软件制造工程第三章编程工程

软件制造工程

第三章编程工程

3.1.1编程工程的定义

■编程工程就是用程序设计语言把程序设

计的结果和过程翻译为在计算机相应环

境下可运行的软件产品，把系统工程师

按照用户需求设计出来的系统构架变为

真正可运行的软件系统的工程。

3,1・工编程工程的定义

-编程工程的作业内容详细地划分为制定

工作标准，制定编码基准，理解设计书,

程序编码，自查，送上级系统工程师审

查，修改以及进行单元测试等若干步骤,

3.1.1编程工程的定义

■编程工程的作业流程

见P12图2.3

3.1.2易读易懂的程序

JI-----------------——

■结构化编程以前，以个人为中心的编程作业

■程序的规模逐渐扩大，产生了组织行为的软件

开发，而且产生了对过去开发的程序进行修改

后再利用的需求

■Goto语句的使用

■能够把猛一看很大的很复杂的程序用单纯的方

法分解，分解后的一块一块的程序也都很单纯,

这就是“易读易懂的程序”。

3.2结构化编程

■结构化开发-结构化分析、结构化设计和

结构化编程三个阶段

3.2.1结构化开发过程

3.2.1结构化开发过程

1、结构化分析

■结构化分析方法的核心是沿数据流程图自顶向

下、逐步求精，是最经典的面向数据流的需求

分析方法。结构化分析方法使用系统流程图、

数据流程图、数据字典、ER图、处理说明等工

具来描述系统的功能需求、数据需求、运行需

求和系统扩充需求。该方法广泛应用于银行，

证券，商务处理，生产管理等大中型信息管理

系统的需求分析过程。

3.2.1结构化开发过程

■在软件系统开发的初期阶段，首先要对

用户的现行业务运行系统进行调查和现

状分析，把握用户对新的开发系统的要

求和希望，从用户提供的基本信息中，

整理出开发系统目的和可能实现的功能

范围，设计出新系统的数据流程图一

(DFD：DataFlowDiagram),显示屏

幕关连图和功能概要说明书。

3.2.1结构化开发过程

2、结构化设计

■结构化设计方法通常也叫做面向数据流的设计、

面向行为的设计。结构化设计方法是以需求分

析阶段获得的新系统的数据流程图(DFD)和显

示屏幕关连图为基础，通过一系列映射，自顶

向下，逐步细化，把它们变换为具体的程序概

要结构图和屏幕设计式样，把一个个复杂的问

题分解细化为由多个功能模块组成的具有层次

结构的软件系统。

3.2.1结构化开发过程

3、结构化程序制造

■结构化程序制造由结构化程序设计和结构化程

序编码组成，它以外部设计和内部设计过程中

获得的软件结构图及其相关设计资料为基础，

采用自顶向下，逐步细化的方法，把一个个模

块的功能逐步分解，细化为一系列具体的步骤,

作出结构化程序设计说明书，程序员再按照程

序设计说明书和系统设计的相关资料，把一步

步的处理说明翻译成一系列用某种程序设计语

言编写的程序代码。

3.2.2系统分析和系统设计的

成果文档与编程的关系

-结构化分析、设计的成果文档

系统功能概要说明书程序名称一览表

业务处理概要图（ER图）公共子程序设计说明书

显示屏幕关连图程序功能结构图

屏幕设计式样书程序设计说明书

数据库设计说明书程序处理追加功能说明书

代码设计说明书模块功能的定义说明书

输入/输出文件设计说明书输入数据检查说明书

3.2,2系统分析和系统设计的

成果文档与编程的关系

■在进行程序编码工作的初期，程序员首

先要获取系统功能概要说明书、业务处

理概要图（DFD图或者ER图）、显示屏

幕关连图和程序名称一览表，理解开发

系统的目的、整体要素和各个子系统的

处理要求。

3.2.2系统分析和系统设计的

成果文档与编程的关系

-程序编码的主要依据是程序设计说明书，在编

写程序代码之前，程序员首先要确认自己所要

编制的程序名称，获取该程序的程序设计说明

书，理解该程序的程序功能概要和各个模块的

详细处理说明，确定该程序所要使用的屏幕和

报表的名称，数据库表和输入输出文件的名称,

以及调用公共子程序的名称，找出所有相关的

设计资料，充分理解程序设计说明书的内容，

若有疑问或不明白的地方，要提出问题，与系

统设计人员进行交流确认。

3.2.2系统分析和系统设计的

成果文档与编程的关系

■在正确理解程序设计说明书的基础上，

构思出结构化程序的框架，必要时作出

程序处理流程图。使用c语言或者其它语

言编写程序代码时，还要获取相关文件

