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認(rèn)證類(lèi)型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：仝**（實(shí)名認(rèn)證）

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IP屬地：上海 上傳時(shí)間：2022-08-19 格式：PPT 頁(yè)數(shù)：99 大?。?27KB 積分：15 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、第2章 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論2.1 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)概述2.2 面向?qū)ο蟮母拍?.3 面向?qū)ο蠼?.4 對(duì)象模型2.5 動(dòng)態(tài)模型2.6 功能模型2.7 3種模型之間的關(guān)系2.8 小結(jié)習(xí)題 傳統(tǒng)的軟件工程方法學(xué)曾經(jīng)給軟件產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大進(jìn)步，部分地緩解了軟件危機(jī)，使用這種方法學(xué)開(kāi)發(fā)的許多中、小規(guī)模軟件項(xiàng)目都獲得了成功。但是，人們也注意到當(dāng)把這種方法學(xué)應(yīng)用于大型軟件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)，似乎很少取得成功。在20世紀(jì)60年代后期出現(xiàn)的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言Simula-67中首次引入了類(lèi)和對(duì)象的概念，自20世紀(jì)80年代中期起，人們開(kāi)始注重面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)的研究，逐步形成了面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)。到了20世紀(jì)90年代，面向?qū)ο?/p>

2、方法學(xué)已經(jīng)成為人們?cè)陂_(kāi)發(fā)軟件時(shí)首選的范型。面向?qū)ο蠹夹g(shù)已成為當(dāng)前最好的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)。面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的出發(fā)點(diǎn)和基本原則，是盡可能模擬人類(lèi)習(xí)慣的思維方式，使開(kāi)發(fā)軟件的方法與過(guò)程盡可能接近人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界解決問(wèn)題的方法與過(guò)程，也就是使描述問(wèn)題的問(wèn)題空間(也稱(chēng)為問(wèn)題域)與實(shí)現(xiàn)解法的解空間(也稱(chēng)為求解域)在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。2.1 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)概述 2.1.1 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的要點(diǎn)客觀世界的問(wèn)題都是由客觀世界中的實(shí)體及實(shí)體相互間的關(guān)系構(gòu)成的。我們把客觀世界中的實(shí)體抽象為問(wèn)題域中的對(duì)象(object)。因?yàn)樗鉀Q的問(wèn)題具有特殊性，因此，對(duì)象是不固定的。一個(gè)雇員可以作為一個(gè)對(duì)象，一家公司也可以作為一個(gè)對(duì)象，

3、到底應(yīng)該把什么抽象為對(duì)象，由所要解決的問(wèn)題決定。從本質(zhì)上說(shuō)，用計(jì)算機(jī)解決客觀世界的問(wèn)題，是借助于某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的規(guī)定，對(duì)計(jì)算機(jī)中的實(shí)體施加某種處理，并用處理結(jié)果去映射解。我們把計(jì)算機(jī)中的實(shí)體稱(chēng)為解空間對(duì)象。顯然，解空間對(duì)象取決于所使用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。例如，匯編語(yǔ)言提供的對(duì)象是存儲(chǔ)單元；面向過(guò)程的高級(jí)語(yǔ)言提供的對(duì)象，是各種預(yù)定義類(lèi)型的變量、數(shù)組、記錄和文件等等。一旦提供了某種解空間對(duì)象，就隱含規(guī)定了允許對(duì)該類(lèi)對(duì)象施加的操作。從動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)看，對(duì)對(duì)象施加的操作就是該對(duì)象的行為。在問(wèn)題空間中，對(duì)象的行為是極其豐富多彩的，然而解空間中的對(duì)象的行為卻是非常簡(jiǎn)單呆板的。因此，只有借助于十分復(fù)雜的算法，才能操

4、縱解空間對(duì)象從而得到解。這就是人們常說(shuō)的“語(yǔ)義斷層”，也是長(zhǎng)期以來(lái)程序設(shè)計(jì)始終是一門(mén)學(xué)問(wèn)的原因。通常，客觀世界中的實(shí)體既具有靜態(tài)的屬性又具有動(dòng)態(tài)的行為。然而傳統(tǒng)語(yǔ)言提供的解空間對(duì)象實(shí)質(zhì)上卻僅是描述實(shí)體屬性的數(shù)據(jù)，必須在程序中從外部對(duì)它施加操作，才能模擬它的行為。眾所周知，軟件系統(tǒng)本質(zhì)上是信息處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)和處理原本是密切相關(guān)的，把數(shù)據(jù)和處理人為地分離成兩個(gè)獨(dú)立的部分，會(huì)增加軟件開(kāi)發(fā)的難度。與傳統(tǒng)方法相反，面向?qū)ο蠓椒ㄊ且环N以數(shù)據(jù)或信息為主線(xiàn)，把數(shù)據(jù)和處理相結(jié)合的方法。面向?qū)ο蠓椒ò褜?duì)象作為由數(shù)據(jù)及可以施加在這些數(shù)據(jù)上的操作所構(gòu)成的統(tǒng)一體。對(duì)象與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有本質(zhì)區(qū)別，它不是被動(dòng)地等待外界對(duì)它施加

5、操作，相反，它是進(jìn)行處理的主體。必須發(fā)消息請(qǐng)求對(duì)象主動(dòng)地執(zhí)行它的某些操作，處理它的私有數(shù)據(jù)，而不能從外界直接對(duì)它的私有數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)所提供的“對(duì)象”概念，是讓軟件開(kāi)發(fā)者自己定義或選取解空間對(duì)象，然后把軟件系統(tǒng)作為一系列離散的解空間對(duì)象的集合。應(yīng)該使這些解空間對(duì)象與問(wèn)題空間對(duì)象盡可能一致。這些解空間對(duì)象彼此間通過(guò)發(fā)送消息而相互作用，從而得出問(wèn)題的解。也就是說(shuō)，面向?qū)ο蠓椒ㄊ且环N新的思維方法，它是把程序看作是相互協(xié)作而又彼此獨(dú)立的對(duì)象的集合。每個(gè)對(duì)象就像一個(gè)微型程序，有自己的數(shù)據(jù)、操作、功能和目的。這樣做就向著減少語(yǔ)義斷層的方向邁了一大步，在許多系統(tǒng)中解空間對(duì)象都可以直接模擬問(wèn)題空間

6、的對(duì)象，解空間與問(wèn)題空間的結(jié)構(gòu)十分一致，因此，這樣的程序易于理解和維護(hù)。概括地說(shuō)，面向?qū)ο蠓椒ň哂邢率?個(gè)要點(diǎn)：(1) 認(rèn)為客觀世界是由各種對(duì)象組成的，任何事物都是對(duì)象，復(fù)雜的對(duì)象可以由比較簡(jiǎn)單的對(duì)象以某種方式組合而成。按照這種觀點(diǎn)，可以認(rèn)為整個(gè)世界就是一個(gè)最復(fù)雜的對(duì)象。因此，面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)是由對(duì)象組成的，軟件中的任何元素都是對(duì)象，復(fù)雜的軟件對(duì)象由比較簡(jiǎn)單的對(duì)象組合而成。由此可見(jiàn)，面向?qū)ο蠓椒ㄓ脤?duì)象分解取代了傳統(tǒng)方法的功能分解。(2) 把所有對(duì)象都劃分成各種對(duì)象類(lèi)(簡(jiǎn)稱(chēng)為類(lèi)，class)，每個(gè)對(duì)象類(lèi)都定義了一組數(shù)據(jù)和一組方法。數(shù)據(jù)用于表示對(duì)象的靜態(tài)屬性，是對(duì)象的狀態(tài)信息。因此，每當(dāng)建立該對(duì)

