面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計,

山東大學(xué)計算機(jī)學(xué)院1

引言

如何學(xué)習(xí)（面向?qū)ο蟮模┸浖治鲈O(shè)計？

?本質(zhì)上是一種〃能力〃可〃學(xué)〃難〃教〃

?Intheorypracticeisthesameastheory.

Inpracticeitisn't.

-AdamSmith

?紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。

一冬夜讀書示子聿（陸游.宋）

2012/4/17

引言a

學(xué)習(xí)00軟件設(shè)計從程序設(shè)計開始

?建立對象計算基本概念；

從程序組織到運(yùn)行機(jī)制；

?知道什么樣的結(jié)構(gòu)可以被有效/高效實(shí)現(xiàn)；

?知道什么對設(shè)計變動敏感，什么不敏感；

學(xué)習(xí)前人！

?設(shè)計模式--解決反復(fù)出現(xiàn)的問題的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)

2012/4/173

參考書籍

《UML用戶指南》2001年

［美］GradyBooch等，機(jī)械工業(yè)出版社

《設(shè)計模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)》2000年

［美］ErichGamma等，機(jī)械工業(yè)出版社

《Java與模式》2002年閆宏，電子工業(yè)出版社

《面向?qū)ο笙到y(tǒng)分析與設(shè)計》2000年

［美］RonaldJ.Norman,清華大學(xué)出版社

課程主要內(nèi)容

1面.向?qū)ο蠡靖拍詈驮?/p>

2.UML基礎(chǔ)

3.面向?qū)ο笤O(shè)計原則

4.面向?qū)ο笤O(shè)計模式

教學(xué)日歷

教學(xué)日歷

周時■

容

次數(shù)

52繼承、替換

62子類、子類型、反射機(jī)制

72靜態(tài)行為、動態(tài)行為、替換本質(zhì)

82多重繼承

教學(xué)日歷

周時

內(nèi)容

次數(shù)

92多態(tài)和軟件復(fù)用（重載、改寫、多

態(tài)變量）

102泛型、對象互連

112UML基礎(chǔ)

122UML圖和關(guān)系

教學(xué)日歷

周時

內(nèi)容

次數(shù)

132面向?qū)ο笤O(shè)計原則-OCP、LSP、

DIP

142面向?qū)ο笤O(shè)計原則-ISP、CRP、

LOD

152設(shè)計模式-工廠、單例

162設(shè)計模式-策略、適配器M

什么是面向?qū)ο?/p>

■面向?qū)ο蟮姆椒ㄊ且环N分析方法、

設(shè)計方法和思維方法。

■面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的出發(fā)點(diǎn)和所追求

的基本目標(biāo)是使人們分析、設(shè)計與

實(shí)現(xiàn)一個系統(tǒng)的方法盡可能接近人

們認(rèn)識一個系統(tǒng)的方法。

■使描述問題的問題空間和解決問題

的方法空間在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。

10

面向?qū)ο蠡舅枷?/p>

■對問題空間進(jìn)行自然分割，以更接

近人類思維的方式建立問題域模型,

以便對客觀實(shí)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬和行

為模擬，從而使設(shè)計出的軟件盡可

能直接地描述現(xiàn)實(shí)世界。

■構(gòu)造出模塊化的、可重用的、維護(hù)

性好的軟件，同時限制軟件的復(fù)雜

性和降低開發(fā)維護(hù)費(fèi)用。

11

什么是面向?qū)ο?/p>

從程序設(shè)計方法的角度看，面向?qū)ο笫且环N新的程

序設(shè)計范型(paradigm),其基本思想是使用對象、

類、繼承、封裝、聚合、關(guān)聯(lián)、消息、多態(tài)性等基

本概念來進(jìn)行程序設(shè)計。

自八十年代以來，面向?qū)ο蠓椒ㄒ焉钊氲接嬎銠C(jī)軟件領(lǐng)域的幾乎所有分支。它

不僅是一些具體的軟件開發(fā)技術(shù)與策略，而且是一整套關(guān)于如何看待軟件系統(tǒng)

