面向对象(Object Oriented,OO)是当前计算机界关心的重点，它是90年代软件开发方法的主流。面向对象的概念和应用已超越了程序设计和软件开发，扩展到很宽的范围。如数据库系统、交互式界面、应用结构、应用平台、分布式系统、网络管理结构、CAD技术、人工智能等领域。
定义
首先根据客户需求抽象出业务对象；然后对需求进行合理分层，构建相对独立的业务模块；之后设计业务逻辑，利用多态、继承、封装、抽象的编程思想，实现业务需求；最后通过整合各模块，达到高内聚、低耦合的效果，从而满足客户要求。
面向对象的概念具体要求的确定，各自有各自的理解。
浅谈面向对象
谈到面向对象，这方面的文章非常多。但是，明确地给出对象的定义或说明对象的定义的非常少——至少我现在还没有发现。起初，“面向对象”是专指在程序设计中采用封装、继承、多态等设计方法。可是，这个定义显然不能再适合现在情况。面向对象的思想已经涉及到软件开发的各个方面。如，面向对象的分析（OOA，Object Oriented Analysis），面向对象的设计（OOD，Object Oriented Design）、以及我们经常说的面向对象的编程实现（OOP，Object Oriented Programming）。许多有关面向对象的文章都只是讲述在面向对象的开发中所需要注意的问题或所采用的比较好的设计方法。看这些文章只有真正懂得什么是对象，什么是面向对象，才能最大程度地对自己有所裨益。这一点，恐怕对初学者甚至是从事相关工作多年的人员也会对它们的概念模糊不清。面向对象的分解根据抽象关键的问题域来分解系统。面向对象的设计是一种提供符号设计系统的面向对象的实现过程，它用非常接近实际领域术语的方法把系统构造成“现实世界”的对象。
一、面向对象产生的背景
面向对象是在结构化设计方法出现很多问题的情况下应运而生的。从结构化设计的方法中，我们不难发现，结构化设计方法求解问题的基本策略是从功能的角度审视问题域。它将应用程序看成实现某些特定任务的功能模块，其中子过程是实现某项具体操作的底层功能模块。在每个功能模块中，用数据结构描述待处理数据的组织形式，用算法描述具体的操作过程。面对日趋复杂的应用系统，这种开发思路在下面几个方面逐渐暴露了一些弱点。
1.审视问题域的视角
在当今社会，计算机吸引着数亿人对它进行研究和开发。究其原因，不难发现，计算机被人类寄予了无限的期望，认定它是一种功能强大的现代数据处理工具，它能帮助人们解决各式各样的现实问题。充分挖掘它的潜力，可以提高人类的生活质量。
既然计算机是用来帮人类解决现实问题的，是否可以利用某种方法让计算机直接模拟现实之间的环境，并用人类解决问题的习惯方法设计相应的应用程序？如果能这样，就可以使软件设计更加自然更加符合人类的思维方式，更加容易被人类掌握。
仔细分析可以发现，在现实世界中存在的客体是问题域中的主角，所谓客体是指客观存在的对象实体和主观抽象的概念，他是人类观察问题和解决问题的主要目标。例如，对于一个学校学生管理系统来说，无论是简单还是复杂，始终是围绕学生和老师这两个客体实施。在自然界，每个客体都具有一些属性和行为，例如学生有学号、姓名、性别等属性，已经上课、考试、做实验等行为。因此，每个个体都可以用属性和行为来描述。
通常人类观察问题的视角是这些客体，客体的属性反应客体在某一时刻的状态，客体的行为反映客体多能从事的操作。这些操作附在客体之上并能用来设置、改变和获取客体的状态。任何问题域都有一系列的客体，因此解决问题的基本方式是让这些客体之间相互驱动、相互作用，最终使每个客体按照设计者的意愿改变其属性状态。
结构化设计方法所采用的设计思路不是将客体作为一个整体，而是将依附于客体之上的行为抽取出来，以功能为目标来设计构造应用系统。这种做法导致在进行程序设计的时候，不得不将客体所构成的现实世界映射到由功能模块组成的解空间中，这种变换过程，不仅增加了程序设计的复杂程度，而且背离了人们观察问题和解决问题的基本思路。另外，再仔细思考会发现，在任何一个问题域中，客体是稳定的，而行为是不稳定的。例如，不管是国家图书馆，还是学校图书馆，还是国际图书馆，都会含有图书这个客体，但管理图书的方法可能是截然不同的。结构化设计方法将审视问题的视角定位于不稳定的操作之上，并将描述客体的属性和行为分开，使得应用程序的日后维护和扩展相当困难，甚至一个微小的变动，都会波及到整个系统。面对问题规模的日趋扩大、环境的日趋复杂、需求变化的日趋加快，将利用计算机解决问题的基本方法统一到人类解决问题的习惯方法之上，彻底改变软件设计方法与人类解决问题的常规方式扭曲的现象迫在眉睫，这是提出面向对象的首要原因。