7、象類(lèi)的一個(gè)新實(shí)例時(shí)，就按照類(lèi)中對(duì)數(shù)據(jù)的定義為這個(gè)新對(duì)象生成一組專(zhuān)用的數(shù)據(jù)，以便描述該對(duì)象獨(dú)特的屬性值。類(lèi)中定義的方法，是允許施加于該類(lèi)對(duì)象上的操作，是該類(lèi)所有對(duì)象共享的，并不需要為每個(gè)對(duì)象都復(fù)制操作的代碼。(3) 按照子類(lèi)(或稱(chēng)為派生類(lèi))與父類(lèi)(或稱(chēng)為基類(lèi))的關(guān)系，把若干個(gè)對(duì)象類(lèi)組成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)(也稱(chēng)為類(lèi)等級(jí))。在這種層次結(jié)構(gòu)中，通常下層的派生類(lèi)具有和上層的基類(lèi)相同的特性(包括數(shù)據(jù)和方法)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為繼承(inheritance)。但是，如果在派生類(lèi)中對(duì)某些特性又做了重新描述，則在派生類(lèi)中的這些特性將以新描述為準(zhǔn)，也就是說(shuō)，低層的特性將屏蔽高層的同名特性。(4) 對(duì)象彼此之間僅能通過(guò)傳

8、遞消息互相聯(lián)系。對(duì)象與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有本質(zhì)區(qū)別，它不是被動(dòng)地等待外界對(duì)它施加操作，相反，它是進(jìn)行處理的主體，必須發(fā)消息請(qǐng)求它執(zhí)行它的某個(gè)操作，處理它的私有數(shù)據(jù)，而不能從外界直接對(duì)它的私有數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。也就是說(shuō)，一切局部于該對(duì)象的私有信息，都被封裝在該對(duì)象類(lèi)的定義中，就好像裝在一個(gè)不透明的黑盒子中一樣，在外界是看不見(jiàn)的，更不能直接使用，這就是“封裝性”。 面向?qū)ο蟮姆椒▽W(xué)可以用下列方程來(lái)概括：OO=objects+classes+inheritance+communication with messages 也就是說(shuō)，面向?qū)ο缶褪羌仁褂脤?duì)象又使用類(lèi)和繼承等機(jī)制，而且對(duì)象之間僅能通過(guò)傳遞消息實(shí)現(xiàn)彼此通

9、信。如果僅使用對(duì)象和消息，則這種方法可以稱(chēng)為基于對(duì)象的(object-based)方法，而不能稱(chēng)為面向?qū)ο蟮姆椒?；如果進(jìn)一步要求把所有對(duì)象都劃分為類(lèi)，則這種方法可稱(chēng)為基于類(lèi)的(class-based)方法，但仍然不是面向?qū)ο蟮姆椒?。只有同時(shí)使用對(duì)象、類(lèi)、繼承和消息的方法，才是真正面向?qū)ο蟮姆椒ā?. 與人類(lèi)習(xí)慣的思維方法一致 傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)技術(shù)是面向過(guò)程的設(shè)計(jì)方法，這種方法以算法為核心，把數(shù)據(jù)和過(guò)程作為相互獨(dú)立的部分，數(shù)據(jù)代表問(wèn)題空間中的客體，程序代碼則用于處理這些數(shù)據(jù)。2.1.2 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的優(yōu)點(diǎn) 把數(shù)據(jù)和代碼作為分離的實(shí)體，反映了計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)，因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)和程序是分開(kāi)存放的。但

10、是，這樣做的時(shí)候總存在使用錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)調(diào)用正確的程序模塊，或使用正確的數(shù)據(jù)調(diào)用錯(cuò)誤的程序模塊的危險(xiǎn)。使數(shù)據(jù)和操作保持一致，是程序員的一個(gè)沉重負(fù)擔(dān)，在多人分工合作開(kāi)發(fā)一個(gè)大型軟件系統(tǒng)的過(guò)程中，如果負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的人中途改變了某個(gè)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)而又沒(méi)有及時(shí)通知所有人員，則會(huì)發(fā)生許多不該發(fā)生的錯(cuò)誤。 傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)技術(shù)忽略了數(shù)據(jù)和操作之間的內(nèi)在聯(lián)系，用這種方法所設(shè)計(jì)出來(lái)的軟件系統(tǒng)其解空間與問(wèn)題空間并不一致，令人感到難于理解。實(shí)際上，用計(jì)算機(jī)解決的問(wèn)題都是現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題，這些問(wèn)題無(wú)非由一些相互間存在一定聯(lián)系的事物所組成。每個(gè)具體的事物都具有行為和屬性?xún)煞矫娴奶卣鳌Ｒ虼?，把描述事物靜態(tài)屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表示

11、事物動(dòng)態(tài)行為的操作放在一起構(gòu)成一個(gè)整體，才能完整、自然地表示客觀世界中的實(shí)體。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)以對(duì)象(object)為核心，用這種技術(shù)開(kāi)發(fā)出的軟件系統(tǒng)由對(duì)象組成。對(duì)象是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體的正確抽象，它是由描述內(nèi)部狀態(tài)表示靜態(tài)屬性的數(shù)據(jù)，以及可以對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的操作(表示對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為)，封裝在一起所構(gòu)成的統(tǒng)一體。對(duì)象之間通過(guò)傳遞消息互相聯(lián)系，以模擬現(xiàn)實(shí)世界中不同事物彼此之間的聯(lián)系。 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的面向過(guò)程的方法有本質(zhì)不同，這種方法的基本原理是，使用現(xiàn)實(shí)世界的概念抽象地思考問(wèn)題從而自然地解決問(wèn)題。它強(qiáng)調(diào)模擬現(xiàn)實(shí)世界中的概念而不強(qiáng)調(diào)算法，它鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)者在軟件開(kāi)發(fā)的絕大部分過(guò)程中都用應(yīng)用領(lǐng)

12、域的概念去思考。在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法中，計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)是不重要的，現(xiàn)實(shí)世界的模型才是最重要的。面向?qū)ο蟮能浖_(kāi)發(fā)過(guò)程從始至終都圍繞著建立問(wèn)題領(lǐng)域的對(duì)象模型來(lái)進(jìn)行：對(duì)問(wèn)題領(lǐng)域進(jìn)行自然的分解，確定需要使用的對(duì)象和類(lèi)，建立適當(dāng)?shù)念?lèi)等級(jí)，在對(duì)象之間傳遞消息實(shí)現(xiàn)必要的聯(lián)系，從而按照人們習(xí)慣的思維方式建立起問(wèn)題領(lǐng)域的模型，模擬客觀世界。 傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)方法可以用“瀑布”模型來(lái)描述，這種方法強(qiáng)調(diào)自頂向下按部就班地完成軟件開(kāi)發(fā)工作。事實(shí)上，人們認(rèn)識(shí)客觀世界解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的過(guò)程，是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，人的認(rèn)識(shí)需要在繼承以前的有關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)才能逐步深化。在人的認(rèn)識(shí)深化過(guò)程中，既包括了從一般到特殊的演繹思維

13、過(guò)程，也包括了從特殊到一般的歸納思維過(guò)程。人在認(rèn)識(shí)和解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)使用的最強(qiáng)有力的思維工具是抽象，也就是在處理復(fù)雜對(duì)象時(shí)，為了達(dá)到某個(gè)分析目的集中研究對(duì)象的與此目的有關(guān)的實(shí)質(zhì)，忽略該對(duì)象的那些與此目的無(wú)關(guān)的部分。 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的基本原則是按照人類(lèi)習(xí)慣的思維方法建立問(wèn)題域的模型，開(kāi)發(fā)出盡可能直觀、自然地表現(xiàn)求解方法的軟件系統(tǒng)。面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)中廣泛使用的對(duì)象，是對(duì)客觀世界中實(shí)體的抽象。對(duì)象實(shí)際上是抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的實(shí)例，提供了比較理想的數(shù)據(jù)抽象機(jī)制，同時(shí)又具有良好的過(guò)程抽象機(jī)制。對(duì)象類(lèi)是對(duì)一組相似對(duì)象的抽象，類(lèi)等級(jí)中上層的類(lèi)是對(duì)下層類(lèi)的抽象。因此，面向?qū)ο蟮沫h(huán)境提供了強(qiáng)有力的抽象機(jī)制，便于用戶(hù)在

