1、第九章 面向?qū)ο蠓椒▽W引論(Object - Oriented Methodology),1 面向?qū)ο蠓椒▽W概述 1、瀑布模型的缺點：僵化 瀑布模型要求：生命周期各階段間遵守嚴格的順序。 實際情況是：軟件開發(fā)往往在反復實踐中完成。 瀑布模型要求：預先定義并“凍結(jié)”軟件需求。 實際情況是：某些系統(tǒng)的需求是一個逐漸明確的過程，且預先定義的需求到軟件完成時可能已經(jīng)過時。,1面向?qū)ο蠓椒▽W概述, 本質(zhì)上是功能分解，以實現(xiàn)功能的過程為中心，而用戶的需求變化主要是針對功能的。這就使基于過程的設(shè)計不易被理解；且功能變化往往引起結(jié)構(gòu)變化較大，穩(wěn)定性不好。 系統(tǒng)有明確的邊界定義，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)依賴于系統(tǒng)邊界的定義，

2、這樣的系統(tǒng)不易擴充和修改。 數(shù)據(jù)與操作分開處理，可能造成軟構(gòu)件對具體應用環(huán)境的依賴，可重用性(reusability)較差.,2、SA - SD - SP 技術(shù)的缺點： （結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計）,面向?qū)ο蠓椒ò褦?shù)據(jù)和行為看成同等重要，它是一種以數(shù)據(jù)為主線，把數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作緊密地結(jié)合起來的方法。,3、面向?qū)ο蠓椒▽W(OOM),面向?qū)ο蠓椒▽W具有下述4個要點。 把對象(object)作為融合了數(shù)據(jù)及在數(shù)據(jù)上的操作行為的統(tǒng)一的軟件構(gòu)件。面向?qū)ο蟪绦蚴怯蓪ο蠼M成的，程序中任何元素都是對象，復雜對象由比較簡單的對象組合而成。,(2) 把所有對象都劃分成類(class)。每個類都定義

3、了一組數(shù)據(jù)和一組操作，類是對具有相同數(shù)據(jù)和相同操作的一組相似對象的定義。,(3) 按照父類(或稱為基類)與子類(或稱為派生類)的關(guān)系，把若干個相關(guān)類組成一個層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)(也稱為類等級)。在類等級中，下層派生類自動擁有上層基類中定義的數(shù)據(jù)和操作，這種現(xiàn)象稱為繼承。 (4) 對象彼此間僅能通過發(fā)送消息互相聯(lián)系。 也就是說，對象的所有私有信息都被封裝在該對象內(nèi)，不能從外界直接訪問，這就是通常所說的封裝性。,杭 州,北 京,Message,Send by method,對象Object,Object,= 數(shù)據(jù)Attribute,Attributes: location; employee; ,+ 操

4、作Method,Methods: send; sell; ,注意：Object內(nèi)部的attributes不允許外部用戶直接改動，只有當它提供了相應的服務method時，用戶才能通過發(fā)送message來提請它執(zhí)行。,我想把郵局搬到 我家門口，多加幾個 郵遞員，24小時都開門 ,對不起， 本郵局不提供 此類服務,唉，那就先送束花吧 Post_office.Send (request, payment),例：, 特點：盡可能模擬人類習慣的思維方式，即問題域與求解域在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。與傳統(tǒng)方法相反，OOM以數(shù)據(jù)或信息為主線，把數(shù)據(jù)和處理結(jié)合構(gòu)成統(tǒng)一體 對象。這時程序不再是一系列工作在數(shù)據(jù)上的函數(shù)集合

5、，而是相互協(xié)作又彼此獨立的對象的集合。, OOM的四要素：,對象(object)：世界由對象組成。, 類 (class) ：對象可劃分為類；單個對象可視為某一類的實例 (instance)。,1面向?qū)ο蠓椒▽W概述,例: class Post_office private : loc_type location ; emp_type employee ; public : void send (req_type request, money_type payment); void sell (int goods, money_type payment) ; ;,main ( ) Post_off

6、ice My_PO ; req_type My_request ; money_type My_payment ; My_PO.Send ( My_request, My_payment) ; ,1面向?qū)ο蠓椒▽W概述, 繼承(inheritance)：類可分層，下層子類與上層父類有相同特征，稱為繼承。, 消息(message)：對象間只能通過發(fā)送消息進行聯(lián)系，外界不能處理對象的內(nèi)部數(shù)據(jù)，只能通過消息請求它進行處理（如果它提供相應消息的話）。,1面向?qū)ο蠓椒▽W概述,OOM：以object 為核心，強調(diào)對現(xiàn)實概念的模擬而不強調(diào)算法?！懊嫦?qū)ο蠓椒▽W的基本原則，是按照人們習慣的思維方式建立問題域的模

