第3篇第6章面向对象的方法学导论

SoftwareEngineering第6章面向对象的方法学导论传统的软件工程方法学曾经给软件产业带来巨大进步，部分地缓解了软件危机，使用这种方法学开发的许多中、小规模软件项目都获得了成功。但是，人们也注意到当把这种方法学应用于大型软件产品的开发时，似乎很少取得成功。在20世纪60年代后期出现的面向对象编程语言Simula_67中首次引入了类和对象的概念，自20世纪80年代中期起，人们开始注重面向对象分析和设计的研究，逐步形成了面向对象方法学。到了20世纪90年代，面向对象方法学已经成为人们在开发软件时首选的范型。面向对象技术已成为当前最好的软件开发技术。SoftwareEngineering6.1面向对象与传统结构化方法学比较仔细分析可以发现，在现实世界中存在的对象是问题域中的主角，所谓对象是指客观存在的实体和主观抽象的概念，他是人类观察问题和解决问题的主要目标。例如，对于一个学校学生管理系统来说，无论是简单还是复杂，始终是围绕学生和老师这两个对象实施。在自然界，每个对象都具有一些属性和行为，例如学生有学号、姓名、性别等属性，已经上课、考试、做实验等行为。因此，每个个体都可以用属性和行为来描述。SoftwareEngineering通常人类观察问题的视角是这些对象，对象的属性反应客体在某一时刻的状态，对象的行为反映客体多能从事的操作。这些操作附在对象之上并能用来设置、改变和获取对象的状态。任何问题域都有一系列的对象，因此解决问题的基本方式是让这些对象之间相互驱动、相互作用，最终使每个对象按照设计者的意愿改变其属性状态。6.1面向对象与传统结构化方法学比较SoftwareEngineering结构化设计方法所采用的设计思路不是将对象作为一个整体，而是将依附于对象之上的行为抽取出来，以功能为目标来设计构造应用系统。这种做法导致在进行程序设计的时候，不得不将对象所构成的现实世界映射到由功能模块组成的解空间中，这种变换过程，不仅增加了程序设计的复杂程度，而且背离了人们观察问题和解决问题的基本思路。另外，再仔细思考会发现，在任何一个问题域中，对象是稳定的，而行为是不稳定的。6.1面向对象与传统结构化方法学比较SoftwareEngineering6.2.1面向对象方法学的要点面向对象(Object-Oriented,缩写为OO)方法学出发点和基本原则是，尽可能接近人类认识世界的方法和思维方式来解决问题。也就是使描述问题的问题空间（也称为问题域）与实现解法的解空间（也称为求解域）在结构上尽可能一致。6.2面向对象方法学概述SoftwareEngineering面向对象方法有四个要点：①客观世界由各种对象组成，任何事物都是对象，复杂的对象可由简单的对象组合②把所有对象划分为各种对象类，每个类都定义了一组数据和一组方法③继承：在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类（父类）的基础上来进行，把这个已经存在的类所定义的内容做为自己的内容，并加入若干新内容。继承是使用现存的定义作为基础，建立新定义的技术。和子类之间共享数据结构和方法的机制④对象彼此之间能通过传递消息互相通信6.2.1面向对象方法学的要点SoftwareEngineeringOOA、OOD、OOP有机地集成在一起。OOA（Object-OrientedAnalysis）OOD（Object-OrientedDesign）OOP（Object-OrientedProgram）一般说来，使用面向对象方法学开发软件时，工作重点应该放在生命周期中的分析阶段6.2.2面向对象的软件过程SoftwareEngineering喷泉模型，是典型的面向对象的软件过程模型。“喷泉”这个词体现了面向对象软件开发过程迭代和无缝的特性。6.2.2面向对象的软件过程SoftwareEngineering6.3面向对象方法学的主要优点1、与人类习惯的思维方法一致面向对象的设计方法的基本原理是:使用现实世界的概念抽象地思考问题从而自然地解决问题。