和DB的格式定义代码（*.h）或COPY句,

确认各个数据项目的变量名称。需要调

用公共子程序时，要获得公共子程序的

代码或者可执行文件，做好输入输出参

数的设置和返回值的判断处理。

3.2.2系统分析和系统设计的

成果文档与编程的关系

■在编写程序代码之前，还需要获得编码

测试基准、共通处理说明书和代码设计

说明书、获取相应的例子程序，在正确

理解编码测试基准的基础上，进行程序

编码和编码完成后的单元测试，一定不

要在程序编码测试完成以后，再回过头

来对照编程基准和共通处理说明书，检

查修改与基准不一致的地方，那样既增

加了作业时间又不能保证程序质量。

3.2.3结构化编码

■程序代码的质量与软件系统外部设计和

内部设计的质量直接相关，同时，程序

设计语言的特性和程序员的编码水平，

程序代码的可读性，可维护性，可靠性,

可测试性都是直接影响程序质量的因素。

3.2.2系统分析和系统设计的

成果文档与编程的关系

■在进行组合测试之前，需要获取系统功

能概要说明书、数据流程图、编码测试

基准和共通处理说明书，把握各个子系

统的处理流程和各个程序单元之间的接

口，确保实现整个系统的设计功能

3.2.3结构化编码

■结构化编码采用自顶向下，逐步细化的

方法，先全局，后局部，先整体，后细

节，先抽象，后具体，逐步求精，编制

出来的程序具有清晰的逻辑层次结构，

容易阅读、理解、修改和维护，可以提

高软件质量，提高软件开发的成功率和

生产性。结构化编码过程中，要遵循以

下几个主要的原则：

3.2.3结构化编码

⑴尽可能使用语言提供的基本控制结构，顺序结构、选

择结构和重复结构。

⑵选用的控制结构只准许有一个入口和一个出口。

⑶利用程序内部函数，把程序组织成容易识别的内部函

数模块，每个模块只有一个入口或一个出口，一般不

超过200行。

(4)复杂结构应该用基本控制结构组合或嵌套来实现。

⑸尽可能减少GOTO语句的使用，一般限制用到以下两

种情况：

•把控制转移到出错处理。

•把控制转移到函数模块结束

3.2.3结构化编码

■大量采用GOTO语句实现控制路径，会使

程序路径变得复杂而且混乱，但有时完

全不用GOTO语句，可能会增加程序实现

的复杂度。例如，在查找结束时、文件

访问结束时或出现错误情况要从循环中

转出时，使用GOTO语句会使程序更加清

晰易懂。所以，应该加以限制地使用

GOTO语句。

3.2.3结构化编码

■例如，使用c语言编写下面的一个小程序,

目的是打印出A,B,C三个数据中的最小

数，如图32给出了程序流程图。

■程序段1、程序段2比较

3.2.3结构化编码

■结构化程序编码就是按照结构化程序设

计说明书，从程序的控制结构入手，自

顶向下，逐步细化，把一个个模块的功

能逐步分解，细化为一系列具体的步骤。

3.2.3结构化编码

■在结构化程序的实现方法中，有两种常

用的基本方法，第一是BREAK处理（见

图3.3）,第二是MATCHING处理（见图

3.5）

3.2.3结构化编码

BREAK方法的处理概要如下，处理流程见图34

①按关键字项目值的升序读入输入文件的记录，

把关键字项目的值存入工作变量中。

②关键字项目的值相同时，进行统计处理(或者

其他处理)。

③关键字项目的值发生了变化(BREAK)的时候,

把变化前(BREAKBEFOR)的关键字项目值和

统计结果输出到文件中(或者其他处理)，用

变化后(BREAKAFTER)的关键字项目值替换

变化前的关键字项目值。

3.2.3结构化编码

④读入输入文件的下一条记录，把关键字

项目的值存入变化后的工作变量中。

⑤继续进行上述②至④的处理，直至文件

读入结束。

3.2.3结构化编码

■前提条件是：

在进行BREAK处理之前，输入文件必须

是已经按照关键字项目值进行排序（升

序或者降序）处理好的。

>3.2.3结构化编码

MATCHING方法处理概要说明如下，处理流程如

图3,6所示。

①按关键字项目值的升序读入基础文件的记录，

把关键字项目的值存入基础KEY工作变量中。

②按关键字项目值的升序读入事务文件的记录，

把关键字项目的值存入事务KEY工作变量中。

③基础KEY的值与事务KEY值相等时，把事务文

件的数据编辑输出到文件中。读入事务文件的

下一条记录，把关键字值存入事务KEY。

>3.2.3结构化编码

