8.1.1什么是面向对象的程序设计.ppt

面向对象

面向对象(Object Oriented,OO)是当前计算机界关心的重点，它是90年代软件开发方法的主流。面向对象的概念和应用已超越了程序设计和软件开发，扩展到很宽的范围。如数据库系统、交互式界面、应用结构、应用平台、分布式系统、网络管理结构、CAD技术、人工智能等领域。

谈到面向对象，这方面的文章非常多。但是，明确地给出对象的定义或说明对象的定义的非常少——至少我现在还没有发现。其初，“面向对象”是专指在程序设计中采用封装、继承、抽象等设计方法。可是，这个定义显然不能再适合现在情况。面向对象的思想已经涉及到软件开发的各个方面。如，面向对象的分析（OOA，Object Oriented Analysis），面向对象的设计（OOD，Object Oriented Design）、以及我们经常说的面向对象的编程实现（OOP，Object Oriented Programming）。许多有关面向对象的文章都只是讲述在面向对象的开发中所需要注意的问题或所采用的比较好的设计方法。看这些文章只有真正懂得什么是对象，什么是面向对象，才能最大程度地对自己有所裨益。这一点，恐怕对初学者甚至是从事相关工作多年的人员也会对它们的概念模糊不清。

面向对象是当前计算机界关心的重点，它是90年代软件开发方法的主流。面向对象的概念和应用已超越了程序设计和软件开发，扩展到很宽的范围。如数据库系统、交互式界面、应用结构、应用平台、分布式系统、网络管理结构、CAD技术、人工智能等领域。

一、传统开发方法存在问题

1.软件重用性差

重用性是指同一事物不经修改或稍加修改就可多次重复使用的性质。软件重用性是软件工程追求的目标之一。

2.软件可维护性差

软件工程强调软件的可维护性，强调文档资料的重要性，规定最终的软件产品应该由完整、一致的配置成分组成。在软件开发过程中，始终强调软件的可读性、可修改性和可测试性是软件的重要的质量指标。实践证明，用传统方法开发出来的软件，维护时其费用和成本仍然很高，其原因是可修改性差，维护困难，导致可维护性差。

3.开发出的软件不能满足用户需要

用传统的结构化方法开发大型软件系统涉及各种不同领域的知识，在开发需求模糊或需求动态变化的系统时，所开发出的软件系统往往不能真正满足用户的需要。

用结构化方法开发的软件，其稳定性、可修改性和可重用性都比较差，这是因为结构化方法的本质是功能分解，从代表目标系统整体功能的单个处理着手，自顶向下不断把复杂的处理分解为子处理，这样一层一层的分解下去，直到仅剩下若干个容易实现的子处理功能为止，然后用相应的工具来描述各个最低层的处理。因此，结构化方法是围绕实现处理功能的“过程”来构造系统的。然而，用户需求的变化大部分是针对功能的，因此，这种变化对于基于过程的设计来说是灾难性的。用这种方法设计出来的系统结构常常是不稳定的 ，用户需求的变化往往造成系统结构的较大变化，从而需要花费很大代价才能实现这种变化。

二、面向对象的基本概念

(1)对象。

对象是人们要进行研究的任何事物，从最简单的整数到复杂的飞机等均可看作对象，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件。

(2)对象的状态和行为。

对象具有状态，一个对象用数据值来描述它的状态。

对象还有 *** 作，用于改变对象的状态，对象及其 *** 作就是对象的行为。

对象实现了数据和 *** 作的结合，使数据和 *** 作封装于对象的统一体中

(3)类。

具有相同或相似性质的对象的抽象就是类。因此，对象的抽象是类，类的具体化就是对象，也可以说类的实例是对象。

类具有属性，它是对象的状态的抽象，用数据结构来描述类的属性。

类具有 *** 作，它是对象的行为的抽象，用 *** 作名和实现该 *** 作的方法来描述。

(4)类的结构。

在客观世界中有若干类，这些类之间有一定的结构关系。通常有两种主要的结构关系，即一般--具体结构关系，整体--部分结构关系。

①一般——具体结构称为分类结构，也可以说是“或”关系，或者是“is a”关系。

②整体——部分结构称为组装结构，它们之间的关系是一种“与”关系，或者是“has a”关系。

(5)消息和方法。

对象之间进行通信的结构叫做消息。在对象的 *** 作中，当一个消息发送给某个对象时，消息包含接收对象去执行某种 *** 作的信息。发送一条消息至少要包括说明接受消息的对象名、发送给该对象的消息名（即对象名、方法名）。一般还要对参数加以说明，参数可以是认识该消息的对象所知道的变量名，或者是所有对象都知道的全局变量名。

