# 何謂物件導向程式設計

物件導向程式設計（Object-Oriented Programming，縮寫為OOP）

「物件導向」是我們每天身在其中已經太過熟悉，以至於平常根本不會把它拿出來特別討論的事情。我們日常生活無時無刻都是物件導向，就像呼吸一樣自然而然，例子多不勝數。例如，我現在坐在電腦前面一邊打字一邊聽音樂，用物件導向的方式來表達的話，就像下面這個樣子：


「我」是個物件、電腦、鍵盤、滑鼠、螢幕、喇叭 … 也都是物件，這個例子就是「我」這個物件和其他物件彼此之間進行互動的過程。

而「人類」是個類別（class），因為地球上的人口有七十幾億，如果不清楚定義出到底是哪一個人在打字，要怎麼開始互動？同理，電腦、滑鼠、鍵盤、螢幕、喇叭 … 也都只是類別（class），還要再指出它的具體名稱，才知道你到底用的是地球上超多台電腦的哪一台，使用的是哪一個鍵盤、滑鼠、螢幕…。之後，把每個物件的屬性和使用方法詳細定義出來，就可以把這些物件集合起來，以物件彼此之間的（使用）方法（method）來做互動了，這就是物件導向的核心觀念。

而現在我們做的事情是使用電腦打字和聽音樂，所以我穿什麼顏色的衣服、聽的是哪一首歌、桌上放的是什麼飲料 … 這些資訊對目前要做的事情都沒有意義，可以不用描述，只要把有意義的東西彙整起來就好了。

既然說到這裡，就順帶釐清一些術語，即使是資深的程式設計師可能也經常搞不懂個體（instance）和物件（object）之間的區別，也就是經常在文章上反覆看到這兩個術語，但卻仍然一知半解。

個體（instance）和物件（object）的意思其實差不多，但它們是「相對性」的。例如你從整部車的角度來看，把整部車子當作一個個體（instance），那組成車子的引擎、方向盤、油壓系統、電路、輪子、座椅…等系統都會被你當作是物件（object）。但若你再把引擎當作是一個個體，則噴油嘴、汽缸、連桿、活塞、火星塞 … 等就會被視作物件。而如果你把道路系統當作一個個體，則路上行駛的每部車子就成了許多物件了。由此可見，依據個人主觀的觀點，這種關係會隨時動態的改變。

但將這種關係反過來說卻不一定正確。例如不同廠牌和不同型號的車子，引擎排氣量和設計都會不同，因此你可以說車子都有引擎（或任何種類的動力系統），但卻不能說每部車子的引擎都一樣。所以，一個個體必定是一個物件，但一個物件卻不一定是一個個體。

 註：這邊把instance翻譯作「個體」，但比較常見的翻譯是「實例」。但我個人是覺得實例這個翻譯很拙劣，語意不清，所以我還是偏好把它依照語意，翻譯為「個體」。

程式設計師一直都要不斷思考如何以適當的角度來定義物件。例如，在這個打電腦的例子中，我們只要把電腦、鍵盤、滑鼠、螢幕、喇叭…當作一個個體（或物件）即可，不需要再細分下去了，例如不需要把鍵盤再細分，定義出每個按鍵、彈簧、電路板、晶片、無線模組、電池…等，因為這樣的細分對目前程式所需要執行的功能（打字）沒有意義。

不過，我覺得其實這是很正常的思考方式，不需要這樣特別提醒和釐清名詞定義，我們還是會自然而然的這麼做。所以這只是種觀念上的定義而已，由於科學的嚴謹性，我們還是得把這些名詞和觀念定義清楚。但若是完全不理會這種觀念，也並不會影響你實際生活和工作，對撰寫程式也沒有影響，所以實務上並不需要太過去在意個體（instance）和物件（object）之間定義上的區別，都把它當作「物件」來理解與使用就好。

