面向对象的基本概念和方法

面向对象的开发方法在近几十年见得以广泛应用，我们常见的Java语言就是一种典型的面向对象的开发语言。然而，面向对象的概念较为复杂，知识点也很细碎，本文整理了面向对象的基本概念和方法，供大家参考。为了便于读者理解，在解释一些定义时，笔者会通过一些例子，解释较为抽象的概念。

1. 面向对象的概念

面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP）是一种编程方法，其中程序是由对象组成的。面向对象的编程的核心思想是，将程序中的实体、数据和功能抽象为单独的对象，并在这些对象之间建立联系。

面向对象方法的主要方面包括：

1. 继承：子类继承父类的属性和方法，并可以添加新的属性和方法。

2. 封装：对象的内部状态和行为被隐藏在对象内部，只能通过公共的方法访问。

3. 多态：同一个方法可以有不同的实现，根据不同的对象类型而有不同的行为。

4. 抽象：通过抽象类和接口来定义对象的公共行为，但不实现该行为。

5. 关联：对象之间的关系，例如一对多，多对一等。

这些方面可以使程序更易于维护、扩展和重用，并使代码更具可读性和清晰度。面向对象的方法已经成为现代编程的重要方法，并应用于各种领域，如桌面应用程序、移动应用程序、游戏等。

2. 什么是对象

对象是面向对象编程中的一个核心概念。它代表了现实世界中的一个实体或抽象概念，并将其属性和行为抽象为程序中的数据结构和函数。

例如，一辆汽车可以被表示为一个对象，其属性可以包括品牌、颜色、速度等，行为可以包括启动、加速、停止等。同样，一个学生可以被表示为一个对象，其属性可以包括姓名、年龄、成绩等，行为可以包括学习、考试等。

在面向对象编程中，通过创建对象的实例，可以实现对实体和概念的抽象，使代码更加清晰和可读。

3. 对象的继承

继承是面向对象编程中的一个重要概念，它允许一个类继承另一个类的特性，从而减少代码的重复编写。

当一个类继承另一个类时，它会自动获得父类的所有属性和行为，并且可以在其上面扩展新的特性或覆盖父类中的某些特性。这样，就可以实现类与类之间的关系，并有效减少代码的重复编写。

例如，可以定义一个类“Animal”，其中包含了动物的基本属性和行为，然后可以定义一个类“Dog”继承自“Animal”类，其中包含了狗的特殊属性和行为。这样，就可以省去了在“Dog”类中重复编写“Animal”类中已有的代码，并且可以很方便地扩展狗的特殊特性。

4. 对象的封装

封装是面向对象编程中的一个重要概念，它将对象的实现细节隐藏起来，只向外暴露对象的公共接口。

通过封装，可以使得对象的内部实现细节不被外部代码所依赖，从而提高代码的灵活性和可重用性。同时，还可以隐藏对象的内部状态，从而避免因为外部代码对对象状态的不正确使用导致的问题。

在面向对象编程中，可以通过将对象的实现细节封装在私有成员中，并通过公共接口向外暴露对象的行为，从而实现封装。例如，可以定义一个类，其中包含了某个对象的私有成员和公共接口，这样就可以实现对对象的封装。