④基础KEY的值大于事务KEY值的时候，把事务KEY的值

写到错误信息文件中。读入事务文件的下一条记录,

把关键字值存入事务KEY。

⑤基础KEY的值小于事务KEY值的时候，读入基础文件的

下一条记录，把关键字值存入基础KEY。

⑥继续进行上述③至④的处理，直至文件读入结束。

1:1的匹配处理的情况下，上述处理③读入事务文件的同

时，还要读入基础文件

3.2.3结构化编码

■前提条件是：

在进行MATCHING处理之前，输入文件

必须是已经按照关键字项目的值进行排

序（升序或者降序）处理好的。

3.3.1什么是面向对象

■面向对象（object-oriented或object­

orientation亦仅是一些具体的软件开发

技术与策略，而且是一整套关于如何看

待软件系统与现实世界的关系，以什么

观点来研究问题并进行求解，以及如何

进行系统构造的软件方法学。

3.3.1什么是面向对象

-概括地说，面向对象方法的基本思想是，从现实世界

中客观存在的事物（即对象）出发来构造软件系统，

并在系统构造中尽可能运用人类的自然思维方式。

■开发一个软件是为了解决某些问题，这些问题所涉及

的业务范围称作该软件的问题域。面向对象方法强调

直接以问题域（现实世界）中的事物为中心来思考问

题、认识问题，并根据这些事物的本质特征，把它们

抽象地表示为系统中的对象，作为系统的基本构成单

位（而不是用一些与现实世界中的事物相差较远，并

且没有对应关系的其它概念来构造系统）。这可以使

系统直接地映射问题域，保持问题域中事物及其相互

关系的本来面貌。

什么是面向对象

■自80年代末期到90年代，面向对象的方

法与技术向着软件生命周期的前期阶段

发展，即：人们对面向对象方法的研究

与运用，不再局限于编程阶段，而是从

系统分析和系统设计阶段就开始采用面

向对象方法。这标志着面向对象方法已

经发展成一种完整的方法论和系统化的

技术体系

3.3.1什么是面向对象

■面向对象的方法与技术发展到软件生命周期的

前期阶段有着更为深刻的意义。因为面向对象

方法的本质，就是主张从客观世界固有的事物

出发来构造系统，提倡用人类在现实生活中常

用的思维方法来认识、理解和描述客观事物，

强调最终建立的系统能够映射问题域，即：系

统中的对象以及对象之间的关系能够如实地反

映问题域中固有事物及其关系。这恰恰是从分

析和设计阶段入手才能根本解决的问题。

3.3.2面向对象的软件工程方法

■面向对象的软件工程方法是面向对象方

法在软件工程领域的全面运用。它包括

面向对象的分析、面向对象的设计、面

向对象的编程、面向对象的测试和面向

对象的软件维护(OOSM)等主要内容。

一j3.3.2面向对象的软件工程方法

-软件开发是对问题求解的过程。按照软

件工程学对软件生命周期的划分，软件

开发过程包括分析、设计、编程、测试

和维护等主要阶段。从认识论的角度看,

整个软件开发过程又可归结为两项主要

活动，即：人们对所要解决的问题及其

相关事物的认识和基于这种认识所进行

地描述。

3.3.2面向对象的软件工程方法

■粗略地划分认识与描述，可以把分析与设计看

作对问题及其解决方案的认识，把编程看作对

解决方案的描述。细致地划分，则分析和设计

阶段本身也包括描述，即按一定的软件开发模

型中分析及设计阶段的表示方法，产生分析文

档和设计文档；编程阶段也包括一定的认识和

理解活动，特别是在传统的软件开发方法中，

分析文档和设计文档不能很好地映射问题域，

程序员在书写程序之前，往往需要在分析、设

计文档的帮助下，对程序所要描述的事物进行

再认识。

3.3.2面向对象的软件工程方法

■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。描述只

是把开发人员对问题域的认识表达出来,

最终产生一个机器能够理解和执行的系

统实现。

一j3.3.2面向对象的软件工程方法

■既然软件开发是对问题域的认识和描述，按软

件工程学的观点，从认识事物方面看，它在分

析阶段提供了一些对问题域的分析认识方法。

从描述事物方面看，它在分析和设计阶段提供

了一些从问题域逐步过渡到编程语言的描述手

段。但是在结构化的软件工程方法中，这些过

渡手续并不连续。就是说，并没有完全填平语

言之间的鸿沟（如下图）。而在面向对象的开

发中，它们都是紧密衔接的，填平了语言之间