7、型，開發(fā)出盡可能直觀、自然地表現(xiàn)求解方法的軟件系統(tǒng)”。 Class：由特殊到一般的歸納(induction) Inheritance：由一般到特殊的演繹(deduction),OOM = Object+Class+Inheritance+Communication with messages, OOM的優(yōu)點：, 傳統(tǒng)方法：面向過程設(shè)計，以計算為核心，數(shù)據(jù)與操作分離，不易理解。,1面向?qū)ο蠓椒▽W概述,OOM：以object模擬實體，需求變化不會引起結(jié)構(gòu)的整體變化，因為實體相對穩(wěn)定，故系統(tǒng)也相應穩(wěn)定。, 傳統(tǒng)方法：結(jié)構(gòu)依賴于功能，不穩(wěn)定。,傳統(tǒng)方法：通過建立標準函數(shù)庫來重用軟構(gòu)件。但標準函數(shù)缺少必

8、要的“柔性”，難以適應不同場合的不同需要。,OOM：一個class所有的 instances 都可重用它的代碼；由 inheritance 派生出的新的 class 可重用其父類的代碼，并且可以修改、擴充而不影響其父類的使用。,1面向?qū)ο蠓椒▽W概述,穩(wěn)定性好：軟件功能需求的變化不牽動全局，只需局部修改； Class 獨立性強：只要修改不涉及class的對外接口，則內(nèi)部修改完全不影響外部調(diào)用； Inheritance和多態(tài)性(polymorphism)使其很容易被修改和擴充； 容易理解；, 傳統(tǒng)方法：可維護性是最令人頭痛的問題。 OOM：從以下幾方面改善了可維護性 , 容易測試、調(diào)試。,注：OO

9、M并不是減少了開發(fā)時間，而是通過提高可重用性、可維護性，進行擴充和修改的容易程度等，從長遠角度改進了軟件的質(zhì)量。OOM與Prototyping結(jié)合使用效果好。,迭代是軟件開發(fā)過程中普遍存在的一種內(nèi)在屬性。經(jīng)驗表明，軟件過程各個階段之間的迭代或一個階段內(nèi)各個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。,4 噴泉模型,使用面向?qū)ο蠓椒▽W開發(fā)軟件時，工作重點應該放在生命周期中的分析階段。 早期階段定義了一系列面向問題的對象，并且在整個開發(fā)過程中不斷充實和擴充這些對象。 整個開發(fā)過程中都使用統(tǒng)一的軟件概念“對象”，所有其他概念(例如功能、關(guān)系、事件等)都是圍繞對象組成的，分析階段得到的

10、對象模型也適用于設(shè)計階段和實現(xiàn)階段。,各個開發(fā)步驟的多次反復迭代，達到認識的逐步深化。 每次反復都會增加或明確一些目標系統(tǒng)的性質(zhì)，但卻不是對先前工作結(jié)果的本質(zhì)性改動，這樣就減少了不一致性，降低了出錯的可能性。 噴泉模型，是典型的面向?qū)ο蟮能浖^程模型。,噴泉模型,“噴泉”這個詞體現(xiàn)了面向?qū)ο筌浖_發(fā)過程迭代和無縫的特性。 代表不同階段的圓圈相互重疊，這明確表示兩個活動之間存在交迭； 用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件時，在分析、設(shè)計和編碼等項開發(fā)活動之間并不存在明顯的邊界。 在一個階段內(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，圓圈較小象征著采用了面向?qū)ο蠓缎椭缶S護時間縮短了。,為

11、避免使用噴泉模型開發(fā)軟件時開發(fā)過程過分無序，應該把一個線性過程（例如，快速原型模型或圖9.1中的中心垂線）作為總目標。 面向?qū)ο蠓缎捅旧硪蠼?jīng)常對開發(fā)活動進行迭代或求精。,2. 基本概念,1. 對象 (Object),與要解決問題有關(guān)的任何事物都可以作為對象,對象是由描述該對象屬性的數(shù)據(jù)以及可以對數(shù)據(jù)施加的所有操作封裝在一起構(gòu)成的統(tǒng)一體,通常把對象的操作稱為服務或方法,一個對象很像一臺錄音機,f1,f2,f3,fi,fn,fi(X),S,gi(X,S),S,輸出,輸出,2.基本概念,Object : = ID + Method + Attribute + Message,對象的幾個定義: (1

