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面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言C 電子科技大學(xué)示范性軟件學(xué)院 1 第一章引論 1 1面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)傳統(tǒng)的程序設(shè)計方法是模塊化 或結(jié)構(gòu)化 的 具體步驟為 整個軟件系統(tǒng)功能逐步細(xì)化為多個小的功能 功能劃分 多個小的功能對應(yīng)由一個模塊 如函數(shù) 過程 分程序 子程序等 來實現(xiàn) 多個模塊合作完成較大的功能 所有模塊的合作完成整個軟件系統(tǒng)的功能 2 第一章引論 1 1面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)對于傳統(tǒng)的程序設(shè)計 在設(shè)計和實現(xiàn) 編程 階段考慮的是模塊 程序本身也是由模塊構(gòu)成的 下面我們由數(shù)據(jù)類型來引出面向?qū)ο蟮母拍?3 第一章引論 1 1面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)數(shù)據(jù)類型分為三種 簡單數(shù)據(jù)類型 內(nèi)建 built in 類型 語言本身提供的類型 用戶定義數(shù)據(jù)類型 以簡單數(shù)據(jù)類型為基礎(chǔ) 它包含多個簡單數(shù)據(jù)類型成分 這些數(shù)據(jù)成分是可以直接操作的 抽象數(shù)據(jù)類型 在定義數(shù)據(jù)的同時 必須定義對數(shù)據(jù)的操作 它的數(shù)據(jù)成分是不可見的 也不可以直接操作 4 第一章引論 1 1面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)抽象數(shù)據(jù)類型是從更一般的信息隱蔽原則派生出來的 抽象數(shù)據(jù)類型隱藏了表示的細(xì)節(jié) 通過過程 或方法 來訪問抽象數(shù)據(jù)對象 對象的表示是被保護的 對于抽象類型的使用 必須通過類型的實際例子 實例 實體 相當(dāng)于變量或常量 的是用來體現(xiàn) 5 第一章引論 1 1面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)面向?qū)ο笳Z言中所謂的對象 就是上面提到的實體 具體的說 是 將某組數(shù)據(jù)和使用該數(shù)據(jù)的一組基本操作封裝在一起而形成的一個實體 對象和抽象類型的關(guān)系 就像整型變量和整型的關(guān)系 6 第一章引論 1 1面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)面向?qū)ο蟮幕舅枷刖褪前岩獦?gòu)造的系統(tǒng)表示為對象的集合 它的目的是想在某種程度上解決軟件面臨的兩大課題 怎樣克服軟件的復(fù)雜性怎樣將現(xiàn)實世界模型 包括它們之間的關(guān)系 在計算機中自然地表示出來 7 第一章引論 1 1面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)從軟件的角度來看 計算是一種仿真 如果每一個被仿真的實體都由一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示 并且將相關(guān)的操作信息封裝進去 仿真將被簡化 可以更方便地刻畫對象的內(nèi)部狀態(tài)和運動規(guī)律 面向?qū)ο缶褪沁@樣一種適用于直觀模型化的設(shè)計方法 這意味著設(shè)計模型與客觀對象之間有近乎一對一的對應(yīng)關(guān)系 這一思想非常利于實現(xiàn)大型的軟件系統(tǒng) 8 第一章引論 1 1面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)作為克服軟件復(fù)雜性的手段 在面向?qū)ο蟮姆椒ㄖ?