面向?qū)ο蟪绦蚧疌++語(yǔ)言

機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言面向過(guò)程面向?qū)ο驝PU指令系統(tǒng)，由0、1序列構(gòu)成的指令碼組成如：10000000加

10010000減用助記符號(hào)描述的指令系統(tǒng)如ADDA,B面向機(jī)器的語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)被加工的過(guò)程客觀世界可以分類(lèi)，對(duì)象是類(lèi)的實(shí)例對(duì)象是數(shù)據(jù)和方法的封裝對(duì)象間通過(guò)發(fā)送和接受消息發(fā)生聯(lián)系程序設(shè)計(jì)關(guān)鍵是定義類(lèi)，并由類(lèi)派生對(duì)象1.1面向?qū)ο蠓椒ǖ钠鹪慈藗兙烷_(kāi)始尋求一種更能反映人類(lèi)解決問(wèn)題的自然方法，這就是“面向?qū)ο蟆奔夹g(shù)。50年代的程序都是用指令代碼或匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的。60年代高級(jí)語(yǔ)言的出現(xiàn)大大簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，縮短了軟件開(kāi)發(fā)周期。自60年代末到70年代初，出現(xiàn)了大型軟件系統(tǒng)，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)，這給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的問(wèn)題?？煽啃圆?，錯(cuò)誤多，且不易維護(hù)和修改-“軟件危機(jī)”。1.1面向?qū)ο蠓椒ǖ钠鹪?968年北約組織提出“軟件工程”的概念。從強(qiáng)調(diào)表達(dá)能力為重點(diǎn)轉(zhuǎn)向以結(jié)構(gòu)化和簡(jiǎn)明性為重點(diǎn)，將程序從語(yǔ)句序列轉(zhuǎn)向相互作用的模塊集合。1969年，E.W.Dijkstra首先提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的概念，他強(qiáng)調(diào)從程序結(jié)構(gòu)和風(fēng)格上來(lái)研究程序設(shè)計(jì)。用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法編寫(xiě)出來(lái)的程序不僅結(jié)構(gòu)良好，易寫(xiě)易讀，而且易于證明其正確性。

進(jìn)入80年代，由于一系列高技術(shù)的研究，如第五代計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)輔助制造CAM和知識(shí)工程等領(lǐng)域的研究都迫切要求大型的軟件系統(tǒng)作為支撐。提出對(duì)圖像、聲音、規(guī)則等非結(jié)構(gòu)化信息的管理。具有更強(qiáng)的獨(dú)立自治性，以便于大型軟件的管理、維護(hù)和重用。自80年代以來(lái)，出現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)流派，研制出了多種面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言（簡(jiǎn)稱(chēng)為OOPL：ObjectOrientedProgrammingLanguage），如Ada，Smalltalk，C++和當(dāng)前使用在Internet上的平臺(tái)無(wú)關(guān)語(yǔ)言Java等。類(lèi)本身具有很完整的封裝性，可以使用它作為編程中的模塊單元，滿足模塊獨(dú)立自治的需求。再加上繼承性和多態(tài)性，更有助于簡(jiǎn)化大型軟件和大量重復(fù)定義的模塊，增強(qiáng)了模塊的可重用性，提高了軟件的可靠性，縮短了軟件的開(kāi)發(fā)周期。1.2面向?qū)ο笫擒浖椒▽W(xué)的返樸歸真

