面向对象技术_1

面向对象软件工程与面向对象编程
在一个系统开发过程中是只采用 OOP 还是 采用了OOSE（面向对象软件工程）方法，关键 看整个开发过程是“设计主导”还是“程序主 导”。
问题1: 问题 在进行软件设计和选择软件开发 工具之前， 工具之前，是否进行开发方法学 的选择？ 的选择？ 所谓方法学是指组织软件生产过程的一系列 方法、技术和规范。方法学是软件开发者长年失 败和成功经验的理论性总结，从软件重用的思路 来说，方法学重用的价值远非某些程序组件重用 可比。 对停留在程序主导级开发的软件开发人员来 说，他们选择 OOP 的原因也往往是被动的。其 实，在程序主导开发者的辞典中是找不到“方法 学”这一词的，或者把“方法学”与“程序算法” 混为一谈。至于把 OOP 看成是 OOSE 的全部就 更不足为怪了。
其次，如果使用结构化方法，数据库 模式可能映射客观世界的数据结构。由于 公路、养路单位、管理单位、路况、桥梁、隧道 及道路绿化情况等各实体间客观存在着复杂的多 重关系，其结果可能定义出一个像蜘蛛网似的关 系库结构，因而大大加重了数据库前端应用编程 和数据库维护的负担。 总之，该系统若使用结构化方法，系统结构 和数据库结构都可能成为网状结构，且互相无关。 如果采用面向对象的方法，则系统结构和数据库 结构都是单/多重继承结构，相互存在映射关系。 显然结构化方法的复杂性高、可维护性差、内部 重用难度大、重用率低。
• 在不同程度上运用抽象的原则得到较一般的类 和较特殊的类。特殊类继承一般类的属性和服 务，面向对象方法支持继承关系的描述和实现， 以简化系统的构造过程及其文档。 • 复杂对象可以包含简单的对象（称为聚合）。 • 对象之间通过消息进行通信，以实现对象之间 的动态联系。 • 通过关联表达对象之间的静态联系。
传统的软件工程方法—结构化软件工程方法 传统的软件工程方法 结构化软件工程方法 • 需求分析 • 总体设计和详细设计 • 编程和测试 • 软件维护 面向对象的软件工程方法 • 面向对象的分析 • 面向对象的设计 • 面向对象的编程 • 面向对象的测试 • 面向对象的软件维护
分析就是问题抽象（做什么），设计是问题 求解（怎么做），实现是问题的解（结果）。任 何方法学对客观世界的抽象和求解过程皆如此。 在问题抽象阶段，结构化方法面向过程，按 照数据变换的过程寻找问题的结点，对问题进行 分解。与面向对象方法不同，描述数据变换的功 能模型是结构化方法的重点。如果问题世界的功 能比数据更复杂或者更重要，那么结构化方法仍 然应是首选的方法学。如果数据结构复杂且变换 并不多，那么如以过程主导分析和设计，一旦有 系统变更就会给下游开发带来极大混乱。
面向对象技术
任课教师：区士颀 Email：smartvision@
第一章 面向对象方法概论
本章内容： • 面向对象方法的基本原理和概念； • 成为当今软件主流技术的原因； • 对于改进软件开发，促进计算机技 术发展的重要意义；
1.1 什么是面向对象
1980年代初期的定义： 面向对象是一种新兴的程序设计方法，或者说 它是一种新的程序设计范型，其基本思想是使用 对象、类、继承、封装、消息等基本概念进行程 序设计。 面向对象的基本思想： 从现实中客观存在的事物（即对象）出发构造 软件系统，并在系统构造中尽可能运用人类的自 然思维方式。
如果设计阶段不预先设计和开发出超类对象， 在同一项目的多数开发者之间没有可以共同继承 的祖先对象，甚至在各个开发人员自己的作用范 围内都不使用继承关系，那么这不仅不是OOSE， 就连称之为OOP都很勉强。
面向对象方法的主要特点： • 从问题域中存在的客观事物出发构造软件系统， 用对象作为这些事物的抽象表示，并以此作为 系统的基本构成单位。 • 事物的静态特征用对象的属性表示，事物的动 态特征用对象的服务表示。 • 对象的属性与服务结合为一体，成为一个独立 的实体，对外屏蔽其内部细节（称为封装）。 • 对事物进行分类。具有相同属性/服务的对象归 为一类，类是这些对象的抽象描述，每个对象 是类的一个实例。
3. 利于信息的隐蔽性，不会破坏数据 的完整性，利于将复杂问题简单化。 例如，具有复杂关系、结构及相关存取操作 的数据库表集的维护问题。如果不使用一个泛化 类将数据结构及其相关操作封装起来，下层程序 员要想操作有关库表就必须对库表设计有深入的 了解，并且确保程序算法设计不得破坏数据的相 关一致性，这将大大增加程序设计和测试的难度， 要求程序员有较丰富的经验。而采用这种泛化类 (公用函数、公用存储过程) 后，程序员所要做的 只是发“消息”和取“输出信息”了。 4. 有利于推行开发规范，统一界面风格。
1.2.2 语言的鸿沟
人们使用的自然语言与计算机能够执行的编 程语言之间所存在的差距被称为“语言的鸿沟”， 其实质是认识和描述之间的鸿沟。
客观事物 （问题域） 自然语言 对问题域的认识（人）
语言的理解和执行（机器） 计算机
图1.1 语言的鸿沟
1.2.3 编程语言的发展是鸿沟变窄
