統一建模語言(Unified Modeling Language, UML)是軟件業的標準語言。我們常見的軟件通常都是面向對象的。複雜系統建模，需要調研需求、分析問題、設計解決方案等。在開發的每個階段都應使用對象，使用對象可有效減少信息量，加強團隊的協作交流。此篇爲學習筆記整理備忘，瞭解的請忽略：）
本文主要整理了面向技術的最基礎知識，設計了個栗子，介紹對象和類，並簡要介紹了UML的類圖和對象圖。
目錄
1. 爲什麼要面向對象
1.1 對象更便於人們理解
例如，在銀行系統中，是根據銀行賬戶、銀行出納員和顧客來編程，而不是直接深入賬戶記錄、取款和存款過程、貸款資格的算法等。
1.2 專業人員可以更好的交流
無論是①修改別人的代碼的程序員；②自己編寫代碼的高級程序員；③根據需要決定編寫什麼代碼的設計師；還是④與客戶交流，瞭解需求總結出最終完成的系統必須要做的工作的分析師。不同階段的專業人士在交流時需要統一高效表達方式。在面向對象的方法中，每個人都使用相同的概念和表示法。而且，要處理的概念和表示法都比較少。
1.3 數據和過程不是人爲分離的
在傳統方法中，需要存儲的數據早早地與操作這些數據的算法分離開來，算法是獨立開發的。從需要訪問這些數據的過程來看，這會導致數據的格式不合適，或者數據放置的位肯不方便。而利用面向對象的開發方式，數據和過程一起放在容易管理的小軟件包中，數據從來不與算法分開。最後得到的代碼不太複雜，對客戶而求的變化也不太敏感。
1.4 代碼更容易重用
在傳統方法中，是從要解決的問題開始，利用問題來驅動整個開發，最後得到當前問題的單個解決方案，但明天總是會有另一個問題要解決。無論新問題和已解決的舊問題多麼接近，都不能分解單個系統，對它進行調整，因爲一個小問題就會影響系統的每個部分。
最後，面向對象是成熟的，並已得到了證明。在面向對象的開發方式中，我們總是要在類似的系統中尋找有用的對象。對象就像是智力拼圖玩具中的各塊拼圖。如果一塊拼圖變化了，就會影響臨近的兒塊拼圖，但其他的拼圖保持不變。
下面我們使用太陽系爲例說明對象與類的關係和具體UML表示方法。
圖片來自網絡
2. 什麼是對象
2.1 對象
對象(object)是一件事、一個實體、一個名詞，可以獲得的某種東西，可以想像有自己標識的任何東西。一些對象是活的，一些對象不是。現實世界中的例子有人、鳥、行星、銀行賬戶或CV中能完成跟蹤算法功能的模塊等。
所有的對象都有屬性(attribute), 例如人有姓名、身高、體重、性格；行星有直徑、質量、軌道、表面溫度、水分含量；跟蹤算法有當前幀圖像、跟蹤框、模版、匹配分數等。對象還有行爲(behavior)：人會工作，行星會繞恆星運動；跟蹤算法會更新目標位置。
2.2 類
在現實世界中，對象是具體存在的，但現實世界的對象常常和其他對象很相近。例如張三和李四都是人，鴿子和喜鵲都是鳥，地球和火星都是行星等。所以爲了編程方便，對某一系列對象只應該定義一次，在需要時再創建具體的實體。類(Class)就是這一系列對象的抽象描述，這些對象共享相同的屬性、操作、關係和語義。與此對應，一個具體的對象是該類的一個實例。由此可見，類是一種抽象，它將相似的實體抽象成相同的概念，這種抽象過程強調相關特徵而忽略其他特徵。
UML表示類的方式如下圖所示。表示類的方框：第一格爲類名，第二格爲類的屬性，第三格爲類的行爲、方法。例如Celestial body(天體)類有描述天體的如下屬性：name(名字), size(大小), mass(重量), density(密度), composition(組成), location(位置)；還有天體類的行爲：move(運動)。屬性或者方法前的＋號表示public，-號表示private。屬性後還可以用加上類型，例如name屬性的類型是string字符串，添加方法爲屬性編輯區的type項後面輸入。
用UML表示的對象如下圖所示。左圖的對象是“地球”使用“：”表示其屬於Planet(行星)類；中圖的對象沒有名稱，爲匿名對象，表示行星類的某個對象；右圖的對象“Venus”(金星)對象，沒有指定所屬的類。
試試看下面的對象分別是什麼，屬於哪一類？
3. 面向對象技術的相關原則
3.1 抽象
