第一章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)概論

第一章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)概述主講：杜來(lái)紅dulaihong@126.com管理學(xué)院信息與物流管理系1.1程序設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展1.1.1程序設(shè)計(jì)方法的提出背景回首計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展速度始終滯后于計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，它已經(jīng)成為制約計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展的瓶頸。究其原因可能有很多方面，但下面兩點(diǎn)不容忽視:軟件產(chǎn)業(yè)的個(gè)體化受限于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言1.1.2程序設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展

1面向機(jī)器的語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言是硬件邏輯設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的機(jī)器指令的集合，也就是由硬件所能實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)義序列集合。其表現(xiàn)形式為能被機(jī)器直接接收的二進(jìn)制代碼序列。匯編語(yǔ)言是機(jī)器語(yǔ)言的直接符號(hào)映射。它用人類能夠理解的助記符號(hào)來(lái)表示機(jī)器指令、寄存器、存儲(chǔ)器地址等物理概念，以提高程序的可讀性。早期的計(jì)算機(jī)應(yīng)用以問(wèn)題求解為主要目標(biāo)，算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是程序設(shè)計(jì)活動(dòng)的焦點(diǎn)。注重追求算法的效率，并不特別注意算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的依賴關(guān)系，算法和數(shù)據(jù)處于相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)。2面向問(wèn)題的語(yǔ)言FORTRAN語(yǔ)言，引入了程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中程序控制結(jié)構(gòu)、符號(hào)命名機(jī)制等一些最重要的基本概念。例如：命名子程序、變量作為存儲(chǔ)單元的抽象以及數(shù)組的概念等。隨著編譯技術(shù)的突破,產(chǎn)生的高級(jí)語(yǔ)言用接近人類習(xí)慣的自然語(yǔ)言或數(shù)學(xué)語(yǔ)言表達(dá)問(wèn)題、編制程序。模塊化程序設(shè)計(jì)FORTRAN語(yǔ)言引入了獨(dú)立編譯的模塊和可重用子程序庫(kù)的概念，該技術(shù)后來(lái)被稱為模塊化程序設(shè)計(jì)。模塊化的思想是將應(yīng)用程序劃分若干個(gè)規(guī)模適度的模塊，每個(gè)模塊獨(dú)立命名、獨(dú)立編譯，最后通過(guò)連接程序形成可使用的應(yīng)用程序。3面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)

研究證明，僅用順序，分支，循環(huán)三種基本控制結(jié)構(gòu)就能構(gòu)造出任何單入口、單出口的程序塊。此研究結(jié)果與模塊化的概念相結(jié)合，形成了采用自頂向下、逐步求精的設(shè)計(jì)步驟和單入口單出口基本控制結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。Pascal語(yǔ)言和C語(yǔ)言都是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。同時(shí)也是過(guò)程化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。

Pascal語(yǔ)言用過(guò)程來(lái)組織程序。

C語(yǔ)言用函數(shù)來(lái)組織程序。過(guò)程(Procedure)和函數(shù)(Function)是子程序的兩種具體形式。區(qū)別是過(guò)程沒(méi)有返回值。函數(shù)有且只有一個(gè)返回值。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的研究中有一個(gè)重要的結(jié)論，表示為公式：程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)算法對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的依賴性，體現(xiàn)了一種以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為中心的觀念。4面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法繼承了結(jié)構(gòu)化、過(guò)程化、模塊化等方法的所有積極成分，創(chuàng)造性地引入了“對(duì)象”這一構(gòu)建程序的基本構(gòu)件。對(duì)象是由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作或運(yùn)算封裝而成的一個(gè)整體。封裝使得算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)系由算法對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單方面的依賴變成了相互依存的關(guān)系。在面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)中，一個(gè)個(gè)不同類型的對(duì)象相互作用，自底向上構(gòu)建起整個(gè)程序系統(tǒng)。它以

“對(duì)象=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法， 程序=對(duì)象+對(duì)象…+對(duì)象”取代了“程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法”的傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)模式。因而引起了一場(chǎng)程序設(shè)計(jì)觀念的革命。面向?qū)ο蠓椒ú捎脭?shù)據(jù)抽象與隱藏、層次結(jié)構(gòu)體系，動(dòng)態(tài)綁定等概念和措施，提供一種模擬人類認(rèn)知方式的軟件系統(tǒng)建模方法，帶來(lái)了系統(tǒng)的安全性、可擴(kuò)充性、代碼重用、易維護(hù)等期待的特性。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法是指用面向?qū)ο蟮姆椒ㄖ笇?dǎo)程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。面向?qū)ο笫侵敢詫?duì)象為中心，分析、設(shè)計(jì)及構(gòu)造應(yīng)用程序的機(jī)制。1.1.3OOPL的來(lái)源與發(fā)展OOPL（ObjectOrientedProgrammingLanguage

