1.3 對象和類

面向對象技術是由一系列的概念和原則組成的，而這些概念和原則中的兩個最基礎、最重要的就是對象和類。

1.3.1 對象

對象（Object）可以是一個實體、一件事、一個名詞，也可以是可獲得的某種東西，還可以是可想象為有自己標識的任何事物。對象的實體可以是物理存在的、也可能是一個概念，或是軟件中的實體。例如，一輛卡車是一個物理上存在的實體；而一個化學反應過程則是一個概念中的實體；數據結構中的一個鏈表則是軟件領域的實體。

結合前面的描述，可以對對象進行一個正式的定義：對象是一個實體，這個實體具有明確定義的邊界（Boundary）和標識（Identity），并且封裝了狀態（State）和行為（Behavior）。這里關于對象的定義有兩方面重要特征。

（1）對象具有明確定義的邊界和標識。邊界意味著對象是一個封裝體，通過封裝來與其他對象分隔。而標識則表明每一個對象都是唯一的，雖然有時候某個對象的狀態有可能與其他對象一樣。每個對象都是獨一無二的，通過明確的邊界與其他對象區分；同時，這個邊界應該是研究該對象的用戶可以清晰定義的。比如杯子里的一杯水，對于普通用戶來說，杯體就是其邊界，這一杯水就是一個對象，區別于另外一個杯子里面的一杯水；但對于化學老師來說，如果他/她現在要研究水的分子結構，那這杯水就不是一個對象，而是包括一系列的水分子的對象，甚至還可以進一步包括氫原子、氧原子這樣的對象。

（2）對象封裝了狀態和行為。對象的狀態通過對象的屬性（Attribute）和關系（Relationship）來表達。在實際應用中，對象的狀態反映了現實世界的一系列屬性，如屬性的值（即與對象有關系的數據）、與其他對象的關系、任意一個時刻的歷史狀態。而對象的行為通過對象的操作（Operation）、方法（Method）和狀態機（State Machine）來表達，它由對象定義的一系列操作來決定。它定義了當其他對象發出請求時，該對象如何反應。

在UML中，對象用矩形框表示，對象的名稱寫在矩形框內部，并加上下畫線。UML中的對象有命名對象和匿名對象之分，如圖1-4所示。

圖1-4（a）為命名對象，對象的名稱為J.Clark，“:”后面為對象所屬的類名Professor，表示J.Clark對象是Professor類的一個實例；而圖1-4（b）展示的是匿名對象，該對象沒有名稱，只有所屬的類名Professor，表示Professor類的某個對象；圖1-4（c）是一個J.Clark對象，沒有指定其所屬的類，嚴格來說，這種只有對象名、沒有類名的對象是錯誤的（因為在對象世界中，任何對象都來自類的實例化），但在早期的分析模型中可以使用，說明已知存在這樣的一個對象，但尚未最終確定它所屬的類。

1.3.2 類

在現實世界中，對象是具體存在的，可以準確反映問題空間的概念。但是，現實世界的對象常常和其他對象很相近。例如，教授都有一些相似的特性（他們做同樣的事情，用同樣的方式被描述），學生也有相似的特征，課程也有相似的特征等。如果要對每一個對象都進行建模（編程），那會是很繁重的工作，應該只定義一次教授對象、學生對象、課程對象等，在實際需要該對象時再創建出具體的實體。這就是為什么會需要類的原因。

類（Class）就是這一系列對象的抽象描述，這些對象共享相同的屬性、操作、關系和語義。與此對應，一個具體的對象是該類的一個實例。由此可見，類是一種抽象，它將相似的實體抽象成相同的概念，這種抽象過程強調相關特征而忽略其他特征。例如，每位教授雖然有不同的特征（如年齡、身高、體重等），但在一個選課系統中，他們所扮演的角色是相同的，在我們只關注這些相同的特征時，他們就屬于同一個類。

類抽象的過程就是將具體對象的特征和行為進行參數化，分別用類的屬性和操作表示。

◆ 屬性代表類的特征或特性，它表達了類所知道的事情。屬性的值是某一特定對象的屬性值。在類中，屬性名必須是唯一的，同時每一個類的實例（即對象，下同）都有為這個類定義的所有屬性的值。

◆ 操作代表類知道和做的事情，它用于訪問或修改對象的屬性值。而對象的行為是由為此對象定義的一系列操作決定的。

對于一個類，其屬性和操作并不是固定的，它們取決于類的應用場景，不同的使用目的決定了不同的抽象方式。例如，針對一個汽車類，從銷售人員的角度，他只關注型號、價格、顏色、里程數等屬性，以及處理客戶訂單、準備銷售合同、加入清單、從清單中刪除等操作；而從維修人員的角度，他只關注發動機類型、傳動類型、維修記錄等屬性，以及測試剎車、修理剎車、轉動輪胎、檢查轉速等操作。

類和對象之間是緊密相關的，每一個對象都是某一個類的實例（類是生成對象的模板，類的定義中包含創建和刪除對象的操作）；而每一個類在某一時刻都有零個或更多個的實例存在。一個類通過一系列操作來定義行為，而該類的所有實例都可以使用在這個類中定義的操作。同時，類定義了使用哪些數據描述屬性，每一個實例都需要定義具體的屬性值。

在UML中，同樣采用矩形框表示類，該矩形框可以劃分為3個區域，分別表示類名、屬性和操作，如圖1-5所示。

此外，類是靜態的，它的存在、語義和關系在執行前就已經定義好了。而對象是動態的，在程序執行時可以被創建和刪除。