的鸿沟（如下图）。

传统的软件工程方法与面向对象

的软件工程方法

问题域问题域

自然语言需求分析00A

自然语言（面向对象分析）

分析与设计的鸿沟

总体设计00D

（面向对象设计）

详细设计

OOP

中向对象的编程语（面向对象编程）

编程语言编程

00T

（面向对象测试）

测试

计算机

计算机

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■面向对象的编程又称作面向对象的实现（001）。它

是面向对象方法从诞生、发展到走向成熟的第一片领

地，也是使面向对象的软件开发最终实现的重要阶段。

在00A和00D理论出现之前，程序员要写一个好的面

向对象的程序，首先要学会运用00方法来认识问题域,

所以OOP被看作一门比较高深的技术。现在，在

OOA-OOD-OOP这一软件工程的过程系列中，OOP

的分工比较简单了：认识问题域与设计系统成分的工

作已经在00A与00D阶段完成，OOP工作就是用同一

种面向对象的编程语言把00D模型中的每个部分书写

出来。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■我们使用的编程语言直接影响我们观察（建模）

现实的方式。20世纪70年代当我们使用C、

Pascal和PL/1等编程语言时，我们使用命令式

范围（即结构化方法）对现实建模。20世纪80

年代当我们使用关系数据库、SQL和4GL时，

我们使用数据建模范型对现实建模一实体一关

系图。今天我们使用C++、JAVA、Smalltalk和

ObjectiveC编程时，我们使用面向对象的模型

对现实建模。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■面向对象编程的基本概念

由于面向对象方法强调在软件开发过程

中面向客观世界（问题域）中的事物，

采用人类在认识世界的过程中普通运用

的思维方法，我们在认识面向对象的编

程时，需要了解面向对象的一些基本概

念，在介绍这些概念时力求与客观世界

和人的自然思维方式联系起来。

3.3.3面向对象的编程(OOP)

⑴对象(Object)

■对象(Object)是面向对象编程的最基

本的概念。

■对象是系统中用来描述客观事物的一个

实体，它是构成系统的一个基本单元。

一个对象由一组属性(attribute)和对这

组属性进行操作的一组服务(Service)

组成。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

-属性和服务，是构成对象的两个主要因素，其

定义是：

-属性是用来描述对象静态特征的一个数据项。

■服务是用来描述对象动态特征（行为）的一个

操作序列。

■一个对象可以有多项属性和多项服务。一个对

象的属性和服务被结合成一个整体，对象的属

性值只能由这个对象的服务存取。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■另外需要说明以下两点：第一点是，对

象只描述客观事物本质的、与系统目标

有关的特征，而不考虑那些非本质的、

与系统目标无关的特征。这就是说，对

象是对事物的抽象描述。第二点是，对

象是属性和服务的结合体，二者是不可

分的；而且对象的属性值只能由这个对

象的服务来读取和修改，这就是封装概

念。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■根据以上两点，也可以给出如下对象定

义：

对象是问题域或实现域中某些事物的一

个抽象，它反映该事物在系统中需要保

存的信息和发挥的作用；它是一组属性

和有权对这些属性进行操作的一组服务

的封装体。

3.3.3面向对象的编程(OOP)

⑵类(class)

在00方法中，类的定义是：

■类是具有相同属性和服务的一组对象的集合，

它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描

述，其内部包括属性和服务两个主要部分。

■在面向对象的编程语言中，类是一个独立的程

序单元，它应该有一个类名并包括属性说明和

服务说明两人主要部分。类的作用是定义对象。

比如，程序中给出了一个类的说明，然后以静

态声明或动态创建等方式定义它的对象实例。

.3.3.3面向对象的编程(OOP)

