軟件工程導(dǎo)論 第9章 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論

1、第9章 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論 傳統(tǒng)的軟件工程方法學(xué)曾經(jīng)給軟件產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大進(jìn)步，部分地緩解了軟件危機(jī)，使用這種方法學(xué)開(kāi)發(fā)的許多中、小規(guī)模軟件項(xiàng)目都獲得了成功。但是，人們也注意到當(dāng)把這種方法學(xué)應(yīng)用于大型軟件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)，似乎很少取得成功。 在20世紀(jì)60年代后期出現(xiàn)的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言Simdla_67中首次引入了類和對(duì)象的概念，自20世紀(jì)80年代中期起，人們開(kāi)始注重面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)的研究，逐步形成了面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)。到了20世紀(jì)90年代，面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)已經(jīng)成為人們?cè)陂_(kāi)發(fā)軟件時(shí)首選的范型。面向?qū)ο蠹夹g(shù)已成為當(dāng)前最好的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)。 9.1面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)概述9.1.1 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的要點(diǎn) 面向?qū)ο蠓椒?/p>

2、學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和基本原則，是盡可能模擬人類習(xí)慣的思維方式，使開(kāi)發(fā)軟件的方法與過(guò)程盡可能接近人類認(rèn)識(shí)世界解決問(wèn)題的方法與過(guò)程，也就是使描述問(wèn)題的問(wèn)題空間(也稱為問(wèn)題域)與實(shí)現(xiàn)解法的解空間(也稱為求解域)在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。 客觀世界的問(wèn)題都是由客觀世界中的實(shí)體及實(shí)體相互間的關(guān)系構(gòu)成的。我們把客觀世界中的實(shí)體抽象為問(wèn)題域中的對(duì)象(object)。因?yàn)樗鉀Q的問(wèn)題具有特殊性，因此，對(duì)象是不固定的。一個(gè)雇員可以作為一個(gè)對(duì)象，一家公司也可以作為一個(gè)對(duì)象，到底應(yīng)該把什么抽象為對(duì)象，由所要解決的問(wèn)題決定。 從本質(zhì)上說(shuō)，用計(jì)算機(jī)解決客觀世界的問(wèn)題，是借助于某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的規(guī)定，對(duì)計(jì)算機(jī)中的實(shí)體施加某種處理，并

3、用處理結(jié)果去映射解。我們把計(jì)算機(jī)中的實(shí)體稱為解空間對(duì)象。顯然，解空間對(duì)象取決于所使用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。例如，匯編語(yǔ)言提供的對(duì)象是存儲(chǔ)單元；面向過(guò)程的高級(jí)語(yǔ)言提供的對(duì)象，是各種預(yù)定義類型的變量、數(shù)組、記錄和文件等等。一旦提供了某種解空間對(duì)象，就隱含規(guī)定了允許對(duì)該類對(duì)象施加的操作。 從動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)看，對(duì)對(duì)象施加的操作就是該對(duì)象的行為。在問(wèn)題空間中，對(duì)象的行為是極其豐富多彩的，然而解空間中的對(duì)象的行為卻是非常簡(jiǎn)單呆板的。因此，只有借助于十分復(fù)雜的算法，才能操縱解空間對(duì)象從而得到解。這就是人們常說(shuō)的“語(yǔ)義斷層”，也是長(zhǎng)期以來(lái)程序設(shè)計(jì)始終是一門學(xué)問(wèn)的原因。 通常，客觀世界中的實(shí)體既具有靜態(tài)的屬性又具有動(dòng)態(tài)的行

4、為。然而傳統(tǒng)語(yǔ)言提供的解空間對(duì)象實(shí)質(zhì)上卻僅是描述實(shí)體屬性的數(shù)據(jù)，必須在程序中從外部對(duì)它施加操作，才能模擬它的行為。 眾所周知，軟件系統(tǒng)本質(zhì)上是信息處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)和處理原本是密切相關(guān)的，把數(shù)據(jù)和處理人為地分離成兩個(gè)獨(dú)立的部分，會(huì)增加軟件開(kāi)發(fā)的難度。與傳統(tǒng)方法相反，面向?qū)ο蠓椒ㄊ且环N以數(shù)據(jù)或信息為主線，把數(shù)據(jù)和處理相結(jié)合的方法。面向?qū)ο蠓椒ò褜?duì)象作為由數(shù)據(jù)及可以施加在這些數(shù)據(jù)上的操作所構(gòu)成的統(tǒng)一體。對(duì)象與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有本質(zhì)區(qū)別，它不是被動(dòng)地等待外界對(duì)它施加操作，相反，它是進(jìn)行處理的主體。必須發(fā)消息請(qǐng)求對(duì)象主動(dòng)地執(zhí)行它的某些操作，處理它的私有數(shù)據(jù)，而不能從外界直接對(duì)它的私有數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。 面向?qū)ο蠓椒?/p>

5、學(xué)所提供的“對(duì)象”概念，是讓軟件開(kāi)發(fā)者自己定義或選取解空間對(duì)象，然后把軟件系統(tǒng)作為一系列離散的解空間對(duì)象的集合。應(yīng)該使這些解空間對(duì)象與問(wèn)題空間對(duì)象盡可能一致。這些解空間對(duì)象彼此間通過(guò)發(fā)送消息而相互作用，從而得出問(wèn)題的解。也就是說(shuō)，面向?qū)ο蠓椒ㄊ且环N新的思維方法，它不是把程序看作是工作在數(shù)據(jù)上的一系列過(guò)程或函數(shù)的集合，而是把程序看作是相互協(xié)作而又彼此獨(dú)立的對(duì)象的集合。每個(gè)對(duì)象就像一個(gè)微型程序，有自己的數(shù)據(jù)、操作、功能和目的。這樣做就向著減少語(yǔ)義斷層的方向邁了一大步，在許多系統(tǒng)中解空間對(duì)象都可以直接模擬問(wèn)題空間的對(duì)象，解空間與問(wèn)題空間的結(jié)構(gòu)十分一致，因此，這樣的程序易于理解和維護(hù)。 概括地說(shuō)，面向

6、對(duì)象方法具有下述4個(gè)要點(diǎn)： . (1)認(rèn)為客觀世界是由各種對(duì)象組成的，任何事物都是對(duì)象，復(fù)雜的對(duì)象可以由比較簡(jiǎn)單的對(duì)象以某種方式組合而成。按照這種觀點(diǎn)，可以認(rèn)為整個(gè)世界就是一個(gè)最復(fù)雜的對(duì)象。因此，面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)是由對(duì)象組成的，軟件中的任何元素都是對(duì)象，復(fù)雜的軟件對(duì)象由比較簡(jiǎn)單的對(duì)象組合而成。 由此可見(jiàn)，面向?qū)ο蠓椒ㄓ脤?duì)象分解取代了傳統(tǒng)方法的功能分解。 (2)把所有對(duì)象都劃分成各種對(duì)象類(簡(jiǎn)稱為類，class)，每個(gè)對(duì)象類都定義了一組數(shù)據(jù)和一組方法。數(shù)據(jù)用于表示對(duì)象的靜態(tài)屬性，是對(duì)象的狀態(tài)信息。因此，每當(dāng)建立該對(duì)象類的一個(gè)新實(shí)例時(shí)，就按照類中對(duì)數(shù)據(jù)的定義為這個(gè)新對(duì)象生成一組專用的數(shù)據(jù)，以便描

7、述該對(duì)象獨(dú)特的屬性值。例如，熒光屏上不同位置顯示的半徑不同的幾個(gè)圓，雖然都是Circle類的對(duì)象，但是，各自都有自己專用的數(shù)據(jù)，以便記錄各自的圓心位置、半徑等等。 類中定義的方法，是允許施加于該類對(duì)象上的操作，是該類所有對(duì)象共享的，并不需要為每個(gè)對(duì)象都復(fù)制操作的代碼。 (3)按照子類(或稱為派生類)與父類(或稱為基類)的關(guān)系，把若干個(gè)對(duì)象類組成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)(也稱為類等級(jí))。在這種層次結(jié)構(gòu)中，通常下層的派生類具有和上層的基類相同的特性(包括數(shù)據(jù)和方法)，這種現(xiàn)象稱為繼承(inheritance)。但是，如果在派生類中對(duì)某些特性又做了重新描述，則在派生類中的這些特性將以新描述為準(zhǔn)，也就是說(shuō)，