14、利用計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)使用習(xí)慣的抽象思維工具。此外，面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中普遍進(jìn)行的對(duì)象分類(lèi)過(guò)程，支持從特殊到一般的歸納思維過(guò)程；面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中通過(guò)建立類(lèi)等級(jí)而獲得的繼承特性，支持從一般到特殊的演繹思維過(guò)程。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)為開(kāi)發(fā)者提供了隨著對(duì)某個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)逐步深入和具體化的過(guò)程，而逐步設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的可能性，因?yàn)榭梢韵仍O(shè)計(jì)出由抽象類(lèi)構(gòu)成的系統(tǒng)框架，隨著認(rèn)識(shí)深入和具體化再逐步派生出更具體的派生類(lèi)。這樣的開(kāi)發(fā)過(guò)程符合人們認(rèn)識(shí)客觀世界解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)逐步深化的漸進(jìn)過(guò)程。2. 穩(wěn)定性好 傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)方法以算法為核心，開(kāi)發(fā)過(guò)程基于功能分析和功能分解。用傳統(tǒng)方法所建立起來(lái)的軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

15、緊密依賴(lài)于系統(tǒng)所要完成的功能，當(dāng)功能需求發(fā)生變化時(shí)將引起軟件結(jié)構(gòu)的整體修改。事實(shí)上，用戶(hù)需求變化大部分是針對(duì)功能的，因此，這樣的軟件系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 面向?qū)ο蠓椒ɑ跇?gòu)造問(wèn)題領(lǐng)域的對(duì)象模型，以對(duì)象為中心構(gòu)造軟件系統(tǒng)。它的基本作法是用對(duì)象模擬問(wèn)題領(lǐng)域中的實(shí)體，以對(duì)象間的聯(lián)系刻畫(huà)實(shí)體間的聯(lián)系。因?yàn)槊嫦驅(qū)ο蟮能浖到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)是根據(jù)問(wèn)題領(lǐng)域的模型建立起來(lái)的，而不是基于對(duì)系統(tǒng)應(yīng)完成的功能的分解，所以，當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的功能需求變化時(shí)并不會(huì)引起軟件結(jié)構(gòu)的整體變化，往往僅需要作一些局部性的修改。例如，從已有類(lèi)派生出一些新的子類(lèi)以實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)充或修改，增加或刪除某些對(duì)象等。總之，由于現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體是相對(duì)穩(wěn)定的，因此，以

16、對(duì)象為中心構(gòu)造的軟件系統(tǒng)也是比較穩(wěn)定的。3. 可重用性好 用已有的零部件裝配新的產(chǎn)品，是典型的重用技術(shù)，例如，可以用已有的預(yù)制件建筑一幢結(jié)構(gòu)和外形都不同于從前的新大樓。重用是提高生產(chǎn)率的最主要的方法。 傳統(tǒng)的軟件重用技術(shù)是利用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，也就是試圖用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)中的函數(shù)作為“預(yù)制件”來(lái)建造新的軟件系統(tǒng)。但是，標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)缺乏必要的“柔性”，不能適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合的不同需要，并不是理想的可重用的軟件成分。實(shí)際的庫(kù)函數(shù)往往僅提供最基本、最常用的功能，在開(kāi)發(fā)一個(gè)新的軟件系統(tǒng)時(shí)，通常多數(shù)函數(shù)是開(kāi)發(fā)者自己編寫(xiě)的，甚至絕大多數(shù)函數(shù)都是新編的。 使用傳統(tǒng)方法學(xué)開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，人們認(rèn)為具有功能內(nèi)聚性的模塊是理想的模塊，也

17、就是說(shuō)，如果一個(gè)模塊完成一個(gè)且只完成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子功能，那么這個(gè)模塊就是理想的可重用模塊。基于這種認(rèn)識(shí)，通常盡量把標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)中的函數(shù)做成功能內(nèi)聚的。但是，即使是具有功能內(nèi)聚性的模塊也并不是自含的和獨(dú)立的，相反，它必須運(yùn)行在相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上。如果要重用這樣的模塊，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)也必須重用。如果新產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)與最初產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)不同，則要么修改數(shù)據(jù)要么修改這個(gè)模塊。 事實(shí)上，離開(kāi)了操作便無(wú)法處理數(shù)據(jù)，而脫離了數(shù)據(jù)的操作也是毫無(wú)意義的，我們應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)和操作同樣重視。在面向?qū)ο蠓椒ㄋ褂玫膶?duì)象中，數(shù)據(jù)和操作正是作為平等伙伴出現(xiàn)的。因此，對(duì)象具有很強(qiáng)的自含性，此外，對(duì)象固有的封裝性和信息隱藏機(jī)制，使得對(duì)象

18、的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)與外界隔離，具有較強(qiáng)的獨(dú)立性。由此可見(jiàn)，對(duì)象是比較理想的模塊和可重用的軟件成分。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)在利用可重用的軟件成分構(gòu)造新的軟件系統(tǒng)時(shí)，有很大的靈活性。有兩種方法可以重復(fù)使用一個(gè)對(duì)象類(lèi)：一種方法是創(chuàng)建該類(lèi)的實(shí)例，從而直接使用它；另一種方法是從它派生出一個(gè)滿(mǎn)足當(dāng)前需要的新類(lèi)。繼承性機(jī)制使得子類(lèi)不僅可以重用其父類(lèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序代碼，而且可以在父類(lèi)代碼的基礎(chǔ)上方便地修改和擴(kuò)充，這種修改并不影響對(duì)原有類(lèi)的使用。由于可以像使用集成電路(IC)構(gòu)造計(jì)算機(jī)硬件那樣，比較方便地重用對(duì)象類(lèi)來(lái)構(gòu)造軟件系統(tǒng)，因此，有人把對(duì)象類(lèi)稱(chēng)為“軟件IC”。4. 較易開(kāi)發(fā)大型軟件產(chǎn)品 在開(kāi)發(fā)大型軟件產(chǎn)品時(shí)，組織

19、開(kāi)發(fā)人員的方法不恰當(dāng)往往是出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因。用面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，構(gòu)成軟件系統(tǒng)的每個(gè)對(duì)象就像一個(gè)微型程序，有自己的數(shù)據(jù)、操作、功能和用途，因此，可以把一個(gè)大型軟件產(chǎn)品分解成一系列本質(zhì)上相互獨(dú)立的小產(chǎn)品來(lái)處理，這就不僅降低了開(kāi)發(fā)的技術(shù)難度，而且也使得對(duì)開(kāi)發(fā)工作的管理變得容易多了。這就是為什么對(duì)于大型軟件產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，面向?qū)ο蠓缎蛢?yōu)于結(jié)構(gòu)化范型的原因之一。5. 可維護(hù)性好 用傳統(tǒng)方法和面向過(guò)程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件很難維護(hù)，是長(zhǎng)期困擾人們的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，是軟件危機(jī)的突出表現(xiàn)。由于下述因素的存在，使得用面向?qū)ο蠓椒ㄋ_(kāi)發(fā)的軟件可維護(hù)性好：（1） 面向?qū)ο蟮能浖€(wěn)定性比較好。 如前所述，當(dāng)對(duì)軟件的功能

20、或性能的要求發(fā)生變化時(shí)，通常不會(huì)引起軟件的整體變化，往往只需對(duì)局部作一些修改。由于對(duì)軟件所需做的改動(dòng)較小且限于局部，自然比較容易實(shí)現(xiàn)。（2） 面向?qū)ο蟮能浖容^容易修改。 如前所述，類(lèi)是理想的模塊機(jī)制，它的獨(dú)立性好，修改一個(gè)類(lèi)通常很少會(huì)牽扯到其他類(lèi)。如果僅修改一個(gè)類(lèi)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)部分(私有數(shù)據(jù)成員或成員函數(shù)的算法)，而不修改該類(lèi)的對(duì)外接口，則可以完全不影響軟件的其他部分。 面向?qū)ο筌浖夹g(shù)特有的繼承機(jī)制，使得對(duì)軟件的修改和擴(kuò)充比較容易實(shí)現(xiàn)，通常只須從已有類(lèi)派生出一些新類(lèi)，無(wú)須修改軟件原有成分。 面向?qū)ο筌浖夹g(shù)的多態(tài)性機(jī)制(見(jiàn)2.2.2節(jié))，使得當(dāng)擴(kuò)充軟件功能時(shí)對(duì)原有代碼所需作的修改進(jìn)一步減少，需

