小南伴你学-応用情報-第8期：系统开发之面向对象

小南伴你学-応用情報-第8期：系统开发之面向对象

什么，你的对象其实不是人类？

对于已经学习过面向对象编程的人来说，面向对象的思想还是挺容易理解的：类实例化后之后是对象，子类可以继承父类的属性和方法，而通过调用不同对象的方法可以实现各自特定的功能。

然而，学习编程本身非常耗时，因此我们可以通过比喻来快速理解面向对象的概念。

一些有趣的事情：

从文化和语言的角度来看

英语圈文化

人们普遍具有较强的边界意识。
语言上也体现出这种边界感，例如交流中会区分 类（class）用复数，对象（object）用单数，以明确抽象集合与具体个体。

中文文化

边界意识相对较弱。
语言上也不明确的说是类还是对象。

因此，可能在一定程度上，英语好的人会更容易理解面向对象的概念，因为英语本身就强化了类与对象、集合与个体的边界意识。

学前小菜

引入

比如人类只真正经验过“有”，对“无”的想象，本质上仍然是对“有”的变形。

比如宇宙的尽头、时间的起点、完全的虚无……都是从“有”的认知延伸出来的抽象概念。

面向对象也是一种方法论：它让计算机理解人类的事物和事件。要模拟现实，必须先抽象成类（Class），再生成对象（Object）去操作。

创造新的事物，也同样依赖已有认知的抽象。

所以，人类特别喜欢搞抽象——搞抽象本身就是创造力的体现。

Thing time

为什么？

张三丰让张无忌“忘掉招式”，本质上是在把“具体实现”抽象成“内在原理”。

关于AI的知识扩展：

ドロップアウト【dropout】

在此前内容中，我们已经学习了面向过程与面向数据两种程序设计思想。

接下来，引入面向对象：

面向过程 + 面向数据 = 面向对象

面向对象思想认为，现实世界中的事物、概念和事件可以抽象为类（Class），再通过类实例化生成对象（Object），用以模拟其行为和状态。

面向对象，其实就是字面意思

先用日常语言来理解：

“我有对象了。”

1️⃣ “有”的意思

并不是组成关系（part-of）——对象不是你身体的一部分

正确理解是建立关系 / 关联（Association）

对象是独立的实体，可以与你互动，但生命周期不完全依赖你

💡 OOP 对应概念：Association（关联）

2️⃣ 对象的意思

并不是“我养了一条狗”那样的依赖关系

对方是独立存在的

可以与我互动 → 对应 方法调用（Method Call）

拥有自己的状态，信息，隐私 → 对应 属性（Attribute）

会一些技能，可以提供点什么 → 对应 方法（Method）

并非凭空出现，而是从人类（DNA 实例化）而来的 → 对应 类（Class）

人类也不是凭空出现，而是从动物类继承而来 → 对应 父类（Superclass）

严格区分对象与类

口语中，你可能说“我对象是人类”，但严格来说：

我对象是人类的实例化实体
类是定义该实体属性和方法的模板
父类是上级模板，被子类继承

用面向对象的语言可以总结为：

知识check

人类属于动物叫继承人类是从动物继承而来这个叫抽象化

我女朋友属于人类叫实例化对象是从人类实例化而来，叫具体化

油门属于汽车，我的上半身属于我叫part of 关系，上半身是我的一部分，油门是汽车的一部分

我的女朋友（另一半）属于我叫调用关系可以互相提供某些价值

你属于你爸妈说明来源

顾客的公司名，顾客的家庭住址，电话属于顾客，只是在说明所有权

虽然都是从属关系，

但是是不一样的概念哈！

抽象化是从具体事物中提取共通特征以形成模型的过程，

其中，泛化是其典型形式之一。

还是不懂？

面向对象的核心特性

1️⃣ 封装（Encapsulation）カプセル化

定义：把对象的属性（数据）和方法（功能）封装在一起，对外只暴露必要接口。

图中体现：

“我的对象”有属性：姓名、年龄、体重、技能列表
方法：听()、读()、看()、说()等等
外部对象（比如“我”）通过调用方法获取信息或行为，比如调用我的对象.说("你在想什么呢")会返回"好饿啊！"
但是我不能直接查看其隐私，比如她的前男友列表

