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Object Oriented Programming with Free Pascal and Lazarus/zh TW: what changed

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11# 使用 Free Pascal 與 Lazarus 寫作物件導向程式
22
33## 介紹
44
55Pascal 有很多很好的教材，但這篇教學主要是讓初學者能更往前進到[[Glossary|物件導向的程式設計]]，物件導向算是 Pascal 的延伸，從 Turbo-Pascal 提出，一直到 Delphpi，Free Pascal／Lazarus。
66
77[[Glossary|物件]]乃是標準 Pascal 的延伸 [記錄](http://wiki.lazarus.freepascal.org/Record)結構。
88
99文字基礎的 Pascal 程式撰寫能夠在像 Unix 下做成良好的應用程式，穩定地進行單一的工作。唯一一件設計師會把他寫的很複雜的事情，就像是需要做選項趨向的選單，但這基本上對於使用者想要下命令讓電腦，或印表機去照著做的空間還是很有限。
1010
1111為了要提供[[Glossary|圖形化的使用者介面 (GUI)]]，它通常都得必須和物件導向的程式設計方法脫離不了關係 (常常像是使用 [[Glossary|C]] 或是他的延伸產品，或 Visual Basic，或其[[Glossary|物作導向]]衍生產品，也就等於Pascal 和 [[Glossary|Free Pascal]] 相對於 [[Glossary|Lazarus]])。
1212
1313在 GUI 裡使用者看到有一大堆的圖形有組織地排列在畫面上，分成數個[[Glossary|工具]]群組分類放置，每種工具都可以做一些相關的動作像
1414
1515- 從選單選取項目，
1616- 開啟或儲存檔案，
1717- 連線到網路，
1818- 進行數字運算，等等。
1919
2020使用者可以移動滑鼠或其他指標裝置來選取畫面上的工具，利用點擊滑鼠左右鍵或按下鍵盤按鍵來執行一些動作。
2121
2222當系統想要達成這樣的圖形使用者介面時，想要用標準的 Pascal 或是其他程式語言來撰寫，若導入物件導向語法就會變的很簡單，如所見的畫面上的每一個工具在程式裡都寫成一個物件，在共通統一的結構下擁有與自己相關的內容屬性，函式與程序。
2323
2424## 物件 - 現實世界的例子
2525
2626假想你在醫院或一個醫生的辦公室裡，想要分析收集來的血液樣本。
2727
2828### 血液採樣
2929
3030這些樣本的實體就算是一個**物件**，它有很多的訊息包含著或有其他的文件和物件與其有關。
3131
3232- **試管**，即內科醫師用來進行檢驗的地方。
3333
3434- **內部流程** (或稱*方法*，*標準操作流程 (SOP)*) 來指引護士或技師來採樣
3535 - 要用哪一種試管，
3636 - 如何進行採樣
3737 - 如何儲存樣本並送回實驗室。
3838
3939- 試管上的**標籤**訊息代表著
4040 - 採樣編號
4141 - 患者的姓名與生日
4242 - 採樣日期
4343 - 是否需要檢驗。
4444
4545- 在實驗室裡**檢驗請求單**會伴隨著樣本作業，指出
4646 - 採樣編號
4747 - 請求檢驗的醫師編號
4848 - 請求檢驗的醫師所要求的檢驗內容
4949 - 患者完整的資訊
5050 - 所希望看到的診斷確認。
5151
5252請求單副本將放入患者的病歷表裡，去提醒師生在適當的時間內做出推斷出結果。
5353
5454- 在實驗室中 - **內部方法**決定了
5555 - 樣本要如何來分析
5656 - 要用什麼樣的機械
5757 - 機械要如何去校正與操作
5858 - 結果要用什麼樣的格式寫下來，然後
5959 - 回報給醫生。
6060
6161實際上**結果**即是醫生診斷後的記錄，然後一份副本留存在患者的病歷中。
6262
6363樣本的實體也許還會留下來做參考用，以供未來確認或進一步再檢驗。或是通通棄置焚化掉；這也會有一些方法來專門處理這件事。
6464
6565這個流程中醫師不需要在每一次要進行採樣時都要把詳細在重頭重述一遍；而且實際上醫師很可能只懂自己在實驗室裡要進行檢驗這部份的知識而已。而其他各種流程裡的智識是從之前的採樣與分析裡**繼承**下來的 - 這個流程會有一個通用旳操作準則，我們共稱做血液採樣，所有在這個方法之下它的文件與資料，用來組成這個**物件**。
6666
6767在醫師的心裡，血液採樣和它的結果被視為是同一件事（實體；entity），而對技師與護士而言，有關於試管，標籤和儲存方法，也都成為單獨的一件事（實體）。
6868
6969### 另一個例子 - 汽車
7070
7171如果你不喜歡血，同樣的我們可以舉另一個汽車拉進修車廠做修理的例子來說明。 修理過程可能包含：
7272
7373- 汽車實體