與現(xiàn)實(shí)世界的關(guān)系，用什么觀點(diǎn)來研究問題并進(jìn)行問題求解，以及如何進(jìn)行系

統(tǒng)構(gòu)造的軟件方法學(xué)。從這個意義上講：

面向?qū)ο蠓椒ㄊ且环N運(yùn)用對象、類、繼承、封裝

、聚合、關(guān)聯(lián)、消息、多態(tài)性等概念來構(gòu)造系統(tǒng)

的物件開發(fā)方法。

基本思想

從現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物出發(fā)來建立軟

件系統(tǒng)

強(qiáng)調(diào)直接以問題域（現(xiàn)實(shí)世界）中的事物為中心來思

考問題、認(rèn)識問題，并根據(jù)這些事物的本質(zhì)特征，把

它們抽象地表示為系統(tǒng)中的對象，作為系統(tǒng)的基本構(gòu)

成單位。這可以使系統(tǒng)直接映射問題域，保持問題域

中事物及其相互關(guān)系的本來面貌

充分運(yùn)用人類日常的思維方法

強(qiáng)調(diào)運(yùn)用人類在日常的邏輯思維中經(jīng)常采用的思想方

法與原則，例如抽象、分類、繼承、聚合、封裝、關(guān)

聯(lián)等等。這使得軟件開發(fā)者能更有效地思考問題，并

以其他人也能看得懂的方式把自己的認(rèn)識表達(dá)出來。］

主要特點(diǎn)：I

從問題域中客觀存在的事物出發(fā)來構(gòu)造軟件系統(tǒng)，用對

象作為對這些事物的抽象表示，并作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成

單位。（對象）

用對象的屬性表示事物的靜態(tài)特征；用對象的服務(wù)（操

作）表示事物的動態(tài)特征。（屬性與服務(wù)）

對象的屬性與服務(wù)結(jié)合為一體，成為一個獨(dú)立的、不可

分的實(shí)體，對外屏蔽其內(nèi)部細(xì)節(jié)。（封裝）

對事物進(jìn)行分類。把具有相同屬性和相同服務(wù)的對象歸

為一類，類是這些對象的抽象描述，每個對象是它的類

的一個實(shí)例。（分類）

W

通過在不同程度上運(yùn)用抽象的原則可以得到較一般的類和密

特殊的類。特殊類繼承一般類的屬性與服務(wù)，從而簡化系統(tǒng)

的構(gòu)造過程及其文檔。（繼承）

復(fù)雜的對象可以用簡單的對象作為其構(gòu)成部分。（聚合）

對象之間通過消息進(jìn)行通訊，以實(shí)現(xiàn)對象之間的動態(tài)聯(lián)系。

（消息）

通過關(guān)聯(lián)表達(dá)對象之間的靜態(tài)關(guān)系。（關(guān)聯(lián)）

總結(jié)：用類和對象作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位。對象對應(yīng)問題

域中的事物，其屬性與服務(wù)刻畫了事物的靜態(tài)特征和動態(tài)特

征，它們之間的繼承關(guān)系、聚合關(guān)系、消息和關(guān)聯(lián)如實(shí)地表

達(dá)了問題域中事物之間實(shí)際存在的各種關(guān)系。

因此，無論系統(tǒng)的構(gòu)成成分，還是通過這些成分之間的關(guān)系

而體現(xiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，都可直接地映射問題域?！甓?

從認(rèn)識論看面向?qū)ο蠓椒ǖ男纬?/p>

軟件開發(fā)：對事物的認(rèn)識和描述

問題——語言的鴻溝

語言的發(fā)展使鴻溝變窄。

軟件工程學(xué)的作用

——在各個階段提供了一些方法與法則。

傳統(tǒng)的軟件工程方法

問題：分析與設(shè)計概念及表示法的不一致。

面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒?/p>

各個階段能較好地銜接

程序設(shè)計思想的發(fā)展歷程

1

階段T

■1Computer(Mainframe)formany

18

早期軟件開發(fā)

■硬件環(huán)境:CPU能力弱，存儲量小

■應(yīng)用特點(diǎn):科學(xué)計算，計算量大，

入輸出量小

■主要對象:小型程序，順序程序

■軟件開發(fā):個體工作，個人技巧

階段-23

■1Computer(PC)foreveryone

20

特征

■硬件環(huán)境:外設(shè)發(fā)展迅速，處理能力

增強(qiáng)

