1.1.2　面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本概念

為了掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù)，我們從最基本的概念入手。本節(jié)介紹的內(nèi)容是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的理論基礎(chǔ)，它們不依賴于具體的程序設(shè)計語言，也就是說，無論使用哪種面向?qū)ο笳Z言進行面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，本節(jié)內(nèi)容都有指導(dǎo)意義。

1.對象

在此，我們討論的對象具有兩方面的含義，即在現(xiàn)實世界中的含義和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的含義。

在現(xiàn)實世界中，任何事物都是對象。它可以是一個有形的、具體存在的事物，如一粒米、一名學(xué)生、一輛汽車，甚至一個星球。它也可以是一個無形的、抽象的事件，如一次演出、一場球賽、一次出差等。對象既可以很簡單，也可以很復(fù)雜，復(fù)雜的對象可以由若干簡單的對象構(gòu)成，整個世界都可以認(rèn)為是一個非常復(fù)雜的對象。

現(xiàn)實世界中的對象既具有靜態(tài)的屬性（或稱狀態(tài)），又具有動態(tài)的行為（或稱操作、功能）。例如，每個人都有姓名、性別、年齡、身高、體重等屬性，都有吃飯、走路、睡覺、學(xué)習(xí)等行為。所以，在現(xiàn)實世界中，對象一般可以表示為屬性+行為。

現(xiàn)實世界中的對象具有以下特性：

（1）每一個對象必須有一個名字以區(qū)別于其他對象。

（2）用屬性來描述它的某些特征。

（3）有一組操作，每個操作決定對象的一種行為。

（4）對象的操作可以分為兩類：一類是自身所承受的操作，另一類是施加于其他對象的操作。

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中，對象是描述其屬性的數(shù)據(jù)以及對這些數(shù)據(jù)施加的一組操作封裝在一起構(gòu)成的統(tǒng)一體。對象可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)+操作。對象所能完成的操作表示它的動態(tài)行為，通常也把操作稱為方法。

為了幫助讀者理解對象的概念，圖1-1形象地描繪了具有3個操作的對象。

下面我們用一臺錄音機比喻一個對象，通俗地說明對象的某些特點。

錄音機上有若干按鍵，如Play（播放）、Rec（錄音）、Stop（停止）、Rew（倒帶）等，當(dāng)人們使用錄音機時，只要根據(jù)自己的需要如放音、錄音、停止、倒帶等按下與之對應(yīng)的鍵，錄音機就會完成相應(yīng)的工作。這些按鍵安裝在錄音機的表面，人們通過它們與錄音機交互。人們無法（當(dāng)然也沒必要）操作錄音機的內(nèi)部電路，因為它們被裝在機殼里，錄音機的內(nèi)部情況對于用戶來說是隱蔽的、不可見的。也就是該對象向公眾開放的操作。

當(dāng)我們用錄音機比喻對象時，使用對象向公眾開放的操作就好像使用錄音機的按鍵，只需知道該操作的名字（如錄音機的鍵名）和所需要的參數(shù)（用于提供附加信息或設(shè)置狀態(tài)，好像聽錄音前先裝錄音帶并把錄音帶轉(zhuǎn)到指定位置），根本無須知道實現(xiàn)這些操作的方法。事實上，實現(xiàn)對象操作的代碼和數(shù)據(jù)是隱藏在對象內(nèi)部的，一個對象好像是一個黑盒子，表示它內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)和實現(xiàn)各個操作的代碼，都被封裝在這個黑盒子內(nèi)部，在外面是看不見的，更不能從外面去訪問或修改這些數(shù)據(jù)或代碼。

使用對象時只需知道它向外界提供的接口形式而無須知道它的內(nèi)部實現(xiàn)算法，不僅使得對象的使用變得非常簡單、方便，而且具有很高的安全性和可靠性。可見面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的對象來源于現(xiàn)實世界，更接近人們的思維。

2.類

在實現(xiàn)世界中，類是一組具有相同屬性和行為的對象的抽象。例如，張三、李四、王五等，雖然每個人的性格、愛好、職業(yè)、特長等各有不同，但是他們的基本特征是相似的，都具有相同的生理構(gòu)造，都能吃飯、說話、走路等，于是把他們統(tǒng)稱為“人”類，而具體的每一個人是人類的一個實例，也就是一個對象。

類和對象之間的關(guān)系是抽象和具體的關(guān)系。類是多個對象進行綜合抽象的結(jié)果，一個對象是類的一個實例。例如，“學(xué)生”是一個類，它是由千千萬萬個具體的學(xué)生抽象而來的一般概念。