2️⃣ 继承（Inheritance）

定义：子类自动拥有父类的属性和方法，可以复用或扩展。

图中体现：

动物类 是父类，人类 和 狗类 是子类
动物类有进食()、呼吸()、移动()、繁殖()，人类和狗类自动拥有这些方法

3️⃣ 多态（Polymorphism）

定义：同一个方法在不同对象上可以有不同表现形式。

图中体现：

吠叫() 方法：

小黑（狗类）调用 → 返回“汪汪”
其他狗对象调用 → 可以返回不同叫声

看() 方法：

我的对象.看("我家猫会后空翻”)会返回你家猫描好厉害哦！
大哥的对象.看("我家猫会后空翻”)会返回你别忘了我可是你大哥的女人哦！

4️⃣ 抽象（Abstraction）

定义：只关注对象的外部行为和特征，不关心内部实现细节。

图中体现：

“我”调用“我的对象”的方法 读("莎士比亚名言")
不需要知道内部怎么读取文本，只关心返回结果

比喻：你按下咖啡机按钮，不关心水如何加热、咖啡如何滴落，只关心最后得到咖啡。

5️⃣ 对象的独立性

定义：每个对象都是独立的实体，有自己的属性和状态。

图中体现：

“我”、“我的对象”、“小黑”各自有独立属性：

我：年龄=19、体重=60kg
我的对象：年龄=18、体重=50kg、技能=摄影、跳舞，前男友列表=小张，小王
小黑：年龄=1、体重=5kg、叫声=汪汪

比喻：每个人、每只狗都是独立的个体，有自己的信息和行为能力。

💡 总结表格

特性	定义	图中例子	比喻
封装	属性和方法捆绑，对外只暴露接口	我的对象的方法：拍照()、读()、说话()	手机可以打电话拍照，但内部芯片封装了
继承	子类继承父类属性和方法	人类和狗类继承动物类的进食()、呼吸()	狗和猫都是动物，都会吃饭、呼吸
多态	同方法不同对象表现不同	吠叫() → 小黑：汪汪；说话() → 我的对象：“你在想什么呢”	每个人说“你好”，声音和语气不同
抽象	只关心行为，不关心实现	读() 方法 → 返回莎士比亚名言	按咖啡机按钮得到咖啡，不管内部怎么滴落
独立性	每个对象有自己状态	我、我的对象、小黑各自属性不同	每个人、每只宠物都是独立个体

知识check

父类声明方法 → “我告诉你能做什么”

子类实现方法 → “我实际怎么做”

动态绑定 → “调用方法的时候，看我实际是什么子类，再执行对应动作”

如果子类没有覆盖父类方法 → 就执行父类的方法

UML2.0

UML（UnifiedModelingLanguage）统一建模语言，是面向对象软件的标准化建模语言。由于面向对象软件开发需要经过OOA（面向对象分析），OOD（面向对象设计），OOP（面向对象编程）三个阶段，每个阶段都需要统一的符号设计描述和交流，而UML就是这种统一的符号表示。

カテゴリ	UML 図	簡単説明
構造図	クラス図（Class Diagram）	クラスやインターフェース、関係を静的に表現
ㅤ	オブジェクト図（Object Diagram）	ある時点でのオブジェクトと属性の状態を表現
ㅤ	パッケージ図（Package Diagram）	システム要素のグループ化と依存関係を表現
ㅤ	コンポーネント図（Component Diagram）	システムコンポーネントとインターフェースの依存関係
ㅤ	配置図（Deployment Diagram）	システムのハードウェアノードと配置関係を表現
ㅤ	複合構造図（Composite Structure Diagram）	オブジェクト内部構造と接続関係を表現
振る舞い図	ユースケース図（Use Case Diagram）	システム機能とユーザーとの相互作用を表現
ㅤ	アクティビティ図（Activity Diagram）	業務フローや処理の流れを表現
ㅤ	ステートマシン図（State Machine Diagram）	オブジェクトの状態と状態遷移を表現
相互作用図	シーケンス図（Sequence Diagram）	オブジェクト間のメッセージの時間順序を表現
ㅤ	コミュニケーション図（Communication Diagram）	オブジェクト間のメッセージ関係を表現
ㅤ	タイミング図（Timing Diagram）	オブジェクトの状態変化を時間軸で表現
ㅤ	相互作用概要図（Interaction Overview Diagram）	活動図とシーケンス図を組み合わせて交互作用フローを表現

太多了，我们只具体学习6种

クラス図（Class Diagram）

项目	内容
目的	将软件或系统中的“类”及其关系（继承、关联、依赖等）可视化。用于设计阶段理解系统结构和共享设计规范。
主要元素	- 类（Class）：包含属性（数据）和操作（方法） - 属性（Attribute）：类所持有的数据 - 操作（Operation / Method）：类可以执行的功能 - 关联（Association）：类与类之间的联系 - 继承（Generalization）：父类与子类的关系 - 依赖（Dependency）：一个类受另一个类影响的关系 - 多重性（Multiplicity）：1对多、多对多等关系
特点	- 面向对象设计的基础- 明确类之间的关系- 表示系统的静态结构- UML标准图，广泛使用
使用示例	- 系统设计文档中说明结构- 面向对象程序的设计- 理解和重构现有系统- 数据库设计（整理实体和属性）