■應(yīng)用特點(diǎn):非數(shù)值應(yīng)用，輸入輸出量

大

■主要對象:大型程序，并發(fā)程序

■軟件開發(fā):程序失控管理失控軟

件危機(jī)

■失控原因：程序員難以控制程序的復(fù)盤

雜性

21^^

結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計

■結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的思路是：自頂向下，

逐步細(xì)化求精。

■其程序結(jié)構(gòu)是按功能劃分成若干個功

能模塊，這些模塊形成一個樹狀結(jié)構(gòu);

各模塊間的關(guān)系盡可能簡單，在功能

上相對獨(dú)立；每一模塊的內(nèi)部均是由

順序、選擇和循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)組成,

其模塊化實(shí)現(xiàn)的具體方法是使用子程

序。曰

22

階段-3

■Many(disappearing)computers

foreveryone

特征

■主要問題

1.功能抽象困難（數(shù)據(jù)和過程分離為相

互獨(dú)立的實(shí)體）

2.功能易變性

3.分解結(jié)構(gòu)隨意

4.模塊分解準(zhǔn)則的依據(jù)

5.可重用性差（保證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的

相容性）

解決途徑

1.面向現(xiàn)實(shí)世界

2.開發(fā)不變性

2

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計s

■面向?qū)ο竽M人類習(xí)慣的解題方法，

用對象分解取代功能分解，即把程序

分解成許多對象，不同對象之間通過

發(fā)送消息向?qū)Ψ教岢龇?wù)要求，接受

消息的對象主動完成指定功能。

■程序中的所有對象分工協(xié)作，共同完

成整個程序的功能

2

比較

■結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法中，程序被劃分成許

多個模塊，這些模塊被組織成一個樹

型結(jié)構(gòu)。

■上方的模塊需要調(diào)用下方的模塊，所

以這些上方的模塊就依賴于下方的細(xì)

-H-

To

■與問題領(lǐng)域相關(guān)的抽象要依賴于與問

題領(lǐng)域無關(guān)的細(xì)節(jié)。

■細(xì)節(jié)影響抽象/復(fù)用抽象困難1

W2

比較

■在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中，倒轉(zhuǎn)這種依

賴關(guān)系：創(chuàng)建的抽象不依賴于任何細(xì)

節(jié)，而細(xì)節(jié)則高度依賴于上面的抽象。

■這種依賴關(guān)系的倒轉(zhuǎn)正是面向?qū)ο蟪?/p>

序設(shè)計和傳統(tǒng)技術(shù)之間根本的差異，

也正是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想的精華

所在。

'晨f，.7/Z

面向?qū)ο蠓椒ㄅc傳統(tǒng)方法的比較

傳統(tǒng)方法面向?qū)ο蠓椒?/p>

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法=程序設(shè)計以對象為中心組織數(shù)據(jù)與操作

數(shù)據(jù)對象的屬性

操作對象的服務(wù)

二類型與變量類與對象實(shí)例J

函數(shù)（過程）調(diào)用消息傳送

類型與子類型一般類與特殊類，繼承

構(gòu)造類型整體■部分結(jié)構(gòu)，聚合

指針關(guān)聯(lián)

思想觀念：從對象出發(fā)認(rèn)識問題域；構(gòu)造策略：以對象

作為構(gòu)成系統(tǒng)的基本單位，將對象的數(shù)據(jù)與操作緊密結(jié)合;僻

證機(jī)制：由支持封裝、繼承、多態(tài)的機(jī)制保證其原則的實(shí)

'J/

廠面向機(jī)器

面向?qū)ο笫擒浖椒▽W(xué)的返樸歸真面向代數(shù)

面向過程

面向數(shù)據(jù)

軟件科學(xué)的發(fā)展歷程中面向人

出現(xiàn)過許多“面向”面向文件

面向信息

面向應(yīng)用

,面向功能

涔面向?qū)ο驤面向數(shù)據(jù)流

軟件開發(fā)從過分專業(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，是軟件理論的返樸歸真。

階段-4

■Networkingofallthings.