研究的事、物、概念統(tǒng)稱(chēng)為對(duì)象Object。面向?qū)ο蟮姆椒ㄕ且詫?duì)象作為最基本元素的一種分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化方法強(qiáng)調(diào)的是功能抽象和模塊化，每個(gè)模塊都是一個(gè)過(guò)程。結(jié)構(gòu)化方法處理問(wèn)題是以過(guò)程為中心的。面向?qū)ο髲?qiáng)調(diào)的是功能抽象和數(shù)據(jù)抽象，用對(duì)象來(lái)描述事物和過(guò)程。對(duì)象包含數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)的操作，是對(duì)數(shù)據(jù)和功能的抽象和統(tǒng)一。以對(duì)象為中心的方法更自然、更直接地反映現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題空間，具有獨(dú)特的抽象性、封裝性、繼承性和多態(tài)性，能更好地適應(yīng)復(fù)雜大系統(tǒng)不斷發(fā)展與變化的要求。采用對(duì)象的觀點(diǎn)看待所要解決的問(wèn)題，并將其抽象為應(yīng)用系統(tǒng)是極其自然與簡(jiǎn)單的。軟件開(kāi)發(fā)從本質(zhì)上講就是對(duì)軟件所要處理的問(wèn)題域進(jìn)行正確的認(rèn)識(shí)，并把這種認(rèn)識(shí)正確地描述出來(lái)。直接面對(duì)問(wèn)題域中客觀存在的事物來(lái)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，這就是面向?qū)ο?。在軟件開(kāi)發(fā)中盡量采用人們?cè)谌粘Ｉ钪辛?xí)慣的思維方式和表達(dá)方式，這就是面向?qū)ο蠓椒ㄋ鶑?qiáng)調(diào)的基本原則。軟件開(kāi)發(fā)從過(guò)分專(zhuān)業(yè)化的方法、規(guī)則和技巧中回到了客觀世界，回到了人們的日常思維，所以說(shuō)面向?qū)ο蠓椒ㄊ擒浖椒▽W(xué)的返樸歸真。1.3結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

1.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法+程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言+語(yǔ)言環(huán)境

1.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法

自頂向下、逐步細(xì)化：結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的主要思想是功能分解并逐步求精。這種方法叫“自頂向下，逐步細(xì)化”。模塊化設(shè)計(jì)：這個(gè)過(guò)程采用自頂向下方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法可以解決人腦思維能力的局限性和所處理問(wèn)題的復(fù)雜性之間的矛盾。結(jié)構(gòu)化編碼：在設(shè)計(jì)好一個(gè)結(jié)構(gòu)化的算法之后，還要善于進(jìn)行結(jié)構(gòu)化編碼。即用高級(jí)語(yǔ)言語(yǔ)句正確地實(shí)現(xiàn)順序、選擇、循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)。2.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)—程序設(shè)計(jì)的新思維面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)采用了數(shù)據(jù)抽象和信息隱藏技術(shù)。它將對(duì)象及對(duì)對(duì)象的操作抽象成一種新的數(shù)據(jù)類(lèi)型類(lèi)，并且考慮不同對(duì)象之間的聯(lián)系和對(duì)象所在類(lèi)的重要性。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)有希望解決軟件工程的兩個(gè)主要的問(wèn)題——軟件復(fù)雜性控制和軟件生產(chǎn)率的提高，此外它還符合人類(lèi)的思維習(xí)慣，能夠自然地表現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體和問(wèn)題，它對(duì)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程具有重要的意義。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)能支持的軟件開(kāi)發(fā)策略有：(1)編寫(xiě)可重用代碼；(2)編寫(xiě)可維護(hù)的代碼；(3)共享代碼；(4)精減已有的代碼。

1.對(duì)象：是計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的一塊區(qū)域，通過(guò)將內(nèi)存分塊，每個(gè)模塊（即對(duì)象）在功能上相互之間保持相對(duì)獨(dú)立。當(dāng)對(duì)象的一個(gè)成員函數(shù)被調(diào)用時(shí)，對(duì)象執(zhí)行其內(nèi)部的代碼來(lái)響應(yīng)這個(gè)調(diào)用，這使對(duì)象呈現(xiàn)出一定的行為。行為及其結(jié)果就是該對(duì)象的功能。2.面向?qū)ο螅菏且环N認(rèn)識(shí)世界的方法也是一種程序設(shè)計(jì)方法。面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)認(rèn)為，客觀世界是由各種各樣的實(shí)體，也就是對(duì)象組成的。每種對(duì)象都有自己的內(nèi)部狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不同對(duì)象間的相互聯(lián)系和相互作用就構(gòu)成了各種不同的系統(tǒng)，并進(jìn)而構(gòu)成整個(gè)客觀世界。按照這樣的思想設(shè)計(jì)程序，就是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)?！懊嫦?qū)ο蟆辈粌H僅作為一種技術(shù)、更作為一種方法貫穿于軟件設(shè)計(jì)的各個(gè)階段。3.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)：是在面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的質(zhì)的飛躍。面向?qū)ο蠓椒ǖ漠a(chǎn)生，是計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的要求。面向?qū)ο蟮募夹g(shù)在系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)及多媒體應(yīng)用等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。

