1、第5章 類別與物件,5-1 物件導向的基礎 5-2 Java的類別與物件 封裝 5-3 類別的建構子 5-4 使用物件的成員資料 5-5 在物件使用類別變數與方法,5-1 物件導向的基礎,5-1-1 物件是第二個黑盒子 5-1-2 物件導向的程式分析 5-1-3 物件導向程式語言的種類 5-1-4 物件導向程式語言 5-1-5 UML的基礎,物件導向程式設計（Object-oriented Programming，簡稱OOP）是模組化程式設計的一種重要轉變，這是一種更符合人性化的程式設計方法，因為我們本來就生活在一個物件的世界，思考模式也是導循著物件導向的模式。,5-1 物件導向的基礎,物件（
2、Object）是物件導向技術的關鍵，以程式的角度來說，物件是資料與相關程序和函數結合在一起的組合體，資料是變數，程序和函數在Java語言稱為方法，如下圖所示：,5-1-1 物件是第二個黑盒子-說明,5-1-1 物件是第二個黑盒子-封裝,物件的方法是對外的使用介面，變數和方法都包裹在一個黑盒子，實作程式碼都包裹隱藏起來，稱為封裝（Encapsulation）。 對於程式設計者來說，我們並不用考慮黑盒子內部的程式碼是如何撰寫，只需要知道這個物件提供什麼介面和如何使用它。 事實上，開車時並不需要了解車子為什會發動，換擋的變速箱擁有多少個齒輪才能正確操作，車子對我們來說只是一個黑盒子，唯一要作的是學習
3、如何開好車。同理，沒有什麼人了解電視如何能夠收到訊號，但是我們知道打開電源，更換頻道就可以看到影像。,5-1-1 物件是第二個黑盒子-特性,狀態（State）：物件所有屬性（Attributes）目前的狀態值，屬性是用來儲存物件的狀態，可以簡單的只是一個布林值變數，也可能是另一個物件，例如：車子的車型、排氣量、色彩和自排或手排等屬性。 行為（Behavior）：行為是物件可見部分提供的服務，可以作什麼事，例如：車子可以發動、停車、加速和換擋等。 識別字（Identity）：識別字是用來識別不同的物件，每一個物件都擁有獨一無二的識別字，Java語言是使用物件參考（Reference）作為物件的識
4、別字，簡單的說，就是物件實際儲存的記憶體位址。,5-1-2 物件導向的程式分析-說明,在197080年間主要的軟體工程程式分析方法是第4章說明的由上而下分析法（Top-down Design），不過這種分析方法有一些問題，如下所示： 由上而下分析法的整個處理過程，只是找出解決問題的程序或函數，也就是各別函數的程式碼，而沒有真正的考量到程式使用的資料本身。 由上而下分析法得到的函數很難被重複使用，因為這些函數都是針對特定問題量身定製，函數需要大幅修改才能使用在其它問題上。,5-1-2 物件導向的程式分析-資訊隱藏,由上而下的分析法經常需要配合由下而上分析法（Bottom-up Design），這
5、種方法是由下而上，先尋找可以重複使用的軟體元件，然後由下而上組合起來，以解決整個問題。 這些重複使用的軟體元件是一個個模組，如同電腦硬體的隨插即用（Plug and Play），只需將模組插入軟體系統就可以馬上運作，而不用考慮模組本身的詳細內容，只需它符合系統需求，如此即可把實際處理的資料隱藏起來，稱為資訊隱藏（Information Hiding）。 物件就是包含資料和處理這些資料的函數的模組，以達到資訊隱藏的目的。,物件導向程式語言的精神是物件，不過支援物件的程式語言並非就是物件導向程式語言，它可能只是一種物件基礎程式語言，如下所示： 物件基礎程式語言（Object-based Langu
6、ages）：只提供資料抽象化和物件觀念，例如：VB 6，不過新版VB.NET是物件導向程式語言。 物件導向程式語言（Object-oriented Languages）：支援封裝、繼承和多形的觀念。,5-1-3 物件導向程式語言的種類,5-1-4 物件導向程式語言,封裝（Encapsulation）：封裝是將資料和處理資料的程序與函數組合起來建立物件。在Java語言定義物件是使用類別（Class），內含屬性和方法，屬於一種抽象資料型態（Abstract Data Type）。 繼承（Inheritance）：繼承是物件的再利用，當定義好一個類別後，其它類別可以繼承這個類別的資料和方法，並且新增
