该文档概述了面向对象编程的基本概念，包括类的定义、封装、继承和多态性。讨论了计算机编程语言的分类，如编译型和解释型语言，以及面向过程与面向对象的两种编程方式。此外，文中介绍了 UML 的基础知识，用于表达类之间的关系和结构设计。

1. 物件導向程式導論
Revised on April 23, 2019
 電腦程式語言
 物件導向思維
 類別定義
 封裝性
 繼承性
 多型性
 UML表示法

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 人類常會開發⼀些⼯具來解決問題
 例如：發明筆來寫字、發明交通⼯具來替代雙腳行走等
 電腦程式語言也是解決問題的⼀種⼯具
 人類必須借助共通語言交談溝通；同樣地，當人類要與電腦溝通時，也必
須使用彼此都能理解的語言，像這樣的語言我們稱為電腦程式語言
(Computer Programming Language)
 電腦程式：利用任何⼀種電腦程式語言所撰寫的指令集
 程式設計：撰寫程式的整個過程
程式設計
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 編譯式程式語言
 COBOL、C、C#、C++等
 從原始程式變成可執行檔的過程分成編譯(Compile)及連結(Link)兩階段，
分別由編譯程式(Compiler)及連結程式(Linker)負責
 編譯程式負責檢查程式中的語法是否正確，以及程式中所使用的函式是
否有定義
 當原始程式編譯正確後，接著才由連結程式連結程式中之函式(或方法)
所在的位址(即函式所在的檔案)，若連結正確，進而產生原始程式之可
執行檔
 執行效率高
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 直譯式程式語言
 例如：HTML、Python
 必須經過直譯器(Interpreter)將指令⼀列⼀列翻譯成機器碼並執行
 利用直譯式程式語言所撰寫的原始程式，每次執行都要重新經過直譯器翻
譯成機器碼，若執行過程發生錯誤就停止運作
 執行效率差
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 結合編譯式及直譯式的程式語言
 其執行速度比純編譯式語言慢⼀些
 Java語言屬於編譯式及直譯式的程式語言之⼀
 Java程式必須經過Java 編譯器(Compiler) 編譯成位元組碼(Byte code)
再經由Java直譯器翻譯位元組碼並執行它
 位元組碼與電腦之作業系統( 例：UNIX/Linux、Windows及Mac OS)
無關，只要在電腦的作業系統中，安裝Java 的虛擬機器(Java
Virtual Machine：JVM)，就能執行它。因此，Java 屬於跨平台的程
式語言
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 程式設計方式可分成下列兩種類型：
 程序導向程式設計(Procedural Programming)
 程式的執行流程是依照程式設計師解題步驟及思考邏輯，應用循序、迴
圈及分支等三種程式架構，控制程式之執行程序
 先思考如何做(Operation)這件事情，再想中間過程需要那些data輔助
 物件導向程式設計(Object Oriented Programming，OOP)
 是以物件(Object)為主軸的⼀種程式設計方式
 是以設計具有特定行為或方法的物件為核心，而不是只單純設計特定功
能的函數或方法
 強調利用物件分⼯與互動，來完成特定的⼯作；先思考有那些data存在，
再針對這些data須要會有那些動作在上面運作
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 在設計時，每⼀類別被賦予特定的功能(methods) 與屬性(Fields或
Properties)，經由不同物件的組合(分⼯) 與作用互動，來完成所需
的⼯作
 程式在維護、除錯，及新功能擴充上更容易
 物件藉由它所擁有的方法，存取它所擁有的屬性及與不同的物件做溝
通互動
物件導向程式設計 2/2
方法
...
物件名稱.方法()
...
傳入引數資料
回傳所需結果
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 類別(class)與物件(object)
 週遭中存在著許多與我們生活息息相關的物件，例如電腦、原子筆、手機、
汽車…等
 物件也可以是其它物件組合而成，比方說電腦是由主機、螢幕、鍵盤、滑
鼠等物件組成；原子筆由筆蓋、筆桿、筆蕊組成
 同⼀類型的物件彼此間或許有些許差異，但其基本功能及與外界互動的模
式是共通的。例如不同機型的錄音筆雖然造型、顏色、輸出功率…等規格
有所不同，但按Record鍵錄音、按Play鍵放音等操作方法則是共通的
 以物件導向的術語與觀點而言，同⼀類的物件可以有不同的屬性
(property, Java語言稱為fields)，但會提供⼀致的操作方法
(methods)
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 類別定義有如規格描述
 車廠在推出新款汽車時，會先設計產品藍圖 (類別設計階段，class
design)，然後生產線即可依照產品藍圖生產系列車款 (物件實作階段，
implementation)
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休旅車
U6 U5 V7
類別
物件實體