-JI------------------

■类与对象的关系如同一个模具与用这个模具铸

造出来的铸件之间的关系。类给出了属于该类

的全部对象的抽象定义，而对象则是符合这种

定义的一个实体。所以，一个对象又称作类的

一个实例(instance),而有的文僦文把类称

作对象的模板(template)o所谓“实袜”、

“实例”意味着什么呢？最现实的一件事是：

在程序中，每个对象需要有自己的存储空间，

以保存它自己的属性值。我们说同类对象具有

相同的属性与服务，是指它们的定义形式相同,

而不是说每个对象的属性值都相同

3.3.3面向对象的编程（OOP）

-事物（对象）既具有共同性，也具有特殊性。运用抽

象的原则舍弃对象的特殊性，抽取其共同性，则得到

一个适应一批对象的类。如果在这个类的范围内考虑

定义这个类时舍弃的某些特殊性，则在这个类中有一

部分对象具有这些特殊性，而这些对象彼此是共同的,

于是得到一个新的类。它是前一个类的子集，称作前

一个类的特殊类，而前一个类称作这个新类的一般类,

这是从一般类发现特殊类。也可以从特殊到一般：考

虑若干类所具有的彼此共同的特征，舍弃它们彼此不

同的特殊性，则得到这些类的一般类。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■一般类和特殊类是相对而言的，它们之

间是一种真包含的关系（即：一般类是

特殊类的一个真子集）。如果两个类之

间没有这种关系，就谈不上一般和特殊。

特殊类具有它的一般类的全部特征，同

时又具有一些只适应于本类对象的独特

特征。

.3.3.3面向对象的编程（OOP）

-Ji--------------------------

-在00方法中关于一般类与特殊类的定义是：

如果类A具有类B的全部属性和全部服务，而且

具有自己特有的某些属性或服务，贝蛆叫做B的

特殊类，B叫做A的一般类。

■这个定义也可用另一种方式给出：

如果类A的全部对象都是类B的对象，而且类B

中存在不属于类A的对象，则A是B的特殊类，B

是A的一般类。

■以上两个定义是等价的。但从软件开发的角度

看，前一个定义运用起来将更加方便。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

⑶封装（encapsulation）和信息隐蔽

（informationhiding）

■封装是面向对象方法的一个重要原则。它有两

个涵义是，把对象的全部属性和全部服务结合

在一起，形成一个不可分割的独立单位（即对

象）。第二个涵义也称作“信息隐蔽”，即尽

可能隐蔽对象的内部细节，对外形成一个边界

（或者说形成一道屏障），只保留有限的对外

接口使之与外部发生联系。这主要是指对象的

外部不能直接地存取对象的属性，只能通过几

个允许外部使用的服务与对象发生联系。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■用比较简练的语言给出封装的定义就是：

封装就是把对象的属性和服务结合成一个独立

的系统单位，并尽可能隐蔽对象的内部细节。

■封装是面向对象方法的一个原则，也是面向对

象技术必须提供的一种机制。例如在面向对象

的语言中，要求把属性和服务结合起来定义成

一个程序单位，并通过编译系统保证对象的外

部不能直接存取对象的属性或调用它的内部服

务。这种机制就叫作封装机制。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■与封装密切相关的一个术语是可见性。它是指

对望的属性和服务允许对象外部存取和引用的

程度。

■我们已经讨论了封装的好处，然而封装也有它

的副作用。如果强调严格的封装，则对象的任

何属性都不先百外部直接存取，因此就要增加

许多没有其它意义，只负责读或写的服务。这

为编程工作增加了负担，增加了运行开销，并

且使程序显得臃肿。为了避免这一点，语言往

往米取一种比较现实的灵活态度一允许对象有

不同程度的可见性。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

⑷继承（inheritance）

■继承是00方法中一个十分重要的概念，并且是00技

术可提高软件开发效率的重要原因之一，其定义是：

特殊类的对象拥有其一般类的全部属性与服务，称作

特殊类对一般类的继承。

■继承意味着“自动地拥有”，或“隐含地复制”。就

是说，特殊类中不必重新定义已在它的一般类中定义

过的属性和服务，而它却自动地、隐含地拥有其一般

类的所有属性与服务。00方法的这种特性称作对象的

继承性。从一般类和特殊类的定义可看到，后者对前

者的继承在逻辑上是必然的。继承的实现则是通过00

系统（例如OOPL）的继承机制来保证的。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■继承对于软件复用是很益的。在开发一个系统

