学习目标：理解面向对象的编程思想，掌握事物抽象为类及封装方法。

面向对象的编程思想

当前软件开发领域有两大编程思想，一个是面向过程的编程思想，一个是面向对象的编程思想。依据编程思想的不同，编程语言也分为面向过程的语言和面向对象的语言。Java、NET等是面向对象的语言，C语言、Fortran等是面向过程的语言。

面向过程的编程思想在考虑问题时，是以一个具体的流程为单位，考虑程序的实现方法，关心的是功能的实现。分析出解决问题所需要的步骤，然后用函数把这些步骤一步一步实现，使用的时候一个一个依次调用就可以了。

例如设计一个五子棋程序，面向过程的设计思路是首先分析问题的步骤：

1、开始游戏；

2、黑子先走；

3、绘制画面；

4、判断输赢；

5、轮到白子；

6、绘制画面；

7、判断输赢；

8、返回步骤2；

9、输出最后结果。

把上面每个步骤分别用函数来实现，问题就解决了。面向过程的设计思想，每一个环节只关注行为动作和功能实现，没有考虑数据的状态，而且各个行为之间的耦合性比较强，不利于程序的扩展和模块化。

面向对象的编程思想在考虑问题时，以具体的事物（对象）为单位，考虑它的属性（特性）及动作（行为），关注整体，就好比观察一个人一样，不仅要关注他怎样说话，怎样走路，还要关注他的身高、体重、长相等属性特征。

同样是设计五子棋程序，面向对象的设计则是以事物（对象）的思路来解决问题。

整个五子棋可以分为：

1、玩家对象，这两方的行为是一模一样的；

2、棋盘对象，负责绘制画面；

3、控制对象，负责判定诸如犯规、输赢等。第一类对象（玩家对象）负责接受用户输入，并告知第二类对象（棋盘对象）棋子布局的变化，棋盘对象接收到了棋子的变化就要负责在屏幕上面显示出这种变化，同时利用第三类对象（控制对象）来对棋局进行判定。

面向对象的编程思想更加接近于现实的事物，从现实中抽象出的（事物）对象自身是内聚的，对象有自身的数据（属性）和操作（行为），因此面向对象可以更好地实现开闭原则，即程序对外扩展是开放的，对内修改是关闭的，当程序的需求改变时，可以对模块进行扩展，使其具有满足那些改变的新行为，而无需改动原有的代码。

总的说来，面向对象的设计思想有如下特点：

（1）可扩展：新特性能够很容易的添加到现有系统中，不会影响原有的代码。

（2）可修改：当修改某一部分的代码时，不会影响到其它不相关的部分。

（3）可替代：将系统中某部分的代码用其它有相同接口的类替换时，不会影响到现有系统。

面向对象的编程思想是目前应用最广泛的编程思想，使用面向对象的编程思想适用于规模较大的应用程序。Java面向对象的编程思想引入了许多概念和机制，归纳总结为抽象、封装、继承和多态。采用面向对象的编程思想并不是全部弃用面向过程的编程思想，相对而言，面向过程的编程思想是面向对象编程的基础，面向对象编程的程序里面一定有面向过程的程序片段。在程序中，面向过程的编程思想，通过方法来实现，面向对象的编程思想通过类来封装方法和数据。

抽象与类

面向对象编程思想的一个基本方法就是抽象。抽象是从众多的同类事物中抽取出具有共同特征的过程及方法。

例如：苹果、香蕉、葡萄等都属于水果类别，假如我们要给水果找出共同特点，就需要抽取（抽象）苹果、香蕉、葡萄的共同特征，舍弃其不同的特征。一般说来苹果、香蕉、葡萄都具有汁液多、糖分多、并且还含有挥发性芳香物质、可以生食等特点。具备上述特点的一般都可以归类为水果。

抽象就是对同类事物的概括和归纳，前面例子的苹果、香蕉、葡萄是现实中的事物，人们在品尝的同时，抽取它们共有的特点，并起了一个新名称水果，来概括和归纳具有苹果、香蕉、葡萄共同特点的所有事物。例如：生梨、桃子也具备苹果、香蕉、葡萄的共同特点，因此生梨和桃子也可以归类为水果。

如果以面向对象的编程思想来看前面例子的话，水果可以称之为类，而苹果、香蕉、葡萄可以称之为类的实例或对象。类是抽象出来的事物，现实生活中并不存在，例如水果，水果是人们赋予具有苹果、香蕉、葡萄等共同特点的名称，不单指某一事物；对象是指具体的实物或概念，例如苹果、香蕉、葡萄等对象是实物，而一项政策可能就是一个概念性的对象了，在现实生活中，万事万物皆对象，面向对象编程就是模拟现实生活中的一个个对象来编程的。

