面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)方法

2.4面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)方法2.4.1面向?qū)ο蟮幕靖拍钏季S方式?jīng)Q定解決問題的方式，傳統(tǒng)軟件開發(fā)采用自頂向下的思想指導(dǎo)程序設(shè)計，即將目標(biāo)劃分為若干子目標(biāo)，子目標(biāo)再進(jìn)一步劃分下去，直到目標(biāo)能被編程實現(xiàn)為止。面向?qū)ο蠹夹g(shù)給軟件設(shè)計領(lǐng)域帶來極大的變化，它利用軟件對象來進(jìn)行程序開發(fā)，所謂對象是包含數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)操作的代碼實體，或者說是在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中加入一些被稱為成員函數(shù)的過程，因而賦予對象以動作。而在程序設(shè)計中，對象具有與現(xiàn)實世界的某種對應(yīng)關(guān)系，我們正是利用這種關(guān)系對問題進(jìn)行分解。從程序語言角度來看，在一個對象中代碼和（或）數(shù)據(jù)可以是這個對象私有的，不能被對象外的部分直接訪問。因而對象提供了一種高級保護(hù)以防止程序被無關(guān)部分錯誤修改或錯誤地使用了對象的私有部分。當(dāng)從對象外部試圖直接對受保護(hù)的內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時，將被程序拒絕，只有通過對象所提供的對外服務(wù)函數(shù)材能夠?qū)ζ鋬?nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工，從而保證了數(shù)據(jù)加工的合法性。從這一意義上講，把這種代碼和數(shù)據(jù)的聯(lián)系稱為〃封裝〃。換句話說，封裝是將對象封閉保護(hù)起來，是將內(nèi)部細(xì)節(jié)隱蔽起來的能力。在強(qiáng)調(diào)軟件組件的重用方面，面向?qū)ο蟮募夹g(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)設(shè)計規(guī)律有更多相似之處。在面向?qū)ο笳Z言中，類是創(chuàng)建對象的關(guān)鍵，事實上類描述了一族對象的公共特征和操作，而對象則是具體實現(xiàn)的類。例如小汽車是一個基本概念，它具有顏色、幾何尺寸、動力特性的特征。那我們可以定義一個稱為"car"的類，具有顏色、幾何尺寸、動力特征等參數(shù)，以及描述汽車在外界條件下運(yùn)動狀態(tài)的成員函數(shù)。一輛具體的小汽車則是一個對象，在這個對象中有關(guān)參數(shù)均有具體數(shù)值，并可以通過輸入說明變量（外界條件參數(shù)）獲取該車具體運(yùn)動狀態(tài)。C++和Smalltalk是廣泛被接受的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，在歐洲Eiffel擁有一批追隨者，而Ada9X通過附加多態(tài)性和繼承性，將把Ada語言全面引入面向?qū)ο蟮氖澜?。面向?qū)ο蠹夹g(shù)給軟件發(fā)展帶來如下益處：*可重用性。從一開始對象的產(chǎn)生就是為了重復(fù)利用，完成的對象將在今后的程序開發(fā)中被部分或全部地重復(fù)利用。*可靠性。由于面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序包含了通過測試的標(biāo)準(zhǔn)部分，因此更加可靠。由于大量代碼來源于成熟可靠的類庫，因而新開發(fā)程序的新增代碼明顯減少，這是程序可靠性提高的一個重要原因。*連續(xù)性。具有面向?qū)ο筇攸c(diǎn)的C++與C語言有很大的兼容性，C程序員可以比較容易地過渡到C++語言開發(fā)工作。面向?qū)ο笳Z言具有如下基本特征：*訪問控制。對象必須能夠?qū)ζ鋬?nèi)部的某些元素進(jìn)行保護(hù)，是它們只能被內(nèi)部使用，而不受外部干擾。反過來，對象又必須同其它外部元素進(jìn)行聯(lián)系，以便對對象進(jìn)行操作。在C++中，類有私有的（private）、保護(hù)的（protected）和公有的（public）三種訪問機(jī)制。*繼承性。通過對已有對象進(jìn)行增加或部分修改的方法建立新的對象，對已有對象可以增加數(shù)據(jù)和過程，也可以對其中某些過程進(jìn)行從新定義。