8、低層的特性將屏蔽高層的同名特性。 (4)對(duì)象彼此之間僅能通過(guò)傳遞消息互相聯(lián)系。對(duì)象與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有本質(zhì)區(qū)別，它不是被動(dòng)地等待外界對(duì)它施加操作，相反，它是進(jìn)行處理的主體，必須發(fā)消息請(qǐng)求它執(zhí)行它的某個(gè)操作，處理它的私有數(shù)據(jù)，而不能從外界直接對(duì)它的私有數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。也就是說(shuō)，一切局部于該對(duì)象的私有信息，都被封裝在該對(duì)象類的定義中，就好像裝在一個(gè)不透明的黑盒子中一樣，在外界是看不見(jiàn)的，更不能直接使用，這就是“封裝性”。 綜上所述，面向?qū)ο蟮姆椒▽W(xué)可以用下列方程來(lái)概括： 00=objects+classes+inheritance+communication with messages也就是說(shuō)，面向?qū)ο缶?/p>

9、是既使用對(duì)象又使用類和繼承等機(jī)制，而且對(duì)象之間僅能通過(guò)傳遞消息實(shí)現(xiàn)彼此通信。 如果僅使用對(duì)象和消息，則這種方法可以稱為基于對(duì)象的(object-based)方法，而不能稱為面向?qū)ο蟮姆椒?；如果進(jìn)一步要求把所有對(duì)象都劃分為類，則這種方法可稱為基于類的(class-based)方法，但仍然不是面向?qū)ο蟮姆椒?。只有同時(shí)使用對(duì)象、類、繼承和消息的方法，才是真正面向?qū)ο蟮姆椒ā?.1.2 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的優(yōu)點(diǎn)1.與人類習(xí)慣的思維方法一致 傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)技術(shù)是面向過(guò)程的設(shè)計(jì)方法，這種方法以算法為核心，把數(shù)據(jù)和過(guò)程作為相互獨(dú)立的部分，數(shù)據(jù)代表問(wèn)題空間中的客體，程序代碼則用于處理這些數(shù)據(jù)。 把數(shù)據(jù)和代碼作為分

10、離的實(shí)體，反映了計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)，因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)和程序是分開(kāi)存放的。但是，這樣做的時(shí)候總存在使用錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)調(diào)用正確的程序模塊，或使用正確的數(shù)據(jù)調(diào)用錯(cuò)誤的程序模塊的危險(xiǎn)。使數(shù)據(jù)和操作保持一致，是程序員的一個(gè)沉重負(fù)擔(dān)，在多人分工合作開(kāi)發(fā)一個(gè)大型軟件系統(tǒng)的過(guò)程中，如果負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的人中途改變了某個(gè)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)而又沒(méi)有及時(shí)通知所有人員，則會(huì)發(fā)生許多不該發(fā)生的錯(cuò)誤。 傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)技術(shù)忽略了數(shù)據(jù)和操作之間的內(nèi)在聯(lián)系，用這種方法所設(shè)計(jì)出來(lái)的軟件系統(tǒng)其解空間與問(wèn)題空間并不一致，令人感到難于理解。實(shí)際上，用計(jì)算機(jī)解決的問(wèn)題都是現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題，這些問(wèn)題無(wú)非由一些相互間存在一定聯(lián)系的事物所組成。每個(gè)具體的事

11、物都具有行為和屬性兩方面的特征。因此，把描述事物靜態(tài)屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表示事物動(dòng)態(tài)行為的操作放在一起構(gòu)成一個(gè)整體，才能完整、自然地表示客觀世界中的實(shí)體。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)以對(duì)象(object)為核心，用這種技術(shù)開(kāi)發(fā)出的軟件系統(tǒng)由對(duì)象組成。對(duì)象是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體的正確抽象，它是由描述內(nèi)部狀態(tài)表示靜態(tài)屬性的數(shù)據(jù)，以及可以對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的操作(表示對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為)，封裝在一起所構(gòu)成的統(tǒng)一體。對(duì)象之間通過(guò)傳遞消息互相聯(lián)系，以模擬現(xiàn)實(shí)世界中不同事物彼此之間的聯(lián)系。 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的面向過(guò)程的方法有本質(zhì)不同，這種方法的基本原理是，使用現(xiàn)實(shí)世界的概念抽象地思考問(wèn)題從而自然地解決問(wèn)題。它強(qiáng)調(diào)模擬現(xiàn)實(shí)世

12、界中的概念而強(qiáng)調(diào)算法，它鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)者在軟件開(kāi)發(fā)的絕大部分過(guò)程中都用應(yīng)用領(lǐng)域的概念去思考。在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法中，計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)是不重要的，現(xiàn)實(shí)世界的模型才是最重要的。面向?qū)ο蟮能浖_(kāi)發(fā)過(guò)程從始至終都圍繞著建立問(wèn)題領(lǐng)域的對(duì)象模型來(lái)進(jìn)行：對(duì)問(wèn)題領(lǐng)域進(jìn)行自然的分解，確定需要使用的對(duì)象和類，建立適當(dāng)?shù)念惖燃?jí)，在對(duì)象之間傳遞消息實(shí)現(xiàn)必要的聯(lián)系，從而按照人們習(xí)慣的思維方式建立起問(wèn)題領(lǐng)域的模型，模擬客觀世界。 傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)方法可以用“瀑布”模型來(lái)描述，這種方法強(qiáng)調(diào)自頂向下按部就班地完成軟件開(kāi)發(fā)工作。事實(shí)上，人們認(rèn)識(shí)客觀世界解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的過(guò)程，是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，人的認(rèn)識(shí)需要在繼承以前的有關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多次

13、反復(fù)才能逐步深化。在人的認(rèn)識(shí)深化過(guò)程中，既包括了從一般到特殊的演繹思維過(guò)程，也包括了從特殊到一般的歸納思維過(guò)程。人在認(rèn)識(shí)和解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)使用的最強(qiáng)有力的思維工具是抽象，也就是在處理復(fù)雜對(duì)象時(shí)，為了達(dá)到某個(gè)分析目的集中研究對(duì)象的與此目的有關(guān)的實(shí)質(zhì)，忽略該對(duì)象的那些與此目的無(wú)關(guān)的部分。 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的基本原則是按照人類習(xí)慣的思維方法建立問(wèn)題域的模型，開(kāi)發(fā)出盡可能直觀、自然地表現(xiàn)求解方法的軟件系統(tǒng)。面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)中廣泛使用的對(duì)象，是對(duì)客觀世界中實(shí)體的抽象。對(duì)象實(shí)際上是抽象數(shù)據(jù)類型的實(shí)例，提供了比較理想的數(shù)據(jù)抽象機(jī)制，同時(shí)又具有良好的過(guò)程抽象機(jī)制(通過(guò)發(fā)消息使用公有成員函數(shù))。對(duì)象類是對(duì)一組相似

14、對(duì)象的抽象，類等級(jí)中上層的類是對(duì)下層類的抽象。因此，面向?qū)ο蟮沫h(huán)境提供了強(qiáng)有力的抽象機(jī)制，便于用戶在利用計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)使用習(xí)慣的抽象思維工具。此外，面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中普遍進(jìn)行的對(duì)象分類過(guò)程，支持從特殊到一般的歸納思維過(guò)程；面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中通過(guò)建立類等級(jí)而獲得的繼承特性，支持從一般到特殊的演繹思維過(guò)程。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)為開(kāi)發(fā)者提供了隨著對(duì)某個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)逐步深入和具體化的過(guò)程，而逐步設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的可能性，因?yàn)榭梢韵仍O(shè)計(jì)出由抽象類構(gòu)成的系統(tǒng)框架，隨著認(rèn)識(shí)深入和具體化再逐步派生出更具體的派生類。這樣的開(kāi)發(fā)過(guò)程符合人們認(rèn)識(shí)客觀世界解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)逐步深化的漸進(jìn)過(guò)程。2.穩(wěn)定性好 傳