2.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)OOP程序=對(duì)象+對(duì)象+…+對(duì)象對(duì)象=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言+語(yǔ)言環(huán)境1.4面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

和面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性1.4.1面向?qū)ο蟮幕靖拍?.對(duì)象(object)(1)具有唯一標(biāo)識(shí)名，可以區(qū)別于其他對(duì)象。(2)具有一個(gè)狀態(tài)，由與其相關(guān)聯(lián)的屬性值集合所表征。(3)有一組操作方法即服務(wù)，每個(gè)操作決定對(duì)象的一種行為。(4)一個(gè)對(duì)象的成員仍可以是一個(gè)對(duì)象。(5)模塊獨(dú)立性。(6)動(dòng)態(tài)連接性(7)易維護(hù)性

從邏輯上看，一個(gè)對(duì)象是獨(dú)立存在的模塊。模塊內(nèi)部狀態(tài)不因外界的干擾而改變，也不會(huì)涉及到其他模塊；模塊間的依賴(lài)性極小或幾乎沒(méi)有；各模塊可獨(dú)立地被系統(tǒng)所組合選用，也可被程序員重用，不必?fù)?dān)心破壞其他模塊?？陀^世界中的對(duì)象之間是有聯(lián)系的，在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，通過(guò)消息機(jī)制，把對(duì)象之間動(dòng)態(tài)連接在一起，使整個(gè)機(jī)體運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，便稱(chēng)為對(duì)象的連接性。有一組操作（服務(wù)），每一個(gè)操作決定對(duì)象的一種功能或行為。2.類(lèi)(class)

在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，并不是將各個(gè)具體的對(duì)象都進(jìn)行描述，而是忽略其非本質(zhì)的特性，找出其共性，將對(duì)象劃分成不同的類(lèi)，這一過(guò)程為抽象過(guò)程。類(lèi)是對(duì)象的抽象及描述，是具有共同屬性和操作的多個(gè)對(duì)象的相似特性的統(tǒng)一描述體。在類(lèi)的描述中，每個(gè)類(lèi)要有一個(gè)名字標(biāo)識(shí)，用以表示一組對(duì)象的共同特征。類(lèi)中的每個(gè)對(duì)象都是該類(lèi)的實(shí)例。類(lèi)提供了完整的解決特定問(wèn)題的能力，因?yàn)轭?lèi)描述了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（對(duì)象屬性）、算法（服務(wù)、方法）和外部接口（消息協(xié)議），是一種用戶自定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型。

3.消息(message)

消息是面向?qū)ο笙到y(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)象間的通信和請(qǐng)求任務(wù)的操作，是要求某個(gè)對(duì)象執(zhí)行其中某個(gè)功能操作的規(guī)格說(shuō)明。發(fā)送消息的對(duì)象稱(chēng)為發(fā)送者，接受消息的對(duì)象稱(chēng)為接收者。消息具有三個(gè)性質(zhì)：(1)同一對(duì)象可接收不同形式的多個(gè)消息，產(chǎn)生不同的響應(yīng)；(2)相同形式的消息可以送給不同對(duì)象，所做出的響應(yīng)可以是截然不同的；(3)消息的發(fā)送可以不考慮具體的接收者，對(duì)象可以響應(yīng)消息，也可以對(duì)消息不予理會(huì)，對(duì)消息的響應(yīng)并不是必須的。