-它强调模拟现实世界中的概念而不强调算法对象统一了数据与操作,减少了出错的原因,有利于数据与操作的协调。它鼓励开发者用应用领域的概念去思考。SoftwareEngineering2、稳定性好传统的软件开发方法以算法为核心，基于功能分析和功能分解。所建立起来的软件系统的结构紧密依赖于系统所要完成的功能，当功能需求发生变化时将引起软件结构的整体修改。而用户需求变化大部分是针对功能的，故这样的软件系统不稳定。对象模拟问题领域中的实体。面向对象的软件系统的结构是根据问题领域的实体模型建立起来的。现实世界中的实体是相对稳定的，对象为中心构造的软件系统也就比较稳定。6.3面向对象方法学的主要优点SoftwareEngineering3、可重用性好重用是提高生产率的最主要的方法。传统的软件重用技术是利用缺乏“柔性”的标准函数库，加之数据与处理的分离，导致重用率低。面向对象方法统一了数据和操作，此外，对象固有的封装性和信息隐藏机制，使得对象的内部实现与外界隔离，具有较强的独立性。对象是较理想可重用的软件。继承性机制使得子类不仅可以重用其父类，而且可以对父类方便地修改和扩充而令对象具有灵活的“柔性”。6.3面向对象方法学的主要优点SoftwareEngineering4、较易开发大型软件产品把复杂庞大的软件分解为一系列相互独立的小产品(对象/类)，不仅降低了开发工作的技术难度，而且也使得对开发工作的管理变得比较容易了。开发过程各阶段的“无缝”连接，反复迭代的渐进性，都更利于对大型软件实施分而治之,化整为零的策略.6.3面向对象方法学的主要优点SoftwareEngineering5、可维护性好（1）面向对象的软件稳定性比较好。如前所述，当对软件的功能或性能的要求发生变化时，通常不会引起软件的整体变化，往往只需对局部作一些修改。由于对软件所需做的改动较小且限于局部，自然比较容易实现。（2）面向对象的软件比较容易修改。类是独立性好的模块。如果不修改该类的对外接口，则可以完全不影响软件的其他部分。继承机制，使得对软件的修改和扩充比较容易实现。多态性机制，使得当扩充软件功能时对原有代码所需作的修改进一步减少。6.3面向对象方法学的主要优点SoftwareEngineering（3）面向对象的软件比较容易理解。面向对象的软件技术符合人们习惯的思维方式，所建立的软件系统的结构与问题空间的结构基本一致。对象类有很强的独立性，当派生新类时候不需要了解其他类中的实现细节。因此，了解原有系统的工作量大幅度下降。（4）易于测试和调试。软件是否易于测试和调试，是影响软件可维护性的一个重要因素。类的独立性使对类的测试比较容易实现，如果发现错误也往往集中在类的内部，比较容易调试。6.3面向对象方法学的主要优点SoftwareEngineering6.4面向对象的概念6.4.1面向对象方法的基本概念1、对象（Object）在应用领域中有意义的、与所要解决的问题有关系的任何事物都可以作为对象(Object)。对象可以是事、物、或抽象概念，是将一组数据和使用该数据的一组基本操作或过程封装在一起的实体。它既可以是具体的物理实体的抽象，也可以是人为的概念，或者是任何有明确边界和意义的东西。例如，一名职工、一家公司、一个窗口、一座图书馆、一本图书、贷款和借款等，都可以作为一个对象。SoftwareEngineering事物是行为的主体，任何事物都由状态和行为两个方面构成，状态反映了事物的内部结构，反映了事物的静态特性(即对象的属性),行为反映了事物的运动规律,反映了动态特性，故对象是事物状态和行为的数据抽象，既是事物状态的集合，也是为改变状态而施加的操作方法或算法程序的集合。在OO法中的对象就是一个一个的可重用部件，是面向对象程序设计的基本元素。状态S操作1操作2操作3界面操作1、2、3的实现对象的形象表示6.4.1面向对象方法的基本概念SoftwareEngineering6.4.2其他概念1、类（Class）类又称对象类（ObjectClass），是一组具有相同属性和相同操作的对象的集合。