15、統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)方法以算法為核心，開(kāi)發(fā)過(guò)程基于功能分析和功能分解。用傳統(tǒng)方法所建立起來(lái)的軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊密依賴于系統(tǒng)所要完成的功能，當(dāng)功能需求發(fā)生變化時(shí)將引起軟件結(jié)構(gòu)的整體修改。事實(shí)上，用戶需求變化大部分是針對(duì)功能的，因此，這樣的軟件系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 面向?qū)ο蠓椒ɑ跇?gòu)造問(wèn)題領(lǐng)域的對(duì)象模型，以對(duì)象為中心構(gòu)造軟件系統(tǒng)。它的基本作法是用對(duì)象模擬問(wèn)題領(lǐng)域中的實(shí)體，以對(duì)象問(wèn)的聯(lián)系刻畫實(shí)體間的聯(lián)系。因?yàn)槊嫦驅(qū)ο蟮能浖到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)是根據(jù)問(wèn)題領(lǐng)域的模型建立起來(lái)的，而不是基于對(duì)系統(tǒng)應(yīng)完成的功能的分解，所以，當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的功能需求變化時(shí)并不會(huì)引起軟件結(jié)構(gòu)的整體變化，往往僅需要作一些局部性的修改。例如，從已有類派生出一些新

16、的子類以實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)充或修改，增加或刪除某些對(duì)象等。總之，由于現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體是相對(duì)穩(wěn)定的，因此，以對(duì)象為中心構(gòu)造的軟件系統(tǒng)也是比較穩(wěn)定的。3.可重用性好 用已有的零部件裝配新的產(chǎn)品，是典型的重用技術(shù)，例如，可以用已有的預(yù)制件建筑一幢結(jié)構(gòu)和外形都不同于從前的新大樓。重用是提高生產(chǎn)率的最主要的方法。 傳統(tǒng)的軟件重用技術(shù)是利用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，也就是試圖用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)中的函數(shù)作為“預(yù)制件”來(lái)建造新的軟件系統(tǒng)。但是，標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)缺乏必要的“柔性”，不能適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合的不同需要，并不是理想的可重用的軟件成分。實(shí)際的庫(kù)函數(shù)往往僅提供最基本、最常用的功能，在開(kāi)發(fā)一個(gè)新的軟件系統(tǒng)時(shí)，通常多數(shù)函數(shù)是開(kāi)發(fā)者自己編寫的，甚至

17、絕大多數(shù)函數(shù)都是新編的。 使用傳統(tǒng)方法學(xué)開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，人們認(rèn)為具有功能內(nèi)聚性的模塊是理想的模塊，也就是說(shuō)，如果一個(gè)模塊完成一個(gè)且只完成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子功能，那么這個(gè)模塊就是理想的可重用模塊?；谶@種認(rèn)識(shí)，通常盡量把標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)中的函數(shù)做成功能內(nèi)聚的。但是，即使是具有功能內(nèi)聚性的模塊也并不是自含的和獨(dú)立的，相反，它必須運(yùn)行在相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上。如果要重用這樣的模塊，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)也必須重用。如果新產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)與最初產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)不同，則要么修改數(shù)據(jù)要么修改這個(gè)模塊。 事實(shí)上，離開(kāi)了操作便無(wú)法處理數(shù)據(jù)，而脫離了數(shù)據(jù)的操作也是毫無(wú)意義的，我們應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)和操作同樣重視。在面向?qū)ο蠓椒ㄋ褂玫膶?duì)象中，數(shù)據(jù)和操作正

18、是作為平等伙伴出現(xiàn)的。因此，對(duì)象具有很強(qiáng)的自含性，此外，對(duì)象固有的封裝性和信息隱藏機(jī)制，使得對(duì)象的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)與外界隔離，具有較強(qiáng)的獨(dú)立性。由此可見(jiàn)，對(duì)象是比較理想的模塊和可重用的軟件成分。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)在利用可重用的軟件成分構(gòu)造新的軟件系統(tǒng)時(shí)，有很大的靈活性。有兩種方法可以重復(fù)使用一個(gè)對(duì)象類：一種方法是創(chuàng)建該類的實(shí)例，從而直接使用它；另一種方法是從它派生出一個(gè)滿足當(dāng)前需要的新類。繼承性機(jī)制使得子類不僅可以重用其父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序代碼，而且可以在父類代碼的基礎(chǔ)上方便地修改和擴(kuò)充，這種修改并不影響對(duì)原有類的使用。由于可以像使用集成電路(IC)構(gòu)造計(jì)算機(jī)硬件那樣，比較方便地重用對(duì)象類來(lái)構(gòu)造軟件

19、系統(tǒng)，因此，有人把對(duì)象類稱為“軟件IC”。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)所實(shí)現(xiàn)的可重用性是自然的和準(zhǔn)確的，在軟件重用技術(shù)中它是最成功的一個(gè)。關(guān)于軟件重用問(wèn)題，在第11.3節(jié)中還要詳細(xì)討論。4.較易開(kāi)發(fā)大型軟件產(chǎn)品 在開(kāi)發(fā)大型軟件產(chǎn)品時(shí)，組織開(kāi)發(fā)人員的方法不恰當(dāng)往往是出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因。用面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，構(gòu)成軟件系統(tǒng)的每個(gè)對(duì)象就像一個(gè)微型程序，有自己的數(shù)據(jù)、操作、功能和用途，因此，可以把一個(gè)大型軟件產(chǎn)品分解成一系列本質(zhì)上相互獨(dú)立的小產(chǎn)品來(lái)處理，這就不僅降低了開(kāi)發(fā)的技術(shù)難度，而且也使得對(duì)開(kāi)發(fā)工作的管理變得容易多了。這就是為什么對(duì)于大型軟件產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，面向?qū)ο蠓缎蛢?yōu)于結(jié)構(gòu)化范型的原因之一。許多軟件開(kāi)發(fā)

20、公司的經(jīng)驗(yàn)都表明，當(dāng)把面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)用于大型軟件的開(kāi)發(fā)時(shí)，軟件成本明顯地降低了，軟件的整體質(zhì)量也提高了。 5.可維護(hù)性好 用傳統(tǒng)方法和面向過(guò)程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件很難維護(hù)，是長(zhǎng)期困擾人們的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，是軟件危機(jī)的突出表現(xiàn)。 由于下述因素的存在，使得用面向?qū)ο蠓椒ㄋ_(kāi)發(fā)的軟件可維護(hù)性好： (1)面向?qū)ο蟮能浖€(wěn)定性比較好。 如前所述，當(dāng)對(duì)軟件的功能或性能的要求發(fā)生變化時(shí)，通常不會(huì)引起軟件的整體變化，往往只需對(duì)局部作一些修改。由于對(duì)軟件所需做的改動(dòng)較小且限于局部，自然比較容易實(shí)現(xiàn)。 (2)面向?qū)ο蟮能浖容^容易修改。 如前所述，類是理想的模塊機(jī)制，它的獨(dú)立性好，修改一個(gè)類通常很少會(huì)牽扯到其他類。如

21、果僅修改一個(gè)類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)部分(私有數(shù)據(jù)成員或成員函數(shù)的算法)，而不修改該類的對(duì)外接口，則可以完全不影響軟件的其他部分。 面向?qū)ο筌浖夹g(shù)特有的繼承機(jī)制，使得對(duì)軟件的修改和擴(kuò)充比較容易實(shí)現(xiàn)，通常只須從已有類派生出一些新類，無(wú)須修改軟件原有成分。 面向?qū)ο筌浖夹g(shù)的多態(tài)性機(jī)制(見(jiàn)9.2.2節(jié))，使得當(dāng)擴(kuò)充軟件功能時(shí)對(duì)原有代碼所需作的修改進(jìn)一步減少，需要增加的新代碼也比較少。 (3)面向?qū)ο蟮能浖容^容易理解。 在維護(hù)已有軟件的時(shí)候，首先需要對(duì)原有軟件與此次修改有關(guān)的部分有深入理解，才能正確地完成維護(hù)工作。傳統(tǒng)軟件之所以難于維護(hù)，在很大程度上是因?yàn)樾薷乃婕暗牟糠址稚⒃谲浖鱾€(gè)地方，需要了解的面很廣