7474- 擁有者所有的文件：任何證件 (包括車牌)，保險，購買發票，配件，修理部位等
7575- 油料耗用情形
7676- 駕駛者的行照
7777- 該修車廠的服務記錄
7878- 整個維護與檢查行程的方法與程序
7979- 例行行程之外的修理方法等
8080- 客戶的付帳方法與資訊
8181
8282## 程式範例
8383
8484我想現實世界的舉例已經足夠！讓我們進入到我們真正的目的，撰寫物件化的 Pascal。
8585
8686讓我們透過 Free Pascal/Lazarus 來建立一個有簡單的表單，帶幾個控制項的應用程式，說明以下狀況。
8787
8888![](/wiki-images/2/25/ObjectInspector-TForm.png)
8989
9090![](/wiki-images/e/e2/BlankForm.png)
9191
9292鑑於 Lazarus IDE，程式設計師從一份空白的表單樣版開始進行他的設計，想像設計師大膽地在表單上放入了很多的控制項與物件。
9393
9494首先注意那張空白的表單已經是一個物件了，有它自己的內容，像是位置 (上基準點，左基準點)，尺寸 (高與寬)，顏色，加入文字時的預設字型等等。
9595
9696------------------------------------------------------------------------
9797
9898假設一個按鈕控制項加入到表單裡 (type TButton)，它也會有自己一系列的內容，可以在物件檢視器視窗中觀察到。
9999
100100有幾個內容是跟空白表單是一樣的；這是因為很多內容都是**繼承**自上一個祖宗類別，它們已經原本就定義好它的子嗣物件要如何去處理這些內容。
101101
102102同等於內容，物件檢視器裡還有一個頁籤叫**事件**，可以用來安排在事件處理事如像滑鼠鍵按一下按鈕 (OnClick) 或是像尺寸，位置等有了改變 (OnChange) 的時候，應用程式是要用來哪些方法或程序來進行。
103103
104104在表單上那個按鈕實際的影像，就應該被認為是和他所有的內容，事件是同一體的，在 Pascal 下可稱為實體 (Entity) 或物件 (Object)。
105105
106106![](/wiki-images/f/f5/ObjectInspector-TButton.png)
107107
108108![](/wiki-images/e/e8/FormWithButton.png)
109109
110110![](/wiki-images/4/4d/Source_FormWithButton1.png%E2%80%8E)
111111
112112## 標準 Pascal 物件導向的擴充
113113
114114Pascal 記錄結構透過以下定義來擴充
115115
116116### 物件
117117
118118物作算是一種特別的記錄。記錄的內容包括所有物件定義宣告的欄位（就像是所有一般的記錄），但現在程序和函式也可以被視為記錄的一部份，利用指標 (pointer) 指到原有物件型態下的方法來宣告。
119119
120120舉例說明，一個物件可以包含有一個陣列，裡面帶有實際的值，然後透過方法來計算出它的平均。
121121
122-`Type`\
123-`  Average = Object`\
124-`    NumVal: Integer;`\
125-`    Values: Array [1..200] of Real;`\
126-`    Function Mean: Real; { 計算陣列的平均值 }`\
127-`  End;`
122+``` pascal
123+Type
124+ Average = Object
125+ NumVal: Integer;
126+ Values: Array [1..200] of Real;
127+ Function Mean: Real; { 計算陣列的平均值 }
128+ End;
129+```
128130
129131物件可以從「父」物件「繼承」欄位內與方法。這表示著，如果物件在宣告時加入是某某的「子」物件，也就可以使用同樣的欄位與方法。
130132
131133更甚者，這裡還要導入一個可見度的概念：欄位，程序與函式都可以宣告成公開 (Public)，保護 (Protected) 或私有 (Private) 三種，預設狀況欄位與方法都是公開的，可以匯出到外部。保護的欄位和方法在物件進行繼承的時候會從目前的祖宗物件傳給子嗣物件。而宣告成私有的欄位或方法，就只有目前自己的單元下可以存取：也就是它們的視界 (Scope) 被侷限於目前單元的實作裡面。
132134
133135### 類別
134136
135137Free Pascal 與 Lazarus 裡，物件並不是最常被用到那個部份；取而代之的類別才是廣泛的在使用，類別在宣告的步驟上和物件是相同的，但是它其實是個指標，指到物件，而不是物件本身。技術上層面來講，類別在程式裡的記憶體分派方式是堆積 (Heap；手動分配），而物件是用堆疊 (Stack；自動分配；空間有限）來分配。
136138
