第1章 类和对象—面向对象概念

面向对象程序设计（Object-Oriented Programming，OOP）是一种程序设计架构，同时也是一种程序开发的方法。对象指的是类的实例，它将对象作为程序的基本单元，将程序和数据封装其中，以提高代码的重用性、灵活性和扩展性。

1.1     面向对象概念

时间是由什么组成的？现实世界是由一个一个对象组成的，例如看到的东西、听到的事件、想到的事情，这些都是对象，也就是说万事万物皆对象。不同的对象，既相互独立，又相互联系，人们面向的世界是“面向对象”的。

1.1.1对象抽象成类

对象（Object）抽象为类（Class）的过程，是在系统分析阶段完成的。
 
1.       分析对象的特征
对象是人们要分析的任何事物，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件，不同的对象呈现不同的特征。由于对象反映了现实世界，人们通过面向对象的方法就可以找到合理地解决问题的方法。怎么区分这些对象呢？就是分析与系统相关的特征，包括状态（静态特征）和操作（动态特征）。如图1-1所示为对象的部分特征的分析。

状态：用于描述对象的静态特征，表示对象“是什么样子”。对象的状态用一些数据来描述，在程序中称为字段或属性。
操作：用于描述对象的动态特征，表示对象“能做什么”。对象的操作用于改变对象的状态，对象的操作就是对象的行为，在程序称为方法或函数。
对象实现了状态和操作的结合，使状态和操作封装在一个对象之中，如图1-2所示。

 
2.       对象抽象成类
抽象就是从特定角度出发，从已经存在的事物中提取现实世界中某事物的关键特征，为该事物构建模型的过程。对同一事物在不同的需求下， 需要提取的特征可能不一样。得到的抽象模型中一般包含：状态（属性）和操作（方法或函数），这个抽象模型称为类。 
现实世界中的事物都可以抽象成应用系统软件中的对象，提取出人们所关注的对象，对这些对象再分析与应用系统相关的特征，对不同特征的对象进行分类，把具有相同或相似的对象进行归类，即抽象成类，如图1-3所示。 

 
例如，要研发一款学校管理系统软件，依据学校汇总的对象特征，分为人、场馆、物品、课程等类别。学校中的“人”，根据特征可分为管理人员、教师、后勤人员、学生等类别，这种“类别”在面向对象中称为“类”。类是具有相同状态和操作的一组对象的集合 
类是对象的抽象，仅仅是模板，比如说“人”类。对类进行实例化得到对象，对象是一个一个看得见、摸得着的独一无二的具体实体，一个对象具有唯一的状态和操作，如图1-4所示。

 
面向对象技术利用“面向对象思想”去描述“面向对象的世界”。面向对象是把问题分解成各个对象，在系统分析阶段把这些对象抽象成不同的类，建立类和描述这类对象在解决问题时的特征（状态和操作），形成类模板。其中的操作，在类定义中是用方法来实现的 
 
3.       课堂练习
【课堂练习1-1】指出下面词语哪些是类？哪些是对象？
笔记本电脑 院中的那辆白色轿车 员工 同事小李
汽车 大象 我家的小狗 越野车
 
我的手机 我选的本学期的课程 我选的C#课程 教师
 
【例1-1】  使用面向对象的思想描述并抽象出学生类。
功能描述：常用的学生信息有姓名、性别、年龄、班级等基本信息，学习完一门课程后需要参加考试，只有考试通过后才能进入下一门课的学习。请根据描述，从对象抽象出学生类。要求定义学生类，并在主方法中实例化学生对象。
思路分析如下。
1）分析问题：学生学习课程。
2）提炼对象：学生。
3）分析对象的状态：姓名、性别、年龄、班级等。
4）分析对象的操作：学习、考试等。
5）定义类：学生类Student。
状态：
姓名name
性别gender
年龄age
班级grade
操作：
显示学习的课程Study（course），course是显示的课程名称
显示考试的课程Exam（course，score），course课程，score成绩
 
【课堂练习1-2】请使用面向对象的思想描述并抽象出“台湾烧仙草奶茶连锁店”的类。
功能描述：不同的“台湾烧仙草奶茶连锁店”具有相同的环境、奶茶品种、价格、服务等，显示某编号奶茶店的信息。
 
【例1-2】  使用面向对象的思想描述长方体类。
功能描述：长方体有3条棱，分别叫作长方体的长，宽，高。用这3条棱既能描述一个长方体，也可以计算长方体的体积、表面积。
思路分析如下。
1）  分析问题：用长方体的3条棱就能描述一个长方体，计算长方体的体积、表面积。
2）  提炼对象：长方体。
3）  分析对象的状态：长，宽，高。
4）  分析对象的操作：计算长方体的体积、表面积。
5）  定义类：长方体类Cuboid。
状态：
长length
宽width
高height
操作：
计算长方体的体积Cubage，长方体的体积=长×宽×高计算长方体的表面积TotalArea，长方体的表面积=（长×宽+长×高+宽×高）×2

1.1.2 由类创建对象 

在编程阶段，由类模板生成（或创建）对象（实例），如图1-5所示。

类是对象的抽象，而对象是类的具体实例。类是抽象的，不占用内存，而对象是具体的，占用存储空间。类是用于创建对象的蓝图，它是一个定义包括在特定类型对象中的方法和变量的模板。例如，由“人”类创建“刘强”“王芳”对象，如图1-6所示。

 类是具有相同状态（特征）和操作（方法或函数）的一组对象集合。类是对象的类型，不同于基本数据类型（例如，int类型），类具有操作。对象是一个能够看到、摸得着的具体实体。

1.1.3 对象之间的通信

 对象之间的通信称为消息，如图1-7所示。在对象的操作中，当一个对象的消息发送给某个对象时，消息包含接收对象去执行某种操作的信息。发送一条消息至少要包括说明接收消息的对象名、发送给该对象的消息名（即对象名、方法名）。
 

 面向对象的思想就是以对象为中心，先开发类，然后实例化对象，通过对象之间相互通信实现功能。

1.1.4 面向对象开发的特点

面向对象开发就是采用“现实模拟”的方法设计和开发程序，面向对象是把问题分解成各个对象，描述这个对象再解决问题时的状态和操作，面向对象技术利用“面向对象的思想”去描述“面向对象的世界”。面向对象开发主要特点如下。
1)       虚拟世界和现实世界的一致性。
2)       客户与软件开发工程师交流更顺畅。
3)       软件开发人员内容交流更顺畅。
4)       代码重用性搞，可靠性高，开发效率高。