31

特征

■分布計算?

■單機(jī)對象技術(shù)映射到網(wǎng)絡(luò)分布環(huán)境?

分布式對象8

■OMG組織制訂的COMBA(CommonObject

RequestBrokerArchitecture)標(biāo)準(zhǔn)

■Microsoft的COM/DCOM(Distributed

ComponentObjectModeI)標(biāo)準(zhǔn)

■SUN公司的JavaRMI(RemoteMethod

Invocation)標(biāo)準(zhǔn)

33

面向?qū)ο蠓椒ǖ陌l(fā)展歷程

■面向?qū)ο蟮姆椒ㄆ鹪从诿嫦驅(qū)ο蟮?/p>

程序設(shè)計語言

3

OO方法的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

1.雛形階段

60年代挪威計算中心開發(fā)的Simula67——面向?qū)ο笳Z言的

先驅(qū)和第一個里程碑（首先引入了類的概念和繼承機(jī)制）。

70年代CLU、并發(fā)Pascal、Ada和Modula-2等語言對抽象

數(shù)據(jù)類型理論的發(fā)展起到重要作用（支持?jǐn)?shù)據(jù)與操作的封裝

）o

猶他大學(xué)的博士生AlanKay設(shè)計了一個實(shí)驗(yàn)性的語言Flex。

從Simula67中借鑒了許多概念，如類、對象、繼承等。

1972年P(guān)al。Aino研究中心（PARC）發(fā)布了Smalltalk-72

,其中正式使用了〃面向?qū)ο蟆ㄟ@個術(shù)語。

Smalltalk的問世標(biāo)志著面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法的正式形成一

o但是這個時期的Smalltalk語言還不夠完善

語言發(fā)展

■Simula-67

■SmallTalk-80(AlanKay)

■C++(BjarneStroustrup)

■Java

2.完善階段?

P最C先后發(fā)布了Smalltalk-72,76,78等版本，直至

1981年推出該語言最完善的版本Smalltalk-80。

Smalltalk-80的問世被今認(rèn)為是面向?qū)ο笳Z言發(fā)展史上

最重要的里程碑。迄今絕大部分面向?qū)ο蟮幕靖拍罴?/p>

其支持機(jī)制在Smalltalk-80中都已具備。它是第一個完

善的、能夠?qū)嶋H應(yīng)用的面向?qū)ο笳Z言。

3繁榮階段

“自80年代中期到90年代，是面向?qū)ο笳Z言走向繁榮的

階段。其主要表現(xiàn)是大批比較實(shí)用的OOPL的涌現(xiàn)。

0。編程語言分為純00語言和混合型00語言

混合型語言是在傳統(tǒng)的過程式語言基礎(chǔ)上增加0。語言

成分，在實(shí)用性方面具有更大的優(yōu)勢。

4、發(fā)展到軟件生命周期前期階段

面向?qū)ο蠓椒◤木幊贪l(fā)展到

設(shè)計、分析，進(jìn)而發(fā)展到整

個軟件生命周期。

當(dāng)前：幾乎覆蓋計算機(jī)軟件

領(lǐng)域的所有分支

許多新領(lǐng)域以面向?qū)?/p>

象理論為基礎(chǔ)，或作

為主要技術(shù)

在軟件生命周期全過程運(yùn)用面向?qū)ο蠓椒?/p>

L.M.Northrop:“盡管面向?qū)ο笳Z言正取得令人振奮的發(fā)展，但編程并

不是軟件開發(fā)問題的主要根源。需求分析與設(shè)計問題更為普遍并且更

值得解決。因此面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù)的焦點(diǎn)不應(yīng)該只對準(zhǔn)編程階段，而

應(yīng)更全面地對準(zhǔn)軟件工程的其他階段。面向?qū)ο蠓椒ㄕ嬲饬x深遠(yuǎn)的

目標(biāo)是它適合于解決分析與設(shè)計期間的復(fù)雜性并實(shí)現(xiàn)分析與設(shè)計的復(fù)