22、，內(nèi)容很多，而且傳統(tǒng)軟件的解空間與問(wèn)題空間的結(jié)構(gòu)很不一致，更增加了理解原有軟件的難度和工作量。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)符合人們習(xí)慣的思維方式，用這種方法所建立的軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與問(wèn)題空間的結(jié)構(gòu)基本一致。因此，面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)比較容易理解。 對(duì)面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)所做的修改和擴(kuò)充，通常通過(guò)在原有類的基礎(chǔ)上派生出一些新類來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于對(duì)象類有很強(qiáng)的獨(dú)立性，當(dāng)派生新類的時(shí)候通常不需要詳細(xì)了解基類中操作的實(shí)現(xiàn)算法。因此，了解原有系統(tǒng)的工作量可以大幅度下降。 (4)易于測(cè)試和調(diào)試。 為了保證軟件質(zhì)量，對(duì)軟件進(jìn)行維護(hù)之后必須進(jìn)行必要的測(cè)試，以確保要求修改或擴(kuò)充的功能按照要求正確地實(shí)現(xiàn)了，而且沒(méi)有影響到軟件不該修改的

23、部分。如果測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，還必須通過(guò)調(diào)試改正過(guò)來(lái)。顯然，軟件是否易于測(cè)試和調(diào)試，是影響軟件可維護(hù)性的一個(gè)重要因素。對(duì)面向?qū)ο蟮能浖M(jìn)行維護(hù)，主要通過(guò)從已有類派生出一些新類來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，維護(hù)后的測(cè)試和調(diào)試工作也主要圍繞這些新派生出來(lái)的類進(jìn)行。類是獨(dú)立性很強(qiáng)的模塊，向類的實(shí)例發(fā)消息即可運(yùn)行它，觀察它是否能正確地完成要求它做的工作，對(duì)類的測(cè)試通常比較容易實(shí)現(xiàn)，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤也往往集中在類的內(nèi)部，比較容易調(diào)試。9.1.3 噴泉模型 迭代是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中普遍存在的一種內(nèi)在屬性。經(jīng)驗(yàn)表明，軟件過(guò)程各個(gè)階段之間的迭代或一個(gè)階段內(nèi)各個(gè)工作步驟之間的迭代，在面向?qū)ο蠓缎椭斜仍诮Y(jié)構(gòu)化范型中更常見(jiàn)。 一般說(shuō)來(lái)，

24、使用面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，工作重點(diǎn)應(yīng)該放在生命周期中的分析階段。這種方法在開(kāi)發(fā)的早期階段定義了一系列面向問(wèn)題的對(duì)象，并且在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中不斷充實(shí)和擴(kuò)充這些對(duì)象。由于在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中都使用統(tǒng)一的軟件概念“對(duì)象”，所有其他概念(例如功能、關(guān)系、事件等)都是圍繞對(duì)象組成的，目的是保證分析工作中得到的信息不會(huì)丟失或改變，因此，對(duì)生命周期各階段的區(qū)分自然就不重要、不明顯了。分析階段得到的對(duì)象模型也適用于設(shè)計(jì)階段和實(shí)現(xiàn)階段。由于各階段都使用統(tǒng)一的概念和表示符號(hào)，因此，整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程都是吻合一致的，或者說(shuō)是“無(wú)縫”連接的，這自然就很容易實(shí)現(xiàn)各個(gè)開(kāi)發(fā)步驟的多次反復(fù)迭代，達(dá)到認(rèn)識(shí)的逐步深化。每次反復(fù)都會(huì)增加或

25、明確一些目標(biāo)系統(tǒng)的性質(zhì)，但卻不是對(duì)先前工作結(jié)果的本質(zhì)性改動(dòng)，這樣就減少了不一致性，降低了出錯(cuò)的可能性。圖9.1所示的噴泉模型，是典型的面向?qū)ο蟮能浖^(guò)程模型。進(jìn)一步開(kāi)發(fā) 運(yùn)行狀態(tài) 集成和測(cè)試階段 編碼階段 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)階段 面向?qū)ο蠓治鲭A段 需求階段 維護(hù)期圖9.1 噴泉模型“噴泉”這個(gè)詞體現(xiàn)了面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)過(guò)程迭代和無(wú)縫的特性。圖中代表不同階段的圓圈相互重疊，這明確表示兩個(gè)活動(dòng)之間存在交迭；而面向?qū)ο蠓椒ㄔ诟拍詈捅硎痉椒ㄉ系囊恢滦?，保證了在各項(xiàng)開(kāi)發(fā)活動(dòng)之間的無(wú)縫過(guò)渡，事實(shí)上，用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)軟件時(shí)，在分析、設(shè)計(jì)和編碼等項(xiàng)開(kāi)發(fā)活動(dòng)之間并不存在明顯的邊界。圖中在一個(gè)階段內(nèi)的向下箭頭代表該階段

26、內(nèi)的迭代(或求精)。圖中較小的圓圈代表維護(hù)，圓圈較小象征著采用了面向?qū)ο蠓缎椭缶S護(hù)時(shí)間縮短了。 為避免使用噴泉模型開(kāi)發(fā)軟件時(shí)開(kāi)發(fā)過(guò)程過(guò)分無(wú)序，應(yīng)該把一個(gè)線性過(guò)程(例如，快速原型模型或圖9.1中的中心垂線)作為總目標(biāo)。但是，同時(shí)也應(yīng)該記住，面向?qū)ο蠓缎捅旧硪蠼?jīng)常對(duì)開(kāi)發(fā)活動(dòng)進(jìn)行迭代或求精。9.2面向?qū)ο蟮母拍?“對(duì)象”是面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中使用的最基本的概念，前面已經(jīng)多次用到這個(gè)概念，本節(jié)再?gòu)亩喾N角度進(jìn)一步闡述這個(gè)概念，并介紹面向?qū)ο蟮钠渌靖拍睢?.2.1 對(duì)象 在應(yīng)用領(lǐng)域中有意義的、與所要解決的問(wèn)題有關(guān)系的任何事物都可以作為對(duì)象，它既可以是具體的物理實(shí)體的抽象，也可以是人為的概念，或者是任何

27、有明確邊界和意義的東西。例如，一名職工、一家公司、一個(gè)窗口、一座圖書館、一本圖書、貸款、借款等等，都可以作為一個(gè)對(duì)象?？傊瑢?duì)象是對(duì)問(wèn)題域中某個(gè)實(shí)體的抽象，設(shè)立某個(gè)對(duì)象就反映了軟件系統(tǒng)具有保存有關(guān)它的信息并且與它進(jìn)行交互的能力。 由于客觀世界中的實(shí)體通常都既具有靜態(tài)的屬性，又具有動(dòng)態(tài)的行為，因此，面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中的對(duì)象是由描述該對(duì)象屬性的數(shù)據(jù)以及可以對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的所有操作封裝在一起構(gòu)成的統(tǒng)一體。對(duì)象可以作的操作表示它的動(dòng)態(tài)行為，在面向?qū)ο蠓治龊兔嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)中，通常把對(duì)象的操作稱為服務(wù)或方法。1.對(duì)象的形象表示為有助于讀者理解對(duì)象的概念，圖9.2形象地描繪了具有3個(gè)操作的對(duì)象。 看了圖9.2之