利用了如下對象的性質(zhì) 將密切相關(guān)的數(shù)據(jù)和過程封裝成為一個實體 定義了一個實體后 即使不知道此實體的功能是怎樣實現(xiàn)的也能使用它 9 第一章引論 1 1面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)面向?qū)ο笤O(shè)計非常注重設(shè)計方法 實際上 用面向?qū)ο蠓椒ň幊痰年P(guān)鍵是模型化 程序員的責(zé)任是構(gòu)造現(xiàn)實的軟件模型 此時 計算機的觀點是不重要的 而現(xiàn)實的觀點才是關(guān)鍵 10 第一章引論 1 1面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)可以歸納為 對試圖利用計算機進行問題求解和信息處理的領(lǐng)域 盡量使用對象的概念 將問題空間中的現(xiàn)實模型映射到程序空間 由此所得到的自然性可望克服軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性 從而得到問題求解和信息處理的更高性能 11 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 1數(shù)據(jù)封裝DataEncapsulation面向過程語言的做法 12 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 1數(shù)據(jù)封裝DataEncapsulation面向過程語言的做法 實例 13 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 1數(shù)據(jù)封裝DataEncapsulation面向?qū)ο笳Z言的做法 14 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 1數(shù)據(jù)封裝DataEncapsulation面向?qū)ο笳Z言的做法 實例 15 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 1數(shù)據(jù)封裝DataEncapsulation面向?qū)ο笳Z言采用了抽象的方法 而抽象的原則之一就是信息隱藏 數(shù)據(jù)封裝將一組數(shù)據(jù)和這組數(shù)據(jù)相關(guān)的操作集合封裝在一起 形成了一個能動的實體 成為對象 用戶不必知道對象行為的實現(xiàn)細(xì)節(jié) 只需根據(jù)對象提供的外部特性接口訪問對象 在C 中 實現(xiàn)數(shù)據(jù)封裝的機制是 類 class 在Java和C 中 實現(xiàn)數(shù)據(jù)封裝的機制也是 類 class 16 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 2繼承Inheritance繼承是面向?qū)ο笳Z言的另一個重要的概念 在客觀世界中 存在著整體和部分的關(guān)系 ispartof 一般和特殊的關(guān)系 iskindof 而這兩種關(guān)系也是初學(xué)者容易弄混淆的關(guān)系 17 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 2繼承Inheritance讓我們來看看現(xiàn)實世界中的例子 Insect 18 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 2繼承Inheritance在一個的繼承樹中 每下一層都比上一層更加具體地定義了每種類的特性 反過來 一旦某層的某個特征被確定了下來 那么其下所有的種類都應(yīng)該包含該特性 這就是 繼承 的一般性概念 19 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 2繼承Inheritance在面向?qū)ο蟮恼Z言中 類功能支持繼承機制 除了根類 每個類都可以有父類 super parentclass baseclass 也可以有它的子類 subclass childclass derivedclass 一個子類從它的父類那里繼承了所有的數(shù)據(jù)和操作 并擴充自己的特殊數(shù)據(jù)和操作 父類抽象出共同特征 子類表達(dá)差別 20 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 2繼承Inheritance再看一個實際的例子 21 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 2繼承Inheritance要注意區(qū)分的兩個概念是 ispartof和iskindof 只有后者才是繼承的概念 KindofMercedesisakindofcar PartofWheelsarepartofaMercedes Wheelisnotakindofcar 22 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 3多態(tài)性Poly morphism所謂多態(tài) 是指一個名字 或符號 具有多種含義 用戶在使用函數(shù)編程時 關(guān)心的是該函數(shù)的功能及其使用接口 并不需要了解該函數(shù)的使用接口與函數(shù)的哪一種實現(xiàn)方法相匹配 binding 也就是說 在設(shè)計這一級上 我們只關(guān)心 施加在對象上的動作是什么 而不必牽涉 如何實現(xiàn)這個動作 以及 