世界是複雜的，爲了處理這種複雜性，需要將其中的內容抽象化。抽象(Abstraction)的過程就是揭示事物區別千其他事物的本質特徵的過程。是一個分析和理解問題的過程，這個過程取決於使用者的目的，它應該包括使用者所感興趣的那些職責問題，而忽略掉其他不相關的部分。從對象到類的過程就是抽象的過程，即將所見到的具體實體抽象成概念，從而可以在計算機世界中進行描述和對其採取各種操作。抽象過程並沒有唯一的答案，同一個實體在不同的業務場景中可能有不同的抽象。
3.2 封裝
封裝(Encapsulation) 是指對象對其客戶隱藏具體的實現，它是軟件模塊化思想的體現。通過封裝實現信息隱藏和數據抽象。信息隱藏的出發點是對象的私有數據不能被外界存取，從而保證外界以合法的手段（對象所提供的操作）訪問。同時，將數據抽象爲一組行爲，而不是內部的具體數據結構，把用戶隔離在實現細節之外，從而使得軟件各個部分依賴於抽象層，各模塊獲得自由，可以變化細節、可以進行替換。通過封裝還可以保證數據的一致性；使用傳統的結構化方法，是很難保證這一點的。
3.3 泛化
泛化(Generalization) 是類與類之間一種非常重要的關係，通過這種關係一個類可以共享另外一個或多個類的結構和行爲。
爲了實現泛化關係，採用繼承(Inheritance)機制。一個子類(Subclass)繼承一個或多個父類(Superclass)，從而實現不同的抽象層次，這些層次之間所建立is a 或is kind of 關係，即爲泛化關係。通過這種關係可以很容易地複用已經存在的數據和代碼，並實現多態處理。根據父類的個數不同，存在着單一繼承和多重繼承兩種情況。
單一繼承(Single Inheritance) 是指一個類繼承另外一個類，下圖展示了單一繼承的實例，類Star(恆星)和類Celestial body(天體)，類Planet(行星)和類Celestial body 、類Moon(衛星)和類Celestial body，分別通過單一繼承構成3個泛化關係。表明一個恆星類、一個行星類和一個衛星類。三者都是天體。
- 三者都包含天體的name(名稱)、size(大小)、mass(質量)、density(密度)、composition(組成)、location(位置)信息，和move()運動行爲；
- 恆星還有brightness(亮度),temperature(溫度)信息，以及radiate()輻射行爲；
- 行星還有orbit(軌道),period_rotation(自轉週期),period_around_sun(公轉週期),distance2star(與恆星距離),moons(衛星數)屬性；
- 衛星還有which_planet(所屬行星)屬性。
很自然的有單一繼承就有多重繼承。多重繼承(Multiple Inheritance)是指一個類繼承另外多個（超過一個）類的屬性和行爲。如下圖所示，類Planet同時繼承類Celestial body和類Ball，這是一個多重繼承，表明行星(Planet) 既是一種天體(Celestial body)，又是一種球體(Ball) 。
3.4 多態
多態(Polymorphism) 是在同一外表（接口）下表現出多種行爲的能力，它是對象技術的根本特徵，是將對象技術稱爲面向對象的原因所在。對象技術正是利用多態提供的動態行爲特徵，來封裝變化，適應變更，以達到系統的穩定。
可以這樣認爲，一個子類會繼承父類所有的元素（可能有些元素對於子類不可見），這包括屬性、操作和關係。此外，子類還可以根據自己的需要添加額外的屬性、操作或關係，還可對父類已有的操作進行重新定義。
例如下圖所示的多態示例。多態需要有泛化關係的支持，如行星和衛星均繼承自天體（斜體字表示其爲抽象類）。通過天體提供的接口move()實現運動行爲的多態性，即根據目標的不同做出不同的運動。如，行星的運動爲自轉和公轉相結合，而衛星沒有自轉。
假設有個數組array，其中放着一些天體，但不知哪些是行星，哪些是衛星。利用多態性，完全可以不用關注這些細節，而直接讓它們嗨起來。
for(int i = 0; i < array.length; ++i)
{
CelestialBody cBody = (CelestialBody)array[i];
cBody.move();
}
在遍歷整個數組的天體過程中，各個天體知道自己該怎樣轉。所以cBody.move()這行代碼在cBody指向不同類的天體時，將表現出不同的行爲，這就是多態。
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