28、后，讀者可能會(huì)聯(lián)想到一臺(tái)錄音機(jī)。確實(shí)，可以用一臺(tái)錄音機(jī)比喻一個(gè)對(duì)象，通俗地說(shuō)明對(duì)象的某些特點(diǎn)。狀態(tài) S 操作1，2，3的實(shí)現(xiàn) 操作1 操作2 操作3 圖9.2 對(duì)象的形象表示 界 面 當(dāng)使用一臺(tái)錄音機(jī)的時(shí)候，總是通過(guò)按鍵來(lái)操作：按下“Play(放音)”鍵，則錄音帶正向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)喇叭放出錄音帶中記錄的歌曲或其他聲音；按下“Record(錄音)”鍵，則錄音帶正向轉(zhuǎn)動(dòng)，在錄音帶中錄下新的音響完成錄音機(jī)各種功能的電子線路被裝在錄音機(jī)的外殼中，人們無(wú)須了解這些電子線路的工作原理就可以隨心所欲地使用錄音機(jī)。為了使用錄音機(jī)根本沒(méi)有必要打開(kāi)外殼去觸動(dòng)殼內(nèi)的各種零部件，事實(shí)上，不是專業(yè)維修人員的一般用戶，完全不

29、允許打開(kāi)錄音機(jī)外殼。 一個(gè)對(duì)象很像一臺(tái)錄音機(jī)。當(dāng)在軟件中使用一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，只能通過(guò)對(duì)象與外界的界面來(lái)操作它。對(duì)象與外界的界面也就是該對(duì)象向公眾開(kāi)放的操作，例如，C+語(yǔ)言中對(duì)象的公有(public)成員函數(shù)。使用對(duì)象向公眾開(kāi)放的操作就好像使用錄音機(jī)的按鍵，只須知道該操作的名字(好像錄音機(jī)的按鍵名)和所需要的參數(shù)(提供附加信息或設(shè)置狀態(tài)，例如聽(tīng)錄音前先裝錄音帶并把錄音帶轉(zhuǎn)到指定位置)，根本無(wú)須知道實(shí)現(xiàn)這些操作的方法。事實(shí)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)象操作的代碼和數(shù)據(jù)是隱藏在對(duì)象內(nèi)部的，一個(gè)對(duì)象好像是一個(gè)黑盒子，表示它內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)各個(gè)操作的代碼及局部數(shù)據(jù)，都被封裝在這個(gè)黑盒子內(nèi)部，在外面是看不見(jiàn)的，更不能從

30、外面去訪問(wèn)或修改這些數(shù)據(jù)或代碼。 使用對(duì)象時(shí)只需知道它向外界提供的接口形式而無(wú)須知道它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)算法，不僅使得對(duì)象的使用變得非常簡(jiǎn)單、方便，而且具有很高的安全性和可靠性。對(duì)象內(nèi)部的數(shù)據(jù)只能通過(guò)對(duì)象的公有方法(如C+十的公有成員函數(shù))來(lái)訪問(wèn)或處理，這就保證了對(duì)這些數(shù)據(jù)的訪問(wèn)或處理，在任何時(shí)候都是使用統(tǒng)一的方法進(jìn)行的，不會(huì)像使用傳統(tǒng)的面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言那樣，由于每個(gè)使用者各自編寫自己的處理某個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)的過(guò)程而發(fā)生錯(cuò)誤。 此外，錄音機(jī)中放置的錄音帶很像一個(gè)對(duì)象中表示其內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)，當(dāng)錄音帶處于不同位置時(shí)按下"Play"鍵所放出的歌曲是不相同的，同樣，當(dāng)對(duì)象處于不同狀態(tài)時(shí)，做

31、同一個(gè)操作所得到的效果也是不同的。 2.對(duì)象的定義 目前，對(duì)對(duì)象所下的定義并不完全統(tǒng)一，人們從不同角度給出對(duì)象的不同定義。這些定義雖然形式不同，但基本含義是相同的。下面給出對(duì)象的幾個(gè)定義。 (1)定義1：對(duì)象是具有相同狀態(tài)的一組操作的集合。 這個(gè)定義主要是從面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的角度看“對(duì)象”。 (2)定義2：對(duì)象是對(duì)問(wèn)題域中某個(gè)東西的抽象，這種抽象反映了系統(tǒng)保存有關(guān)這個(gè)東西的信息或與它交互的能力。也就是說(shuō)，對(duì)象是對(duì)屬性值和操作的封裝。 這個(gè)定義著重從信息模擬的角度看待“對(duì)象”。 (3)定義3：對(duì)象：=(ID，MS，DS，MI)。其中，ID是對(duì)象的標(biāo)識(shí)或名字，MS是對(duì)象中的操作集合，DS是對(duì)象的數(shù)

32、據(jù)結(jié)構(gòu)，MI是對(duì)象受理的消息名集合(即對(duì)外接口)。 這個(gè)定義是一個(gè)形式化的定義。 總之，對(duì)象是封裝了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及可以施加在這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作的封裝體，這個(gè)封裝體有可以惟一地標(biāo)識(shí)它的名字，而且向外界提供一組服務(wù)(即公有的操作)。對(duì)象中的數(shù)據(jù)表示對(duì)象的狀態(tài)，一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)只能由該對(duì)象的操作來(lái)改變。每當(dāng)需要改變對(duì)象的狀態(tài)時(shí)，只能由其他對(duì)象向該對(duì)象發(fā)送消息。對(duì)象響應(yīng)消息時(shí)，按照消息模式找出與之匹配的方法，并執(zhí)行該方法。 從動(dòng)態(tài)角度或?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)機(jī)制來(lái)看，對(duì)象是一臺(tái)自動(dòng)機(jī)。具有內(nèi)部狀態(tài)S，操作fi(i=1，2，n)，且與操作fi對(duì)應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)為gi(I=1，2，咒)的一個(gè)對(duì)象，可以用圖9.3所示的自動(dòng)

33、機(jī)來(lái)模擬。 狀態(tài) S 狀態(tài) S 操作：,，轉(zhuǎn)換：,， 輸出 ()輸入 ， 轉(zhuǎn)換 ：新?tīng)顟B(tài)= (,) 圖9.3 用自動(dòng)機(jī)模擬對(duì)象 3.對(duì)象的特點(diǎn) 對(duì)象有如下一些基本特點(diǎn)： (1)以數(shù)據(jù)為中心。操作圍繞對(duì)其數(shù)據(jù)所需要做的處理來(lái)設(shè)置，不設(shè)置與這些數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的操作，而且操作的結(jié)果往往與當(dāng)時(shí)所處的狀態(tài)(數(shù)據(jù)的值)有關(guān)。 (2)對(duì)象是主動(dòng)的。它與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有本質(zhì)不同，不是被動(dòng)地等待對(duì)它進(jìn)行處理，相反，它是進(jìn)行處理的主體。為了完成某個(gè)操作，不能從外部直接加工它的私有數(shù)據(jù)，而是必須通過(guò)它的公有接口向?qū)ο蟀l(fā)消息，請(qǐng)求它執(zhí)行它的某個(gè)操作，處理它的私有數(shù)據(jù)。 (3)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)封裝。對(duì)象好像是一只黑盒子，它的私有數(shù)據(jù)完

34、全被封裝在盒子內(nèi)部，對(duì)外是隱藏的、不可見(jiàn)的，對(duì)私有數(shù)據(jù)的訪問(wèn)或處理只能通過(guò)公有的操作進(jìn)行。為了使用對(duì)象內(nèi)部的私有數(shù)據(jù)，只需知道數(shù)據(jù)的取值范圍(值域)和可以對(duì)該數(shù)據(jù)施加的操作(即，對(duì)象提供了哪些處理或訪問(wèn)數(shù)據(jù)的公有方法)，根本無(wú)須知道數(shù)據(jù)的具體結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)操作的算法。這也就是抽象數(shù)據(jù)類型的概念。因此，一個(gè)對(duì)象類型也可以看作是一種抽象數(shù)據(jù)類型。 (4)本質(zhì)上具有并行性。對(duì)象是描述其內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)及可以對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的全部操作的集合。不同對(duì)象各自獨(dú)立地處理自身的數(shù)據(jù)，彼此通過(guò)發(fā)消息傳遞信息完成通信。因此，本質(zhì)上具有并行工作的屬性。 (5)模塊獨(dú)立性好。對(duì)象是面向?qū)ο蟮能浖幕灸K，為了充分發(fā)揮模塊

