#1 面向对象的概念简介

第一章 面向对象的概念简介

软件行业中，技术变迁非常快，而概念则是逐步演进。

概念是相对稳定，但也在变化。同时，也经常被重新反思，引发新的讨论。

从 90 年代中后期至今，行业技术的发展都是在使用这些概念。

本书主要目标是，让你学会思考如何将面向对象概念应用于面向对象的系统设计中。

1.1 基本概念

历史上定义面向对象的语言拥有以下特点：封装（encapsulation）、继承（inheritance）和多态（polymorphism）。

作者认为面向对象的概念如下：封装（encapsulation）、继承（inheritance）、多态（polymorphism）和组合。

1.2 对象及遗留系统

面向对象与结构化编程绝不是互斥的。它们是互补的，因为对象可以与结构化代码很好地继承。

1.3 过程式编程与面向对象编程

究竟什么是对象？
这既是一个复杂的问题，也是一个简单的问题。它复杂是因为学习任何一种软件开发方法论都非易事。它简单是因为人们已经在按对象的方式进行思考。

例如，当你看到一个人，你会把他看做一个对象。一个对象由两部分组成：属性及行为。

一个人具有属性，比如眼睛颜色、年龄、身高等。一个人也有行为，比如行走、讲话、呼吸等。

对象的基本定义是一个包含了数据和行为的实体。

在面向对象的设计中，属性及行为包含在单个对象中，而在过程式或结构式设计中，属性和行为通常是分开的。

面向对象的数据库与关系型数据库

结构化编程中数据往往与程序分离，而且数据是全局的，所以在你的代码作用域之外依然可以很容易修改数据。

对象不会完全替代其他的软件开发范式，它是一种进化。

在面向对象的术语中，数据表现为属性，行为表现为方法。限制访问具体属性和（或）方法的行为叫做数据隐藏。

将属性及方法合并到同一个实体中，叫做封装（encapsulation）。

1.4 由面向过程开发过渡到面向对象开发

过程式编程通常会将系统的数据与对数据的操作分离开来。例如，通过网络发送信息，只发送相关数据/数据包，而期望网络管道另一端的程序知道如何处理该数据。换句话说，客户端和服务器端要对数据传输建立起一种握手约定。

面向对象编程的最大优势是数据和对数据的操作（代码）都被封装在一个对象中。例如，当通过网络传输对象时，整个对象（包括里面的数据和行为）都会一起被传输。

大多数情况下，行为本身不会被发送，因为两端都有行为代码的副本。

UML 类图

可视化建模工具提供了一种方式来使用统一建模语言（unified modeling language, UML）创建和操作类图。

类是创建对象的模板

1.6 究竟什么是类

类是对象的蓝图

以关系型数据库为例，在数据表中，表自身的定义（即字段、描述和数据类型）是类（即元数据），而对象则是表中的行（即数据）。

类定义了使用该类创建的所有对象具有的属性和行为。类是一块代码。可以单独分发使用类实例化的对象，也可以将类作为程序库的一部分进行分发。因为对象从类中穿件，所以类必须定义对象的基础材料（即属性、行为和消息）。

1.8 封装和数据隐藏

除了如何使用该对象，其他细节都应当对其他对象隐藏起来。

封装是基于对象既包含属性也包含行为。数据隐藏是封装的主要部分。

接口定义了对象之间通信的基本手段。每个类设计接口规格来保证对象能被正确实例化和操作。必须向对象提供的接口发送消息来使用对象暴露的任何行为。接口需要完整描述类与类之间的交互。

访问修饰符指定为 public 的方法属于接口。

类有接口，方法也有接口。类的接口是公共方法。你使用方法的签名来调用这些公共方法。方法的签名主要由方法名和它的参数列表组成。

Public class IntSquare {

    // 私有属性
    private int squareValue;

    // 公共接口
    public int getSquare (int  value) {
        SquareValue = caculateSquare(value);
        return SquareValue;
    }

    // 私有实现
    private int calculateSquare (int value) {
        return value * value;
    }
}

1.9 继承

继承是实现代码重用的主要手段。
继承允许一个类继承另一个类的属性和方法。

我们可以通过抽象公共属性和行为来创建新类。

面向对象程序设计中的一个主要设计问题就是识别多个类的共性。

超类和子类

超类，也成为父类（也叫基类），包含了继承自它的所有类的公共属性和行为。

子类，也称为孩子类（也叫衍生类），是超类的扩展。

继承的力量在于它的抽象和组织技术。

is-a 关系

在 Shape（形状）例子中，Circle（圆形）、Square（矩形）和 Star（星形）都直接继承自 Shape。这种关系通常被称为 is-a 关系。

多态

当你告诉某人画一个形状时，你被问到的第一个问题是“什么形状？”。没人能绘制一个形状，因为形状是一个抽象概念（事实上 Shape 代码中的 Draw() 方法并不包含实现）。你必须制定一个具体的形状。比如你需要为 Circle 提供具体的实现。虽然 Shape 有一个 Draw 方法，但 Circle 继承了该方法并提供了对该方法的实现。

重载（overriding）的基本释义是子类覆盖父类中的一个实现。

每个类（子类）能够对（父类的）同一个方法返回不同的响应来绘制自己。这就是多态的意义。

如果子类继承了父类的一个抽象方法，它必须提供该类方法的具体实现，否则它自身也必须是个抽象类。

Circle circle = new Circle(5);
Rectangle rectangle = new Rectangle(4, 5);

stack.push(circle);
Stack.push(rectangle);

while (!stack.empty()) {
    Shape shape = (Shape) stack.pop();
    System.out.println("Area = " + shape.getArea());
}

1.11 组合（has-a）

对象包含其他对象非常自然。

使用其他对象来构建或结合成新的对象，这种方式就是组合。

和继承一样，组合也是一种构建对象的机制。

只有两种方式来使用其他类构建新类，这两种方式就是继承和组合。

继承允许类继承另一个类。我们可以把属性和行为抽象到通用类中。例如，狗和猫都是哺乳公务，因为狗是（is-a）哺乳公务，猫也是（is-a）哺乳动物。而使用组合，可以把类嵌入其他类中来构造新类。

单独建模，如单独构建引擎，把它应用到各种车上，更别提还有其他优势。但我们不能说引擎是（is-a）一辆车。最好用 has-a 术语来描述组合关系。车有（has-a）引擎。

电视有（has-a）开关和显示屏。
计算机有（has-a）显卡，有（has-a）键盘，有（has-a）光驱。

电视显而易见不是一个开关，所以两者没有继承关系。

继承关系是 is-a 关系。
组合关系可以称为 has-a 关系。

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总结：

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封装。把数据和行为封装到单个对象中是面向对象开发中的重中之重。单个对象既包含自身的数据，也包含自身的行为，并且可以向其他对象隐藏自身的某些东西。

继承。类可以继承自另一个类，并且可以使用父类中定义的属性和方法。

多态。多态意味着相似的对象对相同的消息有着不同的响应。例如，你可能拥有一个有很多形状的系统。然而圆、正方形和星形的绘制方式不同。使用多态你可以给这些形状发送相同的消息（例如 Draw 方法），每个形状可以响应自身的绘制。

组合。组合意味着可以使用其他对象来构建新对象。