最初的類被稱為基類，從基類擴(kuò)展出來的類稱為派生類。從已有類派生出新類是為了獲得更強(qiáng)的針對性。*多態(tài)性。正象生態(tài)系統(tǒng)一樣，繼承構(gòu)成了類族。通常這些類族中的類具有同名的成員函數(shù)，例如OD分布類族，具有一個通用基類，兩個派生類：增長系數(shù)OD分布類和重力模型OD分布類，這幾個類都有同名的Exec成員函數(shù)。多態(tài)性意味著存在多種形式，能使人們在程序中激活任何屬于OD分布類族的類的Exec成員函數(shù)，甚至在編譯可以不必具體知道對象是屬于增長系數(shù)OD類還是重力模型OD分布類。面向?qū)ο篌w系結(jié)構(gòu)技術(shù)有助于創(chuàng)建行業(yè)性軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)。例如交通規(guī)劃盡管具有差別，但各城市所需要的軟件基本上是相同的，這就為軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)提供了一種制作面向交通規(guī)劃的軟件框架（注意這里講的是軟件框架而不是通用性軟件）的機(jī)會。這種框架一旦開發(fā)成功，就可以多次反復(fù)利用。面向?qū)ο蠹夹g(shù)特別適合于將某一領(lǐng)域內(nèi)的軟件資源整理成體系化，因為它有很好的表現(xiàn)能力，能夠容易抓住特定功能領(lǐng)域的本質(zhì)。2.4.2面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計為有效使用面向?qū)ο蟮某绦蚍椒ǎ紫刃枰鉀Q程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。在程序設(shè)計過程中最重要的抽象，也就是說，從現(xiàn)實世界中抽象出合理的對象結(jié)構(gòu)。在面向?qū)ο笏枷胫校橄鬀Q定了對象的對外形象、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及處理對象的外部接口，其關(guān)鍵是處理對象的可見外部特征。封裝是與抽象緊密聯(lián)系的概念，它需要兩個基本前提：首先，對象必須能夠表現(xiàn)一個完備的概念，例如可以將一條道路的縱斷面設(shè)計作為一個對象，它與外部的聯(lián)系限于縱斷面地面線、縱斷面設(shè)計參數(shù)。當(dāng)這些外部條件給定之后，對象可以獨(dú)立計算任意樁號的設(shè)計高程、地面高程、設(shè)計高差、填挖面積等，也可以根據(jù)給定的比例和初始坐標(biāo)計算設(shè)計線和地面線的圖形坐標(biāo)。第二，對象的私有性，例如上述示例中，對象的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在外部是不可見的，其他程序員并不需要了解這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就可以使用對象的功能。對于對象的接口設(shè)計是十分重要的，它必須給出必要的訪問渠道，同時必須盡可能地將內(nèi)部細(xì)節(jié)隱藏起來。我們可以將接口看作是在屏蔽墻上打開的一些出入通道，通道過多了就失去了屏蔽墻存在的意義，通道過少又由于限制過強(qiáng)而行動不便。一般情況下，這種通道表現(xiàn)為一組接口函數(shù)，事實上我們也可以將一些變量作為對外開放的，但這并不是一種很好的方法。面向?qū)ο笤O(shè)計方法的另一個重要貢獻(xiàn)，是關(guān)于繼承與多態(tài)性的處理。所謂繼承是指從現(xiàn)存對象出發(fā)建立一個新的對象類型，使它具有原對象的特點(diǎn)和功能，這稱為〃派生"。同時，新的對象類型又具有某種新特點(diǎn)和新功能。這樣，我們可以采用對象派生的方法建立一個有層次的對外部世界的描述。例如，在第三章中我們可以看到一組有關(guān)三維曲面分塊的類族，從四條三維空間直線定義的簡單曲面，到四條復(fù)雜三維空間曲線定義的曲面，呈現(xiàn)復(fù)雜的分層次的多態(tài)性。但他們都有共同的接口函數(shù)形式：例如根據(jù)給定平面點(diǎn)計算高程等。2.4.3采用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行程序開發(fā)的示例為了進(jìn)一步幫助讀者了解面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)方法，我們在此介紹一個應(yīng)用示例，我們的目的是幫助理解這種方法，而不是具體教會讀者立刻能夠編程，因此這里使用的是不那么嚴(yán)密但易于理解的表述。