用。面向?qū)ο蟮拈_發(fā)不僅僅是編程，必須在整個軟件生命周期采用一

種全新的方法，這一觀點(diǎn)已被人們所接受。

——《軟件工程百科全書》紐約，1994

面向?qū)ο箝_發(fā)方法

■20世紀(jì)90年代，主要面向?qū)ο箝_發(fā)方

法：

■Coad/Yourdon(00AD)

■GradBooch(00D)

■IvarJacobson(OOSEyObject-

OrientedSoftwareEngineering)

■JimRumbaugh(OMTObjectModeIing

Technique)%

w

面向?qū)ο蠓治鲈O(shè)計

■在20世紀(jì)90年代后期，GradyBooch、

IvarJacobson及JimRumbaugh三人盡

管在面向?qū)ο箢I(lǐng)域各有各自的主張，

但是通力合作將面向?qū)ο笥煤侠淼姆?/p>

號表示產(chǎn)生了統(tǒng)一建模語言

UML(UnifiedModeIingLanguage),

這個圖形化的建模語言既有可視的表

達(dá)形式又有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z義支撐。

41

UML

■圖形化的建模語言

■開發(fā)者用來為面向?qū)ο笙到y(tǒng)建立模型

■具有靈活性與可擴(kuò)展性

■UML結(jié)構(gòu)型圖：識別對象和類、描述對

象和類之間的關(guān)系（靜態(tài)結(jié)構(gòu)）

■UML行為型圖:對象如何協(xié)作產(chǎn)生滿足

要求的系統(tǒng)行為（動態(tài)性質(zhì)）

W

設(shè)計模式

■面向?qū)ο笏枷氲陌l(fā)展使得在軟件開發(fā)中使

用模式化的方法受到了重視，模式化的思

想來源于建筑業(yè)。

■建筑大師Alexander:每一個模式描述了一

個在我們周圍不斷重復(fù)發(fā)生的問題以及該

問題解決方案的核心，這樣你就可以一次

又一次的使用該方案而不必做重復(fù)勞動。

■就像建筑業(yè)用預(yù)制的墻和窗來構(gòu)筑房屋，

在面向?qū)ο笤O(shè)計中我們使用對象和接口代

替墻和窗來構(gòu)筑系統(tǒng)，它們的核心都在無

提供了相關(guān)問題的解決方案。I

設(shè)計模式

■模式化的設(shè)計使系統(tǒng)更穩(wěn)定、易修改、

易擴(kuò)展、易理解、易測試。

■90年代末，被稱為四人幫的GoF發(fā)表了

在面向?qū)ο缶幊讨惺褂媚Ｊ交椒ㄑ?/p>

究的開創(chuàng)性著作-《設(shè)計模式-可復(fù)用

面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)》(《Design

Patterns—ElementsofReusable

Object-OrientedSoftware》)。一

w

設(shè)計模式

■其中提出了23種模式，這23種模式又

可以被劃分為三類：

■創(chuàng)建型：與對象創(chuàng)建有關(guān)

■結(jié)構(gòu)型：處理類或?qū)ο蠼M合

■行為型：對象或類怎樣交互和怎樣分

配職責(zé)

4

第1章.面向?qū)ο笏枷?/p>

■計算機(jī)語言對思想的啟迪。（DNA序

列分析）

ml

1

IIIIl”c|g|a|g||||||||t|c|g巨|g］一［

一種觀察世界的方式

■現(xiàn)實(shí)世界問題例。(濟(jì)南男孩A送花給

北京女孩B)

■How?

4

代理和團(tuán)體

■解決問題的方法是找到一個合適的代

理C,并把要求告訴他。

■代理有責(zé)任完成你的需求。

■A沒必要理解C使用什么方法來完成任

務(wù)，這些細(xì)節(jié)通常是隱蔽的。

48

花的傳送中代理組成的團(tuán)僦8

代理和團(tuán)體

■一個面向?qū)ο蟮某绦蚴怯梢粋€相互作

用的代理團(tuán)體組成，這些代理被稱作

對象。

■每一個對象承擔(dān)一個角色。

■每一個對象都提供一種服務(wù)或者執(zhí)行

一種動作，以便為團(tuán)體中其他對象服

務(wù)。

50

對象

■對象是獨(dú)立存在的客觀事物，它由一組屬

性和一組操作構(gòu)成。

■屬性和操作是對象的兩大要素。屬性是對

象靜態(tài)特征的描述，操作是對象動態(tài)特征

的描述。

■屬性一般只能通過執(zhí)行對象的操作來改變。

■操作又稱為方法或服務(wù),它描述了對象執(zhí)