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言）20世紀(jì)60年代,由挪威計(jì)算中心OleDahl和KrystenNygaard主持開發(fā)的Simula67

被公認(rèn)為是面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的先驅(qū)。20世紀(jì)70年代，由美國(guó)國(guó)防部資助開發(fā)的Ada語(yǔ)言，以它對(duì)抽象數(shù)據(jù)類型的支持，而在面向?qū)ο笳Z(yǔ)言發(fā)展中占有重要地位。Simula67和Ada被看作是OOPL的兩個(gè)直接的“祖先”，一個(gè)引入“模擬”，一個(gè)引入“抽象”。

20世紀(jì)70年代到80年代,美國(guó)Xerox公司，PaloAlto研究中心（PARC）的AlanKay,AdaleGoldberg和DanIngans等人主持開發(fā)的Smalltalk語(yǔ)言正式使用了“面向?qū)ο蟆边@個(gè)術(shù)語(yǔ)。它的問(wèn)世標(biāo)志著面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法的正式形成。

1981年推出的Smalltalk-80是Smalltalk語(yǔ)言最完善的版本。它是第一個(gè)能夠?qū)嶋H應(yīng)用的純的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。在Smalltalk-80中類和對(duì)象不僅僅是語(yǔ)言成分，而且是交互式程序設(shè)計(jì)環(huán)境的組成部分。80年代中期，Simula67、Smalltalk-80等語(yǔ)言的影響僅僅局限在學(xué)術(shù)界。面向?qū)ο笳Z(yǔ)言對(duì)計(jì)算平臺(tái)的特殊要求使這些語(yǔ)言難于被軟件開發(fā)商和程序員接受。貝爾實(shí)驗(yàn)室的BjarneStroustrup及其研究小組在當(dāng)時(shí)最受歡迎的C語(yǔ)言基礎(chǔ)上開發(fā)的C++語(yǔ)言，引入了對(duì)面向?qū)ο蟾拍畹闹С帧++語(yǔ)言以其與C語(yǔ)言兼容、高運(yùn)行效率等優(yōu)良特性，使面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)受到軟件工業(yè)界的廣泛關(guān)注，使之進(jìn)入一個(gè)全面發(fā)展的時(shí)期。盡管C++只能算作一種混合式面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。但是正是由于大量C程序員通過(guò)C++的幫助才迅速掌握了面向?qū)ο蟮母拍詈头椒ǎ娲龠M(jìn)了面向?qū)ο蠹夹g(shù)的應(yīng)用，從而使C++成為最有影響的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，甚至許多人把C++當(dāng)作面向?qū)ο蟮拇~。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的流行進(jìn)一步促進(jìn)了面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的繁榮。90年代涌現(xiàn)出了一大批實(shí)用的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，如ObjectPascal、Eiffel、Java等等。Java語(yǔ)言是由SunMicrosystem公司推出的一種純面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。Java從C++語(yǔ)言中繼承了大量的語(yǔ)言成分，拋棄了C++語(yǔ)言中冗余的和容易引起問(wèn)題的功能，它將面向?qū)ο?、平臺(tái)無(wú)關(guān)性、穩(wěn)定性、安全性等集于一身，提供了一個(gè)良好的程序設(shè)計(jì)環(huán)境，因而成為適合于分布式計(jì)算的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。

Java語(yǔ)言于90年代中期的迅速流行與它定位于當(dāng)時(shí)迅速發(fā)展的Internet的WWW應(yīng)用開發(fā)有關(guān)。展示了面向?qū)ο蠹夹g(shù)與分布式計(jì)算結(jié)合的重大前景。后面向?qū)ο髸r(shí)代的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言:C++,Java

腳本語(yǔ)言:JavaScript,VBScript

標(biāo)記語(yǔ)言:SGML,HTML,XML

樣式語(yǔ)言:CSS,XSL

建模語(yǔ)言:UML1.2程序設(shè)計(jì)方法兩種發(fā)展最成熟、應(yīng)用最廣泛的程序設(shè)計(jì)方法：

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法（從系統(tǒng)的功能入手，可重用性、穩(wěn)定性不高）

