第1章 類和對象—面向對象概念

面向對象程式設計（Object-Oriented Programming，OOP）是一種程式設計架構，同時也是一種程式開發的方法。對象指的是類的實例，它將對象作為程式的基本單元，將程式和數據封裝其中，以提高代碼的重用性、靈活性和擴展性。

1.1     面向對象概念

時間是由什麼組成的？現實世界是由一個一個對象組成的，例如看到的東西、聽到的事件、想到的事情，這些都是對象，也就是說萬事萬物皆對象。不同的對象，既相互獨立，又相互聯繫，人們面向的世界是“面向對象”的。

1.1.1對象抽象成類

對象（Object）抽象為類（Class）的過程，是在系統分析階段完成的。

1.       分析對象的特征

對象是人們要分析的任何事物，它不僅能表示具體的事物，還能表示抽象的規則、計劃或事件，不同的對象呈現不同的特征。由於對象反映了現實世界，人們通過面向對象的方法就可以找到合理地解決問題的方法。怎麼區分這些對象呢？就是分析與系統相關的特征，包括狀態（靜態特征）和操作（動態特征）。如圖1-1所示為對象的部分特征的分析。

狀態：用於描述對象的靜態特征，表示對象“是什麼樣子”。對象的狀態用一些數據來描述，在程式中稱為欄位或屬性。

操作：用於描述對象的動態特征，表示對象“能做什麼”。對象的操作用於改變對象的狀態，對象的操作就是對象的行為，在程式稱為方法或函數。

對象實現了狀態和操作的結合，使狀態和操作封裝在一個對象之中，如圖1-2所示。

2.       對象抽象成類

抽象就是從特定角度出發，從已經存在的事物中提取現實世界中某事物的關鍵特征，為該事物構建模型的過程。對同一事物在不同的需求下， 需要提取的特征可能不一樣。得到的抽象模型中一般包含：狀態（屬性）和操作（方法或函數），這個抽象模型稱為類。 

現實世界中的事物都可以抽象成應用系統軟體中的對象，提取出人們所關註的對象，對這些對象再分析與應用系統相關的特征，對不同特征的對象進行分類，把具有相同或相似的對象進行歸類，即抽象成類，如圖1-3所示。 

例如，要研發一款學校管理系統軟體，依據學校彙總的對象特征，分為人、場館、物品、課程等類別。學校中的“人”，根據特征可分為管理人員、教師、後勤人員、學生等類別，這種“類別”在面向對象中稱為“類”。類是具有相同狀態和操作的一組對象的集合 

類是對象的抽象，僅僅是模板，比如說“人”類。對類進行實例化得到對象，對象是一個一個看得見、摸得著的獨一無二的具體實體，一個對象具有唯一的狀態和操作，如圖1-4所示。

面向對象技術利用“面向對象思想”去描述“面向對象的世界”。面向對象是把問題分解成各個對象，在系統分析階段把這些對象抽象成不同的類，建立類和描述這類對象在解決問題時的特征（狀態和操作），形成類模板。其中的操作，在類定義中是用方法來實現的 

3.       課堂練習

【課堂練習1-1】指出下麵詞語哪些是類？哪些是對象？

筆記本電腦 院中的那輛白色轎車 員工 同事小李

汽車 大象 我家的小狗 越野車

我的手機 我選的本學期的課程 我選的C#課程 教師

【例1-1】  使用面向對象的思想描述並抽象出學生類。

功能描述：常用的學生信息有姓名、性別、年齡、班級等基本信息，學習完一門課程後需要參加考試，只有考試通過後才能進入下一門課的學習。請根據描述，從對象抽象出學生類。要求定義學生類，併在主方法中實例化學生對象。

思路分析如下。

1）分析問題：學生學習課程。

2）提煉對象：學生。

3）分析對象的狀態：姓名、性別、年齡、班級等。

4）分析對象的操作：學習、考試等。

5）定義類：學生類Student。

狀態：

姓名name

性別gender

年齡age

班級grade

操作：

顯示學習的課程Study（course），course是顯示的課程名稱

顯示考試的課程Exam（course，score），course課程，score成績

【課堂練習1-2】請使用面向對象的思想描述並抽象出“臺灣燒仙草奶茶連鎖店”的類。

功能描述：不同的“臺灣燒仙草奶茶連鎖店”具有相同的環境、奶茶品種、價格、服務等，顯示某編號奶茶店的信息。

【例1-2】  使用面向對象的思想描述長方體類。

功能描述：長方體有3條棱，分別叫作長方體的長，寬，高。用這3條棱既能描述一個長方體，也可以計算長方體的體積、錶面積。

思路分析如下。

1）  分析問題：用長方體的3條棱就能描述一個長方體，計算長方體的體積、錶面積。

2）  提煉對象：長方體。

3）  分析對象的狀態：長，寬，高。

4）  分析對象的操作：計算長方體的體積、錶面積。

5）  定義類：長方體類Cuboid。

狀態：

長length

寬width

高height

操作：

計算長方體的體積Cubage，長方體的體積=長×寬×高計算長方體的錶面積TotalArea，長方體的錶面積=（長×寬+長×高+寬×高）×2

1.1.2 由類創建對象 

在編程階段，由類模板生成（或創建）對象（實例），如圖1-5所示。

類是對象的抽象，而對象是類的具體實例。類是抽象的，不占用記憶體，而對象是具體的，占用存儲空間。類是用於創建對象的藍圖，它是一個定義包括在特定類型對象中的方法和變數的模板。例如，由“人”類創建“劉強”“王芳”對象，如圖1-6所示。

 類是具有相同狀態（特征）和操作（方法或函數）的一組對象集合。類是對象的類型，不同於基本數據類型（例如，int類型），類具有操作。對象是一個能夠看到、摸得著的具體實體。

1.1.3 對象之間的通信

 對象之間的通信稱為消息，如圖1-7所示。在對象的操作中，當一個對象的消息發送給某個對象時，消息包含接收對象去執行某種操作的信息。發送一條消息至少要包括說明接收消息的對象名、發送給該對象的消息名（即對象名、方法名）。

 面向對象的思想就是以對象為中心，先開發類，然後實例化對象，通過對象之間相互通信實現功能。

1.1.4 面向對象開發的特點

面向對象開發就是採用“現實模擬”的方法設計和開發程式，面向對象是把問題分解成各個對象，描述這個對象再解決問題時的狀態和操作，面向對象技術利用“面向對象的思想”去描述“面向對象的世界”。面向對象開發主要特點如下。

1)       虛擬世界和現實世界的一致性。

2)       客戶與軟體開發工程師交流更順暢。

3)       軟體開發人員內容交流更順暢。

4)       代碼重用性搞，可靠性高，開發效率高。