时，使特殊类继承一般类，这本身就是软件复

用，然而其复用意义不仅如此。如果把用00

方法开发的类作为可复用构件提交到构件库，

那么在开发新系统时不仅可以直接地复用这个

类，还可以把它作为一般类，通过继承而实现

复用，从而大大扩展了复用范围。

-一个类可以是多个一般类的特殊类，它从多个

一般类中继承了属性与服务，这种继承模式叫

作多继承。多继承无论从概念上还是从技术上

都是单继承的推广。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

⑸消息（message）

■对象通过它对外提供的服务在系统中发挥自己的作用。

当系统中的其它对象（或其它系统成分）请求这个对

象执行某个服务时，它就响应这个请求，完成指定的

服务所应完成的职责。在00方法中把向对象发出的服

务请求称作消息。通过消息进行对象之间的通信，也

是00方法的一个原则，它与封装的原则有密切的关系。

封装使对象成为一些各司其职，互不干扰的独立单位；

消息通信则为它们提供了唯一合法的动态联系途径，

使它们的行为能够互相配合，构成一个有机的运动的

系统。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

00方法中对消息的定义是：

-消息就是向对象发出的服务请求，它应该含有下述信

息：提供服务的对象标识、服务标识、输入信息和回

答彳言息。

-72、前血攵者是提供服务的对象。在设计时，它对外

提供的每个服务应规定消息的格式，这种规定称作消

息协议。

-消息的发送者是要求提供服务的对象或其它系统成分

（在不要求完全对象化的语言中允许有不属于任何对

象的成分，例如C++程序的main函数）。在它的每个

发送点上需要写出一个完整的消息，其内容包括接收

者（对象标识）、服务标识和符合消息协议要求的参

数。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■对照一下某些00语言（如C++,ObjectPascal或Eiffel）

对消息的实现，在这些语言中，所谓消息其实就是函

数（或过程、例程）调用。

■作为00方法中的一个基本概念，采用“消息”这个术

语至少有以下好处：第一，更接近人们日常思维所采

用的术语；第二，其涵义更具有一般性，而不限制采

用何种实现技术。在分布式技术和客户/服务器技术快

速发展的今天，对象可以在不同的网络结点上实现并

相互提供服务。在这种背景下可以看到，“消息”这

个术语确实有些更强的适应性。

3.3.3面向对象的编程(OOP)

⑹结构(Structure)与连接(connection)

■仅仅用一些对象(以及它们的类)描述'可题域中的事物是不够的。

因为任何一个较为复杂的问题域中，事物之间并不是互相孤立、

各不相关的，而是具有一定的关系，并因此构成一个有机的整体。

为了使系统能够有效地映射问题域，系统开发者需认识并描述对

象之间的以下几种关系：

•对象的分类关系；

•对象之间的组成关系；

•对象属性之间的静态联系；

•对象行为之间的动态联系。

-00方法运用一般一特殊结构、整体一部分结构、实例连接和消息

连接描述对象之间的以上四种关系。以下分别加以介绍。

3.3.3面向对象的编程(OOP)

-JI--------------------

①一^般—特殊结构

■一般一特殊结构又称作分类结构(classification

structure)，是由一组具肴一酸一特殊关素(继承关系)

的类所组成的结构。它是一个以类为结点，以继承关

系为边的连通有向图。其中，仅由一些存在单继承关

系的类形成的结构又称作层次结构(hierarchy

structure),它是一个以最上层的一般类为旗的树形

结构；由一些存在多继承关系的类形成的结构又称作

网格结构(latticestructure),它是一个芈序的连逋

有向图。

■下图是两人一般一特殊结构的例子，其中(a)是一个层

次结构，(b)是一个网格结构。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

(b)

43・3.3面向对象的编程(OOP)

②整体一部分结构

■整体一部分结构又称作组装结构(composition

structure),它描述对象之间的组成关系，即:

一个(或一些)对象是另一个对象的组成或部

分。客观世界中存在许多这样的现象，例如，

发动机是汽车的一个组成部分。一个整体一部

分结构由一组彼此之间存在着这种组成关系的

对象构成，如上右图所示。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■整体一部分结构有两种实现方式。第一种方式

是用部分对象的类作为一种广义的数据类型来

定义整体对象的一个属性，构成一人嵌套对象。

在这种方式下，一个部分对象只能隶属于唯一

的整体对象，并与它同生同灭。第二种方式是

独立地定义和创建整体对象和部分对象，并在

整体对象中设置一个属性，它的值是部分对象

的对象标识，或者是一个指向部分对象的指针。

在这种方式下，一个部分对象可以属于多个整

体对象，并具有不同的生存期。后一种情况便

于表示比豉松酸的整体一机分关系。

、O

43・3.3面向对象的编程(OOP)

