1.4 面向對象編程概念

在談論面向對象編程系統時，Java的名字總是首當其沖，因為它實現了真正的面向對象編程系統的所有要求，例如，支持數據抽象、封裝、多態、繼承。

如果一個程序是使用Java等面向對象編程語言創建的，那么類、實例、對象就是這個程序必不可少的組成部分?？梢詫㈩惗x為描述不同對象的行為/狀態的模板/藍圖。對象是展示其類所定義的屬性和行為的特定元素。相同類型的對象稱為同類型（same type）或同類（same class）。一旦從類派生出對象，就形成了一個實例。對象可以采取的操作稱為方法。Java中的方法在其他語言中被稱為過程、方法、函數或子程序。

為了理解類和對象的概念，我們假定“車輛”是一個類。在“車輛”類下，可以有不同類型的車輛，例如汽車、公共汽車和卡車等，汽車、公共汽車、卡車就是“車輛”類的對象。

有一些特性促成了面向對象編程的流行。接下來我們就來談談這些特性。

1.4.1 數據抽象

用面向對象編程語言的話來說，數據抽象意味著只展示功能，隱藏實現細節。這樣做有助于掩飾多種數據的復雜性。在現實世界中，數據抽象的一個例子就是發送電子郵件，用戶只需要撰寫郵件，然后把它發送給其他用戶就可以了，不需要知道背后的內部處理過程。

1.4.2 封裝

這是面向對象編程語言的另一個特性。通過封裝，方法和數據被組合或包裝成為一個單元。換句話說，方法和數據被封裝在一起，以稱為對象的單個實體形式發揮作用，參見圖1-1。這個概念也叫作數據隱藏。在此過程中，數據無法被外部方法或過程訪問，只有與其組合在一起的方法才能訪問到數據。

1.4.3 多態

多態（Polymorphism）是一個希臘詞，其中Poly表示“很多”，morph表示“形式”。因此，多態的意思就是“一個名稱，多種形式”。在面向對象的概念中，如果單個操作扮演了多種角色，那么它就稱為多態。

多態的一個例子是方法重載。在方法重載中，多種方法可以具有相同的名稱，但各自擁有不同的參數數量。例如，有一個名為calculate的類，包含了calculate_area(l,b)和calculate_area(s)兩個方法。兩者的名稱都是calculate_area，但是擁有的參數數量不同。因此，當用戶傳入兩個值時，將調用具有兩個參數的方法calculate_area(l,b)；當用戶傳入單個值時，可以調用具有單個參數的方法calculate_area(s)。

1.4.4 繼承

繼承是面向對象編程的關鍵特性。它帶來的好處是能夠重用對象的方法和屬性，因而可以減少Java程序的代碼行數。如果我們創建了一個類，在其中以屬性和方法的形式定義了若干特性。隨后，我們需要創建另一個類，該類除現有類的所有特性（屬性和方法）之外，還具有一些新的特性（屬性和方法）。在這種情況下，無須再單獨創建一個類。我們可以從現有類中派生出新類，在新類中添加新特性。這樣就能夠避免重復同樣的代碼。

從技術上來說，繼承是一種從現有類中派生出新類的技術，可以在新類中重用現有類的特性。派生出的類也稱為次類（sub-class）或子類（child class），用于派生出新類的類稱為超類（super class）、基類（base class）或父類（parent class）。圖1-2通過圖示，以簡單直觀的方式描述了繼承的概念。

如圖1-2所示，Vehicles是一個基類，擁有Two Wheeler和Four Wheeler兩個子類。這兩個子類分別又擁有Honda和Suzuki、Toyota和BMW兩個子類。因此，Two Wheeler和Four Wheeler是其子類的基類，Vehicles是其所有子類的基類。

在Java中，主要包含以下3種繼承類型。

 

●單一繼承（Single Inheritance）。

●多級繼承（Multilevel Inheritance）。

●層次繼承（Hierarchical Inheritance）。

1．單一繼承

如果從單個父類中派生出單個類，就叫作單一繼承。圖1-3展示了這一概念，其中，類B繼承了類A的屬性。

2．多級繼承

如果一個類是從另一個派生類中派生出來的，就叫作多重繼承。圖1-4展示了這一概念，其中，類C繼承了類B的屬性，而類B又是類A的子類。

3．層次繼承

如果從單個基類中派生出多個類，就叫作層次繼承。圖1-5 展示了層次繼承的概念，其中，類B和類C繼承了類A的屬性。

在面向對象編程中，還有一種繼承類型叫作多重繼承（multiple inheritance）。在多重繼承中，一個類派生自多個父類。Java的設計者認為這種繼承太過復雜，與保持Java簡單性的觀念不能很好地契合。因此，Java并沒有實現多重繼承。圖1-6展示了多重繼承的概念。

Java能夠借助接口實現多重繼承的要求。接口是面向對象編程的另一個重要特性，接下來將會講到。

1.4.5 接口

接口是類的藍圖。它與類非常相似，但只包含抽象方法。抽象方法是僅有聲明但不包含任何實現的方法。接口可能也包含常量、方法簽名、默認方法、靜態方法，但它不具有任何構造函數，因此無法被實例化。接口只能由類來實現或者通過其他接口擴展。類繼承接口的抽象方法來實現它。我們可以使用接口實現抽象和多重繼承，還可以從任意數量的接口派生類。圖1-7展示了接口的概念，其中，類C繼承了接口A和接口B以及類A的屬性。