21、要增加的新代碼也比較少。（3） 面向?qū)ο蟮能浖容^容易理解。在維護(hù)已有軟件的時(shí)候，首先需要對(duì)原有軟件與此次修改有關(guān)的部分有深入理解，才能正確地完成維護(hù)工作。傳統(tǒng)軟件之所以難于維護(hù)，在很大程度上是因?yàn)樾薷乃婕暗牟糠址稚⒃谲浖鱾€(gè)地方，需要了解的面很廣，內(nèi)容很多，而且傳統(tǒng)軟件的解空間與問(wèn)題空間的結(jié)構(gòu)很不一致，更增加了理解原有軟件的難度和工作量。面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)符合人們習(xí)慣的思維方式，用這種方法所建立的軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與問(wèn)題空間的結(jié)構(gòu)基本一致。因此，面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)比較容易理解。對(duì)面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)所做的修改和擴(kuò)充，通常通過(guò)在原有類(lèi)的基礎(chǔ)上派生出一些新類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于對(duì)象類(lèi)有很強(qiáng)的獨(dú)立性，當(dāng)派生新類(lèi)

22、的時(shí)候通常不需要詳細(xì)了解基類(lèi)中操作的實(shí)現(xiàn)算法。因此，了解原有系統(tǒng)的工作量可以大幅度下降。（4） 易于測(cè)試和調(diào)試。為了保證軟件質(zhì)量，對(duì)軟件進(jìn)行維護(hù)之后必須進(jìn)行必要的測(cè)試，以確保要求修改或擴(kuò)充的功能按照要求正確地實(shí)現(xiàn)了，而且沒(méi)有影響到軟件不該修改的部分。如果測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，還必須通過(guò)調(diào)試改正過(guò)來(lái)。顯然，軟件是否易于測(cè)試和調(diào)試，是影響軟件可維護(hù)性的一個(gè)重要因素。對(duì)面向?qū)ο蟮能浖M(jìn)行維護(hù)，主要通過(guò)從已有類(lèi)派生出一些新類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，維護(hù)后的測(cè)試和調(diào)試工作也主要圍繞這些新派生出來(lái)的類(lèi)進(jìn)行。類(lèi)是獨(dú)立性很強(qiáng)的模塊，向類(lèi)的實(shí)例發(fā)消息即可運(yùn)行它，觀察它是否能正確地完成要求它做的工作，對(duì)類(lèi)的測(cè)試通常比較容易

23、實(shí)現(xiàn)，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤也往往集中在類(lèi)的內(nèi)部，比較容易調(diào)試。迭代是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中普遍存在的一種內(nèi)在屬性。經(jīng)驗(yàn)表明，軟件過(guò)程各個(gè)階段之間的迭代或一個(gè)階段內(nèi)各個(gè)工作步驟之間的迭代，在面向?qū)ο蠓缎椭斜仍诮Y(jié)構(gòu)化范型中更常見(jiàn)。2.1.3 噴泉模型一般說(shuō)來(lái)，使用面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，工作重點(diǎn)應(yīng)該放在生命周期中的分析階段。這種方法在開(kāi)發(fā)的早期階段定義了一系列面向問(wèn)題的對(duì)象，并且在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中不斷充實(shí)和擴(kuò)充這些對(duì)象。由于在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中都使用統(tǒng)一的軟件概念“對(duì)象”，所有其他概念(例如功能、關(guān)系、事件等)都是圍繞對(duì)象組成的，目的是保證分析工作中得到的信息不會(huì)丟失或改變，因此，對(duì)生命周期各階段的區(qū)分自然就不重要、

24、不明顯了。分析階段得到的對(duì)象模型也適用于設(shè)計(jì)階段和實(shí)現(xiàn)階段。由于各階段都使用統(tǒng)一的概念和表示符號(hào)，因此，整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程都是吻合一致的，或者說(shuō)是“無(wú)縫”連接的，這自然就很容易實(shí)現(xiàn)各個(gè)開(kāi)發(fā)步驟的多次反復(fù)迭代，達(dá)到認(rèn)識(shí)的逐步深化。每次反復(fù)都會(huì)增加或明確一些目標(biāo)系統(tǒng)的性質(zhì)，但卻不是對(duì)先前工作結(jié)果的本質(zhì)性改動(dòng)，這樣就減少了不一致性，降低了出錯(cuò)的可能性。圖2.1所示的噴泉模型，是典型的面向?qū)ο蟮能浖^(guò)程模型。圖2.1 噴泉模型 “噴泉”這個(gè)詞體現(xiàn)了面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)過(guò)程迭代和無(wú)縫的特性。圖中代表不同階段的圓圈相互重疊，這明確表示兩個(gè)活動(dòng)之間存在交迭；而面向?qū)ο蠓椒ㄔ诟拍詈捅硎痉椒ㄉ系囊恢滦裕ＷC了在各項(xiàng)開(kāi)發(fā)活

25、動(dòng)之間的無(wú)縫過(guò)渡，事實(shí)上，用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)軟件時(shí)，在分析、設(shè)計(jì)和編碼等項(xiàng)開(kāi)發(fā)活動(dòng)之間并不存在明顯的邊界。圖中在一個(gè)階段內(nèi)的向下箭頭代表該階段內(nèi)的迭代（或求精）。圖中較小的圓圈代表維護(hù)，圓圈較小象征著采用了面向?qū)ο蠓缎椭缶S護(hù)時(shí)間縮短了。為避免使用噴泉模型開(kāi)發(fā)軟件時(shí)開(kāi)發(fā)過(guò)程過(guò)分無(wú)序，應(yīng)該把一個(gè)線(xiàn)性過(guò)程（例如，快速原型模型或圖2.1中的中心垂線(xiàn)）作為總目標(biāo)。但是，同時(shí)也應(yīng)該記住，面向?qū)ο蠓缎捅旧硪蠼?jīng)常對(duì)開(kāi)發(fā)活動(dòng)進(jìn)行迭代或求精。在應(yīng)用領(lǐng)域中有意義的、與所要解決的問(wèn)題有關(guān)系的任何事物都可以作為對(duì)象，它既可以是具體的物理實(shí)體的抽象，也可以是人為的概念，或者是任何有明確邊界和意義的東西。對(duì)象是對(duì)問(wèn)題域

26、中某個(gè)實(shí)體的抽象，設(shè)立某個(gè)對(duì)象就反映了軟件系統(tǒng)具有保存有關(guān)它的信息并且與它進(jìn)行交互的能力。2.2 面向?qū)ο蟮母拍?2.2.1 對(duì)象由于客觀世界中的實(shí)體通常都既具有靜態(tài)的屬性，又具有動(dòng)態(tài)的行為，因此，面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中的對(duì)象是由描述該對(duì)象屬性的數(shù)據(jù)以及可以對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的所有操作封裝在一起構(gòu)成的統(tǒng)一體。對(duì)象可以作的操作表示它的動(dòng)態(tài)行為，在面向?qū)ο蠓治龊兔嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)中，通常把對(duì)象的操作稱(chēng)為服務(wù)或方法。1. 對(duì)象的形象表示為有助于讀者理解對(duì)象的概念，圖2.2形象地描繪了具有3個(gè)操作的對(duì)象。圖2.2 對(duì)象的形象表示一個(gè)對(duì)象很像一臺(tái)錄音機(jī)。當(dāng)在軟件中使用一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，只能通過(guò)對(duì)象與外界的界面來(lái)操作它。對(duì)

