1.8 深入了解对象
C++面向对象高效编程（第2版）
如前所述，对象是类的实例，对象赋予类生命。换言之，可以通过实例化一个对象，并对其进行操作，体验类可以完成的功能。对象很聪明，它知道可以做什么，不可以做什么。另外，对象还知道如何修改和维护它的数据成员。
因此，区别类和对象是一个逻辑问题。简单地说，对象是带有状态和行为的活的实体。所有类对象的行为都定义在类中，而状态则由对象单独维护。状态和行为这两个词非常简单，但应用于对象上却意义深远。
1.8.1 对象的状态
为了讨论对象的状态，我们再回顾一下银行账户问题。每个BankAccount类对象中都有一个balance数据成员。假设我们不允许客户的账户透支，那么，只需声明账户中的余额不允许小于0。这是任何银行账户对象的已知性质（property）1，我们不必检查对象的状态来确认这个属性。也就是说，这是每个银行账户对象的静态性质（static property）。
然而，在BankAccout类对象生存期内的任何时候，账户中的余额都是balance数据成员中的值。该数据成员的值随着账户的存款、转账、取款不断变化。因此，账户余额是一个动态变化的值。换言之，balance数据成员是一个动态值。对象的状态是所有静态性质以及这些静态性质的动态值的集合。性质是一个对象独有的特征（feature）或质量（quility）。例如，注册号可以作为汽车的一个性质，每辆汽车都有一个注册号（其值是不同的）；与此类似，名字可以作为人的一个特征，每个人都有一个名字（尽管不是唯一的）。
对象的状态不仅仅是（通常不是）简单的数据类型。许多对象中还包含其他对象作为自身状态的一部分。例如，Car类对象会包含Engine类对象，作为自身状态的一部分；而Bank类对象会包含BankAccount类对象和Customer类对象，作为它状态的一部分（见图1-5）2。
1.8.2 对象状态的重要性
你可能会疑惑，为何要如此关注被封装对象中的数据部分？因为对象如何响应我们的命令（操作）以及对其他对象（客户）做什么，都直接依赖于对象的状态；执行某方法所
图1-5
得的结果也直接依赖于对象的状态。例如，向BankAccount类对象发送WithDraw消息时，将依次发生以下步骤：
（1）检查核实账户是否属于调用操作的人。
（2）如果请求的总额大于当前余额，则打印错误消息，并返回调用程序。
（3）否则，从余额中减去提款数额，并返回。
以上的每一个步骤都需要知道对象状态的信息，每种方法都依赖于对象的状态。这些方法都假定对象的状态是正确的。如果对象的状态不正确（由于一些未知原因），对象的行为将无法预测。
洗衣机可以作为讲解状态的另一个例子。当我们按下“WASH”按钮时，机器利用对象中的某些数据成员检查门是否关闭（可能还包括检查是否装入了衣物）。如果未关门，设备将不会运转。大多数洗衣机利用传感器（一个简单的开关）来检查门的状态，用户无法直接操控这个开关（它是一个封装的数据成员）。如果一个冒失的用户不小心接触到这个开关，并操作此开关，那么洗衣机将被蒙蔽，（错误地）相信门已经关闭。如果现在用户按下“WASH”按钮，洗衣机肯定会运转，也许还会混合洗涤剂、衣物和水。之所以出现这样不可预测（或不希望出现）的行为，是由于对象的状态被非法改动。一个设计良好的类的实现不应该允许客户直接访问对象的状态。状态只能由成员函数修改，而客户只能通过操作对象来使用成员函数。同理，如果用户在未关门的情况下按下COOK按钮，微波炉会出现什么情况？微波炉不会启动。因为微波炉在启动磁电管（产生微波的设备）之前会检查门是否关闭，如果门未关闭，则不会启动设备。这与洗衣机中使用传感器确认门是否关闭非常类似。但是，如果客户可以操控这个开关并执行关闭（并未真正关门），然后按下COOK按钮，即使微波炉的门实际上未关闭，微波炉也会启动磁电管。因为它相信门已经关上了，这可能会对站在微波炉附近的人造成无法弥补的伤害。
1.8.3 谁控制对象的状态
如前所述，对象的状态通过成员函数修改。然而，并不是所有的方法（成员函数）都可以修改对象的状态——一些方法仅允许使用状态中的值（如BankAccount中的GetBalance）。类中的每一个方法都会对对象的状态进行一定程度的假定，这样的假定可在文档中说明，也可在代码中说明。而且，类假定无法从外部修改对象的状态只有在成员函数内才能修改对象的状态。成员函数非常了解用对象的状态值可以做什么，也非常清楚如何改变对象的状态值，正是成员函数控制了对象的状态3。注意，成员函数代表客户执行操作，这点很重要。客户调用一个操作（即向对象发送请求），操作便完成一些有意义的工作。通常，方法由客户启动4，它不会自己执行。
成员函数也了解对象状态的约束（或限制）。再次以BankAccount类为例，BankAccount类中的所有方法都清楚对账号的约束，即任何账号中的余额都不能小于0。该类中的每一个方法都强制执行这个约束。如果对象的状态不是从成员函数内部进行修改，那么对象的行为将无法预测，这就是洗衣机例子中未关上门就能启动的问题。再举一例，如果有人非法侵入他人的银行账户，将其balance设置为0，则该账户真正的持有者将无法从账户中提款，因为该账户的状态显示余额为零。语言无法阻止这种恶意地侵入，但是，它可以防止出现意外错误。这种保护通过将balance数据成员设置为私有来完成。换言之，所有不让普通客户访问的数据都应封装在类的private区域中。这也称为数据封装（data encapsulation）。
创建类时，一定要为其进行封装。为确保正确的行为，类的对象需要一些内部信息。没有任何数据成员的类（不是抽象基类）是糟糕的设计，它说明该类创建的对象没有任何状态。我们将在第2章详细讲解数据封装。
1.8.4 对象的行为
客户通过类的对象使用方法来进行有意义的操作。对象的行为在某种方式上是对客户调用消息的响应。行为是对象对消息采取的行动和做出的反应。消息会引起状态的变化，也会引起发送更多的消息至其他对象，或两者兼有之。当客户向对象发送消息时，为了完成操作，该对象可能向另一个对象发送其他消息。例如，BankAccount类对象在收到Withdraw消息时，为了记录当前的交易，可能要向TransactionLogger类的对象（假设为tl）发送消息；为了保存当前交易，对象tl可能还要向数据库（也许位于其他城市）发送消息。很明显，向对象发送一个消息，可能引起向其他对象发送别的消息，还可能会出现其他对象发送某个消息至原始对象（甚至是递归地）。行为在对象对消息作出响应时，记录外部可见的动作。这就是客户从外部所感知的情况。
有些消息可能会引起状态的变化，有些可能不会。在C++（和Eiffel）中，可以清楚地识别不会引起任何状态变化的消息5。在类的文档中，必须为每个方法都清楚地记录该消息能完成什么任务（从客户的观点来看）。作为设计者，我们这样设计的目的是，在不暴露类实现细节的前提下，为客户尽可能多地提供类的信息。