12、) 定義1： 對象是具有相同狀態(tài)的一組操作的集合。主要是從面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的角度看“對象”。,(2) 定義2： 對象是對問題域中某個東西的抽象，這種抽象反映了系統(tǒng)保存有關(guān)這個東西的信息或與它交互的能力。也就是說，對象是對屬性值和操作的封裝。 這個定義著重從信息模擬的角度看待“對象”。 (3) 定義3： 對象=ID,MS,DS,MI。其中，ID是對象的標識或名字，MS是對象中的操作集合，DS是對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，MI是對象受理的消息名集合(即對外接口)。 這個定義是一個形式化的定義。,對象是封裝了數(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，這個封裝體有可以惟一地標識它的名字，而且向外界提供一組

13、服務(即公有的操作)。 對象中的數(shù)據(jù)表示對象的狀態(tài)，一個對象的狀態(tài)只能由該對象的操作來改變。每當需要改變對象的狀態(tài)時，只能由其他對象向該對象發(fā)送消息。對象響應消息時，按照消息模式找出與之匹配的方法，并執(zhí)行該方法。,從動態(tài)角度或?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)機制來看，對象是一臺自動機。 具有內(nèi)部狀態(tài)S， 操作fi(i=1,2,n) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)為gi(i=1,2,n)的一個對象,2.基本概念,特點： 以數(shù)據(jù)為中心，不設(shè)與數(shù)據(jù)無關(guān)的操作； Object主動處理而不 被動地等待被處理，外部只能通過message請求操作； 具有黑盒性：外部操作時，無須知道該object內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法； 具有并行性：不同object

14、各自獨立地處理自身數(shù)據(jù)，彼此間僅通過傳遞message完成通信； 模塊獨立性好：內(nèi)聚強（ ）、耦合松（ ）,3、實例(Instance)：某個class描述的具體對象； 4、消息(Message): object_ID. method_ID (parameter(s)； 5、方法(Method): object能做的操作,亦稱為服務、響應, 在 class 中須定義相應的代碼； 6、屬性(Attribute) ：object 的固有數(shù)據(jù)；,2基本概念,7、繼承(Inheritance)：子類自動共享父類的attributes 和methods ，而不必重復定義。,2、類(Class)：具有相同

15、數(shù)據(jù)和相同操作的一組對象；,2.基本概念,例：,特點： 若杭州人的 methods中有與中國人的同名，則李士執(zhí)行該 method 時以杭州人為準，不執(zhí)行中國人中定義的同名 method。,2.基本概念,講官話，這叫做“低層性質(zhì)override高層性質(zhì)” 講土話，這叫做“縣官不如現(xiàn)管”, 傳遞性(transitivity)：類C繼承類B、類B繼承類A、則類C繼承類A， 一個 類繼承了上層全部 類的一切性質(zhì)。, 一個子類只 有 一 個父類稱為單 繼 承 (single inheritance), 一個子類可有多個父類稱為多重繼承（multiple inheritance).,注意：multiple

16、 inheritance 在定義中應避免二義性(ambiguity)，即二個父類中定義重名，但各具不同性質(zhì)。,2.基本概念,例：,修改與擴充可以很容易地通過派生子類來完成,2.基本概念,8、Polymorphism(多態(tài)性)： 不同層次的 classes 可共享一個method，但按各自的方式來實現(xiàn)這種 method。,C+ 中定義了虛函數(shù)(virtual function)來實現(xiàn)這一功能。在類層次不同中可以說明名字、參數(shù)特征和返回值類型都相同的虛函數(shù)，即一個method有多個版本，運行時才決定執(zhí)行哪一個。故亦稱為動態(tài)聯(lián)編(dynamic binding)或滯后聯(lián)編(late binding)

17、,double avg (const double a , int size) ; double avg (const int a , int size) ; double avg (const double a , int size) ; double sum = 0.0 ; for ( int i = 0; i size; +i ) sum += ai ; return ( sum / size ) ; double avg (const int a , int size) ; int sum = 0 ; for ( int i = 0; i size; +i ) sum += ai ;

18、return ( (double) sum / size ) ; main() int k3 = 1, 2, 3 ; double x3 = 1.1, 2.2, 3.3 ; cout avg(k, 3) “ int average n” ; cout avg(x, 3) “ double average n” ; ,2.基本概念,9、Overloading, Function (or parameter) overloading : 不同函數(shù)共用一個名字，而調(diào)用參數(shù)的特征不同。 例：, Operator overloading : 同一運算符 (operator)作用于不同類型的操作數(shù) (operand) 上面。,2.基本概念,在編譯(compile)階段就決定了使用類型及執(zhí)行代碼，故意亦稱為靜態(tài)聯(lián)編 (static binding)或先前聯(lián)編 (early binding) 。,3. Object Modeling Technique (OMT)Rambaugh et al (1991),建立三種模型： 描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對象模型(object model). 描述系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的動態(tài)模型(dynamic mo