對(duì)象之間傳送的消息一般由三部分組成：接受對(duì)象名、調(diào)用操作名和必要的參數(shù)。在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，消息分為兩類(lèi)：公有消息和私有消息。假設(shè)有一批消息發(fā)向同一個(gè)對(duì)象，其中一部分消息是由其他對(duì)象直接向它發(fā)送的，稱(chēng)為公有（public）消息；另一部分消息是它向自己發(fā)送的，稱(chēng)為私有（private）消息。4.方法（method）方法就是對(duì)象所能執(zhí)行的操作。方法包括界面和方法體兩部分。方法的界面就是消息的模式，它給出了方法的調(diào)用協(xié)議；方法體則是實(shí)現(xiàn)某種操作的一系列計(jì)算步驟，也就是一段程序。消息和方法的關(guān)系是：對(duì)象根據(jù)接收到的消息，調(diào)用相應(yīng)的方法；反過(guò)來(lái)，有了方法，對(duì)象才能響應(yīng)相應(yīng)的消息。所以消息模式與方法界面應(yīng)該是一致的。同時(shí)，只要方法界面保持不變，方法體的改動(dòng)不會(huì)影響方法的調(diào)用。在C++語(yǔ)言中方法是通過(guò)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，稱(chēng)為成員函數(shù)。

1.4.2面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性（1）抽象性抽象是一種從一般的觀點(diǎn)看待事物的方法，它要求程序員集中于事物的本質(zhì)特征，而不是具體細(xì)節(jié)或具體實(shí)現(xiàn)。類(lèi)的概念來(lái)自人們認(rèn)識(shí)自然、認(rèn)識(shí)社會(huì)的過(guò)程。在這一過(guò)程中，人們主要使用兩種方法：從特殊到一般的歸納法和從一般到特殊的演繹法。在歸納的過(guò)程中，我們從一個(gè)個(gè)具體的事物中把共同的特征抽取出來(lái)，形成一個(gè)一般的概念，這就是“歸類(lèi)”；在演繹的過(guò)程中，我們又把同類(lèi)的事物，根據(jù)不同的特征分成不同的小類(lèi)，這就是“分類(lèi)”。對(duì)于一個(gè)具體的類(lèi)，它有許多具體的個(gè)體，我們稱(chēng)這些個(gè)體叫做“對(duì)象”。所謂數(shù)據(jù)封裝就是指一組數(shù)據(jù)和與這組數(shù)據(jù)有關(guān)的操作集合組裝在一起，形成一個(gè)能動(dòng)的實(shí)體，也就是對(duì)象。數(shù)據(jù)封裝就是給數(shù)據(jù)提供了與外界聯(lián)系的標(biāo)準(zhǔn)接口，無(wú)論是誰(shuí)，只有通過(guò)這些接口，使用規(guī)范的方式，才能訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)封裝是軟件工程發(fā)展的必然產(chǎn)物，使得程序員在設(shè)計(jì)程序時(shí)可以專(zhuān)注于自己的對(duì)象，同時(shí)也切斷了不同模塊之間數(shù)據(jù)的非法使用，減少了出錯(cuò)的可能性。(2)封裝性

從已有的對(duì)象類(lèi)型出發(fā)建立一種新的對(duì)象類(lèi)型，使它繼承原對(duì)象的特點(diǎn)和功能，這種思想是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法的主要貢獻(xiàn)。繼承是對(duì)許多問(wèn)題中分層特性的一種自然描述，因而也是類(lèi)的具體化和被重新利用的一種手段，它所表達(dá)的就是一種對(duì)象類(lèi)之間的相交關(guān)系。它使得某類(lèi)對(duì)象可以繼承另外一類(lèi)對(duì)象的特征和能力。繼承所具有的作用有兩個(gè)方面：一方面可以減少代碼冗余；另一方面可以通過(guò)協(xié)調(diào)性來(lái)減少相互之間的接口和界面。

從繼承源上劃分繼承可分為單繼承（單一繼承）和多繼承（多重繼承）。

從繼承內(nèi)容上繼承可分為取代繼承、包含繼承、受限繼承、特化繼承。（3）繼承性(1)取代繼承：例如一個(gè)徒弟從其師傅那里學(xué)到師傅的所有技術(shù)，則在任何需要師傅的地方都可以由徒弟來(lái)代替。