类中 *** 作的实现过程叫做方法，一个方法有方法名、参数、方法体。消息传递如图10-1所示。

二、面向对象的特征

(1)对象唯一性。

每个对象都有自身唯一的标识，通过这种标识，可找到相应的对象。在对象的整个生命期中，它的标识都不改变，不同的对象不能有相同的标识。

(2)分类性。

分类性是指将具有一致的数据结构(属性)和行为( *** 作)的对象抽象成类。一个类就是这样一种抽象，它反映了与应用有关的重要性质，而忽略其他一些无关内容。任何类的划分都是主观的，但必须与具体的应用有关。

(3)继承性。

继承性是子类自动共享父类数据结构和方法的机制，这是类之间的一种关系。在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础之上来进行，把这个已经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。

继承性是面向对象程序设计语言不同于其它语言的最重要的特点，是其他语言所没有的。

在类层次中，子类只继承一个父类的数据结构和方法，则称为单重继承。

在类层次中，子类继承了多个父类的数据结构和方法，则称为多重继承。

在软件开发中，类的继承性使所建立的软件具有开放性、可扩充性，这是信息组织与分类的行之有效的方法，它简化了对象、类的创建工作量，增加了代码的可重性。

采用继承性，提供了类的规范的等级结构。通过类的继承关系，使公共的特性能够共享，提高了软件的重用性。

(4)多态性(多形性)

多态性使指相同的 *** 作或函数、过程可作用于多种类型的对象上并获得不同的结果。不同的对象，收到同一消息可以产生不同的结果，这种现象称为多态性。

多态性允许每个对象以适合自身的方式去响应共同的消息。

多态性增强了软件的灵活性和重用性。

对象，强调物体属性， 比如实现逻辑 物体A 移动到B点，

对象思想就是要你想象 你吧A 看成什么 你可以吧它看成车， 用车轮的方式（方法）让它走动， 可以看成托运（方法）的方式拉过去。

面向对象的方法 是一类物体的属性 所具备的 行为，理论上 可以参照面向过程的函数去理解

儿面向过程， 我不关心你用什么方式，看成什么 ，管你是推，是拽，只要你运过来就行相对而言 没有针对性

楼主可以 设想一下网络游戏， 你玩的游戏 的怪物， 是分种类的， 他们都是自动的东西， 没人去手动生成， 一类怪物 有一类招数和样子， 行为属性， 这就是对象思想

“所见即所得”的编程思想为原则，力图实现编程工作的可视化，即随时可以看到结果，程序与结果的调整同步。

可视化编程是与传统的编程方式相比而言的，这里的“可视”，指的是无须编程，仅通过直观的 *** 作方式即可完成界面的设计工作，是目前最好的Windows应用程序开发工具。

可视化编程语言的特点主要表现在两个方面：一是基于面向对象的思想，引入了控件的概念和事件驱动；二是程序开发过程一般遵循以下步骤，即先进行界面的绘制工作，再基于事件编写程序代码，以响应鼠标、键盘的各种动作。

可视化编程十问

1. 什么是可视化程序设计?

可视化(Visual)程序设计是一种全新的程序设计方法，它主要是让程序设计人员利用软件本身所提供的各种控件，像搭积木式地构造应用程序的各种界面。

2. 可视化程序设计有哪些优点?

可视化程序设计最大的优点是设计人员可以不用编写或只需编写很少的程序代码，就能完成应用程序的设计，这样就能极大地提高设计人员的工作效率。

3. 能够进行可视化程序设计的语言有哪些?

能进行可视化程序设计的语言很多，比较常用的有微软的Visual Basic、Visual C＋＋、中文Visual Foxpro、Borland公司的Delphi等。

4. 可视化程序设计中有哪些基本概念?