对超类的抽象即实例对象的泛化原则： 1. 寻找大多数实例对象的共同行为。 例如一个管理系统中的“打印报表”、 “查询静态代码表”、“录入数据库表数据” 等对象的共同行为。 2. 超类的多态性设计要保证使用超类继承 关系可以满足各子类的操作要求。 例如继承同一个“数据录入”祖先窗口， 可以完成不同结构数据库表的数据录入。
1.2.1 软件开发——事物的认识和描述
认识论的角度看待软件开发过程： • 对所要解决问题及其相关事物的认识。即通过 人的思维，对系统问题域中的客观事物，以及 要解决的问题产生正确的认识和理解，并找到 解决问题的方法。 • 基于这种认识所进行的描述。即用某种编程语 言把问题域中的事物、问题及其解决方法表达 出来。
1. 2. 3. 4. 机器语言 汇编语言 高级语言 面向对象的语言
客观事物（问题域） 自然语言 语言的鸿沟 面向对象的语言 非OO的高级语言 汇编语言 机器语言 计算机
图1.2 语言的发展——鸿沟变窄
1.2.4 软件工程学的作用
两位研究面向对象软件工程的美国学者 （Stave Halladay和Michael Wiebel）曾这样说： “一般的面向对象编程（OOP）思路不过是一批 乌合之众，把灵机一动、随机应变的技巧用于他 们绞尽脑汁抽象出来的‘对象’而已。即使是最 优秀的OOP程序员，他们所能对付的极限也莫过 于中等规模的开发项目。倘若程序员经验不足， 系统规模又很大，那么采用OOP只能把你引入漫 无边际的泥沼之中。”
对象抽象是从逻辑级还是物理级出发，与开 发前是否进行方法学选择一样，也是区分OOSE 与 OOP 的试金石。由于许多工具或语言（如PB、 Java、C＋＋等）都支持OOP，使一些程序级系 统开发人员可以很方便地不经过逻辑抽象就直接 开发物理对象，意识不到在早期阶段就从物理层 ——即实例对象——出发进行系统开发的祸患。 孰不知正是这种随心所欲的 OOP 不仅无法发挥 面向对象方法应有的优越性，而且还会给开发后 期带来大量返工作业。
问题2: 问题 对象抽象的出发点是现实世界的 问题描述，还是可执行的实例对象？ 问题描述，还是可执行的实例对象？ 面向对象的问题分析模型从3个侧面进行描 述，即对象模型 (对象的静态结构)、动态模型(对 象相互作用的顺序)和功能模型(数据变换及功能 依存关系)。软件工程的抽象原则、层次原则和分 割原则同样适用于面向对象方法，即对象抽象与 功能抽象原则是一样的，也是从高级到低级、从 逻辑到物理，逐级细分。每一级抽象都重复对象 建模 (对象识别)→动态建模(事件识别)→功能建 模(操作识别)的过程，直到每一个对象实例在物 理(程序编码)上全部实现。
一方面是几乎没有一位软件工程学者认为 OOP 是完美无缺的，另一方面是 OOP 势如破竹， 近乎每一种最新推出的程序开发工具或语言都采 用了 OOP 思路；一方面是越来越多的“乌合之众” 在毫无章法、随心所欲地处理着“对象”，另一 方面是经过近 30 年的积累已经拥有了最大多数用 户的结构化软件方法的日渐萎缩……面对这一现 实，研究软件工程方法学的专家们纷纷指出： “当前摆在软件开发方法学面前的一个重要课题 是：从理论上理解 OOP 具有强大生命力的天然合 理性，并完善面向对象软件工程方法学体系。”
问题3: 设计阶段是否先设计超类， 问题 设计阶段是否先设计超类，是否在 实例对象设计开始之前完成超类对 象的实现？ 象的实现？ 面向对象方法开发出的软件具有较强的可重 用性，这种重用包括开发项目内部的重用和外部 的重用。重用依存于超类设计，没有超类的对象 系统好比“把洗衣机当米缸”，不能物尽其用。 超类设计的好与不好，首先看其内部重用率的高 低，内部重用率高，必然外部重用率也高。 重用率高的超类开发可以减少重复劳动，易 于统一规格，对复杂问题统一攻关、统一解决,便 于统一维护。
软件开发中的面向对象方法
面向对象方法是一种运用对象、 继承、 面向对象方法是一种运用对象、类、继承、 封装、聚合、消息传递、 封装、聚合、消息传递、多态性等概念来构造软 件系统的开发方法。 件系统的开发方法。
1.2 从认识论看面向对象方法的形成
意义： 对问题域的正确认识是软件开发工作 的首要任务，没有对问题域的正确认识， 就不可能产生一个正确的系统。
在设计上，结构化方法学产生自顶向下、结 构清晰的系统结构。每个模块有可能保持较强的 独立性，但它往往与数据库结构相独立，功能模 块与数据库逻辑模式间没有映射关系，程序与数 据结构很难封装在一起。如果数据结构复杂，模 块独立性很难保证。 面向对象方法抽象的系统结构并不比结构化 方法产生的系统结构更简单，但它能映射到数据 库结构中，较容易实现程序与数据结构的封装。
问题存在于下层抽象里： 问题存在于下层抽象里 首先是公共超类对象设计与结构化方法相悖。 公共超类对象设计把一些下层模块及在过程分析 中没有语义的对象，放在系统结构的上层。因此 如果采用结构化方法，须将继承关系改为下层模 块调用关系。但是事实上，祖先对象的一些状态 (属性值) 是从主控模块直接得到指示而确定的； 从控制角度说，它的确处于系统的上层地位。如 果采用结构化方法，则要么把系统结构变成网络 状，失去结构化特征，要么放弃这种统一完成重 复性劳动的设计方案。