行的功能。通過消息傳遞，還可以為其它

對象使用。.二

51

對象性質(zhì)

1.封裝型:信息隱藏

2.自治性:主動數(shù)據(jù)

3.通信性:并發(fā)

4.暫存性:作用域/期

5.永久性:文檔串行化

復(fù)合對象

■劃分(partition):Pc

■聚合(aggregation):Window

部分/整體

■部分/整體關(guān)系中有兩種方式：組合和

聚合O

■PC機(jī)是一個組合的例子，一個部分對象

(CPU)只能屬于一個唯一的整體對象

(PC機(jī))。

■組合關(guān)系中部分和整體的關(guān)系很緊密。

聚合關(guān)系中則比較松散，一個部分對象

可以屬于幾個整體對象。

5

消息和方法

■送花例

■團(tuán)體的成員通過傳達(dá)要求來相互合作。

消息和方法

■在面向?qū)ο缶幊讨?，行為的啟動是通過將

“消息”傳遞給對此行為負(fù)責(zé)的代理（對

象）來完成的。

■消息對行為的要求進(jìn)行編碼，并且隨著執(zhí)

行要求所需的附加信息（參數(shù)）來一起傳

遞。

■“接收器”就是消息發(fā)送的對象。如果接

收器接受了消息，那么同時它也接受了消

息所包含的行為責(zé)任。然后，接受器響感

消息，執(zhí)行相應(yīng)的“方法”以實(shí)現(xiàn)要求.

56

消息傳遞與過程調(diào)用

■每一條消息都有一個指定的接收器相

對應(yīng)；接收器就是消息發(fā)送的對象。

過程調(diào)用沒有指定的接收器。

■消息的解釋由接收器決定，并且隨著

接收器的不同而不同。

■動態(tài)綁定。

，“，，，?5

信息隱藏B

■作為某對象提供的服務(wù)的一個用戶，只

需要知道對象將接受的消息的名字。

■不需要知道要完成要求，需要執(zhí)行哪些

動作。

■在接收到一條消息后,對象會負(fù)責(zé)將該

項(xiàng)任務(wù)完成。

58

責(zé)任

■用責(zé)任來描述行為。A對行為的要求

僅表明他所期望的結(jié)果，C可隨意選

擇使用的方法來實(shí)現(xiàn)所期待的目標(biāo),

并在此過程中不受A的干擾。

■提高了抽象水平，對象更加獨(dú)立。

結(jié)構(gòu)化與面向?qū)ο蟊容^

■不要問你能為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做什么

■要問數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能為你做什么

■如孩子做事：督促或委派負(fù)責(zé)

60

不干預(yù)原則工所

■允許對象以任何它認(rèn)為合適的不干涉

其他對象的方式來完成任務(wù)，而不要

干預(yù)它。

類和實(shí)例8

■C是花商的一個特例。

■C是花商(Florist)類(class)的

一個實(shí)例(instance)