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 資料成員(data member)
 儲存在物件內的資料
 也稱為屬性(Attribute)或"欄位"
 例如：車子具有車型(type)、廠牌(brand)、顏色(color)、排氣量(cc)
等屬性
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車型 = 休旅車
排氣量 = 1800
顏色 = 銀灰
廠牌 = Luxgen

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 成員方法(member function)
 方法是⼀種描述類別內部的行為，也就是物件支援的操作行為(功能)
 例如：車子具備發動(startEngine) 、熄火(stopEngine) 、加速
(speeding) 、換檔(shift)等功能
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發動
熄火
加速
換檔

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 繼承(inheritance)
 管理上會將物件分⾨別類，同⼀類別的物件都有著共通特性
 子類別架構在父類別的基礎上，繼承(Inheritance) 父類別功能並延伸
自身功能
 例如汽車可分類為轎車、客貨車、休旅車及跑車，由於都歸屬汽車類，
因此有其共通性，但彼此間還是有些差異；表示子類別除了繼承其父類
別共通特性外，還可衍生出自己的獨特性
 繼承性讓子類別與生俱來就具備了特定功能
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汽車
轎車 客貨車 休旅車 跑車
父類別
子類別

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 類似生物進化的概念，子類別除了繼承父類別的方法，如果覺得父類別的
方法不理想，也可以加以改良，這種機制稱為覆寫(overriding)
 覆寫是發生在繼承關係中，子類別自行實作⼀個方法來取代父類別所提
供的方法，程式在執行中會執行子類別的方法，而不執行父類別的方法
 覆寫作業時，方法名稱及參數列 (個數、資料型別及擺放順序)必須相
同，回傳型態必須相同或是原方法傳回值型別的子類別，存取權限不可
小於原方法
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14. 第14頁第14頁第14頁
 封裝性(encapsulation)
 封裝性是指將物件內部資料保護或隱藏起來，防止有未授權而任意更改物
件內部資料之情形，以免破壞資料完整性，所有內部資料存取只能透過公
開的管道 (成員方法) 來存取
 從資料隱私觀點來看，有些資料是屬於私密性質(private) ，有些訊息則
會公開(public) 與它人分享，而某些資訊則是有限度的公開
(protected)，只會讓親朋好友知道
 Java語言的規範中，類別提供的方法可分為public、protected、
package及private四種存取層級
 private是只有自己才能使用，public是提供公開存取，其它則有不同
程度的保護措施
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 多型性(polymorphism)
 動態多型，也被稱為子類型多型(Subtype polymorphism)
 父類別型別的物件變數允許參照到其子類別的物件實體，JVM在叫用方
法時會依據參照變數實際所參照的物件實體，動態連結到正確的物件方
法，在物件導向程式設計中，這被直接稱為多型(polymorphism)
Car sobj = null;
Sedan sedan = new Sedan(1800);
SUV suv = new SUV(2000);
sobj = sedan;
sobj.speeding(); //執行轎車加速
sobj = suv;
sobj.speeding(); //執行休旅車加速
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 靜態多型(static polymorphism)
 允許將不同的特殊行為和單個泛化記號相關聯，由於這種關聯處理於編
譯期而非執行期，因此被稱為「靜態」
 函式多載(Function Overloading)
 物件方法可以是相同名稱，只要引數個數或資料型別可供區別
 運算子多載(Operator Overloading)
 例如+運算子可以是數值加法運算，也可以是字串串接運算
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 套件(package)
 程式架構越來越大，類別個數越來越多，管理程式中維護類別名稱也會是
⼀件⿇煩的事，尤其是⼀些同名問題的發生
 例如在程式中，您也許會定義⼀個Point類別，但另⼀個與您合作開發程
式的開發人員並不曉得已經有這個類別名稱的存在，他可能也定義了⼀個
Point類別，在程式整合時就會發生問題
 Java提供套件來管理類別，套件被設計與檔案系統結構相對應，如果您的
套件設定為edu.nkee，則該類別應該在Classpath可存取路徑下的edu目
錄下之nkee子目錄找到
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18. 第18頁第18頁第18頁
 UML(Unified Modeling Language)統⼀塑模語言是⼀種開放的方法，
能讓IT 技術人員建構應用程式的模型
 UML中的類別表示法
 減號(-)表示該屬性或方法為private，正號(+)表示該屬性或方法為
public，#號表示該屬性或方法為protected
 UML中的套件表示法
UML表示法 1/6
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class name
-data members
+class methods
-class methods
#class methods
套件名稱