主要的几个基本概念有表单、组件、属性、事件、方法等。

5. 什么是表单(Form)?

表单是指进行程序设计时的窗口，我们主要是通过在表单中放置各种部件(如命令按钮、复选框、单选框、滚动条等)来布置应用程序的运行界面。

6. 什么是组件?

所谓组件，就是组成程序运行界面的各种部件，如：命令按钮、复选框、单选框、滚动条等。

7. 什么是属性?

属性就是组件的性质。它说明组件在程序运行的过程中是如何显示的、组件的大小是多少、显示在何处、是否可见、是否有效……

8. 属性可以分成哪几类?

属性可分成三类，设计属性：是在进行设计时就可发挥作用的属性；运行属性：这是在程序运行过程中才发挥作用的属性；只读属性：是一种只能查看而不能改变的属性。

9. 什么是事件?

事件就是对一个组件的 *** 作。如用鼠标点击一个命令按钮，在这里，点击鼠标就称为一个事件(Click事件)。

10. 什么是方法?

方法就是某个事件发生后要执行的具体 *** 作，类似以前的程序。例如当我们用鼠标单击“退出”命令按钮时，程序就会通过执行一条命令而结束运行，命令的执行过程就叫方法。

面向对象程序设计 1．历史回顾

1967年挪威计算中心的Kisten Nygaard和Ole Johan Dahl开发了Simula67语言，它提供了比子程序更高一级的抽象和封装，引入了数据抽象和类的概念，它被认为是第一个面向对象语言。20世纪70年代初，Palo Alto研究中心的Alan Kay所在的研究小组开发出Smalltalk语言，之后又开发出Smalltalk-80，Smalltalk-80被认为是最纯正的面向对象语言，它对后来出现的面向对象语言，如Object-C，C++，Self，Eiffl都产生了深远的影响。随着面向对象语言的出现，面向对象程序设计也就应运而生且得到迅速发展。之后，面向对象不断向其他阶段渗透，1980年Grady Booch提出了面向对象设计的概念，之后面向对象分析开始。1985年，第一个商用面向对象数据库问世。1990年以来，面向对象分析、测试、度量和管理等研究都得到长足发展。

实际上，“对象”和“对象的属性”这样的概念可以追溯到20世纪50年代初，它们首先出现于关于人工智能的早期著作中。但是出现了面向对象语言之后，面向对象思想才得到了迅速的发展。过去的几十年中，程序设计语言对抽象机制的支持程度不断提高：从机器语言到汇编语言，到高级语言，直到面向对象语言。汇编语言出现后，程序员就避免了直接使用0-1，而是利用符号来表示机器指令，从而更方便地编写程序；当程序规模继续增长的时候，出现了Fortran、C、Pascal等高级语言，这些高级语言使得编写复杂的程序变得容易，程序员们可以更好地对付日益增加的复杂性。但是，如果软件系统达到一定规模，即使应用结构化程序设计方法，局势仍将变得不可控制。作为一种降低复杂性的工具，面向对象语言产生了，面向对象程序设计也随之产生。

2．面向对象程序设计的基本概念

面向对象程序设计中的概念主要包括：对象、类、数据抽象、继承、动态绑定、数据封装、多态性、消息传递。通过这些概念面向对象的思想得到了具体的体现。

1）对象

对象是运行期的基本实体，它是一个封装了数据和 *** 作这些数据的代码的逻辑实体。

2）类

类是具有相同类型的对象的抽象。一个对象所包含的所有数据和代码可以通过类来构造。

3）封装

封装是将数据和代码捆绑到一起，避免了外界的干扰和不确定性。对象的某些数据和代码可以是私有的，不能被外界访问，以此实现对数据和代码不同级别的访问权限。

4）继承

继承是让某个类型的对象获得另一个类型的对象的特征。通过继承可以实现代码的重用：从已存在的类派生出的一个新类将自动具有原来那个类的特性，同时，它还可以拥有自己的新特性。