2.抽象级别
抽象是人类解决问题的基本法宝。良好的抽象策略可以控制问题的复杂程度，增强系统的通用性和可扩展性。抽象主要包括过程抽象和数据抽象。结构化设计方法应用的是过程抽象。所谓过程抽象是将问题域中具有明确功能定义的操作抽取出来，并将其作为一个实体看待。这种抽象级别对于软件系统结构的设计显得有些武断，并且稳定性差，导致很难准确无误地设计出系统的每一个操作环节。一旦某个客体属性的表示方式发生了变化，就有可能牵扯到已有系统的很多部分。而数据抽象是较过程抽象更高级别的抽线方式，将描述客体的属性和行为绑定在一起，实现统一的抽象，从而达到对现实世界客体的真正模拟。
3.封装体
封装是指将现实世界中存在的某个客体的属性与行为绑定在一起，并放置在一个逻辑单元内。该逻辑单元负责将所描述的属性隐藏起来，外界对客体内部属性的所有访问只能通过提供的用户接口实现。这样做既可以实现对客体属性的保护作用，又可以提高软件系统的可维护性。只要用户接口不改变，任何封装体内部的改变都不会对软件系统的其他部分造成影响。结构化设计方法没有做到客体的整体封装，只是封装了各个功能模块，而每个功能模块可以随意地对没有保护能力客体属性实施操作，并且由于描述属性的数据与行为被分割开来，所以一旦某个客体属性的表达方式发生了变化，或某个行为效果发生了改变，就有可能对整个系统产生影响。
4.可重用性
可重用性标识着软件产品的可复用能力，是衡量一个软件产品成功与否的重要标志。当今的软件开发行业，人们越来越追求开发更多的、更有通用性的可重用构件，从而使软件开发过程彻底改善，即从过去的语句级编写发展到现在的构件组装，从而提高软件开发效率，推动应用领域迅速扩展。然而，结构化程序设计方法的基本单位是模块，每个模块只是实现特定功能的过程描述，因此，它的可重用单位只能是模块。例如，在C语言编写程序时使用大量的标准函数。但对于今天的软件开发来说，这样的重用粒度显得微不足道，而且当参与操作的某些数据类型发生变化时，就不能够再使用那些函数了。因此，渴望更大粒度的可重用构件是如今应用领域对软件开发提出的新需求。
上诉弱点驱使人们寻求一种新的程序设计方法，以适应现代社会对软件开发的更高要求，面向对象由此产生。
二、面向对象的基本概念
(1)对象。
对象是人们要进行研究的任何事物，从最简单的整数到复杂的飞机等均可看作对象，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件。
(2)对象的状态和行为。
对象具有状态，一个对象用数据值来描述它的状态。
对象还有操作，用于改变对象的状态，对象及其操作就是对象的行为。
对象实现了数据和操作的结合，使数据和操作封装于对象的统一体中
(3)类。
具有相同特性（数据元素）和行为（功能）的对象的抽象就是类。因此，对象的抽象是类，类的具体化就是对象，也可以说类的实例是对象，类实际上就是一种数据类型。
类具有属性，它是对象的状态的抽象，用数据结构来描述类的属性。
类具有操作，它是对象的行为的抽象，用操作名和实现该操作的方法来描述。
(4)类的结构。
在客观世界中有若干类，这些类之间有一定的结构关系。通常有两种主要的结构关系，即一般--具体结构关系，整体--部分结构关系。
①一般--具体结构称为分类结构，也可以说是“或”关系，或者是“is a”关系。
②整体--部分结构称为组装结构，它们之间的关系是一种“与”关系，或者是“has a”关系。
(5)消息和方法。
对象之间进行通信的结构叫做消息。在对象的操作中，当一个消息发送给某个对象时，消息包含接收对象去执行某种操作的信息。发送一条消息至少要包括说明接受消息的对象名、发送给该对象的消息名（即对象名、方法名）。一般还要对参数加以说明，参数可以是认识该消息的对象所知道的变量名，或者是所有对象都知道的全局变量名。