5. 多态的定义和分类

多态是面向对象编程中的一个重要概念，指的是同一消息可以被不同的对象响应，产生不同的行为。多态是面向对象编程的一个基本特征，是面向对象编程的重要原则之一。

运行时多态和编译时多态

多态分为两类：

1. 运行时多态：也称为动态多态，是通过继承和接口实现的。在运行时，程序根据对象的实际类型来决定其行为，因此可以实现不同类型对象的不同行为。

2. 编译时多态：也称为静态多态，是通过重载实现的。在编译时，程序根据函数的参数类型来决定调用哪个函数，因此可以实现不同参数类型对象的不同行为。

多态的好处包括：

3. 提高代码的灵活性和可重用性，因为不同类型的对象可以通过多态的机制实现不同的行为。

4. 提高代码的可读性和可维护性，因为多态可以将类型与行为分离，使得代码更加清晰易读。

5. 减少程序的代码冗余，因为多态可以通过共同的接口实现不同的行为，而不需要复制相同的代码。

专用多态和通用多态

此外，多态还可以分为专用多态和通用多态，是指面向对象编程中的两种不同的多态类型。

专用多态是指一个特定的多态实现，通常是为了解决某一特定问题而特别设计的多态。它通常是针对特定的数据类型和操作实现的，并且只适用于特定的情况。

通用多态是指一种普遍适用的多态实现，通常是面向对象编程语言中的内置多态实现，可以应用于多种不同的数据类型和操作。通用多态通常是通过继承和接口实现的，可以被用于解决多种不同的问题。

总的来说，专用多态和通用多态都是面向对象编程中的重要概念，它们都可以提高代码的灵活性和可重用性。但是，通用多态的应用范围更广，因为它可以适用于多种不同的数据类型和操作。

6. 对象的抽象

对象的抽象是指在面向对象编程中，把复杂的对象抽象成简单的对象，从而更容易理解和管理。

抽象的目的是将复杂的对象的内部结构和行为隐藏起来，只暴露必要的接口，使得程序员可以在不了解内部实现细节的情况下使用这个对象。这样可以提高代码的可读性和可维护性。

在面向对象编程语言中，抽象通常是通过继承和抽象类实现的。继承允许程序员定义一个新类，该类继承自一个已存在的类，并可以在新类中重写或添加新的方法。抽象类是一种特殊的类，它不能直接实例化，而是需要由子类来实现。

7. 对象的关联

对象的关联关系是指在面向对象编程中，多个对象之间的联系。

关联关系分为三种：一对一关系，一对多关系，多对多关系。

一对一关系是指一个对象只和另一个对象相关联，两个对象之间是独立的。

一对多关系是指一个对象和多个对象相关联，多个对象对一个对象是依赖的。

多对多关系是指多个对象之间相互依赖，两两之间是独立的。

这些关联关系可以通过继承，聚合，组合，依赖等方式实现。

8. 类之间的关系

类之间的关系有六种，分别是关联、组合、聚合、依赖、泛化和实现。

组合关系和聚合关系（关联关系）

这三者说得基本上是一回事。

关联关系（Association）表示两个类的实例之间存在某种语义上的联系。

聚合关系（Aggregation）表示一个类包含另一个类，聚合关系表示为一个类包含另一个类的实例。例如，有一个银行账户类，它包含了一个客户类的实例。

组合关系（Composition）表示一个类是另一个类的组成部分，组合关系表示为一个类是另一个类的组成部分。例如，有一个车辆类，它是由引擎，轮胎，方向盘等组成的。

依赖关系

依赖关系（Dependency）表明一个类依赖于另一个类，依赖关系表示为一个类需要另一个类的支持才能完成其功能。例如，有一个披萨类，它依赖于一个面团类，因为它需要面团才能制作出披萨。

这些关系都可以通过面向对象编程语言来实现，并且可以帮助我们更好地模拟实际世界中的关系。

泛化关系和继承关系

泛化关系（Generalization）和继承关系（）是面向对象编程的两个重要概念，二者互为反义。

泛化关系，也称为一般化关系，是指在类层次结构中，子类的特征可以被概括为父类的特征，这样子类对象就可以当做父类对象来使用。泛化关系用箭头从子类指向父类来表示，用于表示一个类的属性和行为的概括。

继承关系（Inherit），指的是子类可以从父类继承一些属性和方法，并且可以重载或扩展这些属性和方法。继承关系是泛化关系的实现方式，也是一种代码复用的方式。

总的来说，泛化关系是一种思想上的概念，而继承关系则是一种实现的方式。在实际的编程中，泛化关系通过继承关系实现。

实现关系

类的实现关系（Implementation）是指两个类之间的关系，表示一个类对另一个类的依赖或替代关系。类的实现关系是在面向对象编程中的常见概念，常常用于描述类的内部实现方式和代码之间的关系。