5）多态

多态是指不同事物具有不同表现形式的能力。多态机制使具有不同内部结构的对象可以共享相同的外部接口，通过这种方式减少代码的复杂度。

6）动态绑定

绑定指的是将一个过程调用与相应代码链接起来的行为。动态绑定是指与给定的过程调用相关联的代码只有在运行期才可知的一种绑定，它是多态实现的具体形式。

7）消息传递

对象之间需要相互沟通，沟通的途径就是对象之间收发信息。消息内容包括接收消息的对象的标识，需要调用的函数的标识，以及必要的信息。消息传递的概念使得对现实世界的描述更容易。

3．面向对象语言

一个语言要称为面向对象语言必须支持几个主要面向对象的概念。根据支持程度的不同，通常所说的面向对象语言可以分成两类：基于对象的语言，面向对象的语言。

基于对象的语言仅支持类和对象，而面向对象的语言支持的概念包括：类与对象、继承、多态。举例来说，Ada就是一个典型的基于对象的语言，因为它不支持继承、多态，此外其他基于对象的语言还有Alphard、CLU、Euclid、Modula。面向对象的语言中一部分是新发明的语言，如Smalltalk、Java，这些语言本身往往吸取了其他语言的精华，而又尽量剔除他们的不足，因此面向对象的特征特别明显，充满了蓬勃的生机；另外一些则是对现有的语言进行改造，增加面向对象的特征演化而来的。如由Pascal发展而来的Object Pascal，由C发展而来的Objective-C，C++，由Ada发展而来的Ada 95等，这些语言保留着对原有语言的兼容，并不是纯粹的面向对象语言，但由于其前身往往是有一定影响的语言，因此这些语言依然宝刀不老，在程序设计语言中占有十分重要的地位。

4．面向对象程序设计的优点

面向对象出现以前，结构化程序设计是程序设计的主流，结构化程序设计又称为面向过程的程序设计。在面向过程程序设计中，问题被看作一系列需要完成的任务，函数（在此泛指例程、函数、过程）用于完成这些任务，解决问题的焦点集中于函数。其中函数是面向过程的，即它关注如何根据规定的条件完成指定的任务。

在多函数程序中，许多重要的数据被放置在全局数据区，这样它们可以被所有的函数访问。每个函数都可以具有它们自己的局部数据。下图显示了一个面向过程程序中函数和数据的关系。

图1 面向过程程序设计中函数和数据的关系示例

这种结构很容易造成全局数据在无意中被其他函数改动，因而程序的正确性不易保证。面向对象程序设计的出发点之一就是弥补面向过程程序设计中的一些缺点：对象是程序的基本元素，它将数据和 *** 作紧密地连结在一起，并保护数据不会被外界的函数意外地改变。下图显示了一个面向对象程序中对象与函数和数据的关系。

图2 面向对象程序设计中函数和数据的关系示例

比较面向对象程序设计和面向过程程序设计，还可以得到面向对象程序设计的其他优点：

1）数据抽象的概念可以在保持外部接口不变的情况下改变内部实现，从而减少甚至避免对外界的干扰；

2）通过继承大幅减少冗余的代码，并可以方便地扩展现有代码，提高编码效率，也减低了出错概率，降低软件维护的难度；

3）结合面向对象分析、面向对象设计，允许将问题域中的对象直接映射到程序中，减少软件开发过程中中间环节的转换过程；

4）通过对对象的辨别、划分可以将软件系统分割为若干相对为独立的部分，在一定程度上更便于控制软件复杂度；

6）以对象为中心的设计可以帮助开发人员从静态（属性）和动态（方法）两个方面把握问题，从而更好地实现系统；

7）通过对象的聚合、联合可以在保证封装与抽象的原则下实现对象在内在结构以及外在功能上的扩充，从而实现对象由低到高的升级。

面对对象的程序设计方法

在数据输入模块内部设计中，采用面向对象的设计方法。[6]面向对象的基本概念如下：

对象：对象是要研究的任何事物。从一本书到一家图书馆，单的整数到整数列庞大的数据库、极其复杂的自动化工厂、航天飞机都可看作对象，它不仅能表示有形的实体，也能表示无形的（抽象的）规则、计划或事件。对象由数据（描述事物的属性）和作用于数据的 *** 作（体现事物的行为）构成一独立整体。从程序设计者来看，对象是一个程序模块，从用户来看，对象为他们提供所希望的行为。在对内的 *** 作通常称为方法。