オブジェクト図（Object Diagram）

ユースケース図（Use Case Diagram）

項目	説明
目的	システムの機能と利用者（アクター）の相互作用を可視化
主な要素	- アクター（Actor）：システム外部の人・他システム - ユースケース（Use Case）：システムの提供機能 - 関係（Relationships）：関連（Association）、包含（Include）、拡張（Extend）
特徴	- 利用者視点でシステムの機能を整理できる- システム境界を明確にできる- 技術実装に依存せず、抽象的に表現可能
使用例	- ログイン機能の整理- ECサイトでの購入フローの把握- 図書館システムの貸出・返却機能整理

アクティビティ図（Activity Diagram）

项目	内容
目的	表示系统或业务流程中的活动（动作）及其顺序，强调控制流和并发流。用于分析业务逻辑、工作流程或用例执行过程。
主要元素	- 活动（Activity / Action）：具体执行的操作或任务 - 初始节点（Initial Node）：流程开始点 - 结束节点（Final Node）：流程结束点 - 控制流（Control Flow）：活动之间的顺序连接 - 分支（Decision / Merge）：根据条件选择路径 - 并行/合并（Fork / Join）：表示并发执行和同步 - 对象流（Object Flow）：数据在活动间流动 - 泳道（Swimlane）：表示责任分区（谁执行）
特点	- 强调活动顺序和流程逻辑- 可以表示条件分支和并发- 用于业务建模、用例流程描述和系统内部流程- UML标准图，常用于需求分析和系统设计
使用示例	- 用户登录、购物下单等业务流程描述- 系统内部操作流程- 工作流管理和审批流程- 用例执行的详细流程建模

ステートマシン図（State Machine Diagram）

项目	内容
目的	描述对象在生命周期中可能的状态及状态之间的转换，强调事件触发和状态变化。用于建模对象行为和动态特性。
主要元素	- 状态（State）：对象所处的某种条件或阶段- 初始状态（Initial State）：对象生命周期开始状态- 结束状态（Final State）：对象生命周期结束状态- 转换（Transition）：从一个状态到另一个状态的移动，由事件触发- 事件（Event）：引发状态变化的外部或内部事件- 动作（Action / Activity）：状态进入、退出或转换时执行的操作- 条件/守卫（Guard）：转换发生的条件限制
特点	- 描述对象的动态行为- 强调事件驱动的状态变化- 可以捕捉复杂生命周期和异常处理- UML标准图，适用于面向对象设计和嵌入式系统建模
使用示例	- 订单状态管理（创建 → 支付 → 发货 → 完成）- 自动售货机状态（等待投币 → 投币完成 → 选择商品 → 出货）- 登录状态管理（未登录 → 登录中 → 已登录 → 登出）- 设备控制系统（开启 → 运行 → 故障 → 关闭）

シーケンス図（Sequence Diagram）

项目	内容
目的	描述对象之间随时间发生的消息交互，显示系统运行时的动态行为。
主要元素	- 对象/角色（Object / Actor）：参与交互的实体- 生命线（Lifeline）：对象存在的时间轴- 消息（Message）：对象之间传递的信息或调用- 激活条（Activation / Execution）：对象执行操作的时间段- 返回消息（Return Message）：操作执行完成后的返回
特点	- 强调时间顺序- 显示对象间交互细节- 动态行为建模工具- UML标准图，常用于用例分析和系统设计
使用示例	- 用户登录流程- 订单处理流程- 客户端-服务器交互- API调用顺序展示

コミュニケーション図（Communication Diagram）

项目	内容
目的	描述对象之间的消息传递及对象间的关系，强调对象间的结构连接和交互顺序。
主要元素	- 对象（Object / Actor）：参与交互的实体- 连接（Link）：对象之间的关联或通信通路- 消息（Message）：通过连接传递的信息或方法调用- 序号（Sequence Number）：标示消息的发送顺序
特点	- 强调对象间的结构关系 - 显示消息的发送顺序 - 与时序图类似，但更关注对象关系而非时间轴 - UML标准图，适合分析系统交互和协作
使用示例	- 客户端与服务器交互- 订单处理各对象之间的协作- 系统模块间的调用流程- 用例执行的对象间消息流

知识check