為支持交通規(guī)劃決策支持系統(tǒng)、道路項目可行性研究決策支持系統(tǒng)開發(fā)，建立了一個基礎(chǔ)類庫，庫中包含了大量的專用工具。這個類庫中有一個用于管理道路或交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的類族，它為交通分配、數(shù)據(jù)檢查、圖形輸出等多個子系統(tǒng)提供支持。作為整個類族的基礎(chǔ)，建立了一個拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，它只描述節(jié)點(diǎn)之間的連接特性，各邊均沒有長度、等級等方面的特性。對于這個拓?fù)渚W(wǎng)，建立了整個類族的基礎(chǔ)-基類NetworkManager，其具體定義如下所示：【清單2—5】NetworkManager的說明classNetworkManager{本類管理拓?fù)涮卣鞯木W(wǎng)絡(luò)，在本網(wǎng)絡(luò)中各邊沒有長度、等級一類的參數(shù)。這構(gòu)成了所有網(wǎng)絡(luò)類的基類。protected:...public:構(gòu)造函數(shù)及析構(gòu)函數(shù)...

存序號intGetSetFlag(void);intNWAlloc(void);voidSetNetworkType(voidSetMaxLink(intvoidSetMaxNode(intinttype););intn2););intSetNetwork(intn1,intSetEnd(void);voidReverse(void);GetNumLink(void);GetNumNode(void);GetLinkStat(intn1,intn2);GetLink(intn1,intn2,intintintintintintint存序號intGetSetFlag(void);intNWAlloc(void);voidSetNetworkType(voidSetMaxLink(intvoidSetMaxNode(intinttype););intn2););intSetNetwork(intn1,intSetEnd(void);voidReverse(void);GetNumLink(void);GetNumNode(void);GetLinkStat(intn1,intn2);GetLink(intn1,intn2,intintintintintintintintintno);獲取設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)存分配設(shè)置網(wǎng)絡(luò)類型設(shè)置最大邊數(shù)設(shè)置節(jié)點(diǎn)的最大編號X在網(wǎng)絡(luò)中增設(shè)一條邊網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)設(shè)置完成后的處理將網(wǎng)絡(luò)中的所有有向邊反向獲取網(wǎng)絡(luò)中的邊數(shù)獲取網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)獲取兩指定節(jié)點(diǎn)間有幾條連接邊獲取指定節(jié)點(diǎn)間第no條邊的內(nèi)存序GetNode1(intl);GetNode2(intl);GetNumOutLink(intn);GetOutLink(intn,intno);獲取內(nèi)存序號為l的邊的起點(diǎn)編號獲取內(nèi)存序號為l的邊的終點(diǎn)編號獲取以節(jié)點(diǎn)n為起點(diǎn)的邊的數(shù)量獲取以節(jié)點(diǎn)n為起點(diǎn)的第no條邊的內(nèi)intintGetNumInLink(intn);GetInLink(intn,intno);獲取以節(jié)點(diǎn)n為終點(diǎn)的第no條邊的內(nèi)存序號};一個是說明符"protected一個是說明符"protected:"以下直到說明符"public:”,這里略去了其中的內(nèi)容。實際上這里有一些數(shù)據(jù)的定義，以及內(nèi)部函數(shù)的定義。但對于外部調(diào)用來說，這些內(nèi)容都是不可見的，以防止使用者無意中對這部分內(nèi)容進(jìn)行了錯誤的操作。這就是類的屏蔽。而在說明符"public”以下列出的函數(shù)均是對外開放的服務(wù)函數(shù)，從外部可以調(diào)用它們獲得所需的支持。