35、化簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)工作的優(yōu)點(diǎn)，希望模塊的獨(dú)立性強(qiáng)。具體來(lái)說(shuō)，也就是要求模塊的內(nèi)聚性強(qiáng)，耦合性弱。如前所述，對(duì)象是由數(shù)據(jù)及可以對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的操作所組成的統(tǒng)一體，而且對(duì)象是以數(shù)據(jù)為中心的，操作圍繞對(duì)其數(shù)據(jù)所需做的處理來(lái)設(shè)置，沒(méi)有無(wú)關(guān)的操作。因此，對(duì)象內(nèi)部各種元素彼此結(jié)合得很緊密，內(nèi)聚性相當(dāng)強(qiáng)。由于完成對(duì)象功能所需要的元素(數(shù)據(jù)和方法)基本上都被封裝在對(duì)象內(nèi)部，它與外界的聯(lián)系自然就比較少，因此，對(duì)象之間的耦合通常比較松。9.2.2 其他概念1.類(class) 現(xiàn)實(shí)世界中存在的客觀事物有些是彼此相似的，例如，張三、李四、王五雖說(shuō)每個(gè)人職業(yè)、性格、愛(ài)好、特長(zhǎng)等等各有不同，但是，他們的基本特征是相似的，都是黃

36、皮膚、黑頭發(fā)、黑眼睛，于是人們把他們統(tǒng)稱為“中國(guó)人”。人類習(xí)慣于把有相似特征的事物歸為一類，分類是人類認(rèn)識(shí)客觀世界的基本方法。 在面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)中，“類”就是對(duì)具有相同數(shù)據(jù)和相同操作的一組相似對(duì)象的定義，也就是說(shuō)，類是對(duì)具有相同屬性和行為的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的描述，通常在這種描述中也包括對(duì)怎樣創(chuàng)建該類的新對(duì)象的說(shuō)明。 例如，一個(gè)面向?qū)ο蟮膱D形程序在屏幕左下角顯示一個(gè)半徑3cm的紅顏色的圓，在屏幕中部顯示一個(gè)半徑4cm的綠顏色的圓，在屏幕右上角顯示一個(gè)半徑1cm的黃顏色的圓。這三個(gè)圓心位置、半徑大小和顏色均不相同的圓，是三個(gè)不同的對(duì)象。但是，它們都有相同的數(shù)據(jù)(圓心坐標(biāo)、半徑、顏色)和相同的操作

37、(顯示自己、放大縮小半徑、在屏幕上移動(dòng)位置，等等)。因此，它們是同一類事物，可以用"Circle類”來(lái)定義。 以上先詳細(xì)地闡述了對(duì)象的定義，然后在此基礎(chǔ)上定義了類。也可以先定義類再定義對(duì)象，例如，可以像下面這樣定義類和對(duì)象：類是支持繼承的抽象數(shù)據(jù)類型，而對(duì)象就是類的實(shí)例。2.實(shí)例(instance) 實(shí)例就是由某個(gè)特定的類所描述的一個(gè)具體的對(duì)象。類是對(duì)具有相同屬性和行為的一組相似的對(duì)象的抽象，類在現(xiàn)實(shí)世界中并不能真正存在。在地球上并沒(méi)有抽象的“中國(guó)人”，只有一個(gè)個(gè)具體的中國(guó)人，例如，張三、李四、王五同樣，誰(shuí)也沒(méi)見(jiàn)過(guò)抽象的“圓”，只有一個(gè)個(gè)具體的圓。 實(shí)際上類是建立對(duì)象時(shí)使用的“樣板”

38、，按照這個(gè)樣板所建立的一個(gè)個(gè)具體的對(duì)象，就是類的實(shí)際例子，通常稱為實(shí)例。 當(dāng)使用“對(duì)象”這個(gè)術(shù)語(yǔ)時(shí)，既可以指一個(gè)具體的對(duì)象，也可以泛指一般的對(duì)象，但是，當(dāng)使用“實(shí)例”這個(gè)術(shù)語(yǔ)時(shí)，必然是指一個(gè)具體的對(duì)象。3.消息(message) 消息就是要求某個(gè)對(duì)象執(zhí)行在定義它的那個(gè)類中所定義的某個(gè)操作的規(guī)格說(shuō)明。通常，一個(gè)消息由下述3部分組成： ·接收消息的對(duì)象； ·消息選擇符(也稱為消息名)； ·零個(gè)或多個(gè)變?cè)?例如，MyCircle是一個(gè)半徑4cm、圓心位于(100，200)的Circle類的對(duì)象，也就是Circle類的一個(gè)實(shí)例，當(dāng)要求它以綠顏色在屏幕上顯示自己時(shí)，在C+

39、語(yǔ)言中應(yīng)該向它發(fā)下列消息： MyCircle.Show(GREEN)；其中MyCircle是接收消息的對(duì)象的名字，Show是消息選擇符(即消息名)，圓括號(hào)內(nèi)的GREEN是消息的變?cè)?。?dāng)MyCircle接收到這個(gè)消息后，將執(zhí)行在Circle類中所定義的Show操作。4.方法(method) 方法就是對(duì)象所能執(zhí)行的操作，也就是類中所定義的服務(wù)。方法描述了對(duì)象執(zhí)行操作的算法，響應(yīng)消息的方法。在C+語(yǔ)言中把方法稱為成員函數(shù)。 例如，為了Circle類的對(duì)象能夠響應(yīng)讓它在屏幕上顯示自己的消息Show(GREEN)，在Circle類中必須給出成員函數(shù)Show(int color)的定義，也就是要給出這個(gè)成

40、員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼。 5.屬性(attribute) 屬性就是類中所定義的數(shù)據(jù)，它是對(duì)客觀世界實(shí)體所具有的性質(zhì)的抽象。類的每個(gè)實(shí)例都有自己特有的屬性值。 在C+語(yǔ)言中把屬性稱為數(shù)據(jù)成員。例如，Circle類中定義的代表圓心坐標(biāo)、半徑、顏色等的數(shù)據(jù)成員，就是圓的屬性。 6.封裝(encapsulation) 從字面上理解，所謂封裝就是把某個(gè)事物包起來(lái)，使外界不知道該事物的具體內(nèi)容。 在面向?qū)ο蟮某绦蛑?，把?shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)操作的代碼集中起來(lái)放在對(duì)象內(nèi)部。一個(gè)對(duì)象好像是一個(gè)不透明的黑盒子，表示對(duì)象狀態(tài)的數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)操作的代碼與局部數(shù)據(jù)，都被封裝在黑盒子里面，從外面是看不見(jiàn)的，更不能從外面直接訪問(wèn)或修改這些數(shù)據(jù)

41、和代碼。 使用一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，只需知道它向外界提供的接口形式，無(wú)須知道它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和實(shí)現(xiàn)操作的算法。 綜上所述，對(duì)象具有封裝性的條件如下： (1)有一個(gè)清晰的邊界。所有私有數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)操作的代碼都被封裝在這個(gè)邊界內(nèi)，從外面看不見(jiàn)更不能直接訪問(wèn)。 (2)有確定的接口(即協(xié)議)。這些接口就是對(duì)象可以接受的消息，只能通過(guò)向?qū)ο蟀l(fā)送消息來(lái)使用它。 (3)受保護(hù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)對(duì)象功能的細(xì)節(jié)(私有數(shù)據(jù)和代碼)不能在定義該對(duì)象的類的范圍外訪問(wèn)。 封裝也就是信息隱藏，通過(guò)封裝對(duì)外界隱藏了對(duì)象的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。 對(duì)象類實(shí)質(zhì)上是抽象數(shù)據(jù)類型。類把數(shù)據(jù)說(shuō)明和操作說(shuō)明與數(shù)據(jù)表達(dá)和操作實(shí)現(xiàn)分離開(kāi)了，使用者只需知道它的說(shuō)明