27、象與外界的界面也就是該對(duì)象向公眾開(kāi)放的操作。使用對(duì)象向公眾開(kāi)放的操作就好像使用錄音機(jī)的按鍵，只須知道該操作的名字(好像錄音機(jī)的按鍵名)和所需要的參數(shù)(提供附加信息或設(shè)置狀態(tài)，根本無(wú)須知道實(shí)現(xiàn)這些操作的方法。事實(shí)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)象操作的代碼和數(shù)據(jù)是隱藏在對(duì)象內(nèi)部的，一個(gè)對(duì)象好像是一個(gè)黑盒子，表示它內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)各個(gè)操作的代碼及局部數(shù)據(jù)，都被封裝在這個(gè)黑盒子內(nèi)部，在外面是看不見(jiàn)的，更不能從外面去訪(fǎng)問(wèn)或修改這些數(shù)據(jù)或代碼。使用對(duì)象時(shí)只需知道它向外界提供的接口形式而無(wú)須知道它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)算法，不僅使得對(duì)象的使用變得非常簡(jiǎn)單、方便，而且具有很高的安全性和可靠性。對(duì)象內(nèi)部的數(shù)據(jù)只能通過(guò)對(duì)象的公有方法(如C+

28、的公有成員函數(shù))來(lái)訪(fǎng)問(wèn)或處理，這就保證了對(duì)這些數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)或處理，在任何時(shí)候都是使用統(tǒng)一的方法進(jìn)行的，不會(huì)像使用傳統(tǒng)的面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言那樣，由于每個(gè)使用者各自編寫(xiě)自己的處理某個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)的過(guò)程而發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)對(duì)象處于不同狀態(tài)時(shí)，做同一個(gè)操作所得到的效果也是不同的。2. 對(duì)象的定義目前，對(duì)對(duì)象所下的定義并不完全統(tǒng)一，人們從不同角度給出對(duì)象的不同定義。這些定義雖然形式不同，但基本含義是相同的。下面給出對(duì)象的幾個(gè)定義。(1) 定義1： 對(duì)象是具有相同狀態(tài)的一組操作的集合。這個(gè)定義主要是從面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的角度看“對(duì)象”。(2) 定義2： 對(duì)象是對(duì)問(wèn)題域中某個(gè)東西的抽象，這種抽象反映了系統(tǒng)保存有關(guān)這個(gè)

29、東西的信息或與它交互的能力。也就是說(shuō)，對(duì)象是對(duì)屬性值和操作的封裝。這個(gè)定義著重從信息模擬的角度看待“對(duì)象”。(3) 定義3： 對(duì)象=ID,MS,DS,MI。其中，ID是對(duì)象的標(biāo)識(shí)或名字，MS是對(duì)象中的操作集合，DS是對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，MI是對(duì)象受理的消息名集合(即對(duì)外接口)。這個(gè)定義是一個(gè)形式化的定義。總之，對(duì)象是封裝了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及可以施加在這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作的封裝體，這個(gè)封裝體有可以惟一地標(biāo)識(shí)它的名字，而且向外界提供一組服務(wù)(即公有的操作)。對(duì)象中的數(shù)據(jù)表示對(duì)象的狀態(tài)，一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)只能由該對(duì)象的操作來(lái)改變。每當(dāng)需要改變對(duì)象的狀態(tài)時(shí)，只能由其他對(duì)象向該對(duì)象發(fā)送消息。對(duì)象響應(yīng)消息時(shí)，按照消息模式

30、找出與之匹配的方法，并執(zhí)行該方法。從動(dòng)態(tài)角度或?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)機(jī)制來(lái)看，對(duì)象是一臺(tái)自動(dòng)機(jī)。具有內(nèi)部狀態(tài)S，操作fi(i=1,2,n)，且與操作fi對(duì)應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)為gi(i=1,2,n)的一個(gè)對(duì)象，可以用圖2.3所示的自動(dòng)機(jī)來(lái)模擬。圖2.3 用自動(dòng)機(jī)模擬對(duì)象3. 對(duì)象的特點(diǎn)(1) 以數(shù)據(jù)為中心。操作圍繞對(duì)其數(shù)據(jù)所需要做的處理來(lái)設(shè)置，不設(shè)置與這些數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的操作，而且操作的結(jié)果往往與當(dāng)時(shí)所處的狀態(tài)(數(shù)據(jù)的值)有關(guān)。(2) 對(duì)象是主動(dòng)的。它與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有本質(zhì)不同，不是被動(dòng)地等待對(duì)它進(jìn)行處理，相反，它是進(jìn)行處理的主體。為了完成某個(gè)操作，不能從外部直接加工它的私有數(shù)據(jù)，而是必須通過(guò)它的公有接口向?qū)ο蟀l(fā)消息，

31、請(qǐng)求它執(zhí)行它的某個(gè)操作，處理它的私有數(shù)據(jù)。(3) 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)封裝。對(duì)象好像是一只黑盒子，它的私有數(shù)據(jù)完全被封裝在盒子內(nèi)部，對(duì)外是隱藏的、不可見(jiàn)的，對(duì)私有數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)或處理只能通過(guò)公有的操作進(jìn)行。為了使用對(duì)象內(nèi)部的私有數(shù)據(jù)，只需知道數(shù)據(jù)的取值范圍(值域)和可以對(duì)該數(shù)據(jù)施加的操作(即，對(duì)象提供了哪些處理或訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)的公有方法)，根本無(wú)須知道數(shù)據(jù)的具體結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)操作的算法。這也就是抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的概念。因此，一個(gè)對(duì)象類(lèi)型也可以看作是一種抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型。(4) 本質(zhì)上具有并行性。 對(duì)象是描述其內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)及可以對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的全部操作的集合。不同對(duì)象各自獨(dú)立地處理自身的數(shù)據(jù)，彼此通過(guò)發(fā)消息傳遞信息完成通信

32、。因此，本質(zhì)上具有并行工作的屬性。(5) 模塊獨(dú)立性好。對(duì)象是面向?qū)ο蟮能浖幕灸K，為了充分發(fā)揮模塊化簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)工作的優(yōu)點(diǎn)，希望模塊的獨(dú)立性強(qiáng)。具體來(lái)說(shuō)，也就是要求模塊的內(nèi)聚性強(qiáng)，耦合性弱。如前所述，對(duì)象是由數(shù)據(jù)及可以對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的操作所組成的統(tǒng)一體，而且對(duì)象是以數(shù)據(jù)為中心的，操作圍繞對(duì)其數(shù)據(jù)所需做的處理來(lái)設(shè)置，沒(méi)有無(wú)關(guān)的操作。因此，對(duì)象內(nèi)部各種元素彼此結(jié)合得很緊密，內(nèi)聚性相當(dāng)強(qiáng)。由于完成對(duì)象功能所需要的元素(數(shù)據(jù)和方法)基本上都被封裝在對(duì)象內(nèi)部，它與外界的聯(lián)系自然就比較少，因此，對(duì)象之間的耦合通常比較松。1. 類(lèi)(class)現(xiàn)實(shí)世界中存在的客觀事物有些是彼此相似的，例如，張三、李四、王

33、五雖說(shuō)每個(gè)人職業(yè)、性格、愛(ài)好、特長(zhǎng)等等各有不同，但是，他們的基本特征是相似的，都是黃皮膚、黑頭發(fā)、黑眼睛，于是人們把他們統(tǒng)稱(chēng)為“中國(guó)人”。人類(lèi)習(xí)慣于把有相似特征的事物歸為一類(lèi)，分類(lèi)是人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀世界的基本方法。2.2.2 重要概念在面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)中，“類(lèi)”就是對(duì)具有相同數(shù)據(jù)和相同操作的一組相似對(duì)象的定義，也就是說(shuō)，類(lèi)是對(duì)具有相同屬性和行為的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的描述，通常在這種描述中也包括對(duì)怎樣創(chuàng)建該類(lèi)的新對(duì)象的說(shuō)明。以上先詳細(xì)地闡述了對(duì)象的定義，然后在此基礎(chǔ)上定義了類(lèi)。也可以先定義類(lèi)再定義對(duì)象，例如，可以像下面這樣定義類(lèi)和對(duì)象： 類(lèi)是支持繼承的抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型，而對(duì)象就是類(lèi)的實(shí)例。2. 實(shí)例(in