类：类是对象的模板。即类是对一组有相同数据和相同 *** 作的对象的定义，一个类所包含的方法和数据描述一组对象的共同属性和行为。类是在对象之上的抽象，对象则是类的具体化，是类的实例。类可有其子类，也可有其它类，形成类层次结构。

消息：消息是对象之间进行通信的一种规格说明。一般它由三部分组成：接收消息的对象、消息名及实际变元。

面向对象主要特征：

封装性：封装是一种信息隐蔽技术，它体现于类的说明，是对象的重要特性。封装使数据和加工该数据的方法（函数）封装为一个整体，以实现独立性很强的模块，使得用户只能见到对象的外特性（对象能接受哪些消息，具有那些处理能力），而对象的内特性（保存内部状态的私有数据和实现加工能力的算法）对用户是隐蔽的。封装的目的在于把对象的设计者和对象者的使用分开，使用者不必知晓行为实现的细节，只须用设计者提供的消息来访问该对象。

继承性：继承性是子类自动共享父类之间数据和方法的机制。它由类的派生功能体现。一个类直接继承其它类的全部描述，同时可修改和扩充。继承具有传递性。继承分为单继承（一个子类只有一父类）和多重继承（一个类有多个父类）。类的对象是各自封闭的，如果没继承性机制，则类对象中数据、方法就会出现大量重复。继承不仅支持系统的可重用性，而且还促进系统的可扩充性。

多态性：对象根据所接收的消息而做出动作。同一消息为不同的对象接受时可产生完全不同的行动，这种现象称为多态性。利用多态性用户可发送一个通用的信息，而将所有的实现细节都留给接受消息的对象自行决定，如是，同一消息即可调用不同的方法。例如：Print消息被发送给一图或表时调用的打印方法与将同样的Print消息发送给一正文文件而调用的打印方法会完全不同。多态性的实现受到继承性的支持，利用类继承的层次关系，把具有通用功能的协议存放在类层次中尽可能高的地方，而将实现这一功能的不同方法置于较低层次，这样，在这些低层次上生成的对象就能给通用消息以不同的响应。在OOPL中可通过在派生类中重定义基类函数（定义为重载函数或虚函数）来实现多态性。

综上可知，在面对对象方法中，对象和传递消息分别表现事物及事物间相互联系的概念。类和继承是是适应人们一般思维方式的描述范式。方法是允许作用于该类对象上的各种 *** 作。这种对象、类、消息和方法的程序设计范式的基本点在于对象的封装性和类的继承性。通过封装能将对象的定义和对象的实现分开，通过继承能体现类与类之间的关系，以及由此带来的动态联编和实体的多态性，从而构成了面向对象的基本特征。

面向对象设计是一种把面向对象的思想应用于软件开发过程中，指导开发活动的系统方法，是建立在“对象”概念基础上的方法学。对象是由数据和容许的 *** 作组成的封装体，与客观实体有直接对应关系，一个对象类定义了具有相似性质的一组对象。而每继承性是对具有层次关系的类的属性和 *** 作进行共享的一种方式。所谓面向对象就是基于对象概念，以对象为中心，以类和继承为构造机制，来认识、理解、刻画客观世界和设计、构建相应的软件系统。。按照Bjarne STroustRUP的说法，面向对象的编程范式：

l 决定你要的类；

2 给每个类提供完整的一组 *** 作；

3 明确地使用继承来表现共同点。

由这个定义，我们可以看出：面向对象设计就是“根据需求决定所需的类、类的 *** 作以及类之间关联的过程”。

面向对象设计方法的特点和面临的问题

面向对象设计方法以对象为基础，利用特定的软件工具直接完成从对象客体的描述到软件结构之间的转换。这是面向对象设计方法最主要的特点和成就。面向对象设计方法的应用解决了传统结构化开发方法中客观世界描述工具与软件结构的不一致性问题，缩短了开发周期，解决了从分析和设计到软件模块结构之间多次转换映射的繁杂过程，是一种很有发展前途的系统开发方法。

但是同原型方法一样, 面向对象设计方法需要一定的软件基础支持才可以应用，另外在大型的MIS开发中如果不经自顶向下的整体划分，而是一开始就自底向上的采用面向对象设计方法开发系统，同样也会造成系统结构不合理、各部分关系失调等问题。所以面向对象设计方法和结构化方法目前仍是两种在系统开发领域相互依存的、不可替代的方法。

