3.3 类的本质
类的概念和对象的概念是紧密交织在一起的，因为我们在谈论一个对象时不得不提到它的类。但是，这两个术语之间又存在着重要的差别。
3.3.1 什么是类，什么不是类
对象是存在于时间和空间中的具体实体，而类仅代表一种抽象，即一个对象的“本质”。因此，可以说Mammal类，它代表了所有哺乳动物的共同特征。要确定这个类中的某个具体的哺乳动物，则必须说“这个哺乳动物”或“那个哺乳动物”。
在日常用语中，Webster的Third New International Dictionary将“class”定义为“由一些共同特征或一项共同特征所标识的一组、一群或一类，根据品质、资格或条件进行的分组、区分或分级”[17]。
在面向对象分析和设计的上下文中，我们将类定义为：
“类是一组对象，它们拥有共同的结构、共同的行为和共同的语义。”
一个对象就是类的一个实例。
类是一组对象，它们拥有共同的结构和行为
什么不是一个类？一个对象不是一个类。没有共同结构和行为的对象不能够被划分为一类，因为根据定义，它们除了都是对象之外，没有别的共同点。
值得一提的是，类（正如大多数编程语言中所定义的）对于分解是必要的，但不是充分的。某些抽象非常复杂，所以不能够利用单个类定义的方式很方便地表达。例如，一种相当高层的抽象、一个GUI框架、一个数据库和整个库存系统在概念上都是独立的对象，但它们都不能表示为一个单独的类。[4]相反，最好是将这些抽象表示为一组类，这些类的实例互相协作，提供我们所期望的结构和功能。Stroustrup将这样的一组类称为一个组件[18]。
3.3.2 接口和实现
Meyer[19]和Snyder[20]都指出，编程在很大程度上是一种“制定契约”：一个较大问题的不同功能通过子契约被分配给不同的设计元素，从而被分解成较小的问题。没有别的情况比在设计类时更能体现这种思想了。
一个单独的对象是一个具体实体，在整体系统中扮演某个角色，而类则记录了所有相关对象的共同结构和行为。因此，类起到的作用是在一种抽象和所有它的客户之间建立起协议。通过在类的接口中记录下这些决定，一种强类型的编程语言可以在编译时检查是否违反了这一协议。
这种编程，即契约的观点，可以区分一个类的外部视图和内部视图。一个类的接口提供了它的外部视图，因此强调了抽象，隐藏了它的结构和行为的秘密。这个接口主要由所有的操作声明构成，这些操作适用于这个类的所有对象，但它也可能包括其他类、常量、变量和异常的声明，因为这种抽象可能需要这些东西。与接口不同，类的实现是它的内部视图，它包含类行为的秘密。一个类的实现主要由类接口中定义的所有操作的实现构成。
可以进一步将类的接口分成以下四个部分。
■ 公有：所有客户都可以访问的声明。
■ 保护：只能由该类本身及其子类访问的声明。
■ 私有：只能由该类本身访问的声明。
■ 包：只能由同一个包中的类访问的声明。
这些类型的可见性的详细语义，可能根据实现的语言而有所不同。
可见性和友元
不同的编程语言提供了不同的公有、保护、私有和包可见性的组合，开发者可以进行选择，为类接口的每一部分建立具体的访问权限，从而控制客户可以看见什么、不能看见什么（即可见性）。
具体来说，C++允许开发者显式地声明这四种不同的可见性。[5] C++的友元机制允许一个类区分一些具有特权的类，让这些特权类能够看到这个类的保护部分和私有部分。友元打破了类的封装，所以在实际设计中必须慎重选择。Java没有友元但它具有某种类似的可见性类型，称为包可见性，在同一个包中的所有类都可以互相访问。除了友元之外，公有、保护和私有可见性在Java和C++中是一样的。Ada允许公有和私有可见性声明，但不支持保护可见性。在Smalltalk中，所有实例变量都是私有的，所有方法都是公有的。在Object Pascal中，字段和操作都是公有的，所以是未被封装的。
构成类的表示形式的常量和变量有各种叫法，这取决于我们使用的具体语言。例如，Smalltalk使用的是术语“实例变量（instance variable）”，Object Pascal和Java使用的是术语“字段（field）”，C++使用的是术语“数据成员（data member）”。我们将互换使用这些术语来表示类的这些部分，代表类实例的状态。
对象的状态必须在它对应的类中有某种表示形式，所以通常表示为常量或变量声明，作为类接口的保护或私有部分。通过这种方式，一个类的所有实例的共同表示形式被封装起来，对这种表示形式的修改不会在功能上影响任何外部客户。
3.3.3 类的生命周期
只要理解了一个简单类的公有操作的语义，就可以懂得这个类的行为。但对于某些更有趣的类来说（如移动DisplayItem类的一个实例，或者设置TemperatureController类的一个实例），就要涉及每个实例生命周期的不同阶段的不同操作。本章前面曾提到，这些类的实例就像一个小的自动机。由于这些实例具有共同的行为，所以可以通过类来描述这些共同的事件次序和时间次序语义。第5章中将讨论，我们可以利用有限状态自动机来描述某些有趣的类的这种动态行为。