137139這裡有一個簡單的典型類別宣告範例：
138140
139141``` pascal
140142{-------------------------------------------}
141143{ 從 LCL 宣告類別的範例 }
142144{-------------------------------------------}
143145 TPen = class(TFPCustomPen)
144146 private
145147 FColor: TColor;
146148 FPenHandleCached: boolean;
147149 FReference: TWSPenReference;
148150 procedure FreeReference;
149151 function GetHandle: HPEN;
150152 function GetReference: TWSPenReference;
151153 procedure ReferenceNeeded;
152154 procedure SetHandle(const Value: HPEN);
153155 protected
154156 procedure DoAllocateResources; override;
155157 procedure DoDeAllocateResources; override;
156158 procedure DoCopyProps(From: TFPCanvasHelper); override;
157159 procedure SetColor
158160 (const NewColor: TColor; const NewFPColor: TFPColor); virtual;
159161 procedure SetFPColor(const AValue: TFPColor); override;
160162 procedure SetColor(Value: TColor);
161163 procedure SetMode(Value: TPenMode); override;
162164 procedure SetStyle(Value: TPenStyle); override;
163165 procedure SetWidth(value: Integer); override;
164166 public
165167 constructor Create; override;
166168 destructor Destroy; override;
167169 procedure Assign(Source: TPersistent); override;
168170 property Handle: HPEN read GetHandle write SetHandle; deprecated;
169171 property Reference: TWSPenReference read GetReference;
170172 published
171173 property Color: TColor read FColor write SetColor default clBlack;
172174 property Mode default pmCopy;
173175 property Style default psSolid;
174176 property Width default 1;
175177 end;
176178```
177179
178180請注意這個類別被宣告是另一個**父**或稱**祖宗**類別 (*TFPCustomPen*) 的副本，也就是會**繼承**它所有的內容與方法。同時它也有屬於自己私有的欄位，被歸類於
179181
180182- **私有** - 在這裡定義的項目就代表它們只能被在同一個程式單元的其他類別或程序／函式所看到，利用 (有個例子是 *Graphics*，所以像其他的類別如 *TBitMap*，*TPicture* 等等存在同一支單元就可以使用它)。它們基本上都算當地的變數 (如 *FColor*，*FPenHandleCached*) 或就地使用的方法 (*GetHandle*，*SetHandle*)，但當變數**保護**或**公開**區段宣告的也一樣可以被使用。
181183- **保護** - 這裡的項目代表它們只能被繼承這個**祖宗**類別裡內容與方法的子嗣們所看到
182184- **公開** - 這裡定義的項目代表他們在所有程式單元裡都可以看到，只要他在程式 [[Glossary|Uses]] 語法的區段有 include 進來。
183185- **發佈** - 這和公開**public**區的是一樣的，但編譯器同時會產生類型的資訊給自動串流的物件用。屬於**發佈**的欄位會列在物件檢視器上，若這裡沒有發佈的欄位，物件檢視器會以**公開**的欄位取代之。
184186
185187### 方法
186188
187189方法其實就像函式或程序，但它可以額外多一個**指令** (directives) 的功能.