类中操作的实现过程叫做方法，一个方法有方法名、返回值、参数、方法体。
三、面向对象的特征
(1)对象唯一性。
每个对象都有自身唯一的标识，通过这种标识，可找到相应的对象。在对象的整个生命期中，它的标识都不改变，不同的对象不能有相同的标识。
(2)抽象性。
抽象性是指将具有一致的数据结构(属性)和行为(操作)的对象抽象成类。一个类就是这样一种抽象，它反映了与应用有关的重要性质，而忽略其他一些无关内容。任何类的划分都是主观的，但必须与具体的应用有关。
(3)继承性。
继承性是子类自动共享父类数据结构和方法的机制，这是类之间的一种关系。在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础之上来进行，把这个已经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。
继承性是面向对象程序设计语言不同于其它语言的最重要的特点，是其他语言所没有的。
在类层次中，子类只继承一个父类的数据结构和方法，则称为单重继承。
在类层次中，子类继承了多个父类的数据结构和方法，则称为多重继承。
在目前的主流语言中，C++支持多重继承，JAVA、VB.NET、Objective-C均仅支持单继承，注意在C++多重继承时，需小心二义性。
在软件开发中，类的继承性使所建立的软件具有开放性、可扩充性，这是信息组织与分类的行之有效的方法，它简化了对象、类的创建工作量，增加了代码的可重用性。
采用继承性，提供了类的规范的等级结构。通过类的继承关系，使公共的特性能够共享，提高了软件的重用性。
(4)多态性(多形性)
多态性是指相同的操作或函数、过程可作用于多种类型的对象上并获得不同的结果。不同的对象，收到同一消息可以产生不同的结果，这种现象称为多态性。
多态性允许每个对象以适合自身的方式去响应共同的消息。
多态性增强了软件的灵活性和重用性。
四、面向对象的要素
(1)抽象。
抽象是指强调实体的本质、内在的属性。在系统开发中，抽象指的是在决定如何实现对象之前的对象的意义和行为。使用抽象可以尽可能避免过早考虑一些细节。
类实现了对象的数据（即状态）和行为的抽象。
(2)封装性（信息隐藏）。
封装性是保证软件部件具有优良的模块性的基础。
面向对象的类是封装良好的模块，类定义将其说明（用户可见的外部接口）与实现（用户不可见的内部实现）显式地分开，其内部实现按其具体定义的作用域提供保护。
对象是封装的最基本单位。封装防止了程序相互依赖性而带来的变动影响。面向对象的封装比传统语言的封装更为清晰、更为有力。
(3)共享性
面向对象技术在不同级别上促进了共享
同一类中的共享。同一类中的对象有着相同数据结构。这些对象之间是结构、行为特征的共享关系。
在同一应用中共享。在同一应用的类层次结构中，存在继承关系的各相似子类中，存在数据结构和行为的继承，使各相似子类共享共同的结构和行为。使用继承来实现代码的共享，这也是面向对象的主要优点之一。
在不同应用中共享。面向对象不仅允许在同一应用中共享信息，而且为未来目标的可重用设计准备了条件。通过类库这种机制和结构来实现不同应用中的信息共享。
4.强调对象结构而不是程序结构
四、面向对象的开发方法
目前，面向对象开发方法的研究已日趋成熟，国际上已有不少面向对象产品出现。面向对象开发方法有Coad方法、Booch方法和OMT方法等。
1.Booch方法
Booch最先描述了面向对象的软件开发方法的基础问题，指出面向对象开发是一种根本不同于传统的功能分解的设计方法。面向对象的软件分解更接近人对客观事务的理解，而功能分解只通过问题空间的转换来获得。
2.Coad方法
Coad方法是1989年Coad和Yourdon提出的面向对象开发方法。该方法的主要优点是通过多年来大系统开发的经验与面向对象概念的有机结合，在对象、结构、属性和操作的认定方面，提出了一套系统的原则。该方法完成了从需求角度进一步进行类和类层次结构的认定。尽管Coad方法没有引入类和类层次结构的术语，但事实上已经在分类结构、属性、操作、消息关联等概念中体现了类和类层次结构的特征。