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 聚合關係(aggregation)用以表達「整體和部份」的關係，它也隱含
著所謂包含(include)的關係
 聚合關係可以用「is-part-of」、「has-a」或是「has-parts」語
意上的關係來表示
 聚合關係不只是指出物件相互了解的關係，更是它們被集合起來以形
成⼀個新的更複雜的物件
UML表示法 2/6
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球隊 球員

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 組合關係(composition) 是⼀種比聚合關係更強的包含關係。在⼀
個聚合的關係中，如果整體的消失會造成部分(parts)的消失，那麼
這個聚合是⼀種組合關係
 例如，⼀本書包含有很多章節，如果書沒了，章節也就不存在
 購物系統中有訂單以及訂購項目。當訂單被刪除了，與其相關的各項訂購
資料也會⼀併被刪除掉
 從Java語言來看，內部類別就屬於組合關係
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書 章節
訂單 訂購資料

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 ⼀般化關係(generalization)是⼀種分類的關係(taxonomic
relationship)，⼀般化講的其實就是物件導向程式語言中的繼承關
念，它可以用「is-a」或「is a-kind-of」關係來表示
 ⼀個判斷⼀般化的簡單原則就是：如果可以用「物件A是物件B的⼀種」
這句話來表達時，A跟B之間就可能存在著⼀般化的關係。例如：秘書
跟⼯程師都是雇員的⼀種，而雇員跟客⼾都是人的⼀種
UML表示法 4/6
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父類別
子類別

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 在類別圖中，透過⼀般化的關係，父類別的所有特徵、性質以及操作
都會自動被子類別所繼承。也就是說子類別不需要再去定義它們，就
可以自動擁有。適當地使用⼀般化的關係，也可以降低模型的複雜度，
讓模型變得更好擴展以及延伸
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學校員工
+姓名: String
−住址: String
教師
+服務科系: String
職員
+服務單位: String

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 相依(dependency)關係是指兩個類別之間語意上的依賴關係。當⼀
個類別「使用(use)」到其他類別所提供的服務時，我們稱這兩個類
別有相依關係
 相依關係的符號表法其箭頭是由使用類別指向被使用類別。下圖顯示
出類別A相依於類別B
 我們可以加上stereotype說明相依關係的真正意思。UML定義了以下
關鍵字：access、bind、derive、import、refine、trace、use，
所以，我們可以利用它們更具體描述類別間的相依關係
UML表示法 6/6
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Class A Class B
Class A Class B<<uses>>