實現(xiàn)這個動作有多少種方法 的細(xì)節(jié) 23 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 3多態(tài)性Poly morphism函數(shù)重載在面向?qū)ο蟮恼Z言中 函數(shù)重載 overload 表達(dá)了最簡單的多態(tài)性 下面是函數(shù)重載的例子 voidfun int int char voidfun char float voidfun int int voidfun float float 24 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 3多態(tài)性Poly morphism運算符重載運算符重載指的是相同的運算符在不同的上下文有不同的解釋 例如 兩個整數(shù)使用 運算符表示它們要做加法 而兩個字符串使用 運算符則表示串連接 C 為運算符重載提供了完整的語法支持 25 第一章引論 1 2面向?qū)ο笳Z言的核心概念1 2 3多態(tài)性Poly morphism如果函數(shù)調(diào)用 接口 與哪個函數(shù)實現(xiàn)相匹配是在編譯時完成的 稱為早期匹配 earlybinding 或靜態(tài)聯(lián)編 如果匹配是在運行時確定的 則稱為后期匹配 latelybinding 或動態(tài)聯(lián)編 C 提供的虛函數(shù) VirtualFunction 提供了后期匹配帶來的良好特性 26 第一章引論 1 3按對象方式思維面向?qū)ο笫且环N仿真技術(shù) 面向?qū)ο笤O(shè)計產(chǎn)生一種與現(xiàn)實具有自然關(guān)系的軟件系統(tǒng) 面向過程的程序設(shè)計方法鼓勵全局地看問題 強調(diào)系統(tǒng)功能的逐步細(xì)化 而在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中 每個對象嚴(yán)格地是局部的 每個對象管理自己的實現(xiàn) 學(xué)習(xí)面向?qū)ο笤O(shè)計 我們需要將思維方式從全局轉(zhuǎn)到局部 在局部中發(fā)現(xiàn)對象 27 第一章引論 1 3按對象方式思維設(shè)計對象需要做許多小決策 怎樣將計算部分合理地分配給不同的對象 這叫做分散責(zé)任 distributionresponsibility 這是設(shè)計決策的基礎(chǔ) 其余都是次要的 CRC方法幫助設(shè)計者分散責(zé)任 直到設(shè)計的最后階段才考慮問題的總體 28 第一章引論 1 3按對象方式思維面向?qū)ο蟮腃RC方法從以下三個方面來表述對象 ClassName 給對象命名 實際上就是對需要處理的問題空間中包含的不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)進行分類 一個好的具有一致性的名字會為以后設(shè)計的正確性奠定基礎(chǔ) 29 第一章引論 1 3按對象方式思維面向?qū)ο蟮腃RC方法從以下三個方面來表述對象 Responsibilities 每個對象完成設(shè)計中的一個小目標(biāo)的功能 它實現(xiàn)了這個系統(tǒng)狀態(tài)的某一部分 責(zé)任要簡明扼要 不要太多 同時不要讓對象負(fù)責(zé)自己不需要承擔(dān)的責(zé)任 30 第一章引論 1 3按對象方式思維面向?qū)ο蟮腃RC方法從以下三個方面來表述對象 Collaborators 每個對象都可能依賴于其它對象來完成任務(wù) 合作者應(yīng)該不要多 并且應(yīng)該實用 盡量避免設(shè)計同所有對象打交道的也就是全局的對象 31 第一章引論 1 4面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒? 4 1面向?qū)ο笫且环N認(rèn)知方法學(xué)1 4 2面向?qū)ο笈c軟件IC1 4 3面向?qū)ο蠓椒ㄅc結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法1 4 4對象是抽象數(shù)據(jù)類型的實現(xiàn) 32 第一章引論 1 5類屬類屬并不是面向?qū)ο笳Z言特有的成分 它指的是類型參數(shù)化 即參數(shù)化一個軟件分量的能力 C語言沒有類屬的能力 但可以通過C的宏定義來模擬類屬 C 采用模板來實現(xiàn)類屬 在現(xiàn)代的編程思想中 用 泛型 的概念來代替類屬 同時具有更廣泛的含義 33 第一章引論 1 6面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言Simula67 Simula 20世紀(jì)60年代Smalltalk 20世紀(jì)80年代C 20世紀(jì)80年代早期Java 20世紀(jì)90年代C 21世紀(jì)初 34