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法（數(shù)據(jù)為中心而不是以服務(wù)（功能）為中心來(lái)描述系統(tǒng)，可重用性高，穩(wěn)定性強(qiáng)）程序設(shè)計(jì)方法:指導(dǎo)程序設(shè)計(jì)工作的思想方法,包括程序設(shè)計(jì)原理和所遵循的原則,幫助設(shè)計(jì)者從不同的角度描述問(wèn)題域。1.2.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法自頂向下、逐步求精的開發(fā)方法模塊化的組織方式結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)句結(jié)構(gòu)自頂向下、逐步求精將編寫程序看成是一個(gè)逐步演化的過(guò)程。自頂向下是指將分析問(wèn)題的過(guò)程劃分成若干個(gè)層次，每一個(gè)新的層次都是上一個(gè)層次的細(xì)化，即步步深入，逐層細(xì)分。

模塊化將整個(gè)系統(tǒng)分解成若干個(gè)模塊，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)特定的功能，最終的系統(tǒng)將由這些模塊組裝而成。模塊之間通過(guò)接口傳遞信息，力求模塊具有良好的獨(dú)立性。語(yǔ)句結(jié)構(gòu)化ABTAB順序結(jié)構(gòu)分支結(jié)構(gòu)YNATYNATYNwhile循環(huán)結(jié)構(gòu)do循環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)程序設(shè)計(jì)＝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)＋算法程序內(nèi)容＝過(guò)程＋過(guò)程調(diào)用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本過(guò)程軟件開發(fā)的基本過(guò)程：需求分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)維護(hù)當(dāng)結(jié)構(gòu)化思想貫穿于每個(gè)過(guò)程時(shí)，其基本過(guò)程：分解和組裝MM1M2M3M4Mn……M31M32M33分解過(guò)程組裝過(guò)程1.2.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法1面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的產(chǎn)生背景：結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)1.審視問(wèn)題域的視角操作客體2.抽象級(jí)別過(guò)程抽象（低）數(shù)據(jù)抽象（高）3.封裝體功能模塊類/對(duì)象4.可重用性模塊構(gòu)件2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法對(duì)象

（object）——現(xiàn)實(shí)世界中的一個(gè)實(shí)體可以把真實(shí)世界當(dāng)作是由許多大小不同的對(duì)象所組成的。對(duì)象可以是有生命的個(gè)體，比如一個(gè)人或一只鳥。對(duì)象也可以是無(wú)生命的個(gè)體，比如一輛汽車或一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

對(duì)象也可以是一件抽象的事物，如天氣或鼠標(biāo)所產(chǎn)生的事件。

對(duì)象的特征對(duì)象有兩個(gè)特征：屬性（狀態(tài)）和行為。例如：人有身高或體重等屬性，并有行為——如唱歌、打球、學(xué)習(xí)、思考等。狗有顏色，大小等狀態(tài)，也有行為，如吠叫或跳躍。而在程序設(shè)計(jì)中，軟件對(duì)象的概念由真實(shí)世界對(duì)象而來(lái)。軟件對(duì)象將狀態(tài)保存在變量（variables）或稱數(shù)據(jù)字段（datafield）里。而行為則借助方法（methods）為工具來(lái)實(shí)現(xiàn)

。數(shù)據(jù)字段（狀態(tài)）datafield1datafieldnmethod1methodn方法（行為）對(duì)象具有5個(gè)基本特性：自治性，指對(duì)象具有一定的獨(dú)立操作能力；封閉性，指對(duì)象具有信息隱蔽的能力；通信性，指對(duì)象具有與其他對(duì)象通信的能力；被動(dòng)性，指對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)換需由外界刺激引發(fā)；暫存性，指對(duì)象的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建與消亡。在真實(shí)世界里，有許多同“種類”的對(duì)象。而這些同“種類”的對(duì)象可被歸類為一個(gè)“類”。例如可將世界上所有的動(dòng)物歸為動(dòng)物類，所有的汽車歸類為汽車類。動(dòng)物類汽車類類——是一組具有相同屬性特征的對(duì)象的抽象描述(抽象的概念)。類具有層次關(guān)系類之間存在的三種關(guān)系：泛化、關(guān)聯(lián)、聚合汽車類（class)實(shí)例（instance)NEW你的車類與對(duì)象的關(guān)系：類是對(duì)象的抽象對(duì)象是類的實(shí)例學(xué)生類：類對(duì)象的屬性：學(xué)號(hào)專業(yè)性別身高體重類對(duì)象的功能：回答學(xué)號(hào)回答專業(yè)回答性別回答身高回答體重體重變化修理電器開車