3.OMT方法
OMT方法是1991年由James Rumbaugh等5人提出来的，其经典著作为“面向对象的建模与设计”。
该方法是一种新兴的面向对象的开发方法，开发工作的基础是对真实世界的对象建模，然后围绕这些对象使用分析模型来进行独立于语言的设计，面向对象的建模和设计促进了对需求的理解，有利于开发得更清晰、更容易维护的软件系统。该方法为大多数应用领域的软件开发提供了一种实际的、高效的保证，努力寻求一种问题求解的实际方法。
4.UML(Unified Modeling Language)语言
软件工程领域在1995年～1997年取得了前所未有的进展，其成果超过软件工程领域过去15年的成就总和，其中最重要的成果之一就是统一建模模型（UML)的出现。UML将是面向对象技术领域内占主导地位的标准建模语言。
UML不仅统一了Booch方法、OMT方法、OOSE方法的表示方法，而且对其作了进一步的发展，最终统一为大众接受的标准建模语言。UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。它融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开发全过程。
五、面向对象的模型
·对象模型
对象模型表示了静态的、结构化的系统数据性质，描述了系统的静态结构，它是从客观世界实体的对象关系角度来描述，表现了对象的相互关系。该模型主要关心系统中对象的结构、属性和操作，它是分析阶段三个模型的核心，是其他两个模型的框架。
1.对象和类
(1) 对象。
对象建模的目的就是描述对象。
(2) 类。
通过将对象抽象成类，我们可以使问题抽象化，抽象增强了模型的归纳能力。
(3) 属性。
属性指的是类中对象所具有的性质（数据值）。
(4) 操作和方法。
操作是类中对象所使用的一种功能或变换。类中的各对象可以共享操作，每个操作都有一个目标对象作为其隐含参数。
方法是类的操作的实现步骤。
2.关联和链
关联是建立类之间关系的一种手段，而链则是建立对象之间关系的一种手段。
(1) 关联和链的含义。
链表示对象间的物理与概念联结，关联表示类之间的一种关系，链是关联的实例，关联是链的抽象。
(2) 角色。
角色说明类在关联中的作用，它位于关联的端点。
(3) 受限关联。
受限关联由两个类及一个限定词组成，限定词是一种特定的属性，用来有效的减少关联的重数，限定词在关联的终端对象集中说明。
限定提高了语义的精确性，增强了查询能力，在现实世界中，常常出现限定词。
(4) 关联的多重性。
关联的多重性是指类中有多少个对象与关联的类的一个对象相关。重数常描述为“一”或“多”。
3.类的层次结构
(1) 聚集关系。
聚集是一种“整体－部分”关系。在这种关系中，有整体类和部分类之分。聚集最重要的性质是传递性，也具有逆对称性。
聚集可以有不同层次，可以把不同分类聚集起来得到一颗简单的聚集树，聚集树是一种简单表示，比画很多线来将部分类联系起来简单得多，对象模型应该容易地反映各级层次。
(2)一般化关系。
一般化关系是在保留对象差异的同时共享对象相似性的一种高度抽象方式。它是“一般---具体”的关系。一般化类称为你类，具体类又能称为子类，各子类继承了交类的性质，而各子类的一些共同性质和操作又归纳到你类中。因此，一般化关系和继承是同时存在的。一般化关系的符号表示是在类关联的连线上加一个小三角形 。
4.对象模型
(1)模板。模板是类、关联、一般化结构的逻辑组成。
(2)对象模型。
对象模型是由一个或若干个模板组成。模板将模型分为若干个便于管理的子块，在整个对象模型和类及关联的构造块之间，模板提供了一种集成的中间单元，模板中的类名及关联名是唯一的。
·动态模型
动态模型是与时间和变化有关的系统性质。该模型描述了系统的控制结构，它表示了瞬间的、行为化的系统控制
性质，它关心的是系统的控制，操作的执行顺序，它表示从对象的事件和状态的角度出发，表现了对象的相互行为。
该模型描述的系统属性是触发事件、事件序列、状态、事件与状态的组织。使用状态图作为描述工具。它涉及到事件、状态、操作等重要概念。
