictio;
    function __construct( $type, DictionaryIO $dictio ) 
    {
        $this->type = $type;
        $this->dictio=$dictio;
	}
    //...  

要实例化 Dictionary 对象,需要将类型字符串和 DictionaryIO 对象传递给它的构造函数。构造函数使用这些参数来设置自有属性。下列代码显示可以如何实例化 Dictionary 对象:

$en = new Dictionary( "En", new DictionaryIO() );  

Dictionary 类现在比以前更安全。所有 Dictionary 对象都已经用必需的参数初始化过了。

当然,还无法阻止一些人随后更改 $type 属性或将 $dictio 设置为空。可喜的是,PHP V5 可以帮助您实现这一功能。

关键字:在此我们是否可以有一点隐私?

前面已经看到与属性声明相关的 public 关键字。该关键字表示属性的可见度。事实上,属性的可见度可以设置为 public、private 和 protected。声明为 public 的属性可以在类外部写入和读取,声明为 private 的属性只在对象或类上下文中可见。声明为 protected 的属性只能在当前类及其子类的上下文中可见。(在 继承 部分将会看到这些内容起作用。)可以使用 private 属性来真正锁定类。如果将属性声明为 private 并试图从类范围外部访问它(如清单 7 所示),PHP 引擎将抛出致命错误。

清单 7. 试图从类范围外部访问属性

class Dictionary {
    private $translations = array();
    private $dictio;
    private $type;
    function __construct( $type, DictionaryIO $dictio ) 
    {
        $this->type = $type;
        $this->dictio = $dictio;
    }
    // ...
}
$en = new Dictionary( "En", new DictionaryIO() );
$en->dictio = null;  

输出如下:

Fatal error: Cannot access private property 
Dictionary::$dictio in...  

一般来说,应将大多数属性声明为 private,然后根据需要提供获得和设置这些属性的方法。这样就可以控制类的接口,使一些数据只读,在将参数分配给属性之前对参数进行清理或过滤,并提供与对象交互的一套明确的规则。

修改方法可见度的方法与修改属性可见度的方法一样,即在方法声明中添加 public、private 或 protected。如果类需要使用一些外部世界无需知道的家务管理方法,则可以将其声明为 private。在清单 8 中,get() 方法为 Dictionary 类的用户提供了提取翻译的接口。该类还需要跟踪所有查询,因此提供了 private 方法 logQuery()。

清单 8. get() 方法为 Dictionary 类的用户提供了接口

function get( $term ) 
{
    $value = $this->translations[$term];
    $this->logQuery( $term, $value, "get" );
    return $value;
}
private function logQuery( $term, $value, $kind ) 
{
    // write log information
}  

将 logQuery() 声明为 private 简化了公共接口,而且防止了类不适当地调用 logQuery()。与属性一样,尝试从包含类外部调用私有方法将导致致命错误。

在类上下文操作

到目前为止,所看到的方法和属性都在对象上下文中进行操作。也就是说,必须使用对象实例,通过 $this 伪变量或标准变量中存储的对象引用来访问方法和属性。有时候,可能发现通过类而不是对象实例来访问属性和方法更有用。这种类成员叫做静态成员。

要声明静态属性,将关键字 static 放在可见度修饰符后面,直接位于属性变量前面。

下例显示单个静态属性:$iodir,存放用于保存和读取 Dictionary 数据的默认目录的路径。因为该数据对于所有对象是相同的,所以让它可用于所有实例是有意义的。

清单 9. 单个静态 $iodir 属性

class Dictionary 
{
    public static $iodir=".";
    // ...
}  

可以使用范围解析操作符来访问静态属性,该操作符由双冒号 (::) 组成。范围解析操作符应位于类名和希望访问的静态属性之间。

print Dictionary::$iodir . "\n";
Dictionary::$iodir = "/tmp";  

正如所看到的,访问该属性无需实例化 Dictionary 对象。

声明和访问静态方法的语法与此相似。再次,应将 static 关键字放在可见度修饰符后。清单 10 显示了两个静态方法,它们访问声明为 private 的 $iodir 属性。

清单 10. 访问 $iodir 属性的两个静态方法

class Dictionary 
{
    private static $iodir=".";
    // ...
    public static function setSaveDirectory( $dir ) 
    {
        if ( ! is_dir( $dir ) || ! is_writable( $dir ) ) 
        {
            return false;
        }
        self::$iodir = $dir;
    }
    public static function getSaveDirectory( ) 
    {
        return self::$iodir;
    }
    // ...
}   

用户不再能访问 $iodir 属性目录了。通过创建特殊方法来访问属性,可以确保所提供的任何值是健全的。在本例中,方法在进行分配前检查给定字符串指向可写入的目录。

注意,两个方法都使用关键字 self 和访问解析操作符来引用 $iodir 属性。不能在静态方法中使用 $this,因为 $this 是对当前对象实例的引用,但静态方法是通过类而不是通过对象调用的。如果 PHP 引擎在静态方法中看到 $this,它将抛出致命错误和一条提示消息。