自身所承受的操作施加于其他對(duì)象的操作學(xué)生對(duì)象：屬性：學(xué)號(hào)：0410430129

專業(yè)：信息管理性別：男身高：175cm

體重:65kg對(duì)象的功能：回答學(xué)號(hào)回答專業(yè)回答性別回答身高回答體重體重變化修理電器開車賦具體值對(duì)象類的實(shí)例clclassStudent{

intNo;//學(xué)號(hào)

Stringname;//姓名

Datebirth;//出生年月日

floatscore;//學(xué)習(xí)成績(jī)

staticfloatsalary=80;//每月補(bǔ)貼

Student(){} Student(intNo,Stringstr,Datedate,score) {

this.No=No;name=newString(str); birth=newDate(date); this.score=score; } intgetNo(){returnNo;} voidsetScore(floatnum){score=num;}StringgetName(){returnname;}

staticvoidaddSalary(){salary+=50;}}0310430240張平1985年8月8日98賦具體值對(duì)象Datedate=newDate(1985,8,8);Studentstu=newStudent(0310430240,“張平”,date,98);類的實(shí)例面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)具有的特征所有待處理的內(nèi)容都表示成對(duì)象；對(duì)象間依靠相互發(fā)送消息或響應(yīng)消息實(shí)現(xiàn)通信；每個(gè)對(duì)象都有自己的惟一標(biāo)識(shí)，以便區(qū)別屬于同一個(gè)類的不同對(duì)象；對(duì)象一定屬于某個(gè)類，將這個(gè)對(duì)象稱為所屬類的一個(gè)實(shí)例；類是將具有共同屬性的對(duì)象進(jìn)行抽象的結(jié)果，它可以具有層次關(guān)系，即一個(gè)類既可以通過(guò)繼承其他類而來(lái)，也可以被其他類繼承。為什么需要面向?qū)ο蠓椒?現(xiàn)實(shí)世界是由客體（客觀存在的對(duì)象實(shí)體及主觀抽象的概念）組成的。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法追求軟件系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的直接模擬，盡量實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)實(shí)世界中的事物直接映射到軟件系統(tǒng)的解空間中。1.3面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法的四個(gè)特性

抽象性封裝性繼承性多態(tài)性1.抽象抽象是指從許多事物中，舍棄個(gè)別的、非本質(zhì)的屬性，抽取出共同的、本質(zhì)的屬性。抽象包括過(guò)程抽象和數(shù)據(jù)抽象。過(guò)程抽象是指功能抽象，即舍棄個(gè)別的功能，抽取共同擁有的功能

數(shù)據(jù)抽象是一種更高級(jí)別的抽象方法，它將現(xiàn)實(shí)世界中存在的客體作為抽象單元，其抽象內(nèi)容既包括客體的屬性特征，也包括行為特征，它是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)所采用的核心方法。將對(duì)象的屬性和行為分別用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法描述，并將它們綁定在一起形成一個(gè)可供訪問(wèn)的基本邏輯單元。（通過(guò)訪問(wèn)屬性限制對(duì)對(duì)象屬性的操作）2.封裝屬性行為1行為2行為3行為4行為5行為6行為8行為7指一個(gè)類的定義可以基于另外一個(gè)已經(jīng)存在的類，即子類基于父類，從而實(shí)現(xiàn)父類代碼的重用。3.繼承

子類繼承部分個(gè)性部分父類共性部分汽車類轎車巴士計(jì)程車4.多態(tài)性不同的類對(duì)象收到同一個(gè)消息可以產(chǎn)生完全不同的響應(yīng)效果，這種現(xiàn)象叫做多態(tài)。哺乳動(dòng)物

狗

貓鴨子

Sound()消息多態(tài)性依托于繼承性消息與消息傳遞消息是一個(gè)對(duì)象要求另一個(gè)對(duì)象實(shí)施某項(xiàng)操作的請(qǐng)求。在一條消息中，需要包含消息的接收者和要求接收者執(zhí)行哪項(xiàng)操作的請(qǐng)求，而并沒(méi)有說(shuō)明應(yīng)該怎樣做，具體的操作過(guò)程由接收者自行決定。消息傳遞是對(duì)象之間相互聯(lián)系的惟一途徑。發(fā)送者發(fā)送消息，接收者通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的方法響應(yīng)消息，這個(gè)過(guò)程被不斷地重復(fù)，使得應(yīng)用程序在人的有效控制下運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，最終得到相應(yīng)的結(jié)果。消息是驅(qū)動(dòng)面向?qū)ο蟪绦蜻\(yùn)轉(zhuǎn)的源泉。datafield