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第2章 面向对象的基本概念与UML
一、面向对象系统的基本概念
面向对象（Object—Oriented，OO）方法以客观世界中的实体为中心，其分析和设计思想符合人们的思维方式，分析和设计的结果与客观世界的实际比较接近。
1．面向对象系统的概念 （1）定义
面向对象=对象+类+继承+消息通信。如果一个系统是使用这样4个概念设计和实现的，则可认为这个系统是面向对象的。一个面向对象的程序系统的每一个组成部分应是对象，计算是通过新的对象的建立和对象之间的通信来执行的。
（2）特点
①系统的定义从问题领域的实体出发，与人类习惯的思维方式一致。 ②搭建的系统结构稳定性好，修改可以局部化。 ③系统及体系结构可以使用构件组装，可复用性好。
④软件系统容易理解，容易修改，容易测试，适合于开发大型的软件产品。 ⑤软件体系结构严格按照信息（细节）隐蔽的原则设计，产品可维护性好。 2．对象 （1）对象的定义
对象（Object）是系统中用来描述客观事物的实体，是构成系统的基本单位。每个对
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www.100xuexi.com 圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 象可用它的名字、对象本身的一组属性和可以执行的一组操作来定义。如图2-1所示给出了对象的表示方法。对象名有下列3种表示格式：
①有名对象。形如：对象名：类名。 ②无名对象。形如：类名。
③默认类型对象。形如：对象名。这种格式不带类名，对象的类由其上下文决定。如图2-1所示的对象名采用的即是此格式。
图2-1 对象的图形表示
（2）对象两个层次的概念
①在系统模型中对象指的是系统模型所涉及的实体。可以是有形对象；也可以是抽象的逻辑对象。
②程序中的对象是一组变量和相关操作（或方法）的集合，其中变量表明对象的状态，操作表明对象所具有的行为。
（3）对象的分类
可以将系统中的对象分为5类：物理对象、角色、事件、交互、规格说明。每个应用系统可以拥有某几种或所有各种对象，但也不必特意对每个对象进行分类。
（4）对象的特点 ①对象是消息处理的主体
在面向对象系统中，每个对象不是消息的发送者，就是消息的响应者，不存在既不发送消息也不接收消息的对象。
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www.100xuexi.com ②对象是以数据为中心的
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 所有操作都与对象的属性相关，而且操作的结果往往与当时所处的状态（属性的值）有关。
③实现了数据封装
对象是一个黑盒，其属性值对外不可见，被完全封装在盒子内部，对属性值的访问只能通过界面中定义的（公有）操作进行。
3．类与封装 （1）基本概念 ①类（Class）
是一组具有相同属性、相同操作、相同语义的对象的集合。类的定义包括类名、一组数据属性和在这组属性上的一组合法操作。
②实例（Instance）
属于一个类的各个对象都是类的实例（Instance），它们的数据结构都与类定义的属性相同，但各个实例具有不同的属性值，都可以使用在类中定义的操作。
③实例变量
一个实例的属性在面向对象的程序中称为该实例的实例变量，实例变量的值一旦确定，该实例的状态也就确定下来。
（2）类与封装 ①封装的定义
类的定义应遵循抽象数据类型（ADT）的原则，按照使用与实现分离的要求，封装类的属性和操作定义。为此，必须把可提供给外部使用的操作定义在类的接口部分。封装的定义
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www.100xuexi.com 如下。
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 a．清楚的边界，所有对象的内部信息被限定在这个边界内。
b．接口，即对象向外界提供的方法，外界可以通过这些方法与对象进行交互。 c．受保护的内部实现，即软件对象功能的实现细节，实现细节不能从类外访问。 ②对象的访问
通过封装规定了程序如何使用对象的数据，控制用户对类的修改和数据访问权限。在多数情况下是禁止直接访问对象数据的，只能通过接口访问对象。
③封装的优点
封装特性禁止外界直接操作类中的数据，模块与模块之间只能通过严格控制的接口进行交互，使得模块之间的耦合度大大降低，从而保证了模块具有较好的独立性，使得程序的维护和修改变得较为容易。
4．继承 （1）概念
如果某几个类之间具有共性的东西（属性和行为），把它们抽取出来放在一个父类中，将各个类特有的特性放在子类中分别描述，则可建立起子类对父类的继承。
（2）举例
本科生（Undergraduate）和研究生（Graduate），可以将这两个类的相同属性和操作抽取出来放在父类Student中，Undergraduate类和Graduate类只保留它们特有的属性和操作，并作为子类建立与Student类的继承关系，如图2-2所示。
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图2-2 类的继承关系
（3）分类
继承从内容上可划分为以下4种。 ①取代继承
例如“窗口”和“Windows窗口”的关系，任何需要“窗口”的地方都可以用“Windows窗口”来代替。此时，“窗口”可视为父类，“Windows窗口”作为“窗口”的子类。
②内容继承
例如“四边形”与“矩形”的关系，“四边形”包括了“矩形”。 ③受限继承
例如“鸵鸟”是一种特殊的“鸟”，它不能继承“鸟”“会飞”的特性。这样，子类（“鸵鸟”）只能继承父类（“鸟”）的某些属性或操作。
④特化继承
例如“汽车”与“起重车”的关系。“起重车”作为“汽车”的子类可以直接使用父类的“数据+操作”，它自己还增加了特有的“数据+操作”。
5．多态与动态绑定 （1）多态
即语言编译器根据操作对象的类型自动调用相应的实现程序，使得相同的函数或操作名
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