要从类外部调用静态方法,可使用类名加上范围解析符和方法名。

Dictionary::setSaveDirectory("/tmp");
print Dictionary::getSaveDirectory();  

需要使用静态方法有两个重要原因。首先,实用程序操作可能不需要对象实例来做它的工作。通过声明为静态,为客户机代码节省了创建对象的工作量。第二,静态方法是全局可用的。这意味着可以设置一个所有对象实例都可以访问的值,而且使得静态方法成为共享系统上关键数据的好办法。

尽管静态属性通常被声明为 private 来防止别人干预,但有一种方法可以创建只读静态范围的属性,即声明常量。与全局属性一样,类常量一旦定义就不可更改。它用于状态标志和进程生命周期中不发生更改的其他东西,比如 pi 或非洲的所有国家。

用 const 关键字声明类常量。例如,因为 Dictionary 对象的实际实现背后几乎肯定有一个数据库,所以还可以假设项和翻译有最大长度。清单 11 将其设置为类常量。

清单 11. 将 MAXLENGTH 设置为类常量

class Dictionary 
{
    const MAXLENGTH = 250;
    // ... 
}
print Dictionary::MAXLENGTH;  

类常量始终为 public,所以不能使用可见度关键字。这并是问题,因为任何更改其值的尝试都将导致解析错误。还要注意,与常规属性不同,类常量不以美元符号开始。

继承

如果熟悉面向对象编程,您将知道我一直把最好的留到最后。类及其生成的动态对象之间的关系使得系统更灵活。例如,每个 Dictionary 对象封装不同的翻译数据集合,但是这些不同实体的模型定义在单个 Dictionary 类中。

但有时候需要记下类级别的差异。是否记得 DictionaryIO 类?扼要重述一下,它从 Dictionary 对象中获取数据,将其写入文件系统,从一个文件中获取数据,将其合并回到 Dictionary 对象中。清单 12 显示使用序列化来保存和加载 Dictionary 数据的快速实现。

清单 12. 使用序列化的快速实现

class Dictionary {
    // ...
    function asArray() {
        return $this->translations;
    }
    function getType() {
        return $this->type;
    }
    function export() {
        $this->dictio->export( $this );
    }
    function import() {
        $this->dictio->import( $this );
    }
}
class DictionaryIO {
    function path( Dictionary $dictionary, $ext ) {
        $path  = Dictionary::getSaveDirectory();
        $path .= DIRECTORY_SEPARATOR;
        $path .= $dictionary->getType().".$ext";
        return $path;
    }
    function export( Dictionary $dictionary ) {
        $translations = $dictionary->asArray();
        file_put_contents( $this->path(
                           $dictionary, 'serial'), 
                           serialize( $translations ) );  
    }
    function import( Dictionary $dictionary ) {
        $path = $this->path( $dictionary, 'serial' );
        if ( ! is_file( $path ) ) return false; 
        $translations = unserialize( 
                        file_get_contents( $path ) );
        foreach ( $translations as $term => $trans ) {
            $dictionary->set( $term, $trans );
        }
    }
}
$dict = new Dictionary( "En", new DictionaryIO() );
$dict->set( "TREE", "tree" );
$dict->export();  

本例引入两个简单的 Dictionary 方法,具体来说,asArray() 返回 $translations 数组的副本。DictionaryIO 实现具有简约的优点。因为在示例代码中通常省略了错误检查,即便如此,这仍是将数据保存到文件中的快速简单的方法。

一旦部署了这种库之后,则需要立即支持它的保存格式。让格式过时会冒犯那些可能以这种方式存储备份的用户的愿望。但要求改变了,而且还可能收到输出格式不方便用户编辑的抱怨。这些用户希望将导出文件以 XML 格式发送给第三方。

现在面临一个问题。如何在 DictionaryIO 接口中支持两种格式?

一个解决方案是在 export() 和 import() 方法中使用条件语句,测试类型标志,如清单 13 所示。

清单 13. 在 export() 和 import() 方法中使用条件语句

function export( Dictionary $dictionary ) 
{
    if ( $this->type == DictionaryIO::SERIAL ) 
    {
        // write serialized data
    } else if ( $this->type == DictionaryIO::XML ) {
        // write xml data
    }
}
function import( Dictionary $dictionary ) 
{
    if ( $this->type == DictionaryIO::SERIAL ) 
    {
        // read serialized data
    } else if ( $this->type == DictionaryIO::XML ) {
        // read xml data
    }
}  

这种结构是坏“代码味道”的一个例子,原因在于它依赖于复制。在一个地方进行更改(比如,添加新类型测试)需要在其他地方进行一组相应的更改(将其他类型测试带入行中),代码很快就会变得易错难读。