7、或取代繼承物件的資料和方法。 多形（Polymorphism）：類別如果需要處理各種不同資料型態時，並不需要針對不同資料型態建立不同類別，可以直接繼承基礎類別，建立同名方法處理不同的資料型態，因為方法名稱相同，只是程式碼不同，也稱為同名異式。,5-1-5 UML的基礎-1,UML（Unified Modelling Language）中文稱為塑模語言，UML的出現是三位OO理論大師：Grady Booch、James Rumbaugh和Ivar Jacobson（通稱3 Amigo）所提倡。 UML草案版本0.8版在1995年10月提出，1995年底Ivar Jacobson也加入Ration
8、al公司後，再整合他的OOSE（Object-Oriented Software Engineering）方法論，1997年1月UML正式產生，目前UML已經是OMG（Object Management Group）組織的標準。,5-1-5 UML的基礎-2,UML統一三人表示方法的符號，並不是三位提出的方法論，換句話說，如同繪製電子元件、工程機械圖的標準符號，UML是程式語言的標準符號，以便程式分析者和程式設計者擁有溝通的語言。 在本書是使用UML的類別圖來表示Java語言的類別宣告和架構。,5-2 Java的類別與物件 封裝,5-2-1 類別與物件 5-2-2 成員資料的存取 - 資訊隱藏
9、 5-2-3 物件的使用介面 - 成員方法,5-2 Java的類別與物件 封裝,Java的類別是用來建立物件，更正確的說是沒有宣告成static的部分，才是屬於物件原型。它是一種使用者自行定義的資料型態。 Java物件使用變數儲存狀態稱為屬性（Property）或實例變數（Instance Variables，也稱為副本變數），各種行為的程序和函數，在Java稱為方法（Methods）。,5-2-1 類別與物件-說明,Java類別宣告是物件的原型宣告，對於物件原型宣告的類別可以分為2個部分，如下所示： 成員資料（Data Member）：物件的資料部分，屬於基本資料型態的變數、常數或其它的物件
10、的成員變數（Member Variables）。 成員方法（Method Member）：物件的操作部分，即程式與函數，也就是Java的方法。,5-2-1 類別與物件-宣告類別,在Java語言需要先宣告類別後才能建立物件，其宣告語法，如下所示： class 類別名稱 存取敘述修飾子 資料型態 成員資料;存取敘述修飾子 傳回值型態 成員方法( 參數列 ) 程式敘述; ,5-2-1 類別與物件-類別與物件(說明),在Java程式是使用類別原型建立物件，稱此物件屬於類別的實例（Instance）或稱為副本，物件的變數稱為實例變數（Instance Variables），物件的程式或函數稱為實例方法（
11、Instance Methods）。 同一個類別可以當作範本建立無數個物件實例，每一個物件都屬於類別的實例，或直接稱為物件。,5-2-1 類別與物件-類別與物件(圖例),5-2-1 類別與物件-宣告範例,例如：將各種日期資料的物件建立成類別Date的物件原型宣告，如下所示： class Date public int day;public int month;public int year;public void printDate()System.out.println(month+“-“+day+“-“+year); ,5-2-1 類別與物件-UML類別圖,UML類別圖的最上方是類別名稱，
12、中間是成員資料，下方是成員方法，在成員資料和方法前的加號表示宣告成public，減號宣告成private，#號宣告成protected。,5-2-1 類別與物件-宣告物件變數 (說明),在宣告類別後，就可以建立物件，首先將類別當作一種新的資料型態，然後使用新資料型態宣告所需的物件變數，如下所示： Date yesterday, birthday, tomorrow; 上述程式碼宣告Date類別的變數yesterday、birthday和tomorrow，稱為物件變數，變數內容是參考的指標，這個指標是物件的識別字（Identity），目前只有宣告物件變數，並沒有真正建立物件。,5-2-1 類別與
13、物件-宣告物件變數 (圖例),Java物件變數的內容並不是物件本身，物件變數是儲存物件參考（Reference）的指標，所謂建立物件是配置一塊記憶體空間儲存物件的內容（實例變數和方法），類別宣告的物件變數儲存的是這塊記憶體空間的位址，告訴我們如何找到此物件，如下圖所示：,5-2-1 類別與物件-建立物件實例,在Java建立物件需要使用new運算子，這個運算子可以依照類別範本建立物件，然後傳回指向此物件的參考指標，這個過程稱為實體化（Instantiation），將類別實體化成物件實例，如下所示： birthday = new Date();,5-2-1 類別與物件-存取實例變數與方法(說明),