類在現(xiàn)實世界中并不真正存在。例如，在地球上并沒有抽象的“人”，只有一個個具體的人，如張三、李四、王五等。同樣，世界上沒有抽象的“學(xué)生”，只有一個個具體的學(xué)生。

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中，類是具有相同的數(shù)據(jù)和相同的操作的一組對象的集合，也就是說，類是對具有相同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相同操作的一類對象的描述。例如，“學(xué)生”類可由學(xué)號、姓名、性別、成績等表示其屬性的數(shù)據(jù)項和對這些數(shù)據(jù)的錄入、修改和顯示等操作組成。

在C++中把類中的數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)成員，類中的操作是用函數(shù)來實現(xiàn)的，這些函數(shù)稱為成員函數(shù)。

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中，總是先聲明類，再由類生成其對象。類是建立對象的“模板”，按照這個模板所建立的一個個具體的實例，通常稱為對象。打個比方，手工制作月餅時，先雕刻一個有凹下圖案的木模，然后在木模上抹油，接著將事先揉好的面塞進木模里，用力擠壓后，將木模反扣在桌上，一個漂亮的圖案就會出現(xiàn)在月餅上了。這樣，就可以制造出外形一模一樣的月餅。這個木模就好比是“類”，制造出來的月餅好比是“對象”。

3.消息

現(xiàn)實世界中的對象不是孤立存在的實體，它們之間存在著各種各樣的聯(lián)系，正是它們之間的相互作用、聯(lián)系和連接，才構(gòu)成了世間各種不同的系統(tǒng)。同樣，在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中，對象之間也需要聯(lián)系，稱之為對象的交互。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù)必須提供一種機制允許一個對象與另一個對象的交互，這種機制稱為消息傳遞。

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的消息傳遞實際是對現(xiàn)實世界中的信息傳遞的直接模擬。以實際生活為例，每一個人可以為他人服務(wù)，也可以要求他人為自己服務(wù)。當(dāng)需要別人為自己服務(wù)時，必須告訴他們需要的是什么服務(wù)，也就是說，要向其他對象提出請求，其他對象接到請求后，才會提供相應(yīng)的服務(wù)。

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中，一個對象向另一個對象發(fā)出的請求稱為“消息”。當(dāng)對象接收到發(fā)向它的消息時，就調(diào)用有關(guān)的方法，執(zhí)行相應(yīng)的操作。消息是一個對象要求另一個對象執(zhí)行某個操作的規(guī)格說明，通過消息傳遞才能完成對象之間的相互請求或相互協(xié)作。例如，有一位教師對象張三和一名學(xué)生對象李四，對象李四可以發(fā)出消息，請求對象張三演示一個實驗，當(dāng)對象張三接收到這個消息后，確定應(yīng)完成的操作并執(zhí)行之。

一般情況下，稱發(fā)送消息的對象為發(fā)送者或請求者，稱接收消息的對象為接收者或目標(biāo)對象。對象中的聯(lián)系只能通過消息傳遞來進行。接收對象只有在接收到消息時，才能被激活，被激活的對象會根據(jù)消息的要求完成相應(yīng)的功能。

消息具有以下3個性質(zhì)：

（1）同一個對象可以接收不同形式的多個消息，做出不同的響應(yīng)。

（2）相同形式的消息可以傳遞給不同的對象，所做出的響應(yīng)可以是不同的。

（3）對消息的響應(yīng)并不是必需的，對象可以響應(yīng)消息，也可以不響應(yīng)。

4.方法

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的消息傳遞實際是對現(xiàn)實世界中的信息傳遞的直接模擬。調(diào)用對象中的函數(shù)就是向該對象傳送一個消息，要求該對象實現(xiàn)某一行為（功能、操作）。對象所能實現(xiàn)的行為（操作），在程序設(shè)計方法中稱為方法，它們是通過調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)來實現(xiàn)的，在C++中方法是通過成員函數(shù)來實現(xiàn)的。

方法包括界面和方法體兩部分。方法的界面給出了方法名和調(diào)用協(xié)議（相對于C++中成員函數(shù)的函數(shù)名和參數(shù)表）；方法體則是實現(xiàn)某種操作的一系列計算步驟，也就是一段程序（相對于C++中成員函數(shù)的函數(shù)體）。消息和方法的關(guān)系是：對象根據(jù)接收到的消息，調(diào)用相應(yīng)的方法；有了方法，對象才能響應(yīng)相應(yīng)的消息。