 註：「instaniate」翻譯作「實體化」，也就是指「從抽象的類別，創造出具體的物件」。也有人把它直接翻譯成「實例化」，但我個人覺得這是很莫名其妙的翻譯，感覺是丟到翻譯軟體直接翻出來的生硬詞彙，文不對題，會讓初學者一頭霧水。

實體化的觀念，可以用下圖表示：

程式設計師在撰寫程式時是以電腦的角度來思考事情，所以在撰寫程式時，任何具體和不那麼具體（對人類來說）的東西都可以化為程式碼，以物件導向的方式進行處理。

具體的東西，如電腦、滑鼠、鍵盤、喇叭、老王、小明、狗、貓、兔子、車子、杯子、桌子、椅子、書本 … 都是物件，由於看得見摸得著，所以我們很容易理解它們是物件。但其實在電腦程式中，沒那麼具體的東西也可以被當成物件來進行處理和運算，例如訂房、保險、會議、訂購、訊息 … 雖然對我們人類而言它們是比較不那麼具體的東西，但由於一樣可以化作數學和邏輯的方式進行數據處理，再轉化為二進位的位元（bit）運算，所以對電腦而言，一部車或一個玻璃杯，和一則訊息、或者一個會議沒什麼不同，它們對於電腦來說，都是「具體的」物件。
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我們在本書中已經提過，電腦科學的很多觀念都只是把日常生活的經驗用比較「原始」且「數理」的方式描述，做「換句話說」而已。我們人類的思維方式太過直觀，平常也沒有必要把這麼一件理所當然的事情用這麼繁複的方式描述，所以才會覺得電腦科學和程式設計領域非常困難。但只要經過啟發，學習用不同的角度看事情，學著讓腦袋去適應這樣的思維方式，是成為一個程式設計師必經的過程。

物件導向程式設計讓程式易讀易懂，容易維護，可以支持更大的系統，讓更多人可以合作，讓一切有序、簡單

物件導向程式設計在遇到需求變更的時候，有較大的靈活性可以應對。

物件導向設計讓大型軟體工程的計劃和設計變得更容易管理，能增強工程的健康度，減少失敗工程的數量。

可以把「物件導向」的觀念想成，先各別製作大型機器內的每一個齒輪和元件（各別定義每個物件），之後把這些齒輪和元件安置到適當的位置，讓它們進行互動，便完成這台大型機器的製作，讓使用者可以操作這台大型機器來完成想做的事。

其中類別（class）定義了一件事物的抽象特點。類別的定義包含了資料的形式以及對資料的操作。舉例來說，「狗」這個類別會包含狗的一切基礎特徵，即所有「狗」都共有的特徵或行為，例如它的孕育、毛皮顏色和吠叫的能力。類別可以為程式提供模版和結構。一個類別的方法和屬性被稱為「成員」。 我們來看一段虛擬碼：

類別狗
開始
公有成員:
吠叫（）:
私有成員:
毛皮顏色:
孕育:
結束

在這串程式碼中，我們宣告了一個類別，這個類別具有一些狗的基本特徵，也就是「狗」的設計藍圖。

物件（Object）是類別的實體。物件有時會對應到現實世界中的事物，舉例來說，一個圖形程式可能有圓形、矩形…等各種形狀的物件，或者一本書或一個門牌，一個線上購物系統可能有購物車、顧客與產品等物件。有時物件會表示更抽象的實體，也就是「沒有形體的事物」也可以被當成物件，比如一個被開啟的檔案，書或門牌上的文字，或是一個提供量測單位轉換、或是各國匯率換算的服務，所以「物件」是個廣義的概念。

物件（object）是類別（class）的實例（instance）。
例如，「狗」這個類別（class）定義了狗的屬性（即狗的資料或特徵）和方法（即狗可以做的事情），所以「狗」這個類別定義了世界上所有的狗。