1.事件
事件是指定时刻发生的某件事。
2.状态
状态是对象属性值的抽象。对象的属性值按照影响对象显著行为的性质将其归并到一个状态中去。状态指明了对象对输入事件的响应。
3.状态图
状态图是一个标准的计算机概念，他是有限自动机的图形表示，这里把状态图作为建立动态模型的图形工具。
状态图反映了状态与事件的关系。当接收一事件时，下一状态就取决于当前状态和所接收的该事件，由该事件引起的状态变化称为转换。
状态图是一种图，用结点表示状态，结点用圆圈表示；圆圈内有状态名，用箭头连线表示状态的转换，上面标记事件名，箭头方向表示转换的方向。
·功能模型
功能模型描述了系统的所有计算。功能模型指出发生了什么，动态模型确定什么时候发生，而对象模型确定发生的客体。功能模型表明一个计算如何从输入值得到输出值，它不考虑计算的次序。功能模型由多张数据流图组成。数据流图用来表示从源对象到目标对象的数据值的流向，它不包含控制信息，控制信息在动态模型中表示，同时数据流图也不表示对象中值的组织，值的组织在对象模型中表示。图10-15给出了一个窗口系统的图标显示的数据流图。
数据流图中包含有处理、数据流、动作对象和数据存储对象。
1.处理
数据流图中的处理用来改变数据值。最低层处理是纯粹的函数，一张完整的数据流图是一个高层处理。
2.数据流
数据流图中的数据流将对象的输出与处理、处理与对象的输入、处理与处理联系起来。在一个计算机中，用数据流来表示一中间数据值，数据流不能改变数据值。
3.动作对象
动作对象是一种主动对象，它通过生成或者使用数据值来驱动数据流图。
4.数据存储对象
数据流图中的数据存储是被动对象，它用来存储数据。它与动作对象不一样，数据存储本身不产生任何操作，它只响应存储和访问的要求。
对象的引入和应用
对象支持继承（inheritance）的概念，即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。例如，有这样一个设计：一个Dog类型的对象派生自Animal类，这是模拟“是一个（is-a）”关系（例图，Dog是一个Animal）。这样，可以隐式地把一个Dog类型的引用转换成Animal类型。这里的隐式是指这个转换以一个简单的赋值表达式形式进行。反之，如果某个Animal类型的对象引用指向的是一个Dog类创建的对象，可以通过转换操作符显式地把一个Animal类型引用转换成Dog类型。这个概念称为多态（polymorphism），即可以操作相关类型的对象，好像它们是同一种公共类型一样。
六、面向对象和基于对象的区别
很多人没有区分“面向对象”和“基于对象”两个不同的概念。面向对象的三大特点（封装，继承，多态）缺一不可。通常“基于对象”是使用对象，但是无法利用现有的对象模板产生新的对象类型，继而产生新的对象，也就是说“基于对象”没有继承的特点。而“多态”表示为父类类型的子类对象实例，没有了继承的概念也就无从谈论“多态”。现在的很多流行技术都是基于对象的，它们使用一些封装好的对象，调用对象的方法，设置对象的属性。但是它们无法让程序员派生新对象类型。他们只能使用现有对象的方法和属性。所以当你判断一个新的技术是否是面向对象的时候，通常可以使用后两个特性来加以判断。“面向对象”和“基于对象”都实现了“封装”的概念，但是面向对象实现了“继承和多态”，而“基于对象”没有实现这些，的确很饶口。
从事面向对象编程的人按照分工来说，可以分为“类库的创建者”和“类库的使用者”。使用类库的人并不都是具备了面向对象思想的人，通常知道如何继承和派生新对象就可以使用类库了，然而我们的思维并没有真正的转过来，使用类库只是在形式上是面向对象，而实质上只是库函数的一种扩展。
面向对象是一种思想，是我们考虑事情的方法，通常表现为我们是将问题的解决按照过程方式来解决呢，还是将问题抽象为一个对象来解决它。很多情况下，我们会不知不觉的按照过程方式来解决它，而不是考虑将要解决问题抽象为对象去解决它。有些人打着面向对象的幌子，干着过程编程的勾当
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