③实例连接

■实例连接反映对象与对象之间的静态联

系。例如教师和学生之间的任课关系，

单位的公用汽车和驾驶员之间的使用关

系等等。这种双边关系在实现中可以通

过对象(实例)的属性表达出来。所以

这种关系称作实例连接。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

④消息连接

■消息连接描述对象之间的动态联系，即:

若一个对象在执行自己的服务时，需要

（通过消息）请求另一个对象为它完成

某个服务，则说第一个对象与第二个对

象之间存在着消息连接。消息连接是有

向的，从消息发送者指向消息接收者。

43・3.3面向对象的编程(OOP)

(7)多态性(polymorphism)

■对象的多态性是指在一般类中定义的属

性或服务被特殊类继承之后，可以具有

不同的数据类型或表现出不同的行为。

这使得同一个属性或服务名在一般类及

其各个特殊类中具有不同的语义。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■如果一种OOPL（面向对象的编程语言）

能支持对象的多态性，则可为开发者带

来不少方便。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

-例如，在一般类“几何图形”中定义了一个服务“绘

图”，但并不确定执行时到底画一个什么图形。特殊

类“椭圆”和“多边形”都继承了，但其功能几何图

形类的绘图服务却不同：一个是画出一个椭圆，一个

是画出一个多边形。进而，在多边形类更下层的一般

类“矩形”中绘图服务又可以采用一个比画一般的多

边形更高效和的算法来画一个矩形。这样，当系统的

其余部分请求画出任何一种几何图形时，消息中给出

的服务名同样都是“绘图”（因而消息的书写方式可

以统一），而椭圆、多边形、矩形等类的对象接收到

这个消息时却各自执行不同的绘图算法。

3.3.3面向对象的编程(OOP)

(8)永久对象(persistentobject)

■永久对象是当前00领域的一个技术热点。所谓

永久对象，就是生存期可以超越程序的执行时

间而长期存在的对象。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■目前大多数商品化的OOPL是不支持永久对象的。程序

中定义的对象，其生存期都不超过程序的运行时间。

即当程序运行结束时，它所定义的对象也都消失了。

如果一个应用要求把某些对象的属性信息长期保存，

并能在下一次程序运行时加以恢复，就只好借助文件

系统或数据库管理系统来实现。这需要程序员做许多

工作，包括对象与文件（或数据库）之间数据格式的

转换，以及保存与恢复所需的操作。这些工作无疑是

很繁琐的，而且这意味着面向对象的概念的时空范围

只局限于程序运行时间和内存空间，一旦超出这个范

围，对象就变成了传统的外存数据。

3.3.3面向对象的编程(OOP)

■永久对象的概念及实现技术可以使上述问题得

到解决。只要程序员声明某个对象是永久的，

则它的存储、恢复、转换等问题一概不用程序

员关心，完全由系统自动解决。呈现在开发人

员面前的是一个“无缝的”(seamless)对象

概念。永久对象的意义不仅仅提高了编程效率,

它还使00D阶段的数据管理部分的设计大为简

化，而且可实现对象在不同程序之间的动态共

■永久对象的实现需要有较强的技术支持。它需要一个

能够描述和处理永久对象的编程语言。这种语言的实

现需要基于一个存储和管理永久羽象的对象管理系统

（objectmanagementsystem,简称0MS）。无论是支

持永久对象的00PL还是0MS,其实现都有较大难度，需

要解决对象的存储、恢复、共享、并发存取、一致性

保护等一系列技术问题，所以目前国内外在这方面研

究性的工作较多而实用的产品较少。在我国，由北京

大学等20多家单位通过“八五”科技攻关研制成功的

青鸟H型系统（JB2）中已经实现了一个0MS和一个支

持永久对象的00PL（叫作CASE—C++语言），并用它开

发了近20个软件工具。

3.3.3面向对象的编程(OOP)

⑼主动对象(activeobject)

■按照通常理解00概念，对象是一组属性和一组

服务的封装体。它的每个服务是一个在消息的

驱动下被动执行的操作。

43・3.3面向对象的编程(OOP)