34、stance)實(shí)例就是由某個(gè)特定的類(lèi)所描述的一個(gè)具體的對(duì)象。類(lèi)是對(duì)具有相同屬性和行為的一組相似的對(duì)象的抽象，類(lèi)在現(xiàn)實(shí)世界中并不能真正存在。實(shí)際上類(lèi)是建立對(duì)象時(shí)使用的“樣板”，按照這個(gè)樣板所建立的一個(gè)個(gè)具體的對(duì)象，就是類(lèi)的實(shí)際例子，通常稱(chēng)為實(shí)例。當(dāng)使用“對(duì)象”這個(gè)術(shù)語(yǔ)時(shí)，既可以指一個(gè)具體的對(duì)象，也可以泛指一般的對(duì)象，但是，當(dāng)使用“實(shí)例”這個(gè)術(shù)語(yǔ)時(shí)，必然是指一個(gè)具體的對(duì)象。3. 消息(message)消息就是要求某個(gè)對(duì)象執(zhí)行在定義它的那個(gè)類(lèi)中所定義的某個(gè)操作的規(guī)格說(shuō)明。通常，一個(gè)消息由下述3部分組成：接收消息的對(duì)象名；消息選擇符(也稱(chēng)為消息名)；零個(gè)或多個(gè)變?cè)?. 方法(method)方法就是對(duì)

35、象所能執(zhí)行的操作，也就是類(lèi)中所定義的服務(wù)。方法描述了對(duì)象執(zhí)行操作的算法，響應(yīng)消息的方法。在C+語(yǔ)言中把方法稱(chēng)為成員函數(shù)，有公有、私有和保護(hù)成員函數(shù)3類(lèi)。5. 屬性(attribute)屬性就是類(lèi)中所定義的數(shù)據(jù)，它是對(duì)客觀世界實(shí)體所具有的性質(zhì)的抽象。類(lèi)的每個(gè)實(shí)例都有自己特有的屬性值。在C+語(yǔ)言中把屬性稱(chēng)為數(shù)據(jù)成員，有：公有成員public私有成員private保護(hù)成員protected6. 封裝(encapsulation)從字面上理解，所謂封裝就是把某個(gè)事物包起來(lái)，使外界不知道該事物的具體內(nèi)容。在面向?qū)ο蟮某绦蛑校褦?shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)操作的代碼集中起來(lái)放在對(duì)象內(nèi)部。一個(gè)對(duì)象好像是一個(gè)不透明的黑盒子，表

36、示對(duì)象狀態(tài)的數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)操作的代碼與局部數(shù)據(jù)，都被封裝在黑盒子里面，從外面是看不見(jiàn)的，更不能從外面直接訪(fǎng)問(wèn)或修改這些數(shù)據(jù)和代碼。使用一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，只需知道它向外界提供的接口形式，無(wú)須知道它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和實(shí)現(xiàn)操作的算法。綜上所述，對(duì)象具有封裝性的條件如下：（1） 有一個(gè)清晰的邊界。所有私有數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)操作的代碼都被封裝在這個(gè)邊界內(nèi)，從外面看不見(jiàn)更不能直接訪(fǎng)問(wèn)。（2） 有確定的接口（即協(xié)議）。這些接口就是對(duì)象可以接受的消息，只能通過(guò)向?qū)ο蟀l(fā)送消息來(lái)使用它。（3） 受保護(hù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)對(duì)象功能的細(xì)節(jié)（私有數(shù)據(jù)和代碼）不能在定義該對(duì)象的類(lèi)的范圍外訪(fǎng)問(wèn)。封裝也就是信息隱藏，通過(guò)封裝對(duì)外界隱藏了對(duì)象的實(shí)

37、現(xiàn)細(xì)節(jié)。對(duì)象類(lèi)實(shí)質(zhì)上是抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型。類(lèi)把數(shù)據(jù)說(shuō)明和操作說(shuō)明與數(shù)據(jù)表達(dá)和操作實(shí)現(xiàn)分離開(kāi)了，使用者只需知道它的說(shuō)明（值域及可對(duì)數(shù)據(jù)施加的操作），就可以使用它。7. 繼承(inheritance)廣義地說(shuō)，繼承是指能夠直接獲得已有的性質(zhì)和特征，而不必重復(fù)定義它們。在面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)中，繼承是子類(lèi)自動(dòng)地共享基類(lèi)中定義的數(shù)據(jù)和方法的機(jī)制。面向?qū)ο筌浖夹g(shù)的許多強(qiáng)有力的功能和突出的優(yōu)點(diǎn)，都來(lái)源于把類(lèi)組成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)(類(lèi)等級(jí))：一個(gè)類(lèi)的上層可以有父類(lèi)，下層可以有子類(lèi)。這種層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一個(gè)重要性質(zhì)是繼承性，一個(gè)類(lèi)直接繼承其父類(lèi)的全部描述(數(shù)據(jù)和操作)。為了更深入、具體地理解繼承性的含義，圖2.4描繪

38、了實(shí)現(xiàn)繼承機(jī)制的原理。繼承具有傳遞性。因此，一個(gè)類(lèi)實(shí)際上繼承了它所在的類(lèi)等級(jí)中在它上層的全部基類(lèi)的所有描述，也就是說(shuō)，屬于某類(lèi)的對(duì)象除了具有該類(lèi)所描述的性質(zhì)外，還具有類(lèi)等級(jí)中該類(lèi)上層全部基類(lèi)描述的一切性質(zhì)。圖2.4 實(shí)現(xiàn)繼承機(jī)制的原理當(dāng)一個(gè)類(lèi)只允許有一個(gè)父類(lèi)時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)類(lèi)等級(jí)為樹(shù)形結(jié)構(gòu)時(shí)，類(lèi)的繼承是單繼承；當(dāng)允許一個(gè)類(lèi)有多個(gè)父類(lèi)時(shí)，類(lèi)的繼承是多重繼承。多重繼承的類(lèi)可以組合多個(gè)父類(lèi)的性質(zhì)構(gòu)成所需要的性質(zhì)，因此功能更強(qiáng)、使用更方便；但是，使用多重繼承時(shí)要注意避免二義性。繼承性使得相似的對(duì)象可以共享程序代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而大大減少了程序中的冗余信息。在程序執(zhí)行期間，對(duì)對(duì)象某一性質(zhì)的查找是從該對(duì)象

39、類(lèi)在類(lèi)等級(jí)中所在的層次開(kāi)始，沿類(lèi)等級(jí)逐層向上進(jìn)行的，并把第一個(gè)被找到的性質(zhì)作為所要的性質(zhì)。因此，低層的性質(zhì)將屏蔽高層的同名性質(zhì)。使用從原有類(lèi)派生出新的子類(lèi)的辦法，使得對(duì)軟件的修改變得比過(guò)去容易得多了。當(dāng)需要擴(kuò)充原有的功能時(shí)，派生類(lèi)的方法可以調(diào)用其基類(lèi)的方法，并在此基礎(chǔ)上增加必要的程序代碼；當(dāng)需要完全改變?cè)胁僮鞯乃惴〞r(shí)，可以在派生類(lèi)中實(shí)現(xiàn)一個(gè)與基類(lèi)方法同名而算法不同的方法；當(dāng)需要增加新的功能時(shí)，可以在派生類(lèi)中實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的方法。繼承性使得用戶(hù)在開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)不必完全從零開(kāi)始，可以繼承原有的相似系統(tǒng)的功能或者從類(lèi)庫(kù)中選取需要的類(lèi)，再派生出新的類(lèi)以實(shí)現(xiàn)所需要的功能。有了繼承性以后，還可以用把已有

40、的一般性的解加以具體化的辦法，來(lái)達(dá)到軟件重用的目的：首先，使用抽象的類(lèi)開(kāi)發(fā)出一般性問(wèn)題的解，然后，在派生類(lèi)中增加少量代碼使一般性的解具體化，從而開(kāi)發(fā)出符合特定應(yīng)用需要的具體解。8. 多態(tài)性(polymorphism)多態(tài)性一詞來(lái)源于希臘語(yǔ)，意思是“有許多形態(tài)”。在面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)中，多態(tài)性是指子類(lèi)對(duì)象可以像父類(lèi)對(duì)象那樣使用，同樣的消息既可以發(fā)送給父類(lèi)對(duì)象也可以發(fā)送給子類(lèi)對(duì)象。也就是說(shuō)，在類(lèi)等級(jí)的不同層次中可以共享(公用)一個(gè)行為(方法)的名字，然而不同層次中的每個(gè)類(lèi)卻各自按自己的需要來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)行為。當(dāng)對(duì)象接收到發(fā)送給它的消息時(shí)，根據(jù)該對(duì)象所屬于的類(lèi)動(dòng)態(tài)選用在該類(lèi)中定義的實(shí)現(xiàn)算法。在C+語(yǔ)言中