现在生活中的许多对象都要进行分类，例如：人类、水果类、动物类、汽车类等。

分类的作用主要是为了便于管理和维护。面向对象的编程思想主要是通过模拟现实世界的各个对象来编程的，那么这些现实世界中的对象是怎样模拟或映射到计算机中的呢？这就要归功与面向对象编程思想的基本方法——抽象。

抽象并不是Java语言中所特有的概念，在其它面向对象的语言中，如C++在构建对象时也需要抽象建模。例如：在学生信息管理系统中，需要将学生的共同特征抽取出来，如学号、学分、性别等特征，构建学生模型。提炼学生共同特征的过程就是抽象建模。通过抽象，可以很容易地归纳出事物的共同特征和行为，以便与其它对象区别开来，这样抽取出来的特征和行为在面向对象的编程中叫做属性和方法。

属性是指对象具有的各种特征，学号、 学分、性别等特征就是学生对象的属性；行为一般用动词描述对象的各种操作。

每个对象的属性都有特定值。由下图可知，学生甲乙和学生丙丁的学号、学分、性别都不一样。

事物抽象的过程也是一个裁剪的过程，事物不同的、非本质性的特征被裁剪掉，留下共同特征。但共同特征也是相对的，例如，对于汽车和大米，从买卖的角度看都是商品，都有价格，是他们的共同的特征，但从其应用方面来看是不同的。所以在抽象时，同与不同，决定于从什么角度上来抽象，抽象的角度取决于分析问题的目的。

类的封装

前面讲到了抽象与对象，抽象是把同类事物的共同特征抽取出来归纳为类，类的具体实例为对象。例如：把具有汁液多、糖分多、含有挥发性芳香物质、可以生食等特征的事物归纳为水果类，苹果、葡萄、生梨则为水果类的具体实例对象。

在面向对象编程思想中，不仅把汁液多、糖分多、含有挥发性芳香物质、可以生食等的共同特征放到水果类里，同时也把水果的开花、落果、膨大、成熟等共同行为放到水果类里，这样水果类既包含了水果所具备的共同特征，也包含了开花、落果、膨大、成熟等共同行为。

类是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，水果类具有所有水果的共同属性和行为。类的结构如下图所示：

在Java语言中，类的属性是以成员变量的形式定义的，类的行为是以方法形式定义的。类定义完成后，要在程序中使用类，还需要把类实例化为对象才能使用。

类的封装就是把现实世界同类事物的共同特征和行为抽取出来，放到一个新建的类中，并设置类属性（特征）和行为的访问权限，同时提供外部访问类属性和行为的方法。

把事物的属性和行为封装在一起，可以对外隐藏内部数据，控制用户对内部数据的修改和访问，封装也消除了面向过程编程中数据与操作分离所带来的种种问题，提高了程序的可复用性和可维护性。

下面以水果类为案例，具体说明类封装的过程。

案例1：封装水果类

在Punit5项目unit包下创建Fruits类。代码如下：

package unit;
public class Fruits {
    //水果类汁液含量属性
    private String  water;
    //水果类糖分含量属性
    private String  sugar;
    //水果类芳香度属性
    private  String  fragrance;
 
    //水果类的构造方法
    Fruits(String inwater,String sugar,String fragrance)
    {
        this.water = inwater;
        this.sugar = sugar;
        this.fragrance = fragrance;
    }
 
    // 水果类的开花行为
    public void flower()
    {
        System.out.println("开花");
    }
 
    // 水果类的成熟行为
    public void ripe()
    {
        System.out.println("成熟");
    }
 
    // 水果类的落果行为
    public void drop ()
    {
        System.out.println("落果");
    }
 
}

Fruits类有三个成员变量，这三个成员变量分别对应水果类的三个属性。Water成员变量对应水果类的汁液含量属性；sugar成员变量对应水果类的糖分含量属性；fragrance成员变量对应水果类的芳香度属性。

Fruits类也提供了三个方法，分别对应水果类的三个行为。flower()方法对应水果类的开花行为；ripe()方法对应水果类的成熟行为；drop()方法对应水果类的落果行为。这三个方法也称为成员方法。

与类名相同的Fruits()方法是类的构造方法，当实例化类时，该构造方法会被自动调用。

代码中的public、private是类访问权限修饰符，用来限定外部对类、类成员变量、类成员方法的访问权限。

关于类的成员变量、成员方法、构造方法、访问权限等内容在后面的课中会详细讲述。