9. 统一建模语言UML

UML的定义

UML（Unified Modeling Language）是一种通用的建模语言，旨在为软件工程领域提供一种标准的、统一的建模方法。它是一种图形化的建模语言，用于描述、设计、分析和构建软件系统。

UML为软件工程师提供了许多图形化的工具，用于描述系统的功能、构造、行为和交互。这些工具可以帮助工程师更清晰地理解系统的结构和功能，以及如何在设计过程中进行沟通和协作。

UML具有强大的表示能力，可以描述多种软件工程领域的概念，如类、对象、接口、抽象类、继承、封装、多态、关联、聚合、组合、依赖等。UML图形化工具可以帮助工程师更直观地理解系统的构造和功能，从而提高系统的设计质量和开发效率。

UML的14种图

UML的图分为静态图和动态图两类：

1. 静态图：主要描述系统的静态结构。例如类图，对象图，包图，组件图，部署图等。

2. 动态图：主要描述系统的动态行为。例如状态图，活动图，交互图，时序图，用例图等。

UML提供了14种图形化建模工具，它们分别用于描述不同层次的系统结构和功能。下面是UML的14种图：

1. 用例图：描述系统的功能和用户的需求

2. 类图：描述系统的类、对象、接口、继承、实现关系

3. 对象图：描述对象之间的关系

4. 接口图：描述系统中接口的定义和实现

5. 包图：描述系统的包、模块和组件之间的关系

6. 状态图：描述系统的状态和转换

7. 行为图：描述系统的行为和动作

8. 活动图：描述系统的工作流程和任务的执行过程

9. 通信图：描述系统的通信和交互

10. 部署图：描述系统的部署和配置

11. 时序图：描述系统的时序和时间关系

12. 协作图：描述系统的协作和交互

13. 实现图：描述系统的实现细节

14. 组件图：描述系统的组件和模块的实现情况

这些图形化工具可以帮助工程师更直观地理解系统的构造和功能。

UML的架构

UML的架构是UML语言的核心部分，它定义了UML语言的模型元素和关系。UML的架构分为四个层次：

1. 基础模型：定义了UML的基本概念，例如对象，属性，操作，关系，包等。

2. 核心模型：定义了UML的基本图形元素，例如类，接口，继承，实现，关联，依赖等。

3. 关系模型：定义了UML的复杂关系，例如泛化，组合，聚合，容纳，真实化等。

4. 行为模型：定义了UML的动态图形元素，例如状态机，活动图，交互图等。

UML的架构是UML语言的核心部分，是UML语言的一个完整体系，为开发者提供了一个统一的模型元素和关系系统，可以帮助开发者更好地描述和理解系统的构建。

UML的五种视图

UML（Unified Modeling Language）是一种面向对象的建模语言，它提供了多种不同视图以描述软件系统的不同方面。

1. 逻辑视图：描述系统的逻辑结构，包括类图、对象图等。

2. 实现视图：描述系统的实际实现情况，包括包图、组件图等。

3. 进程视图：描述系统的运行状况，包括活动图、状态图等。

4. 部署视图：描述系统的部署情况，包括部署图。

5. 用例视图：描述系统如何和用户进行交互，包括用例图。

这五种视图共同描述了软件系统的不同方面，帮助开发人员了解系统的整体结构和运行情况，提高软件开发效率。

总结

UML (Unified Modeling Language) 是一种统一的建模语言，旨在帮助开发人员在软件工程领域中更好地描述、可视化、构建和文档化软件系统。它包含了一组图形元素和规则，可以用来描述软件系统的结构和行为。

面向对象开发是一种软件工程方法，强调以对象为中心进行建模，以对象之间的关系来表示软件系统的结构和行为。面向对象开发的主要概念包括：对象、类、继承、封装、多态和抽象等。

UML 和面向对象开发相结合，可以帮助开发人员在设计阶段更好地理解系统的需求和实现方式，并能更好地沟通和协作。UML 可以用来描述面向对象系统的结构和行为，同时面向对象的开发方法可以帮助 UML 更好地实现对系统的抽象和模拟。