41、，多態(tài)性是通過(guò)虛函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在類(lèi)等級(jí)不同層次中可以說(shuō)明名字、參數(shù)特征和返回值類(lèi)型都相同的虛擬成員函數(shù)，而不同層次的類(lèi)中的虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)算法各不相同。虛函數(shù)機(jī)制使得程序員能在一個(gè)類(lèi)等級(jí)中使用相同函數(shù)的多個(gè)不同版本，在運(yùn)行時(shí)刻才根據(jù)接收消息的對(duì)象所屬于的類(lèi)，決定到底執(zhí)行哪個(gè)特定的版本，這稱(chēng)為動(dòng)態(tài)聯(lián)編，也叫滯后聯(lián)編。例：class Figure class Rectangle:public Figure class Circle:public Figure protected: private: private: int centX,centY; int upLeftX,upLefyY; int Co

42、odX,CoodY; . int lowRightX,lowRightY; int Radius; public: public: public: DrawRectangle(); DrawCircle(); virtual void show(); virtual void show(); virtual void show(); virtual void Hide(); virtual void Hide(); virtual void Hide(); virtual void Zoom(); virtual void Zoom(); virtual void Zoom(); ; ; ;多

43、態(tài)性機(jī)制不僅增加了面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)的靈活性，進(jìn)一步減少了信息冗余，而且顯著提高了軟件的可重用性和可擴(kuò)充性。當(dāng)擴(kuò)充系統(tǒng)功能增加新的實(shí)體類(lèi)型時(shí)，只須派生出與新實(shí)體類(lèi)相應(yīng)的新的子類(lèi)，并在新派生出的子類(lèi)中定義符合該類(lèi)需要的虛函數(shù)，完全無(wú)須修改原有的程序代碼，甚至不需要重新編譯原有的程序(僅需編譯新派生類(lèi)的源程序，再與原有程序的.OBJ文件連接)。9. 重載(overloading)有兩種重載：函數(shù)重載是指在同一作用域內(nèi)的若干個(gè)參數(shù)特征不同的函數(shù)可以使用相同的函數(shù)名字；運(yùn)算符重載是指同一個(gè)運(yùn)算符可以施加于不同類(lèi)型的操作數(shù)上面。當(dāng)然，當(dāng)參數(shù)特征不同或被操作數(shù)的類(lèi)型不同時(shí)，實(shí)現(xiàn)函數(shù)的算法或運(yùn)算符的語(yǔ)義是不相

44、同的。在C+語(yǔ)言中函數(shù)重載是通過(guò)靜態(tài)聯(lián)編(也叫先前聯(lián)編)實(shí)現(xiàn)的，也就是在編譯時(shí)根據(jù)函數(shù)變?cè)膫€(gè)數(shù)和類(lèi)型，決定到底使用函數(shù)的哪個(gè)實(shí)現(xiàn)代碼；對(duì)于重載的運(yùn)算符，同樣是在編譯時(shí)根據(jù)被操作數(shù)的類(lèi)型，決定使用該算符的哪種語(yǔ)義。重載進(jìn)一步提高了面向?qū)ο笙到y(tǒng)的靈活性和可讀性。一、什么是模型為了更好地理解問(wèn)題，人們常常采用建立問(wèn)題模型的方法。所謂模型，就是為了理解事物而對(duì)事物作出的一種抽象，是對(duì)事物的一種無(wú)歧義的書(shū)面描述。通常，模型由一組圖示符號(hào)和組織這些符號(hào)的規(guī)則組成，利用它們來(lái)定義和描述問(wèn)題域中的術(shù)語(yǔ)和概念。更進(jìn)一步講，模型是一種思考工具，利用這種工具可以把知識(shí)規(guī)范地表示出來(lái)。模型可以幫助我們思考問(wèn)題、定義

45、術(shù)語(yǔ)、在選擇術(shù)語(yǔ)時(shí)作出適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，并且可以幫助我們保持定義和假設(shè)的一致性。2.3 面向?qū)ο蠼榱碎_(kāi)發(fā)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)分析員應(yīng)該從不同角度抽象出目標(biāo)系統(tǒng)的特性，使用精確的表示方法構(gòu)造系統(tǒng)的模型，驗(yàn)證模型是否滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的需求，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中逐漸把和實(shí)現(xiàn)有關(guān)的細(xì)節(jié)加進(jìn)模型中，直至最終用程序?qū)崿F(xiàn)模型。對(duì)于那些因過(guò)分復(fù)雜而不能直接理解的系統(tǒng)，特別需要建立模型，建模的目的主要是為了減少?gòu)?fù)雜性。人的頭腦每次只能處理一定數(shù)量的信息，模型通過(guò)把系統(tǒng)的重要部分分解成人的頭腦一次能處理的若干個(gè)子部分，從而減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度。在對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行分析的初始階段，面對(duì)大量模糊的、涉及眾多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的、錯(cuò)綜復(fù)雜的

46、信息，系統(tǒng)分析員往往感到無(wú)從下手。模型提供了組織大量信息的一種有效機(jī)制。一旦建立起模型之后，這個(gè)模型就要經(jīng)受用戶(hù)和各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业膰?yán)格審查。由于模型的規(guī)范化和系統(tǒng)化，因此比較容易暴露出系統(tǒng)分析員對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的片面性和不一致性。通過(guò)審查，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)許多錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤是正常現(xiàn)象，這些錯(cuò)誤可以在成為目標(biāo)系統(tǒng)中的錯(cuò)誤之前，就被預(yù)先清除掉。通常，用戶(hù)和領(lǐng)域?qū)＜铱梢酝ㄟ^(guò)快速建立的原型親身體驗(yàn)，從而對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行更有效的審查。模型常常會(huì)經(jīng)過(guò)多次必要的修改，通過(guò)不斷改正錯(cuò)誤的或不全面的認(rèn)識(shí)，最終使軟件開(kāi)發(fā)人員對(duì)問(wèn)題有了透徹的理解，從而為后續(xù)的開(kāi)發(fā)工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。用面向?qū)ο蠓椒ǔ晒Φ亻_(kāi)發(fā)軟件的關(guān)鍵，同樣是對(duì)

47、問(wèn)題域的理解。面向?qū)ο蠓椒ㄗ罨镜脑瓌t，是按照人們習(xí)慣的思維方式，用面向?qū)ο笥^點(diǎn)建立問(wèn)題域的模型，開(kāi)發(fā)出盡可能自然地表現(xiàn)求解方法的軟件。二、三種要建立的模型用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)軟件，通常需要建立3種形式的模型，它們分別是描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)象模型，描述系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型和描述系統(tǒng)功能的功能模型。這3種模型都涉及到數(shù)據(jù)、控制和操作等共同的概念，只不過(guò)每種模型描述的側(cè)重點(diǎn)不同。這3種模型從3個(gè)不同但又密切相關(guān)的角度模擬目標(biāo)系統(tǒng)，它們各自從不同側(cè)面反映了系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容，綜合起來(lái)則全面地反映了對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的需求。一個(gè)典型的軟件系統(tǒng)組合了上述3方面內(nèi)容：它使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(對(duì)象模型)，執(zhí)行操作(動(dòng)態(tài)模型)