42、(值域及可對(duì)數(shù)據(jù)施加的操作)，就可以使用它。 7.繼承(inheritance) 廣義地說(shuō)，繼承是指能夠直接獲得已有的性質(zhì)和特征，而不必重復(fù)定義它們。在面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)中，繼承是子類自動(dòng)地共享基類中定義的數(shù)據(jù)和方法的機(jī)制。面向?qū)ο筌浖夹g(shù)的許多強(qiáng)有力的功能和突出的優(yōu)點(diǎn)，都來(lái)源于把類組成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)(類等級(jí))：一個(gè)類的上層可以有父類，下層可以有子類。這種層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一個(gè)重要性質(zhì)是繼承性，一個(gè)類直接繼承其父類的全部描述(數(shù)據(jù)和操作)。為了更深入、具體地理解繼承性的含義，圖9.4描繪了實(shí)現(xiàn)繼承機(jī)制的原理。A的操作 A的變量 類A 類A A的實(shí)例變量 A的實(shí)例al 從A繼承特性 B的操作 B

43、的變量 類B:A的子類 類B 繼承來(lái)的A的實(shí)例變量B的實(shí)例變量 B的實(shí)例al 圖9.4 實(shí)現(xiàn)繼承機(jī)制的原理理 圖中以A、B兩個(gè)類為例，其中B類是從A類派生出來(lái)的子類，它除了具有自己定義的特性(數(shù)據(jù)和操作)之外，還從父類A繼承特性。當(dāng)創(chuàng)建A類的實(shí)例a1的時(shí)候，a1以A類為樣板建立實(shí)例變量(在內(nèi)存中分配所需要的空間)，但是它并不從A類中復(fù)制所定義的方法。當(dāng)創(chuàng)建B類的實(shí)例b1的時(shí)候，b1既要以B類為樣板建立實(shí)例變量，又要以A類為樣板建立實(shí)例變量b1所能執(zhí)行的操作既有B類中定義的方法，又有A類中定義的方法，這就是繼承。當(dāng)然，如果B類中又定義了和A類中同名的數(shù)據(jù)或操作，則b1僅使用B類中定義的這個(gè)數(shù)據(jù)或

44、操作，除非采用特別措施，否則A類中與之同名的數(shù)據(jù)或操作在b1中就不能使用。繼承具有傳遞性，如果類C繼承類B，類B繼承類A，則類C繼承類A。因此，一個(gè)類實(shí)際上繼承了它所在的類等級(jí)中在它上層的全部基類的所有描述，也就是說(shuō)，屬于某類的對(duì)象除了具有該類所描述的性質(zhì)外，還具有類等級(jí)中該類上層全部基類描述的一切性質(zhì)。 當(dāng)一個(gè)類只允許有一個(gè)父類時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)類等級(jí)為樹形結(jié)構(gòu)時(shí)，類的繼承是單繼承；當(dāng)允許一個(gè)類有多個(gè)父類時(shí)，類的繼承是多重繼承。多重繼承的類可以組合多個(gè)父類的性質(zhì)構(gòu)成所需要的性質(zhì)，因此功能更強(qiáng)、使用更方便；但是，使用多重繼承時(shí)要注意避免二義性。 繼承性使得相似的對(duì)象可以共享程序代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從

45、而大大減少了程序中的冗余信息。在程序執(zhí)行期間，對(duì)對(duì)象某一性質(zhì)的查找是從該對(duì)象類在類等級(jí)中所在的層次開(kāi)始，沿類等級(jí)逐層向上進(jìn)行的，并把第一個(gè)被找到的性質(zhì)作為所要的性質(zhì)。因此，低層的性質(zhì)將屏蔽高層的同名性質(zhì)。 使用從原有類派生出新的子類的辦法，使得對(duì)軟件的修改變得比過(guò)去容易得多了。當(dāng)需要擴(kuò)充原有的功能時(shí)，派生類的方法可以調(diào)用其基類的方法，并在此基礎(chǔ)上增加必要的程序代碼；當(dāng)需要完全改變?cè)胁僮鞯乃惴〞r(shí)，可以在派生類中實(shí)現(xiàn)一個(gè)與基類方法同名而算法不同的方法；當(dāng)需要增加新的功能時(shí)，可以在派生類中實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的方法。 繼承性使得用戶在開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)不必完全從零開(kāi)始，可以繼承原有的相似系統(tǒng)的功能或者從類庫(kù)

46、中選取需要的類，再派生出新的類以實(shí)現(xiàn)所需要的功能。 有了繼承性以后，還可以用把已有的一般性的解加以具體化的辦法，來(lái)達(dá)到軟件重用的目的：首先，使用抽象的類開(kāi)發(fā)出一般性問(wèn)題的解，然后，在派生類中增加少量代碼使一般性的解具體化，從而開(kāi)發(fā)出符合特定應(yīng)用需要的具體解。8.多態(tài)性(polymorphism) 多態(tài)性一詞來(lái)源于希臘語(yǔ)，意思是“有許多形態(tài)”。在面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)中，多態(tài)性是指子類對(duì)象可以像父類對(duì)象那樣使用，同樣的消息既可以發(fā)送給父類對(duì)象也可以發(fā)送給子類對(duì)象。也就是說(shuō)，在類等級(jí)的不同層次中可以共享(公用)一個(gè)行為(方法)的名字，然而不同層次中的每個(gè)類卻各自按自己的需要來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)行為。當(dāng)對(duì)象接收到

47、發(fā)送給它的消息時(shí)，根據(jù)該對(duì)象所屬于的類動(dòng)態(tài)選用在該類中定義的實(shí)現(xiàn)算法。 在C+語(yǔ)言中，多態(tài)性是通過(guò)虛函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在類等級(jí)不同層次中可以說(shuō)明名字、參數(shù)特征和返回值類型都相同的虛擬成員函數(shù)，而不同層次的類中的虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)算法各不相同。虛函數(shù)機(jī)制使得程序員能在一個(gè)類等級(jí)中使用相同函數(shù)的多個(gè)不同版本，在運(yùn)行時(shí)刻才根據(jù)接收消息的對(duì)象所屬于的類，決定到底執(zhí)行哪個(gè)特定的版本，這稱為動(dòng)態(tài)聯(lián)編，也叫滯后聯(lián)編。 多態(tài)性機(jī)制不僅增加了面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)的靈活性，進(jìn)一步減少了信息冗余，而且顯著提高了軟件的可重用性和可擴(kuò)充性。當(dāng)擴(kuò)充系統(tǒng)功能增加新的實(shí)體類型時(shí)，只須派生出與新實(shí)體類相應(yīng)的新的子類，并在新派生出的子類中定義符

48、合該類需要的虛函數(shù)，完全無(wú)須修改原有的程序代碼，甚至不需要重新編譯原有的程序(僅需編譯新派生類的源程序，再與原有程序的.OBJ文件連接)。9.重載(0verloading) 有兩種重載：函數(shù)重載是指在同一作用域內(nèi)的若干個(gè)參數(shù)特征不同的函數(shù)可以使用相同的函數(shù)名字；運(yùn)算符重載是指同一個(gè)運(yùn)算符可以施加于不同類型的操作數(shù)上面。當(dāng)然，當(dāng)參數(shù)特征不同或被操作數(shù)的類型不同時(shí)，實(shí)現(xiàn)函數(shù)的算法或運(yùn)算符的語(yǔ)義是不相同的。 在C+語(yǔ)言中函數(shù)重載是通過(guò)靜態(tài)聯(lián)編(也叫先前聯(lián)編)實(shí)現(xiàn)的，也就是在編譯時(shí)根據(jù)函數(shù)變?cè)膫€(gè)數(shù)和類型，決定到底使用函數(shù)的哪個(gè)實(shí)現(xiàn)代碼；對(duì)于重載的運(yùn)算符，同樣是在編譯時(shí)根據(jù)被操作數(shù)的類型，決定使用該算

49、符的哪種語(yǔ)義。 重載進(jìn)一步提高了面向?qū)ο笙到y(tǒng)的靈活性和可讀性。9.3面向?qū)ο蠼?眾所周知，在解決問(wèn)題之前必須首先理解所要解決的問(wèn)題。對(duì)問(wèn)題理解得越透徹，就越容易解決它。當(dāng)完全、徹底地理解了一個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，通常就已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題。 為了更好地理解問(wèn)題，人們常常采用建立問(wèn)題模型的方法。所謂模型，就是為了理解事物而對(duì)事物作出的一種抽象，是對(duì)事物的一種無(wú)歧義的書面描述。通常，模型由一組圖示符號(hào)和組織這些符號(hào)的規(guī)則組成，利用它們來(lái)定義和描述問(wèn)題域中的術(shù)語(yǔ)和概念。更進(jìn)一步講，模型是一種思考工具，利用這種工具可以把知識(shí)規(guī)范地表示出來(lái)。 模型可以幫助我們思考問(wèn)題、定義術(shù)語(yǔ)、在選擇術(shù)語(yǔ)時(shí)作出適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，并且