而「小黑」這個物件則是一條具體的狗，它的屬性也是具體的。狗有皮毛顏色，而小黑的皮毛顏色是黑色的。因此，小黑就是狗這個類別的一個實體。

系統會給物件分配記憶體空間，而不會給類別分配記憶體空間。這很好理解，類別（class）是抽象的，系統不可能給抽象的東西分配記憶體空間；而物件（object）則是具體的，所以系統會分配記憶體空間給物件讓它儲存數據。

類別和物件就好比是「浮點數（或其他）資料型態」和「1.23」的關係，「浮點數（或其他）資料型態」是一種資料型態，相當於一個類別（class），而「1.23」是一個真正的「浮點數」，是個具體的「物件」，系統會分配記憶體空間給物件讓它儲存具體的數值1.23。

假設我們已經在上面定義好了狗這個類別，我們就可以用這個類別（class）來產生物件（object）：

定義小黑是狗
小黑.毛皮顏色 : 棕白色
小黑.吠叫（）

我們無法讓狗這個類別（class）去吠叫，因為類別所定義的是所有的狗所具備的屬性和方法，我們不可能讓所有的狗一起吠叫，但我們可以讓一隻具體的狗物件「小黑」去吠叫。相同或不同的物件與物件之間，可以透過彼此的「方法」來進行互動，物件導向程式就是一大堆物件彼此之間的互動所構成的，例如：小黑可以通過「小黑.吠叫（）」引起人的注意，從而導致一系列的事件發生。

狗類別（class）是抽象的概念，在沒有使用建構子實體化產生（具體的）物件之前，無法存取其屬性或方法。

狗  實體化建立（具體的）「小黑」物件  小黑 .吠叫（）;

 註：其實用static關鍵字，把屬性或是方法定義成「靜態屬性」或「靜態方法」，就可以跳過實體化建立物件的程序，直接以「類別 . 方法（或屬性）」的方式存取呼叫。但這邊先忽略它，後續會再詳細說明。

用人類的語言來說，狗是一個抽象的泛稱，你無法一次讓全世界狗類別的物種一起吠叫，除非先把狗這個類別給實體化成為具體的物件，才能讓具體的、名為「小黑」的物件吠叫（具體物件才能使用它的「方法」），或者存取它的屬性，例如小黑的毛色是黑色的，尾巴呈現捲曲狀（具體物件才能存取它的「屬性」）。

物件導向的重點，是在寫程式的邏輯上做了變化，從過去的一條一條指令（如「程序導向」的C語言），變成了一個物件、一個物件之間的互動。對每個物件的屬性和行為進行詳細的定義，再利用多個物件彼此互動來達成程式開發者的需求，這樣的邏輯更接近我們現實生活中處理問題的方法。

但物件導向也有缺點，若你在開發小型的程式時，使用物件導向來做可以說是殺雞用牛刀，用大砲打小鳥。除去編譯器幫你優化掉的情況不說，速度較慢且耗費資源。但其實現在電腦硬體效能都那麼強，說實在也感覺不出明顯的差別就是了，所以這個缺點也可以說已經不存在。

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程式碼：
class Student { // 宣告一個類別，其名稱為Student，是一種「資料型態」（data type）
Student s; // 宣告物件s的資料型態是Student（類別型態）
s = new Student（"M994020023","王小明",22）; // 使用new和建構子實體化，建立一個學生物件s
}

以上兩列也可以合併寫成一列，如下：
Student s = new Student（"M994020023","王小明",22）;

若將以上程式碼翻譯成中文，就是：「宣告一個資料型態為Student的物件，該物件的名稱為s，並使用new和建構子將之實體化，在建構子中輸入引數：學號為M994020023，姓名為王小明，年齡為22」。