48、，并且完成數(shù)據(jù)值的變化(功能模型)。面向?qū)ο罅Ⅲw模型立體模型對(duì)象模型動(dòng)態(tài)模型功能模型為了全面地理解問(wèn)題域，對(duì)任何大系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，上述3種模型都是必不可少的。用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)軟件，在任何情況下，對(duì)象模型始終都是最重要、最基本、最核心的。在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，3種模型一直都在發(fā)展、完善。在面向?qū)ο蠓治鲞^(guò)程中，構(gòu)造出完全獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用域模型。在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)過(guò)程中，把求解域的結(jié)構(gòu)逐漸加入到模型中。在實(shí)現(xiàn)階段，把應(yīng)用域和求解域的結(jié)構(gòu)都編成程序代碼并進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試驗(yàn)證。下面分別介紹上述3種模型。對(duì)象模型表示靜態(tài)的、結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)”性質(zhì)。它是對(duì)模擬客觀世界實(shí)體的對(duì)象以及對(duì)象彼此間的關(guān)系的映射，描述了系統(tǒng)的

49、靜態(tài)結(jié)構(gòu)。 正如2.1節(jié)所述，面向?qū)ο蠓椒◤?qiáng)調(diào)圍繞對(duì)象而不是圍繞功能來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)。 對(duì)象模型為建立動(dòng)態(tài)模型和功能模型，提供了實(shí)質(zhì)性的框架。2.4 對(duì)象模型在建立對(duì)象模型時(shí)，我們的目標(biāo)是從客觀世界中提煉出對(duì)具體應(yīng)用有價(jià)值的概念。為了建立對(duì)象模型，需要定義一組圖形符號(hào)，并且規(guī)定一組組織這些符號(hào)以表示特定語(yǔ)義的規(guī)則。也就是說(shuō)，需要用適當(dāng)?shù)慕ＵZ(yǔ)言來(lái)表達(dá)模型，建模語(yǔ)言由記號(hào)（即模型中使用的符號(hào)）和使用記號(hào)的規(guī)則（語(yǔ)法、語(yǔ)義和語(yǔ)用）組成?，F(xiàn)在一般采用統(tǒng)一建模語(yǔ)言（UML）作為OO開(kāi)發(fā)的建模手段。對(duì)象模型主要是類(lèi)圖和對(duì)象圖對(duì)象之間關(guān)系：關(guān)聯(lián)關(guān)系、繼承關(guān)系、聚合關(guān)系、依賴(lài)關(guān)系，通過(guò)類(lèi)圖體現(xiàn)出來(lái)。 統(tǒng)一建模的重

50、要性 一些著名的軟件工程專(zhuān)家在提出自己的面向?qū)ο蠓椒ǖ耐瑫r(shí)，也提出了自己的建模語(yǔ)言。但是，面向?qū)ο蠓椒ǖ挠脩?hù)并不了解不同建模語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，很難在實(shí)際工作中根據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)選擇合適的建模語(yǔ)言，而且不同建模語(yǔ)言之間存在的細(xì)微差別也極大地妨礙了用戶(hù)之間的交流。面向?qū)ο蠓椒òl(fā)展的現(xiàn)實(shí)，要求在精心比較不同建模語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)和總結(jié)面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，把建模語(yǔ)言統(tǒng)一起來(lái)。曾對(duì)面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的發(fā)展做出過(guò)重要貢獻(xiàn)的Booch,Rumbaugh和Jacobson經(jīng)過(guò)合作研究，于1996年6月設(shè)計(jì)出統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML 0.9。截止到1996年10月，在美國(guó)已有700多家公司表示支持采用UML作為建模語(yǔ)言，在1

51、996年年底，UML已經(jīng)穩(wěn)定地占領(lǐng)了面向?qū)ο蠹夹g(shù)市場(chǎng)的85%，成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1997年11月，國(guó)際對(duì)象管理組織OMG批準(zhǔn)把UML 1.1作為基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言。通常，使用UML提供的類(lèi)圖來(lái)建立對(duì)象模型。在UML中術(shù)語(yǔ)“類(lèi)”的實(shí)際含義是，“一個(gè)類(lèi)及屬于該類(lèi)的對(duì)象”。1. 什么是動(dòng)態(tài)模型： 動(dòng)態(tài)模型表示瞬時(shí)的、行為化的系統(tǒng)的“控制”性質(zhì)，它規(guī)定了對(duì)象模型中的對(duì)象的合法變化序列。一旦建立起對(duì)象模型之后，就需要考察對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為。所有對(duì)象都具有自己的生命周期（或稱(chēng)為運(yùn)行周期）。對(duì)一個(gè)對(duì)象來(lái)說(shuō)，生命周期由許多階段組成，在每個(gè)特定階段中，都有適合該對(duì)象的一組運(yùn)行規(guī)律和行為規(guī)則，用以規(guī)范

52、該對(duì)象的行為。生命周期中的階段也就是對(duì)象的狀態(tài)。2.5 動(dòng)態(tài)模型2.狀態(tài)概念： 所謂狀態(tài)，是對(duì)對(duì)象屬性值的一種抽象。當(dāng)然，在定義狀態(tài)時(shí)應(yīng)該忽略那些不影響對(duì)象行為的屬性。各對(duì)象之間相互觸發(fā)（即作用）就形成了一系列的狀態(tài)變化。我們把一個(gè)觸發(fā)行為稱(chēng)作一個(gè)事件。對(duì)象對(duì)事件的響應(yīng)，取決于接受該觸發(fā)的對(duì)象當(dāng)時(shí)所處的狀態(tài)，響應(yīng)包括改變自己的狀態(tài)或者又形成一個(gè)新的觸發(fā)行為。狀態(tài)有持續(xù)性，它占用一段時(shí)間間隔。狀態(tài)與事件密不可分，一個(gè)事件分開(kāi)兩個(gè)狀態(tài)，一個(gè)狀態(tài)隔開(kāi)兩個(gè)事件。事件表示時(shí)刻，狀態(tài)代表時(shí)間間隔。通常，用UML提供的狀態(tài)圖來(lái)描繪對(duì)象的狀態(tài)、觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件以及對(duì)象的行為（對(duì)事件的響應(yīng)）。每個(gè)類(lèi)的動(dòng)態(tài)行為

53、用一張狀態(tài)圖來(lái)描繪，各個(gè)類(lèi)的狀態(tài)圖通過(guò)共享事件合并起來(lái)，從而構(gòu)成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。也就是說(shuō)，動(dòng)態(tài)模型是基于事件共享而互相關(guān)聯(lián)的一組狀態(tài)圖的集合。在UML中，動(dòng)態(tài)模型一般用下述圖描述：狀態(tài)圖時(shí)序圖協(xié)作圖活動(dòng)圖等功能模型表示變化的系統(tǒng)的“功能”性質(zhì)，它指明了系統(tǒng)應(yīng)該“做什么”，因此更直接地反映了用戶(hù)對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的需求。通常，功能模型由一組數(shù)據(jù)流圖組成。在面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中，數(shù)據(jù)流圖遠(yuǎn)不如在結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)方法中那樣重要。一般說(shuō)來(lái)，與對(duì)象模型和動(dòng)態(tài)模型比較起來(lái)，數(shù)據(jù)流圖并沒(méi)有增加新的信息，但是，建立功能模型有助于軟件開(kāi)發(fā)人員更深入地理解問(wèn)題域，改進(jìn)和完善自己的設(shè)計(jì)。因此，不能完全忽視功能模型的作用。2.6

54、功能模型UML提供的用例圖也是進(jìn)行需求分析和建立功能模型的強(qiáng)有力工具。在UML中把用用例圖建立起來(lái)的系統(tǒng)模型稱(chēng)為用例模型。用例模型描述的是外部行為者(actor）所理解的系統(tǒng)功能。用例模型的建立是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)反復(fù)討論的結(jié)果，它描述了開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)對(duì)需求規(guī)格所達(dá)成的共識(shí)。在UML中，功能模型一般用：用況圖描述。面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)所建立的3種模型，分別從3個(gè)不同側(cè)面描述了所要開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。這3種模型相互補(bǔ)充、相互配合，使得我們對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)更加全面，構(gòu)成面向?qū)ο蟮牧Ⅲw模型。功能模型指明了系統(tǒng)應(yīng)該“做什么”；動(dòng)態(tài)模型明確規(guī)定了什么時(shí)候(即在何種狀態(tài)下接受了什么事件的觸發(fā))做；對(duì)象模型則定義了做事情的實(shí)體。在面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中，對(duì)象模型是最基本最重要的，它為其