在這些函數(shù)中GetNode1(邊的編號)、GetNode2(邊的編號)、GetNumOutLink(節(jié)點(diǎn)編號)、GetOutLink(節(jié)點(diǎn)編號，邊的相對序號)、GetNumInLink(節(jié)點(diǎn)編號)、GetInLink(節(jié)點(diǎn)編號，邊的相對序號)等是真正提供我們非常需要的服務(wù)功能的函數(shù)。它們分別可以通過給定邊的編號查詢該邊的起(終)點(diǎn)編號，根據(jù)給定節(jié)點(diǎn)的編號查詢從該節(jié)點(diǎn)出去或進(jìn)來的邊的編號，以及查詢給定節(jié)點(diǎn)出去或進(jìn)來的第i條邊的編號。這類函數(shù)還有Reverse(void)、GetNumLink(void)、GetNumNode(void)、GetLinkStat(intn1,intn2)、GetLink(intn1,intn2,intno)等。而SetNetwork(intn1,intn2)起的作用是告訴類網(wǎng)絡(luò)中的某一條邊的起點(diǎn)和終點(diǎn)，換句話說是將外部的數(shù)據(jù)輸入到NetowrkManager中間去。由于這種處理方法，這個類與具體數(shù)據(jù)形式脫鉤了，從而增強(qiáng)了其通用性。調(diào)用者可以根據(jù)具體情況從數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫中獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，而后通過調(diào)用SetNetwork一條邊一條邊地把數(shù)據(jù)送進(jìn)網(wǎng)絡(luò)管理類中。這類函數(shù)還有SetNetworkType(inttype)、SetMaxLink(intn)、SetMaxNode(intn)等。類族結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，從NetworkManager逐步派生出整個類族。CTPSNetworkForWin與CTPSNetworkForDOS在內(nèi)存申請?zhí)幚矸矫嬗兴鶇^(qū)別，分別為Windows和DOS環(huán)境下的程序開發(fā)提供服務(wù)，與NetworkManager相比，對各邊增加了長度和等級的特征值。CTPSNetworkCost新增加了有關(guān)各邊的費(fèi)用函數(shù)處理功能，以及能夠?qū)Ω鬟呥M(jìn)行流量、運(yùn)行

車速等數(shù)據(jù)存取。Network-Cost與其父類相比，增加了一些有關(guān)網(wǎng)絡(luò)總體狀態(tài)合計處理的功能，例如計算整個網(wǎng)絡(luò)的車公里合計值等。NetworkNode則是在節(jié)點(diǎn)上增加了數(shù)據(jù)存儲功能，因而能夠記錄節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值等數(shù)據(jù)。NetworkFlowNode也是增加了節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲處理功能，但由于其父類的不同，因而能夠處理許多有關(guān)流量的信息。圖2-1網(wǎng)絡(luò)類派生關(guān)系圖我們進(jìn)一步以CTPSNetworkForWin為例，說明派生類與父類之間的關(guān)系。在以下列出的定義說明中，我們可以看到在派生類中僅增加了一些新函數(shù)。對于父類已有的對外服務(wù)函數(shù)，派生類仍然可以繼續(xù)使用。也就是說，派生類是在父類的基礎(chǔ)上，增加開發(fā)一些新功能而建立的。這就使得我們能夠根據(jù)需要逐步通過派生的方法建立即有相同功能，又有所區(qū)別的類族，以滿足不同的要求?！厩鍐?—6】CTPSNetworkForWin的說明classCTPSNetworkForWin:publicNetworkManag{//本網(wǎng)絡(luò)類是針對Windows環(huán)境所開發(fā)的派生類，與NetworkManag相比，網(wǎng)絡(luò)邊增加了長度及等級特征。public:構(gòu)造及析構(gòu)函數(shù)...intSetLinkLength(intn1,intn2,intno,doublex); /置指定節(jié)點(diǎn)設(shè)間第no條邊的長度//根據(jù)邊的內(nèi)存序號設(shè)intSetLinkLength(intn,doublex);//根據(jù)邊的內(nèi)存序號設(shè)置長度intSetLinkClass(intn1,intn2