面向对象技术总论优秀课件

面向对象的程序结构要比面向过程的程序结构更复杂， 因此可以实现的功能也就更加强大。程序设计语言技术的发 展历史充分证明了客观和主观系统进化中，功能和结构之间 关系的一般规律。图7.2表现了系统外部功能和内部结构之 间的关系，其内部结构也是分层次的，这也符合了人认识世 界的一般规律：由外向内、由表及里。
在程序设计语言中，类是一个完整的、独立的、可重用 的，具有低耦合、高内聚特性的程序模块。类相当于一种自 定义数据类型，它类似于C语言中的结构体类型(C++本身就 可以使用strut关键字来定义类)，不仅包含数据结构也包含 操作结构。数据类型作为程序语言中进行变量内存分配、类 型匹配、操作检查的基础，为程序的一致性和安全性提供了 重要的保证。因此，类概念的引入从类型角度进一步提高了 程序的安全性。
软件系统分析方法研究将问题域(现实世界)向求解域(程 序域)转换和映射的方法，其目的是把问题域(现实世界)中的 概念或者处理过程转换或映射成程序的元素和算法。问题域 (现实世界)相对来说是不变的或者变化较缓慢的，但系统分 析方法却根据程序设计方法的不同而改变，因此系统分析方 法依赖于程序设计技术，依赖于程序设计元素，参见图7.1。 结构化分析方法和面向对象分析方法则又分别依赖于结构化 程序设计语言和面向对象程序设计语言。
面向对象程序语言中的类是一个代码的预定义模块或者 程序结构元素，类似于函数、结构体或者记录类型定义，其 中包含了相关的变量和函数定义。类中的变量称为属性或者 成员变量；类中的函数称为成员函数(操作和方法)。操作和 方法的区别在于：操作强调其操作接口，方法则强调实现方 式和算法。可以把现实世界中的对象映射为程序语言中的类， 有时候这种映射比较困难且不明显，则可在其间增加一个概 念世界或者概念模型。这种映射的过程即为面向对象的系统 分析，如图7.4所示。
如上所述，新一代的程序设计语言技术并不是简单地否 定上一代语言，而是在上一代语言的基础上增加新的程序结 构元素(函数、类)，从而实现更复杂的程序结构。这种新的 程序元素更直观、更真实、更自然、更完整地抽象了现实世 界中的数据和处理(或者事物与概念)，更好地抽象了程序中 的变量和代码，也进一步增强了程序的易读性、安全性、稳 定性和重用性，同时改变了系统的分析和设计方法。归根结 底，程序设计语言的发展就是程序结构以及建立在其基础上 的分析、设计方法的发展。
结构化技术的基本元素是定义良好的程序结构元素，如 子程序(函数)结构和单入口/单出口的控制结构。前者是程序 的静态结构，后者则是程序的动态结构。子程序结构构成了 整个程序的静态结构，是动态控制结构的基础(严格地说， 每个语句都可以看成是对函数的调用)。结构化分析方法就 是要把问题域(现实世界)中的问题(概念、处理)转换成程序 中的数据结构和子程序(函数)。在这类方法中，可以认为： 程序=数据结构+函数结构+函数调用。相应的数据流分析方 法则将现实世界或者问题域中的业务处理转换为程序的函数 结构，这个过程称为分析过程，将系统的结构变成更适合于 程序域的形式，比如说具有重用、高效、稳定等特征的结构， 则是设计过程。
图7.2 软件系统外部功能和内部结构之间的关系
图7.3 软件系统外部功能和内部结构关ຫໍສະໝຸດ Baidu的例子
7.2 面向对象技术的基本概念
7.2.1 类 对象是指现实世界或者概念世界中的任何事物，类是具
有相同结构特征的对象的结构抽象。此结构特征包括对象的 属性特征和操作接口特征。属性特征定义了所有对象都具有 的属性名称及类型；操作接口特征则定义了所有对象都具有 的操作和方法。
图7.4 现实世界向计算机世界的转换
现实世界中的对象一定能够抽象成类，但程序语言中的 类则不一定有现实世界原型。这种不对称性反映了信息系统 的特殊性，即程序模型并不一定是现实世界的原始或者简单 的等价。因为现实世界中的任何事物都可以被抽象为类，因 此可以把面向对象看成是一种世界观和方法论，在这种世界 观和方法论基础上，现实世界被转换成程序世界就显得比较 自然。例如：企业中的员工、仓库、库存帐目、商品及类别、 物体、力等。
图7.1 系统分析方法对程序设计技术的依赖性
非结构化分析方法就是要把问题域或现实世界中的概念 和处理，如员工工资、计算工资等转换成变量定义和对变量 进行处理的语句，其基本元素是变量和语句，即所谓的数据 结构+算法。由于当时程序规模普遍比较小，运行和应用环 境也比较单一，因此不太考虑程序结构或者软件结构问题。 整体来说，非结构化技术是重视算法轻视结构的一种方法。
上面的例子表明，实现同样的功能可以采用不同的程序 元素、程序结构或者程序设计技术。高级的程序设计方法更 擅长解决复杂的问题，因为其程序元素和程序结构更为复杂。 这实际上是自然界和社会系统的一个普遍规律，即内部结构 决定外部功能。如果把系统解决的问题比做该系统实现的外 部功能，而把实现这些功能的程序元素及其关系看做是内部 结构，越复杂的内部结构就预示着系统的功能越复杂、越强 大，比如说，人的大脑结构要比动物的大脑结构复杂得多， 因此其功能也要强大得多。
面向对象技术总论
7.1 概述—面向对象方法论
面向对象技术的内容包括面向对象系统分析技术、系统 设计技术、程序设计技术、测试技术以及各种基于面向对象 技术的体系结构、框架、组件、中间件等。
面向对象技术的基础是面向对象程序设计，后者是程序 结构化发展的必然产物。众所周知，高级程序设计语言经历 了非结构化、结构化、面向对象三个发展阶段，这三个阶段 的进化都是针对程序的结构和系统分析方法而做出的。程序 的结构是指程序代码之间的关系。每到一个新的阶段，程序 的结构就更加完善、更加复杂，代码也更容易重用，抽象程 度也更高。
到了面向对象技术阶段，程序的基本元素是数据结构和 函数结构的统一体“类”。类是程序中的静态元素，而动态 元素是对象和消息。面向对象方法认为：程序=类结构+对 象+消息。面向对象分析的任务则是把现实世界中的概念或 者处理都转换为程序域中的类和方法，将现实世界中的过程 转换为对象之间的交互过程。面向对象设计使这种类和对象 交互更加适合于计算机系统实现，更加合理和高效，更加容 易重用。例如将员工、工资都转换成求解域中的类，计算某 位员工工资的过程称为向该员工对象发消息。