50、可以幫助我們保持定義和假設(shè)的一致性。 為了開(kāi)發(fā)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)分析員應(yīng)該從不同角度抽象出目標(biāo)系統(tǒng)的特性，使用精確的表示方法構(gòu)造系統(tǒng)的模型，驗(yàn)證模型是否滿足用戶對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的需求，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中逐漸把和實(shí)現(xiàn)有關(guān)的細(xì)節(jié)加進(jìn)模型中，直至最終用程序?qū)崿F(xiàn)模型。對(duì)于那些因過(guò)分復(fù)雜而不能直接理解的系統(tǒng)，特別需要建立模型，建模的目的主要是為了減少?gòu)?fù)雜性。人的頭腦每次只能處理一定數(shù)量的信息，模型通過(guò)把系統(tǒng)的重要部分分解成人的頭腦一次能處理的若干個(gè)子部分，從而減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度。 在對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行分析的初始階段，面對(duì)大量模糊的、涉及眾多專業(yè)領(lǐng)域的、錯(cuò)綜復(fù)雜的信息，系統(tǒng)分析員往往感到無(wú)從下手。模型提供了組織大量信

51、息的一種有效機(jī)制。 一旦建立起模型之后，這個(gè)模型就要經(jīng)受用戶和各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业膰?yán)格審查。由于模型的規(guī)范化和系統(tǒng)化，因此比較容易暴露出系統(tǒng)分析員對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的片面性和不一致性。通過(guò)審查，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)許多錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤是正?，F(xiàn)象，這些錯(cuò)誤可以在成為目標(biāo)系統(tǒng)中的錯(cuò)誤之前，就被預(yù)先清除掉。 通常，用戶和領(lǐng)域?qū)＜铱梢酝ㄟ^(guò)快速建立的原型親身體驗(yàn)，從而對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行更有效的審查。模型常常會(huì)經(jīng)過(guò)多次必要的修改，通過(guò)不斷改正錯(cuò)誤的或不全面的認(rèn)識(shí)，最終使軟件開(kāi)發(fā)人員對(duì)問(wèn)題有了透徹的理解，從而為后續(xù)的開(kāi)發(fā)工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 用面向?qū)ο蠓椒ǔ晒Φ亻_(kāi)發(fā)軟件的關(guān)鍵，同樣是對(duì)問(wèn)題域的理解。面向?qū)ο蠓椒ㄗ罨镜脑瓌t，是按照人

52、們習(xí)慣的思維方式，用面向?qū)ο笥^點(diǎn)建立問(wèn)題域的模型，開(kāi)發(fā)出盡可能自然地表現(xiàn)求解方法的軟件。 用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)軟件，通常需要建立3種形式的模型，它們分別是描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)象模型，描述系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型和描述系統(tǒng)功能的功能模型。這3種模型都涉及到數(shù)據(jù)、控制和操作等共同的概念，只不過(guò)每種模型描述的側(cè)重點(diǎn)不同。這3種模型從3個(gè)不同但又密切相關(guān)的角度模擬目標(biāo)系統(tǒng)，它們各自從不同側(cè)面反映了系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，綜合起來(lái)則全面地反映了對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的需求。一個(gè)典型的軟件系統(tǒng)組合了上述3方面內(nèi)容：它使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(對(duì)象模型)，執(zhí)行操作(動(dòng)態(tài)模型)，并且完成數(shù)據(jù)值的變化(功能模型)。 為了全面地理解問(wèn)題域，對(duì)任何

53、大系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，上述3種模型都是必不可少的。當(dāng)然，在不同的應(yīng)用問(wèn)題中，這3種模型的相對(duì)重要程度會(huì)有所不同，但是，用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)軟件，在任何情況下，對(duì)象模型始終都是最重要、最基本、最核心的。在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，3種模型一直都在發(fā)展、完善。在面向?qū)ο蠓治鲞^(guò)程中，構(gòu)造出完全獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用域模型；在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)過(guò)程中，把求解域的結(jié)構(gòu)逐漸加入到模型中；在實(shí)現(xiàn)階段，把應(yīng)用域和求解域的結(jié)構(gòu)都編成程序代碼并進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試驗(yàn)證。 下面分別介紹上述3種模型。 .9.4對(duì)象模型 對(duì)象模型表示靜態(tài)的、結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)”性質(zhì)。它是對(duì)模擬客觀世界實(shí)體的對(duì)象以及對(duì)象彼此間的關(guān)系的映射，描述了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。正如9.1節(jié)

54、所述，面向?qū)ο蠓椒◤?qiáng)調(diào)圍繞對(duì)象而不是圍繞功能來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)。對(duì)象模型為建立動(dòng)態(tài)模型和功能模型，提供了實(shí)質(zhì)性的框架。 在建立對(duì)象模型時(shí)，我們的目標(biāo)是從客觀世界中提煉出對(duì)具體應(yīng)用有價(jià)值的概念。 為了建立對(duì)象模型，需要定義一組圖形符號(hào)，并且規(guī)定一組組織這些符號(hào)以表示特定語(yǔ)義的規(guī)則。也就是說(shuō)，需要用適當(dāng)?shù)慕ＵZ(yǔ)言來(lái)表達(dá)模型，建模語(yǔ)言由記號(hào)(即模型中使用的符號(hào))和使用記號(hào)的規(guī)則(語(yǔ)法、語(yǔ)義和語(yǔ)用)組成。 一些著名的軟件工程專家在提出自己的面向?qū)ο蠓椒ǖ耐瑫r(shí)，也提出了自己的建模語(yǔ)言。但是，面向?qū)ο蠓椒ǖ挠脩舨⒉涣私獠煌ＵZ(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，很難在實(shí)際工作中根據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)選擇合適的建模語(yǔ)言，而且不同建模語(yǔ)言之間存在

55、的細(xì)微差別也極大地妨礙了用戶之間的交流。面向?qū)ο蠓椒òl(fā)展的現(xiàn)實(shí)，要求在精心比較不同建模語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)和總結(jié)面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，把建模語(yǔ)言統(tǒng)一起來(lái)。 曾對(duì)面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的發(fā)展做出過(guò)重要貢獻(xiàn)的Booch，Rumbaugh和Jacobson經(jīng)過(guò)合作研究，于1996年6月設(shè)計(jì)出統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML O.9。截止到1996年10月，在美國(guó)已有700多家公司表示支持采用UML作為建模語(yǔ)言，在1996年年底，UML已經(jīng)穩(wěn)定地占領(lǐng)了面向?qū)ο蠹夹g(shù)市場(chǎng)的85，成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1997年11月，國(guó)際對(duì)象管理組織OMG批準(zhǔn)把UMI1.1作為基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言。 通常，使用UML提供的類圖來(lái)建立對(duì)象模型。在UMI中術(shù)語(yǔ)“類”的實(shí)際含義是，“一個(gè)類及屬于該類的對(duì)象”。下面簡(jiǎn)要地介紹UML的類圖。9.4.1 類圖的基本符號(hào) 類圖描述類及類與類之間的靜態(tài)關(guān)系。類圖是一種靜態(tài)模型，它是創(chuàng)建其他UML圖的基礎(chǔ)。一個(gè)系統(tǒng)可以由多張類圖來(lái)描述，一個(gè)類也可以出現(xiàn)在幾張類圖中。 1.定義類 UML中類的圖形符號(hào)為長(zhǎng)方形，用兩條橫線把長(zhǎng)方形分成上、中、下3個(gè)區(qū)域(下面兩個(gè)區(qū)域可省略)，3個(gè)區(qū)域分別放類的名字、屬性和服務(wù)，如圖9.5所示。 類名是一類對(duì)象的名字。命名是否