平常建議使用寫成同一列的寫法，會讓意義更加清楚、更直觀易懂，但也要知道它是可以被拆開來的，可幫助我們釐清觀念，靈活運用。

我們把事情說的更加清楚一點：
類別（class）是一種「資料型態」，用來宣告物件（或說實體化建立物件）。
等號左邊  用類別型態來宣告物件的名稱
等號右邊  用new + 建構子，來實體化建立物件
將等號左右邊合併起來  用類別型態來宣告物件的名稱，並且用new + 建構子，實體化建立出具體的物件。

 「new」關鍵字就是告訴編譯器，請分配記憶體空間給new後面跟著的東西。

以下，我們就實際撰寫一個類別（class）出來：

class Student // 定義一個名稱為Student的類別（資料型態）
{

// 以下定義這個類別的屬性（property），相當於定義這個類別的成員變數
public int studentID;
public string name;
public int grade;

// 以下定義這個類別的方法（method），相當於定義這個類別的成員函數
public string say（）
{ return “我叫”+ name + “，我是” + grade + “年級的學生”; } // 實作這個方法

};

為了表示出區別，約定俗成的習慣是，類別名稱的首個英文字母要大寫，例如這裡的Student，首字S大寫代表它是一個類別。類別（class）是一種使用者自訂的「資料型態」，例如我們這裡就定義了一個類別（class），其名稱為Student（我們自己取的名字），所以這時候的Student就和short、long、int、float、double、char…是同樣地位的東西。所以，我們說Student是我們自訂的資料型態的名稱，而它是個類別。

 註：類別是可以做「巢狀」（nested）定義的，也就是類別中還能再定義類別。我們已經很熟悉使用巢狀迴圈，例如使用巢狀for迴圈來顯示出九九乘法表。不過在類別的場合，雖然可以巢狀定義類別，但不建議初學者這麼做，因為沒有巢狀迴圈容易理解，後續使用上也較為複雜，比較少用到，因此就不介紹巢狀類別。

上面這個Student類別只是一張（抽象的）設計藍圖，是我們自訂的一種「資料型態」，還不是真正的實體物件。後續要透過「new」運算子和建構子（constructor）才能將類別實體化，產生可以使用方法（method）的具體物件，例如：

Student 小明 = new Student（）; // 以new運算子和建構子來做「實體化」（instantiate），產生一個實體的學生小明，小明才可以去執行他的「方法」

 註：這裡先不討論static（靜態）的情況。

請問「物件」可不可以當成資料傳遞？
• 「物件」包含一系列的「狀態」或「資料」，要傳遞物件時必須先透過「序列化技術」將原生資料轉成可傳遞的序列化資料，然後才能當成資料傳遞。
• 本題解答：「可以」或「不可以，除非先將物件序列化後才能當成資料傳遞

如果「物件」從 A 電腦傳遞到 B 電腦時，若該物件要執行「方法」還需不需要有「類別」存在？
• 「物件」包含一系列的「狀態」或稱「資料」，要傳遞物件時必須先透過「序列化技術」將原生資料轉成可傳遞的序列化資料，然後才能傳遞到另一台電腦。
• 「類別」是一種定義、一種參考，所以當 B 電腦得到 A 電腦傳來的資料時，對 B 電腦來說收到的僅僅是一串「資料」罷了，並非物件，若 B 電腦沒有「類別」定義的存在，便無法將這些「資料」給「反序列化」成「物件」，所以 B 電腦是需要有「類別」存在的。
• 本題解答：「需要」

我們以程式入門最簡單的，在螢幕上顯示Hello, World !為例，若以Java來寫：

class HelloWorld {
public static void main（String[ ] args） {
System.out.println（"Hello, World !"）;
}
}

完全的初學者看到這邊大概就頭暈了，但其實只要理解Java是個非常「物件導向」的語言，經過說明之後，你不但會覺得這樣的寫法不可怕，而且還非常有道理。Java的語法較為嚴謹，雖然對於初學者來說有點可怕，但這樣的設計有很多優點，也因為嚴謹所以穩定，就像一個有條不紊的人一樣。

不要害怕面對未知的事物，接下來就讓我們慢慢說明吧！