類

■根據(jù)抽象的原則對客觀事物進(jìn)行歸納和

劃分，只關(guān)注與當(dāng)前目標(biāo)相關(guān)的特征，

把具有相同特征的事物歸為一個類。它

是一個抽象的概念。

■類是具有相同屬性和相同操作（服務(wù)）

的對象的集合。它包括屬性和操作。

63

類和實(shí)例

■所有對象都是類的實(shí)例。

■在響應(yīng)消息時調(diào)用何種方法由類的接

收器來決定。

■一個特定類的所有對象使用相同的方

法來響應(yīng)類似的消息。

6

類和實(shí)例

■每一個對象都是某個類的實(shí)例。類是

一組相似的對象。

■類是對象相關(guān)行為的儲存庫

(repository)0即同一個類的所有對

象都能執(zhí)行同樣的動作。

6

類的層次

■除了知道C是花商外，還知道他是商

人、人類、哺乳動物、物質(zhì)對象。

■在每一層次上，都可以了解特定的信

息，這些信息適用于所有較低層次。

■付款適用其他店主。

6

類的層次

MaterialObject

Animal

Mamma

Human

Shopkeeper

Florist

7

6

繼承

■類被組織成有單個根節(jié)點(diǎn)的樹狀結(jié)構(gòu),

稱為繼承層次結(jié)構(gòu)。與類實(shí)例相關(guān)的

內(nèi)存和行為都會被樹結(jié)構(gòu)中的后代自

動繼承。

繼承

■在類層次結(jié)構(gòu)中與某層相聯(lián)系的信息

（數(shù)據(jù)、行為）都會自動地提供地該

層次結(jié)構(gòu)的較低層次中。

繼承

■繼承表達(dá)了對象的一般與特殊的關(guān)系。

■特殊類的對象具有一般類的全部屬性和

服務(wù)。

70

類的層次

Flower

Platypus

Carnation

FidoFredElizabethKennethPhylHobmsflowers

繼承

■類可以組織成一個有層次的繼承機(jī)構(gòu)。

■一個子類繼承層次樹中更高一層的父

類的屬性。

■抽象父類是指沒有具體實(shí)例的類，他

只是用來產(chǎn)生子類。

72

一般/特殊

■對象之間存在著一般和特殊的結(jié)構(gòu)關(guān)

系，也就是說它們存在繼承關(guān)系。很多

時候也稱作泛化和特化關(guān)系。

73

方法綁定與改寫

■鴨嘴獸？

■處理一般規(guī)則外的特例?

改寫

■將子類中某一方法取與父類方法相同

的名稱，結(jié)合尋找方法的規(guī)則實(shí)現(xiàn)改

寫。

方法綁定與改寫

■接收器搜索并執(zhí)行相應(yīng)的方法以響應(yīng)

給定的消息。

■如果沒有找到匹配的方法，搜索就會

傳導(dǎo)到此類的父類。搜索會在父類鏈

上一直進(jìn)行下去，直到找到匹配的方

法，或者父類鏈結(jié)束。

■如果能在更高類層次找到相同名稱的

方法，所執(zhí)行的方法就稱為改寫了繼

承的行為。W

7

多態(tài)

■不同花商送花方式

1.重載

2.類等級不同層次共享同一方法名字

多態(tài)性

■多態(tài)性是指一般類中定義的屬性和服

務(wù)，在特殊類中不改變其名字，但通

過各自不同的實(shí)現(xiàn)后，可以具有不同

的數(shù)據(jù)類型或具有不同的行為。

OOP定義-AIanKay

■OOP是基于遞歸設(shè)計的原則的：

1.一切都是對象。

2.計算通過對象間相互通信，請求其他對象執(zhí)行動作來

實(shí)現(xiàn)。對象間通過發(fā)送和接收消息來通信。

3.每個對象都有自己的內(nèi)存，其中可能包括了其他的對

象。

4.每一個對象都是某個類的實(shí)例。類就是一組相似的對

象。

5.類是對象相關(guān)行為的儲存庫。也就是說，同一個類的

所有對象都能執(zhí)行同樣的動作。

6.類被組織成有單個根節(jié)點(diǎn)的樹狀結(jié)構(gòu)，被稱為繼承層

次結(jié)構(gòu)。與類實(shí)例相關(guān)的內(nèi)存和行為都會被樹結(jié)構(gòu)中

M后在自動繼承。.

79

軟件開發(fā)方法

?軟件工程所采用的方法不是唯一的。自軟件工程

出現(xiàn)以來，人們已經(jīng)提出了多種軟件開發(fā)方法,

例如：

?功能分解法、

?數(shù)據(jù)流法（結(jié)構(gòu)化方法）.

