面向对象概述

现实世界中，随处可见的一种事物就是对象。对象是事物存在的实体，如人、书桌、计算机、高楼大厦等。人类解决问题的方式总是将复杂的事物简单化，于是就会思考这些对象都是由哪些部分组成的。通常都会将对象划分为两个部分，即静态部分与动态部分。顾名思义，静态部分就是不能动的部分，这个部分被称为 “属性”，任何对象都会具备其自身属性，如一个人，其属性包括高矮、胖瘦、性别、年龄等。动态部分即对象可执行的动作，这部分被称为 “行为”，也是一个值得探讨的部分，同样对于一个人，其可以哭泣、微笑、说话、行走，这些都是这个人具备的行为。人类通过探讨对象的属性和观察对象的行为来了解对象

在计算机的世界中，面向对象程序设计的思想要以对象来思考问题，首先要将现实世界的实体抽象为对象，然后考虑这个对象具备的属性和行为。例如，现在面临一只大雁要从北方飞往南方这样一个实际问题，试着以面向对象的思想来解决这一实际问题。步骤如下：

究其本质，所有的大雁都具有以上属性和行为，可以将这些属性和行为封装起来，构成一个类，以描述大雁这类动物。由此可见，类实质上就是封装对象属性和行为的载体，而对象则是类抽象出来的一个实例，二者的关系如图6.3所示。

不能将一个事物描述成一类事物，如一只鸟不能被称为鸟类。但如果要给某一类事物一个统称，就需要用到类这个概念。

类就是同一类事物的统称，如果将现实世界中的一个事物抽象成对象，类就是这类对象的统称，如鸟类、家禽类、人类等。类是构造对象时所依赖的规范，如一只鸟有一对翅膀，它可以用这对翅膀飞行，而基本上所有的鸟都具有“有翅膀”这个特性和飞行的技能，这样具有相同特性和行为的一类事物就被称为类，类的思想就是这样产生的。图6.3描述了类与对象之间的关系，对象就是符合某个类的定义所产生的实例。更为恰当的描述是，类是世间事物的抽象称呼，而对象则是这个事物对应的实体。如果面临实际问题，通常需要实例化类对象来解决。例如，解决大雁南飞的问题，这里只能拿这只大雁来处理这个问题，而不能拿大雁类或鸟类来解决。

类是封装对象的属性和行为的载体，反过来说，具有相同属性和行为的一类实体被称为类。例如，鸟类封装了所有鸟的共同属性和应具有的行为，其结构如图6.4所示。

定义完鸟类之后，可以根据这个类抽象出一个实体对象，最后通过实体对象来解决相关的实际问题。

在Java语言中，类对象的行为是以方法的形式定义的，对象的属性是以成员变量的形式定义的，所以类包括对象的属性和方法。有关类的具体实现会在后续章节中进行讲解。

面向对象程序设计具有以下特点：封装性、继承性和多态性。

封装是面向对象编程的核心思想。将对象的属性和行为封装起来，其载体就是类，类通常对客户隐藏其实现细节，这就是封装的思想。例如，用户使用计算机时，只需要使用手指敲击键盘就可以实现一些功能，无须知道计算机内部是如何工作的。即使知道计算机的工作原理，但在使用计算机时也并不完全依赖于计算机工作原理等细节。

采用封装的思想保证了类内部数据结构的完整性，使用类的用户不能轻易地直接操作类的数据结构，只能执行类允许公开的数据。这样就避免了外部操作对内部数据的影响，提高了程序的可维护性。

使用类实现封装特性如图6.5所示。

类与类之间同样具有关系，这种关系被称为关联。关联主要描述两个类之间的一般二元关系。例如，一个百货公司类与销售员类就是一个关联，学生类与教师类也是一个关联。两个类之间的关系有很多种，继承是关联中的一种。