在一个类中，每个对象都是类的实例(instance)类与对象的关系如同一个模具与用这个模具铸造出来的铸件之间的关系。SoftwareEngineering实例就是由某个特定的类所描述的一个具体的对象。2、实例（Instance）属性：姓名年龄单位职称工资状态：李伟25计算机系讲师900数据结构数据值类：教师对象：李伟抽象实例抽象实例6.4.2其他概念SoftwareEngineering3、消息（Message）消息就是用来请求对象执行某个处理或回答某些信息的要求。消息既可以是数据流，也可以是控制流。一条消息可以发送给不同的对象，对消息的解释完全由接收信息的对象来完成，不同的对象对相同形式的消息可以有不同的解释。6.4.2其他概念SoftwareEngineering通常，一个消息由下述3部分组成：·接收消息的对象；·消息选择符(也称为消息名)；·零个或多个变元。在C++语言中应该向它发下列消息：MyCircle.Show(GREEN)；其中MyCircle是接收消息的对象的名字，Show是消息选择符(即消息名)，圆括号内的GREEN是消息的变元。当MyCircle接收到这个消息后，将执行在Circle类中所定义的Show操作。6.4.2其他概念SoftwareEngineering4、方法（Method）方法，是对象所能执行的操作。C++中把方法称为成员函数，如Circle类中定义的成员函数Show(intcolor)5、属性（Attribute）属性，是类中定义的数据。C++中把属性称为数据成员。6、封装（encapsulation）封装就是信息隐藏，通过封装对外界隐藏了对象的实现细节。6.4.2其他概念SoftwareEngineering7、继承（Inheritance）继承，是指能够直接获得已有的性质和特征，而不必重复定义它们。继承是子类自动地共享基类中定义的数据和方法的机制。A的操作A的变量类AA的实例变量从A的继承特性B的操作B的变量类B继承来的A的实例变量B的实例变量类AA的实例a1B的实例b1类B：A的子类图6.4实现继承机制的原理6.4.2其他概念SoftwareEngineering8、多态性（Polymorphism）多态性：多态性(Polymorphism)是指相同的操作或函数，过程作用于不同的对象上并获得不同的结果。即相同的操作的消息发送给不同的对象时，每个对象将根据自己所属类中所定义的操作去执行，故产生不同的结果。例如：“绘图”操作，作用在“椭圆”和“矩形”上，6.4.2其他概念SoftwareEngineering9、重载（Overloading）有两种重载：1）函数重载指在同一作用域内的若干个参数特征不同的函数可以使用相同的函数名字。如：Show(inta,intb)Show(intx)Show(intx,inty,intz)C++语言中函数重载是通过静态联编实现的。即编译时根据函数变元的个数和类型，决定函数版本。6.4.2其他概念SoftwareEngineering2）运算符重载指同一运算符可以施加于不同类型的操作数上面。当被操作数类型不同时，运算符的含义是不同的。编译时根据被操作数的类型，决定使用算符的哪种语义。6.4.2其他概念SoftwareEngineering6.5面向对象建模为了更好地理解问题，人们常常采用建立问题模型的方法。所谓模型，就是为了理解事物而对事物作出的一种抽象，是对事物的一种无歧义的书面描述。通常，模型由一组图示符号和组织这些符号的规则组成，利用它们来定义和描述问题域中的术语和概念。更进一步讲，模型是一种思考工具，利用这种工具可以把知识规范地表示出来。模型可以帮助我们思考问题、定义术语、在选择术语时作出适当的假设，并且可以帮助我们保持定义和假设的一致性。SoftwareEngineering6.5面向对象建模用面向对象方法开发软件，通常需要建立三种形