?快速原型法、

?信息模型法、

?面向?qū)ο蠓椒ā?/p>

山東大學(xué)計算機(jī)學(xué)院80

結(jié)構(gòu)化軟件開發(fā)方法簡介a

?1978年，E.Yourdon和L.L.Constantine提出了結(jié)

構(gòu)化開爰方法SASD(StructureAnalysisStructure

Design)

?也稱面向數(shù)據(jù)流的軟件開發(fā)方法

?把軟件系統(tǒng)的功能看做是根據(jù)給定的輸入數(shù)據(jù)，

進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，然后輸出結(jié)果。

輸入數(shù)據(jù)

功能輸出數(shù)據(jù)

?結(jié)構(gòu)化設(shè)計是屬于自頂向下的設(shè)計，在設(shè)計階段

就不得不考慮如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，因?yàn)榉纸獾?/p>

過程其實(shí)就是實(shí)現(xiàn)功能的過程。

?局限性

?不能靈活地適應(yīng)用戶不斷變化的需求

?比如要求修改現(xiàn)有軟件的實(shí)現(xiàn)方式或追加新功能時

?需要自頂向下地修改模塊的結(jié)構(gòu)，有時甚至整個軟件系

統(tǒng)的設(shè)計被推翻。

?結(jié)構(gòu)化編程SP(StructureProgramming)

■程序的主體是方法

?方法是最小的功能模塊

■一組相關(guān)的方法組合成一個大的功能模塊

?結(jié)構(gòu)化學(xué)發(fā)過程舉例

?一個畫板系統(tǒng)Panel

?包括4個功能

?選擇形狀

?畫長方形

,圓圓

?畫直線

y

?自頂向下結(jié)構(gòu)化分析設(shè)計

?工具：數(shù)據(jù)流圖DFD

19

lift

?選擇形狀模塊數(shù)據(jù)流圖

?結(jié)構(gòu)化編程

?定義形狀標(biāo)示常量

?drawCircle()

?drawLine()

?drawRectangle()

?selectShape()

?接收用戶輸入的形狀

?switch

在一

?voidselectShape(){

?intshape;

?scanf("%d",&shape);

?switch(shape){

?caseCircle;

?drawCircle();

?break;

?caseLine;

?drawLine();

?break;

?caseRectangle;

?drawRectangle();

?break;

?default;

?printf("輸入的形狀不存在”);

?break;

?}

?}.

?假定需求發(fā)生變化

?要求增加一個畫三角形的功能

?需要對系統(tǒng)做多處改動

?增加一個形狀常量定義

?增加一個畫三角形的功能方法

?在selectShape中增加一個分支邏輯

?結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法

?制約了軟件的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性

?模塊之間的松耦合性不高

?修改或增加一個模塊會影響到其他模塊

?這些缺陷的根本原因在于：

?自頂向下地按照功能來劃分。但是軟件的功能不是一成不

變的

?軟件系統(tǒng)中最小的子系統(tǒng)是方法。方法和一部分與之相關(guān)

的數(shù)據(jù)分離，全局變量和常量數(shù)據(jù)分散在系統(tǒng)的各個角落,

削弱了各個系統(tǒng)之間的相對獨(dú)立性。

/7

?非面向?qū)ο缶幊?/p>

?對于非面向?qū)ο缶幊蹋绦蛲敲嫦蜻^程或者面向數(shù)

據(jù)的。

?這些程序中通常有可全訪問的數(shù)據(jù)及過程，由主程序或

其子程序來控制及操作這些數(shù)據(jù)。

?程序的每個部分都可以訪問全局?jǐn)?shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)的一部

分，操作這些數(shù)據(jù)，然后在在需要時，保存對數(shù)據(jù)的更

改。

山東大學(xué)計算機(jī)學(xué)院91

?對于面向?qū)ο缶幊?/p>

■程序被劃分為一組通信的對象。

?每個對象均封裝了關(guān)于某個概念所有行為和信息

■實(shí)現(xiàn)功能的能力、實(shí)現(xiàn)功能所需的〃知識〃或數(shù)據(jù)被分

布在對象之中。當(dāng)一個對象對其他對象有需求時，就向

該對象發(fā)出消息，這個對象接受到此消息后做出相應(yīng)的

動作并很有可能返回值給調(diào)用者。

?第一個對象甚至可以在第二