7.1.3 类是类型概念的发展

如上所述，对象可以视为广义的数据，因此和普通数据一样属于某种数据类型。从图 7.3 可以看出，“人”和“电视机”就属于两种完全不同的对象类别，而 John 和 Mary 这两个“人” 对象则具有完全相同的数据构成和操作，只是各自的数据值不同。

用计算机解决问题时，首先需要明确问题中涉及哪些数据，并在程序中将这些数据用编 程语言提供的数据类型表示出来，然后再去考虑需要对这些数据执行何种操作。为了表示数 据，编程语言一般提供若干基本数据类型（如 Python 的 int、float、str 和 list 等类型），并为 这些基本类型提供相应的基本操作（如 Python 中对 int、float、str 和 list 都提供了+运算，尽 管含义不同）。

然而，实际问题中往往涉及很复杂的数据，不能用基本数据类型直接表示。为了表示复 杂数据，大体有两种办法：一种是将复杂数据分解成若干个简单数据项，以便每个数据项可 以用基本类型表示；另一种是由用户自定义新的数据类型，以便对复杂数据进行直接的、整 体的表示。例如，如果要表示一个学生的姓名，可以简单地用一个字符串数据表示；如果要 表示一个学生的年龄，可以简单地用一个整数数据表示。但如果要整体表示一个“学生”，包 括该学生的姓名、年龄、地址等信息，就没法用基本数据类型直接表示了。一种解决办法是 将整体的“学生”分解成姓名、年龄、地址等简单数据，并通过分别处理这些简单数据而达 到处理“学生”数据的目的。但这不是好办法，因为这种表示法丢失了数据的整体性，在维 护姓名、年龄、地址等数据间的联系时很麻烦。另一种解决办法是将学生整体视为一个数据 值，并为这种数据值定义新的数据类型（因为编程语言中没有现成的类型能够表示该数据）。

假设我们要为“学生”数据定义一个新的数据类型 S，那么 S 应该是由若干更简单的数 据项构成的（如学号、姓名等），我们称这些构成 S 的成员数据为 S 的属性。除了定义 S 类 型数据的属性，还需要定义能对 S 数据执行什么操作（如修改姓名或年龄、读取地址等）。 可以利用编程语言提供的基本类型和新类型定义机制来实现 S，例如用 str 类型表示姓名和学 号，用 int 类型表示年龄之类，用函数实现对 S 数据的操作。定义了 S，就好像为编程语言添 加了一个新的数据类型，应用程序就可以像使用整数、字符串等基本类型一样去使用 S。

图 7.4 复杂数据类型 S 是多个属性的组合体

在传统观点下，由于数据和操作被视为分离的，因此定义新数据类型时只需定义复杂数据是怎样构成的，例如将“学生”数据定义成学号、姓名、年龄、地址的组合体①。至于如 何操作这种复杂数据，则需要另行编写处理代码，例如写一个函数 update(s)来实现对 S 型数据的修改，写另一个函数 get(s)来实现对 S 型数据的读取等等。总之，数据类型 S 与对这种 类型的数据的操作 update()、get()等是分离的两件事情，设计也是分离的（如图 7.4 所示）。 顺便提一下，将一些数据组合起来构成更复杂的数据的过程是可以重复进行的，即组合体成 员本身可以是复杂数据，如图 7.4 中的属性 address 一样。而在面向对象观点下，数据与操作 是不可分离的，是同一实体（即对象）的两个侧面。因此，当用户为复杂数据定义新的数据 类型 T 时，必须同时描述 T 的值的构成以及对 T 型值的操作。这样，上面的“学生”类型 S 将被定义成如图 7.5 所示的样子：

① 这种组合体在不同编程语言中有不同术语，如 Pascal 语言的记录类型和 C 语言的结构类型。

图 7.5 复杂数据类型 S 是多个属性及操作的组合体

由此，我们从传统的数据类型概念发展出了“类”的概念。类（class）是广义的数据类型，能够定义复杂数据的特性，包括静态特性（即数据）和动态特性（即对数据的操作方法）。 正如传统类型 int 可视为由 3、525 等合法整数值组成的集合一样，类也规定了它的合法值的 形式和范围。类的值就是“对象”，也称为类的实例。例如图 7.5 中的类 S 的合法值就是每一 个学生。

早期编程语言在创建新类型方面比较弱，但随着数据类型概念的发展，现代编程语言大 多都提供了强大的自定义数据类型的语言构造。面向对象编程语言中的类定义机制使得自定 义数据类型的能力达到了比较完善的程度。