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《UML面向对象设计基础》—第1章1.6节类

简介:
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本节书摘来自异步社区《UML面向对象设计基础》一书中的第1章1.6节类,作者【美】Meliir Page-Jones,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.6 类
UML面向对象设计基础
回想一下在机器人软件中,通过执行Hominoid.New创建了一个对象(表示一个机器人)。Hominoid(类的一个例子)作为创建机器人对象(如句柄为602237 的对象)的模型。每当执行语句Hominoid.New时,示例一个与用Hominoid.New创建的每一个对象结构相同的对象。“结构相同”,指每个机器人对象与其他对象有相同的操作和变量,特别是当程序员编码写Hominoid类时的操作和变量。参见图1.13


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类(class)是创建(示例)对象的模板。从类示例出的每个对象具有相同结构和行为。

如果对象obj属于类C,则称“obj为C的一个实例”。

同一个类的对象之间有两点不同:一是每个对象具有不同的句柄;二是在任何特定时刻,每个对象可能有不同的状态(指存储在变量中的不同“值”)。

开始你可能对一个类和一个对象之间的区别比较模糊。下面提供了区别两者的简单方法:

类是用于设计和编程的。
对象是运行时(由类)创建的。
流行软件包对于类和对象提供了非常好的类比。比如你从Wallisoft Corp购买了电子表格软件包Visigoth 5.0。软件包本身好比类。由此创建的电子表格好比对象。每个电子表格具有作为类Visigoth 的一个实例应有的“电子表格结构”。

在运行时,一个类如Hominoid可以产生3个、300个或3000个对象(即Hominoid的实例)。因此一个类类似于一个模板:一旦模板的形状被剪裁,就可以仿制上千次。所有的仿制品都是相同的,当然与原来的模板形状也是相同的。

为清楚地说明这个问题,让我们更进一步地看一下从一个类产生的对象。正如我们所知,一个类的所有对象都具有相同的结构:相同的一组操作和属性(注:方法是操作的实现。用编程术语讲,可以将方法看作是过程或函数体的程序。类似地,变量是属性的实现,句柄是对象标识符的实现)。因此类的每个对象(事例)都具有自身实现操作的一组方法和实现属性的一组变量的拷贝。在给定的时间内,原则上讲有多少对象被示例,就有多少方法和变量被拷贝。如图1.14所示。


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如果读者不介意,我将深入到计算机内部实现,进一步解释相同类(如类C)的一组对象的真实结构。假设实现图1.14中的操作的每个方法占100个字节,每个变量占2个字节,每个句柄占6个字节。因此,object1将占416个字节的内存(4100+52+6)。因此三个对象一共占用1248个字节(3416)。十五个这样的对象将占用6240个字节(15416)。

但用这种方法给对象分配内存是非常浪费的,因为15个对象的15组方法是相同的。由于每组方法只包含过程代码,一个代码集可以被所有的对象共享。因此,尽管原则上讲每个对象具有自己的操作方法,但实际上(为节省空间)它们都共享同一个物理拷贝。

另一方面,尽管每个对象的句柄和变量在结构上是相同的,但他们不能被对象共享。因为它们在运行时必须含有不同的值。

因此,由于C的所有对象都共享同一组操作,C的15个对象实际占用内存空间只有640个字节(一组方法占用400字节,15组变量占用150字节,15个句柄占用90个字节)。640字节比6240字节要节省得多,这也是面向对象环境中给对象分配内存的通常方式。参见图1.15。


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在本章提到的几乎所有操作和属性都属于每个对象。它们被称为对象实例操作和对象实例属性或简称为实例操作和实例属性。然而,还有类操作和类属性。对于给定类总是存在一组类操作和类属性,不管该类产生了多少对象。

类操作和类属性需要应付不能被任何对象表示的状态。类操作最著名的例子就是New,它示例一个给定类的新对象。

消息New 不能发送给某个对象。例如,我们有类BankCustomer的三个对象,表示银行的实际客户(假设这三个对象分别为bob,carol和ted),我们想示例一个新BankCustomer对象(如alice)。给哪个对象发送消息New呢?没有什么理由发送给bob,发送给carol或ted 也没道理。更糟糕的是,永远不能示例第一个银行客户,因为开始时没有任何BankCustomer 类的对象可以向其发送New消息。

因此,New是一个必须发送给类而不是发送给对象的消息。机器人游戏中的Hominoid.New就是一个例子。这是一个发送给类Honinoid的类消息,执行类操作New建立一个新对象,即类Hominoid的新实例。

类属性的一个例子是noOfHominoidsCreated:Integer。New每执行一次,该值增加一次。然而尽管有许多机器人对象,但只有该类属性的一个拷贝。可以设计一个类操作供给外界访问该类属性。

图1.16示意了具有两个类操作(每个方法占100字节)和三个类属性(每个变量占2字节)的类C的内存结构。“类结构”的字节数(本例为206)仍然不变,无论C示例了多少对象。随着类实例的增加,C及其15个对象一共占用846个字节(即206+640)内存空间。


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注意原则上和实际中每个类都只有一组类方法。这点与实例方法不同,因为其原则上每个对象有一组方法(只是为了节省内存使对象的操作共享相同的方法)。类变量和实例变量的区别十分明显:每个类只有一组类变量,而类的每个对象无论在原则上还是在实际上都只有一组实例变量。

如果你学习过抽象数据类型(ADTs),可能想知道类和ADT 之间的区别。则答案是:ADT描述的是接口。它只描述向ADT用户提供的功能,但并不说明ADT如何实现这些功能。而类是实现ADT的具体内容(或至少具有内部设计和代码)。实际上,对于给定的ADT,可以设计和建立几个不同的类。例如,一些类可以产生运行效率非常高的对象,而对于同一个ADT的另一些类可以产生占用内存少的对象。

本书的第三部分更详细地介绍有关抽象数据类型、类及它们之间的区别。 在此之前,可以将“类”和“ADT”看作是同义词。请把这一点记在脑子里,现在让我们转到讨论继承的重要概念。

本文仅用于学习和交流目的,不代表异步社区观点。非商业转载请注明作译者、出处,并保留本文的原始链接。

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