188190
189191有些方法在宣告的時候下面就會標記著 **virtual** （虛擬）這個指令；或是某些標著**override**（覆蓋）這個指令。
190192
191193- **virtual** 代表這個副本的方法在編譯期還是未知的，但是等到程式的執行期如果該子程式被呼叫才會被選出來，也就是在定義的時候，這個宣告可以為此方法在類別預留空間。
192194- **override** 這代表程式在執行期它從祖宗類別繼承下來的方法可以就地取代，尤其是對虛擬的方法。如果你想特別針對繼承下來的方法去使用，則你在呼叫的時候就需要用到**inherited**（繼承）這指令。
193195
194196方法若即不下虛擬或覆蓋的指令，則它們屬於 **static**（靜態）的方法 (也是 Pascal 最一般的情況)。前兩者指令都算是**動態**的。
195197
196198方法的特殊例子：
197199
198200- **建立** - 類別的**創建子**，用來負責記憶體的分配，收集所有所需要的資訊來設計／初始化所有類別裡的內容。
199201- **銷毀** - 類別的**解構子**，有條理地將類別從系統中移掉，並將它本來佔有的資料還給系統做重新利用。
200202
201203### 內容
202204
203205內容就像是傳統 Pascal 記錄裡的欄位一樣，但它們都有**讀取**與／或**寫入**的特定項。
204206
205207- **讀取**特定項是一個欄位，或說一個會為內容回傳正確型態的函式。像是在上面的例子裡，*顏色* (Color) 這個內容會有一個叫 *FColor* 的讀取特定項，裡就有存有這個值備來使用。如果此特定項只有讀取，沒有寫入，那就代表此為唯讀的內容。
206208- **寫入**特定項是一個欄位，或說為用來儲存該值到指定的地方的程序。在上面的例子裡，*顏色*的寫入特定項 *SetColor* 即為一程序 (被定義為**保護的**)，用來寫入顏色的值到指定的位置裡。如果一個內容只有'''寫入'而沒有讀取的指定對象，那就代表它是唯寫的。
207209- **預設** - 請注意到可以為一個內容的值設定**預設**值。例如*顏色*的值在建立初我們預設值是 *clBlack*，或說黑色。未來在程式使用指派敘述句，或是直接在物件檢視器裡再指定其他顏色，就會替換掉預設值。
208210- **索引**特定項為是一個可以透過在會在內容間彼此共享的**讀取**或**寫入**方法來辨視其可能為何值。請注意如果使用了**索引**，那麼該**讀取**或**寫入**特定項就得要是一個函式或是程序，而不僅只是一個欄位／變數值。
209211
210212#### 範例
211213
212214``` pascal
213215 TFooClass = class
214216 private
215217 FIntProp: Integer;
216218 public
217219 property IntProp: Integer read FIntProp write FIntProp;
218220 end;
219221```
220222
221223``` pascal
222224 TFooClass = class
223225 private
224226 function GetListProp(AIndex: Integer): String;
225227 property SetListProp(AIndex: Integer; AValue: String);
226228 public
227229 // 這個內容的型態不能放在類型裡'''發佈'''的宣告區段裡
228230 property ListProp[AIndex: Integer]: String read GetListProp write SetListProp;
229231 end;
230232```
231233
232234``` pascal
233235 TFooClass = class
234236 private
235237 function GetValue(const AIndex: Integer): Integer;
236238 procedure SetValue(const AIndex: Integer; AValue: Integer);
237239 public
238240 // 請注意到讀取和寫入的方法是共享的
239241 property Value1: Integer index 1 read GetValue write SetValue;
240242 property Value2: Integer index 2 read GetValue write SetValue;
241243 property Value3: Integer index 3 read GetValue write SetValue;
242244 property Value4: Integer index 4 read GetValue write SetValue;
243245 // 索引值可能是一常數，或隨便一個數字，或是一個組單選選項
244246 // 舉例而言：
245247 // property Value: Integer index ord(seSomeEnum) read SomeFunction write SomeProcedure;
246248 end;
247249```
248250
249251## Free Pascal 程式語言擴充
250252
251253FPC 包含有幾個「標準」Pascal 語法的程式語言擴充，用來支持物件導向的程式撰寫。
252254
253255- 物件 (第五章) [[Programming Using Objects|使用物件撰寫程式]]