当处理一个问题时，可以将一些有用的类保留下来，在遇到同样的问题时拿来复用。假如这时需要解决信鸽送信的问题，我们很自然就会想到如图6.4所示的鸟类结构。由于鸽子属于鸟类，具有与鸟类相同的属性和行为，便可以在创建信鸽类时将鸟类拿来复用，并且保留鸟类具有的属性和行为。不过，并不是所有的鸟都有送信的习惯，因此还需要再添加一些信鸽具有的独特属性及行为。鸽子类保留了鸟类的属性和行为，这样就节省了定义鸟和鸽子共同具有的属性和行为的时间，这就是继承的基本思想。设计软件时，使用继承思想可以缩短软件开发的周期，复用那些已经定义好的类可以提高系统性能，减少系统在使用过程中出现错误的概率。

继承性主要利用特定对象之间的共有属性。例如，平行四边形是四边形，正方形、矩形也都是四边形，平行四边形类与四边形类具有共同特性，就是拥有4个边，可以将平行四边形类看作四边形类的延伸，平行四边形类复用了四边形类的属性和行为，同时添加了平行四边形独有的属性和行为，如平行四边形的对边平行且相等。这里可以将平行四边形类看作是从四边形类中继承的。在Java语言中，将类似于平行四边形类的类称为子类，将类似于四边形类的类称为父类或超类。值得注意的是，可以说平行四边形是特殊的四边形，但不能说四边形是平行四边形，也就是说子类的实例都是父类的实例，但不能说父类的实例是子类的实例。图6.6阐明了图形类之间的继承关系。

从图6.6中可以看出，继承关系可以使用树形关系来表示，父类与子类存在一种层次关系。一个类处于继承体系中，它既可以是其他类的父类，为其他类提供属性和行为，也可以是其他类的子类，继承父类的属性和方法，如三角形类既是图形类的子类也是等边三角形类的父类。

在6.1.4节中介绍了继承、父类和子类，其实将父类对象应用于子类的特征就是多态。依然以图形类来说明多态，每个图形都拥有绘制自己的能力，这个能力可以被看作是该类具有的行为，如果子类的对象被统一看作是父类的实例对象，那么在绘制图形时，只需调用父类也就是图形类绘制图形的方法就可以绘制任何图形，这就是多态最基本的思想。

多态性允许以统一的风格编写程序，以处理种类繁多的已存在的类及相关类。该统一风格可以由父类来实现，根据父类统一风格的处理，可以实例化子类的对象。由于整个事件的处理都只依赖于父类的方法，因此日后只要维护和调整父类的方法即可，这样就降低了维护的难度，节省了时间。

提到多态，就不得不提抽象类和接口，因为多态的实现并不依赖于具体类，而是依赖于抽象类和接口。

再回到绘制图形的实例上。图形类作为所有图形的父类，具有绘制图形的能力，这个方法可以称为“绘制图形”，但如果要执行这个“绘制图形”的命令，没有人知道应该画什么样的图形，并且如果要在图形类中抽象出一个图形对象，那么没有人能说清这个图形究竟是什么图形，因此使用“抽象”这个词来描述图形类比较恰当。在Java语言中，称这样的类为抽象类，抽象类不能实例化对象。在多态的机制中，父类通常会被定义为抽象类，在抽象类中给出一个方法的标准，而不给出实现的具体流程。实质上这个方法也是抽象的，如图形类中的“绘制图形”方法只提供一个可以绘制图形的标准，并没有提供具体绘制图形的流程，因为没有人知道究竟需要绘制什么形状的图形。

在多态的机制中，比抽象类更方便的方式是将抽象类定义为接口。由抽象方法组成的集合就是接口。接口的概念在现实中也极为常见，如从不同的五金商店买来螺丝帽和螺丝钉，螺丝帽可以很轻松地被拧在螺丝钉上，可能螺丝帽和螺丝钉的厂家不同，但这两个物品可以轻易地被组合在一起，这是因为生产螺丝帽和螺丝钉的厂家都遵循着统一的标准，这个统一的标准在Java中就是接口。依然拿“绘制图形”来说明，可以将“绘制图形”作为一个接口的抽象方法，然后使图形类实现这个接口，同时实现“绘制图形”这个抽象方法，当三角形类需要绘制时，就可以继承图形类，重写其中的“绘制图形”方法，并将这个方法改写为“绘制三角形”，这样就可以通过这个标准绘制不同的图形。