14、在建立好物件後，就可以存取物件的實例變數與方法，其語法如下所示： 物件.實例變數 物件.實例方法 上述物件的實例變數和方法都是使用”.”運算子，而且只能存取宣告成public修飾子的變數和方法。,5-2-1 類別與物件-存取實例變數與方法(範例),以Date類別建立的物件為例，如下所示： yesterday.year = 2005; yesterday.month = 9; yesterday.day = 30; 上述指定敘述指定物件變數yesterday參考物件的實例變數year、month和day的值，接著呼叫實例方法，如下所示： yesterday.printDate(); 上述程式碼呼
15、叫物件變數yesterday參考物件的實例方法printDate()。,5-2-1 類別與物件-存取實例變數與方法(圖例),類別可以建立多個物件實例，每一個物件都可以呼叫自己的實例方法或存取實例變數，執行實例方法就是針對物件送出不同的訊息，如下所示： today.printDate(); yesterday.printDate(); birthday.printDate();,5-2-2 成員資料的存取 - 資訊隱藏,Java類別宣告的成員資料或方法可以使用private和public兩種修飾子指定存取方式，其說明如下所示： private修飾子：成員資料或成員方法只能在類別本身呼叫或存取。
16、public修飾子：成員資料或方法是此類別建立物件對外的使用介面，可以讓其它類別的程式碼呼叫此物件的實例方法或存取實例變數。,5-2-3 物件的使用介面 - 成員方法 (說明),在Java類別的成員方法如果宣告成public，表示這些方法是物件的使用介面，但是有一些方法，例如：第5-2-2節程式範例的validDate()方法因為只有類別本身在呼叫，宣告成private供類別本身使用即可，這種方法稱為工具方法（Utility Methods）。,5-2-3 物件的使用介面 - 成員方法 (範例),第5-2-2節程式範例只提供設定日期資料的setDate()方法，在這一節的程式範例將新增取得日期
17、資料的方法，如下所示： public int getDay() return day; public int getMonth() return month; public int getYear() return year; ,5-3 類別的建構子,5-3-1 類別的建構子 5-3-2 使用this參考物件本身,5-3-1 類別的建構子-說明,Java的基本資料型態在宣告變數時會配置所需的記憶體空間，至於類別型態的變數並不會自動建立物件，如果類別沒有建構子，在使用new運算子建立物件時，只會配置所需的記憶體空間，但是，並不會指定實例變數的初值。 如果希望如同基本資料型態在宣告時指定變數初值，
18、在類別宣告需要新增建構子，建構子是物件的初始方法，在建立物件時會自動呼叫此方法。,5-3-1 類別的建構子-特點,從物件使用new運算子建立物件到物件不再使用的期間，稱為物件壽命（Object Lifetime），Java擁有垃圾收集（Garbage Collection）功能負責處理不再使用的物件，程式設計者並不用自行處理。 Java的建構子擁有一些特點，如下所示： 建構子與類別同名，例如：類別Date的建構子方法是Date()。 建構子沒有傳回值。 建構子支援方法的過載（Overload），詳細說明請參閱第4章，也就是說可以擁有多個同名建構子方法，只是擁有不同的參數型態和參數個數，如下所示
19、： Date(); Date(int m, int d, int y);,5-3-1 類別的建構子-UML類別圖,在UML類別圖的建構子也是位在方法清單，只是在前面加上，如下圖所示：,5-3-2 使用this參考物件本身-說明,在類別的成員和建構子方法都可以使用this關鍵字參考物件本身的實例方法和變數。,5-3-2 使用this參考物件本身-使用在方法,方法的參數列如果和實例變數名稱相同，可以使用this指明實例變數，而不是參數，如下： public boolean setDate(int day, int month, int year) if ( validDate(day, month, year) ) this.day = day;this.month = month;this.year = year; return true;else return false; ,