254256- 類別 (第六章) [[Programming Using Classes|使用類別撰寫程式]]
255257- 介面 (第七章) [[Programming Using Interfaces|使用介面撰寫程式]]
256258- 泛型 (第八章) [[Programming Using Generics|使用泛型撰寫程式]]
257259
258260這些擴充都有在 FPC 程式語言的參考指引網站: <http://www.freepascal.org/docs.var> 裡有特定的章節說明。 連結就在上面。程式語言參考指引裡包含程式語法示意圖與更多這裡的教學介紹沒有的教學。上面列出的四個特點，**物件**和**類別**是構成 FPC 與 Lazarus 物件導向的基本形式。在**物件**的章節裡包含有更多觀念上的介紹，而**類別**的章節則減少與物件的重覆，把介紹重心放在與**物件**語法上的異同之處。普遍而言**類別**的實作其實在 Delphi 與 Lazarus 比較常被廣泛運用。而「物件」這個詞在 FPC 反而比較像在說明類別的概念上用的同意詞。這些文章同時也會詳細說明以降低對於專用詞彙的混淆。不過在此書的外界，「物件」這個字還是指為**類別**所建立出來的一個物件，事實上在 FPC 的執行期函式庫裡，所包括進，用來建立類別基礎內容的函式庫，就叫做*TObject*。
259261
260262如果是熟悉舊 Turbo Pascal 物件導向開發的使用者大概就可以跳過類別和物件的章節，因為整個物件語法都算是從 Turbo Pascal 衍生出來的語言。而對於 Delphi 的使用者，在**類別**的語法上也都是相似的，是以 Delphi 為基礎開發出來的。注意到**類別**章節的內容部份都是參考自物件的章節。對於麥金塔，熟悉各種蘋果電腦的開發者，THINK 和 MPW 的物件 Pascal 衍生語，無論是 FPC 的物件還是類別語法都沒有提供一個直接轉換的管道。在 2009 年的三月，在麥金塔的 Pascal 郵件討論社群裡有討論到能是否有可能開發出支援麥金塔 (使用新的語法) ，能存取蘋果電腦 Objective C / Cocoa 架構的編譯器。
261263
262264### 物件導向 Pascal 的普遍概念
263265
264266物件導向的程式寫作和其他的語言比較其特點與結構，乃提了多種去管理和封裝資料的方法，以管理程式的流程。物件導向程式常用於模組化圖形化的使用者介面 (GUI)，或實體系統中讓程式感覺起來如同自然的事物。但物件導向程式也並不是適合所有的程式，程式物件程式沒有像使用程序結構的 Pascal 程式這麼明確易讀，想要看懂物件導向的程式得付出相對困難地翻閱一大堆的函式庫。學習做物件導向的分析有很多資源可以利用，在此說明文件之後未來還有很多程式設計與撰寫的技巧要學習。
265267
266268有很多的程式語言都有物件導向的語法做為擴充。他們在敘述自己的物件導向概念時也許也會用到多種不同的術語來描述。甚至是在 FPC 裡有些術語其實是重疊的。一般而言，物件導向程式由一些物件的概念 (或稱資訊單元) 所組成，這些單元明確地將一些資料封裝或組合起來單獨負責處理這些資料。這些資料就可以在執行的時候保持不被干擾，也可以降低與全域變數宣告時發生混淆的問題。甚者，物件導向程式允許程式利用己定義好的物件做進一步功能上的擴充與修改，這個特徵術語稱呼叫*繼承*與*多型態*。許多物件導向程式語言使用術語*方法*或*訊息*來涉指物件裡的程序。而物件導向程式最厲害的地方就在於他可以在程式執行期動態地與主程式連結，而非編譯期。這種動態連結像是程序變數與參數在呼叫的時候才代入，但更具有語法依賴性上的優勢。封裝的概念也使得物件裡的方法可以進行所謂繼承的行為，此 wiki 下面將會開始做更多對物件導向的分析，設計與撰寫的說明。
267269
268270## 更進一步的資訊
269271
270272這裡所說的其實都只搔到表皮而已，對於更詳細的內容，強烈建議閱讀 [Free Pascal](http://lazarus-ccr.sourceforge.net/fpcdoc/ref/ref.html) 的使用者手冊，特別是第五章 (**物件**) 與第六章 (**類別**)
271273
272274## 參見
273275
274276- [[Console Mode Pascal|主控台模式的 Pascal]]
275277
276278## 外部連結
277279
278280- <http://en.wikipedia.org/wiki/Object-oriented_programming>
279281- <http://en.wikipedia.org/wiki/OOAD>
280282- <http://en.wikipedia.org/wiki/Object_oriented_design>
281283
282284---
283285*From the Free Pascal wiki, page "Object Oriented Programming with Free Pascal and Lazarus/zh TW", as it stood on 2020-02-21 after a change by Trev, out of the wiki's dump of 2024-05-26. Copyright stays with the author who wrote it, according to the old wiki's [[Licensing]] page. If you have concerns about this material, [message the admin](/wiki-contact).*

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