1、什么是面向对象程序设计？它与面向过程序设计的主要区别是什么？

面向对象设计是一种把面向对象的思想应用于软件开发过程中，指导开发活动的系统方法，是建立在“对象”概念基础上的方法学。对象是由数据和容许的 *** 作组成的封装体，与客观实体有直接对应关系，一个对象类定义了具有相似性质的一组对象。而每继承性是对具有层次关系的类的属性和 *** 作进行共享的一种方式。所谓面向对象就是基于对象概念，以对象为中心，以类和继承为构造机制，来认识、理解、刻画客观世界和设计、构建相应的软件系统

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2、解释下列概念：对象、类，对象的状态，消息，方法

1）对象：对象是要研究的任何事物。从一本书到一家图书馆，单的整数到整数列庞大的数据库、极其复杂的自动化工厂、航天飞机都可看作对象，它不仅能表示有形的实体，也能表示无形的（抽象的）规则、计划或事件。对象由数据（描述事物的属性）和作用于数据的 *** 作（体现事物的行为）构成一独立整体。从程序设计者来看，对象是一个程序模块，从用户来看，对象为他们提供所希望的行为。在对内的 *** 作通常称为方法

2）类：类是对象的模板。即类是对一组有相同数据和相同 *** 作的对象的定义，一个类所包含的方法和数据描述一组对象的共同属性和行为。类是在对象之上的抽象，对象则是类的具体化，是类的实例。类可有其子类，也可有其它类，形成类层次结构。

3）对象具有状态，一个对象用数据值来描述它的状态。

4）消息：消息是对象之间进行通信的一种规格说明。一般它由三部分组成：接收消息的对象、消息名及实际变元。

5）方法：软件编程语言中,如果将函数定义为类定义的一部分或者将它与某个对象绑定,则该函数称为方法.

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3、对象有哪些特征：

对象(object)是一件事、一个实体、一个名词，可以获得的东西，可以想象有自己的标识的任何东西。对象是类的实例化。一些对象是活的，一些对象不是。比如这辆汽车、这个人、这间房子、这张桌子、这株植物、这张支票、这件雨衣。 概括来说就是：万物皆对象。

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4、如何理解对象的封装性。

封装性：封装是一种信息隐蔽技术，它体现于类的说明，是对象的重要特性。封装使数据和加工该数据的方法（函数）封装为一个整体，以实现独立性很强的模块，使得用户只能见到对象的外特性（对象能接受哪些消息，具有那些处理能力），而对象的内特性（保存内部状态的私有数据和实现加工能力的算法）对用户是隐蔽的。封装的目的在于把对象的设计者和对象者的使用分开，使用者不必知晓行为实现的细节，只须用设计者提供的消息来访问该对象。

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5、什么是继承，单继承，多继承？请举例说明。

继承性：继承性是子类自动共享父类之间数据和方法的机制。它由类的派生功能体现。一个类直接继承其它类的全部描述，同时可修改和扩充。继承具有传递性。继承分为单继承（一个子类只有一父类）和多重继承（一个类有多个父类）。类的对象是各自封闭的，如果没继承性机制，则类对象中数据、方法就会出现大量重复。继承不仅支持系统的可重用性，而且还促进系统的可扩充性。

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6、面向对象程序设计语言有哪些特征？

（1）封装是指将某事物的属性和行为包装到对象中，这个对象只对外公布需要公开的属性和行为，而这个公布也是可以有选择性的公布给其它对象。在java中能使用private、protected、public三种修饰符或不用（即默认defalut）对外部对象访问该对象的属性和行为进行限制。

（2）继承是子对象可以继承父对象的属性和行为，亦即父对象拥有的属性和行为，其子对象也就拥有了这些属性和行为。这非常类似大自然中的物种遗传。

（3）多态，谈到多态就需要先提到一些词汇，如overriding（覆盖）和overload（过载）。多态则是体现在overriding（覆盖）上，而overload（过载）则不属于面向对象中多态的范畴，因为overload（过载）概念在非面向对象中也存在。

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