继承提供了更优雅的解决方案。可以创建一个新类 XmlDictionaryIO,该类继承由 DictionaryIO 设置的接口,但覆盖其中一些功能。

使用 extends 关键字创建子类。如下是 XmlDictionaryIO 类的最小实现:

XmlDictionaryIO extends DictionaryIO {
}  

XmlDictionaryIO 现在的功能与 DictionaryIO 完全相同。因为它从 DictionaryIO 继承了所有的公共(和保护)属性,所以可以将应用于 DictionaryIO 对象的相同操作应用于 XmlDictionaryIO 对象。这种关系扩展到对象类型。XmlDictionaryIO 对象显然是 XmlDictionaryIO 类的实例,但它也是 DictionaryIO 的实例 —— 同样地,以一般化的顺序,一个人同时是人类、哺乳动物和动物。可以使用 instanceof 操作符来测试这一点,如果对象是指定类的成员,则返回 true,如清单 14 所示。

清单 14. 使用 instanceof 操作符测试继承

$dictio = new XmlDictionaryIO();
if ( $dictio instanceof XmlDictionaryIO ) {
    print "object is an instance of XmlDictionaryIO\n";
}
if ( $dictio instanceof DictionaryIO ) {
    print "object is an instance of DictionaryIO\n";
}  

输出如下:

object is an instance of XmlDictionaryIO
object is an instance of DictionaryIO  

正如 instanceof 接受 $dictio 是 DictionaryIO 对象,所以方法也将接受这些对象作为参数。这意味着 XmlDictionaryIO 对象可以被传递给 Dictionary 类的构造函数,即使 DictionaryIO 是由构造函数的签名指定的类型。

清单 15 是快而脏的 XmlDictionaryIO 实现,使用 DOM 来完成 XML 功能。

清单 15. XmlDictionaryIO 实现

class XmlDictionaryIO extends DictionaryIO {
    function export( Dictionary $dictionary ) {
        $translations = $dictionary->asArray();
        $doc = new DOMDocument("1.0");
        $dic_el = $doc->createElement( "dictionary" ); 
        $doc->appendChild( $dic_el );
        foreach ( $translations as $key => $val ) {
            $term_el = $doc->createElement( "term" );
            $dic_el->appendChild( $term_el );
            $key_el = $doc->createElement("key", $key );
            $val_el = $doc->createElement(
                      "value", $val );
            $term_el->appendChild( $key_el );
            $term_el->appendChild( $val_el );
        }
        file_put_contents( $this->path( 
                           $dictionary, 'xml'), 
                           $doc->saveXML() );
    }
    function import( Dictionary $dictionary ) {
        $path = $this->path( $dictionary, 'xml');
        if ( ! is_file( $path ) ) return false;
        $doc = DOMDocument::loadXML( 
               file_get_contents( $path ) );
        $termlist = $doc
                    ->getElementsByTagName( "term" );
        foreach ( $termlist as $term ) {
            $key = $term->getElementsByTagName( "key" )
                   ->item( 0 )->nodeValue;
            $val = $term
                   ->getElementsByTagName( "value" )
                   ->item( 0 )->nodeValue;
            $dictionary->set( $key, $val ); 
        }
    }
}  

有关获得并生成 XML 的详细信息是当然要介绍的。有许多方法能完成这一操作,其中包括完美的 SimpleXML 扩展。简言之,import() 方法以 XML 文档为参数,并使用它来填充 Dictionary 对象。export() 方法从 Dictionary 对象中取得数据,并将其写入 XML 文件中。(在现实世界中,可能会使用叫做 XLIFF 的基于 XML 的格式,该格式适用于导入到第三方翻译工具中。)

注意,import() 和 export() 都调用实用程序方法 path(),该方法不存在于 XmlDictionaryIO 类中。但没有关系,因为 path() 在 DictionaryIO 中实现。当 XmlDictionaryIO 实现一个方法时,则当调用该方法时,会为 XmlDictionaryIO 对象调用该实现。当没有任何实现存在时,调用失败返回给父类。

图 2 显示了 DictionaryIO 和 XmlDictionaryIO 类之间的继承关系。封闭的箭头表示继承,从子类指向父类。

图 2. 继承关系

结束语

进一步研究有两个方向:广度和深度。广度指的是超出本文范围的那些特性,比如抽象类、接口、迭代器接口、反射、异常和对象复制。深度指的是设计问题。尽管理解 PHP 中可用于面向对象编程的工具范围很重要,但考虑如何最佳使用这些特性同样重要。幸运的是,专门讲述面向对象上下文中设计模式的可用参考资料很多(参阅“参考资料”) 如果仍在使用 PHP V4 编程,我希望您查找足够新的特性来证明迁移到 V5 及其面向对象核心特性是正确的。不久您就会惊讶地发现自己无法离开它们了。

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