1.3 对象和类

面向对象技术是由一系列的概念和原则组成的，而这些概念和原则中的两个最基础、最重要的就是对象和类。

1.3.1 对象

对象（Object）可以是一个实体、一件事、一个名词，也可以是可获得的某种东西，还可以是可想象为有自己标识的任何事物。对象的实体可以是物理存在的、也可能是一个概念，或是软件中的实体。例如，一辆卡车是一个物理上存在的实体；而一个化学反应过程则是一个概念中的实体；数据结构中的一个链表则是软件领域的实体。

结合前面的描述，可以对对象进行一个正式的定义：对象是一个实体，这个实体具有明确定义的边界（Boundary）和标识（Identity），并且封装了状态（State）和行为（Behavior）。这里关于对象的定义有两方面重要特征。

（1）对象具有明确定义的边界和标识。边界意味着对象是一个封装体，通过封装来与其他对象分隔。而标识则表明每一个对象都是唯一的，虽然有时候某个对象的状态有可能与其他对象一样。每个对象都是独一无二的，通过明确的边界与其他对象区分；同时，这个边界应该是研究该对象的用户可以清晰定义的。比如杯子里的一杯水，对于普通用户来说，杯体就是其边界，这一杯水就是一个对象，区别于另外一个杯子里面的一杯水；但对于化学老师来说，如果他/她现在要研究水的分子结构，那这杯水就不是一个对象，而是包括一系列的水分子的对象，甚至还可以进一步包括氢原子、氧原子这样的对象。

（2）对象封装了状态和行为。对象的状态通过对象的属性（Attribute）和关系（Relationship）来表达。在实际应用中，对象的状态反映了现实世界的一系列属性，如属性的值（即与对象有关系的数据）、与其他对象的关系、任意一个时刻的历史状态。而对象的行为通过对象的操作（Operation）、方法（Method）和状态机（State Machine）来表达，它由对象定义的一系列操作来决定。它定义了当其他对象发出请求时，该对象如何反应。

在UML中，对象用矩形框表示，对象的名称写在矩形框内部，并加上下画线。UML中的对象有命名对象和匿名对象之分，如图1-4所示。

图1-4（a）为命名对象，对象的名称为J.Clark，“:”后面为对象所属的类名Professor，表示J.Clark对象是Professor类的一个实例；而图1-4（b）展示的是匿名对象，该对象没有名称，只有所属的类名Professor，表示Professor类的某个对象；图1-4（c）是一个J.Clark对象，没有指定其所属的类，严格来说，这种只有对象名、没有类名的对象是错误的（因为在对象世界中，任何对象都来自类的实例化），但在早期的分析模型中可以使用，说明已知存在这样的一个对象，但尚未最终确定它所属的类。

1.3.2 类

在现实世界中，对象是具体存在的，可以准确反映问题空间的概念。但是，现实世界的对象常常和其他对象很相近。例如，教授都有一些相似的特性（他们做同样的事情，用同样的方式被描述），学生也有相似的特征，课程也有相似的特征等。如果要对每一个对象都进行建模（编程），那会是很繁重的工作，应该只定义一次教授对象、学生对象、课程对象等，在实际需要该对象时再创建出具体的实体。这就是为什么会需要类的原因。

类（Class）就是这一系列对象的抽象描述，这些对象共享相同的属性、操作、关系和语义。与此对应，一个具体的对象是该类的一个实例。由此可见，类是一种抽象，它将相似的实体抽象成相同的概念，这种抽象过程强调相关特征而忽略其他特征。例如，每位教授虽然有不同的特征（如年龄、身高、体重等），但在一个选课系统中，他们所扮演的角色是相同的，在我们只关注这些相同的特征时，他们就属于同一个类。

类抽象的过程就是将具体对象的特征和行为进行参数化，分别用类的属性和操作表示。

◆ 属性代表类的特征或特性，它表达了类所知道的事情。属性的值是某一特定对象的属性值。在类中，属性名必须是唯一的，同时每一个类的实例（即对象，下同）都有为这个类定义的所有属性的值。

◆ 操作代表类知道和做的事情，它用于访问或修改对象的属性值。而对象的行为是由为此对象定义的一系列操作决定的。

对于一个类，其属性和操作并不是固定的，它们取决于类的应用场景，不同的使用目的决定了不同的抽象方式。例如，针对一个汽车类，从销售人员的角度，他只关注型号、价格、颜色、里程数等属性，以及处理客户订单、准备销售合同、加入清单、从清单中删除等操作；而从维修人员的角度，他只关注发动机类型、传动类型、维修记录等属性，以及测试刹车、修理刹车、转动轮胎、检查转速等操作。

类和对象之间是紧密相关的，每一个对象都是某一个类的实例（类是生成对象的模板，类的定义中包含创建和删除对象的操作）；而每一个类在某一时刻都有零个或更多个的实例存在。一个类通过一系列操作来定义行为，而该类的所有实例都可以使用在这个类中定义的操作。同时，类定义了使用哪些数据描述属性，每一个实例都需要定义具体的属性值。

在UML中，同样采用矩形框表示类，该矩形框可以划分为3个区域，分别表示类名、属性和操作，如图1-5所示。

此外，类是静态的，它的存在、语义和关系在执行前就已经定义好了。而对象是动态的，在程序执行时可以被创建和删除。