(2)包含繼承：例如交通工具是一類(lèi)對(duì)象，汽車(chē)是一種特殊的交通工具。汽車(chē)具有了交通工具的所有特征，任何一輛汽車(chē)都是一種交通工具，這便是包含繼承，即交通工具包含了汽車(chē)的所有特征。

(3)受限繼承：例如鴕鳥(niǎo)是一種特殊的鳥(niǎo)，它不能繼承鳥(niǎo)會(huì)飛的特征。

(4)特化繼承：例如教師是一類(lèi)特殊的人，他們比一般人具有更多的特有信息，這就是特化繼承。4．多態(tài)性(polymorphism)不同的對(duì)象接收到相同的消息時(shí)產(chǎn)生多種完全不同的行為的現(xiàn)象稱(chēng)為多態(tài)性。C++語(yǔ)言支持兩種多態(tài)性即編譯時(shí)的多態(tài)性和運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性。編譯時(shí)的多態(tài)性通過(guò)重載函數(shù)實(shí)現(xiàn)，而運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性通過(guò)虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)。使用多態(tài)性可以大大提高了我們解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。1.5面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言的四大家族(1)LISP家族LISP是50年代開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種語(yǔ)言，它以表處理為特色，是一種人工智能語(yǔ)言，70年代以來(lái)，在LISP基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了很多LISP家族的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。(2)SimulaSimula語(yǔ)言是60年代開(kāi)發(fā)出來(lái)的，在Simula中引入了幾個(gè)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言中最重要的概念和特性，即數(shù)據(jù)抽象、類(lèi)和繼承性機(jī)制。(3)SmalltalkSmalltalk是第一個(gè)真正的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，它體現(xiàn)了純粹的OOP設(shè)計(jì)思想，是最純的OOP語(yǔ)言。它起源于Simula語(yǔ)言。盡管Smalltalk不斷完善，但在那個(gè)時(shí)期，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言并沒(méi)有得到廣泛的重視，程序設(shè)計(jì)的主流是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。

(4)C家族在19世紀(jì)80年代，C語(yǔ)言成為一種極其流行、應(yīng)用非常廣泛的語(yǔ)言。C++是在C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充，并增加了類(lèi)似Smalltalk語(yǔ)言中相應(yīng)的對(duì)象機(jī)制。它將“類(lèi)”看作是用戶定義類(lèi)型，使其擴(kuò)充比較自然。C++以其高效的執(zhí)行效率贏得了廣大程序設(shè)計(jì)員的青睞是一種混合型的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，由于它的出現(xiàn)，才使面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言越來(lái)越得到重視和廣泛的應(yīng)用。面向?qū)ο笳Z(yǔ)言可以分為兩大類(lèi)，純粹的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言和混合型的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。在純粹的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中，幾乎所有的語(yǔ)言成分都是“對(duì)象”，這類(lèi)語(yǔ)言強(qiáng)調(diào)開(kāi)發(fā)快速原型的能力；而混合型的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，是在傳統(tǒng)的過(guò)程化語(yǔ)言中加入了各種面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言機(jī)制，它所強(qiáng)調(diào)的是運(yùn)行效率。真正的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言提供了特定的語(yǔ)法成分來(lái)保證和支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，并且提供了繼承性、多態(tài)性和動(dòng)態(tài)鏈接機(jī)制，使得類(lèi)和類(lèi)庫(kù)成為可重用的模塊。1.6面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)開(kāi)發(fā)方法面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法可分為四個(gè)階段：(1)系統(tǒng)調(diào)查和需求分析。即對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)將要實(shí)現(xiàn)的功能以及用戶對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需求進(jìn)行調(diào)查研究。這是所有開(kāi)發(fā)方法都必須進(jìn)行的。(2)分析問(wèn)題的性質(zhì)和求解問(wèn)題。在繁雜的問(wèn)題域中抽象地識(shí)別出對(duì)象及其行為、結(jié)構(gòu)、屬性