■向对象发一个消息，它就响应这个消息

而执行被请求的服务，否则它的服务就

不执行。每个服务相当于过程式语言中

一个过程、函数或例程(在大多数OOPL

中它的确就是一个等待被调用的过程、

函数或例程。Smallatlk中称作“方法”

而没有采用这些传统的术语，但本质上

并没有什么不同)。

>3.3.3面向对象的编程（OOP）

■所有这样的对象都是被动对象（passiveobject）,

需要通过消息的驱动（或者说通过消息的触发）才能

执行，那么，原始的驱动来自哪里？目前的00PL一般

是来自所有类定义之外的一段主程序，例如C++中的

main函数。以纯00风格著称的Smalltalk,也需要在所

有类定义之外写一段相当于主程序的源码，才能使系

统最终成为一个可运行的程序。这样做是不是纯00,

对实践者来说并不重要。特别是，当系统是一个顺序

程序时，做到这一点也没有太大的不便。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

-在现实世界（问题域）中具有主动行为的事物并不罕

见。例如，交通控制系统中的信号灯，生产控制系统

中异步运行的设备等等。每个具有主动行为的事物在

系统中应该被设计成一个任务，因为它们的行为是主

动的，需要并发地执行。除此之外，在系统设计阶段

还可能因实现的要求而增加其它一些任务。由于任务

是一些主动的、彼此并发的执行单位，所以无法用被

动对象描述。为此，引入了主动对象的概念，在00D阶

段进行任务管理部分的设计时用主动对象表示每个任

务。

.3.3.3面向对象的编程（OOP）

其定义是：

主动对象是一组属性和一组服务的封装体，其

中至少有一个服务不需要接收消息就能主动执

行（称作主动服务）。

■主动对象的作用是描述问题域中具有主动行为

的事物以及在系统设计时识别的任务，它的主

动服务描述相应的任务所应完成的操作。在系

统实现阶段，主动服务应该被实现为一个能并

发执行的、主动的程序单位，例如进程或线程。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■引入主动对象概念解决了系统设计阶段对任务

的描述问题，从而为在实现阶段构造一个描述

多任务的并发程序提供了依据。但是这种依据

只能是编程工作的一个参考，因为目前还没有

商品化的OOPL能支持主动对象的概念，所以

00D阶段识别的主动对象无法直接地对应为程

序中的一个主动对象，需要程序员在现有的语

言条件下设法把它实现成一个主动成分。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■面向对象的编程语言（OOPL）与已往各种语言的根本

不同是，它的设计出发点就是为了更直接地描述问题

域中客观存在的事物（即对象）以及它们之间的关系,

主要体现在以下几点：

⑴客观世界（问题域）是由一些具体的事物构成的。每

个事物具有自己的静态特征（即可以由一组数据表示

的特征）和动态特征（事物的行为或功能，即可以由

一组操作表示的特征）。

OOPL用对象描述问题域中的事物，每个对象由一组属

性和一组服务构成，分别描述事物的静态特征和动态

特征。

.3.3.3面向对象的编程（OOP）

JI----------------------------

⑵客观世界中的事物既具有共同性又具有特殊性。

人类认识客观世界的基本方法之一是对事物进

行分类，即：根据事物的共同性把事物归结为

某些类；考虑一个类中部分事物的特殊可得到

这个类的子类，子类既具有父类的共同性又具

有自己的特殊性。

OOPL用类表示一组具有相同的属性和服务的

对象，并通过继承机制保证子类具有父类的全

部属性和服务。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

⑶客观世界中较为复杂的事物往往是由其

它一些比较简单的事物构成的，例如一

架飞机由机舱、机翼和发动机构成。

OOPL中提供了描述这种组成关系的结构

（一^般—特殊结构、整体—部分结构

等）。

3.3.3面向对象的编程(OOP)

(4)客观世界中的一个事物可能与其它事物

存在某种行为上的联系。例如：采购员

购入一次货物要引起会计的一次帐目处

理。

OOPL通过消息表示对象之间的动态联系。

3.3.3面向对象的编程（OOP）

■由以上几点可以看出，面向对象的编程语言使

程序能够比较直接地反映客观世界的本来面目,

并且使软件开发人员能够运用人类认识事物所

采用的一般思维方法来进行软件开发。面向对

象的语言和人类认识、理解客观世界所使用的

自然语言之间的距离是比较小的。当然，二者

之间仍然存在着一定的距离。自然语言的丰富

多样和借助人脑的联想思想才能辨别的语义，

仍是目前任何一种计算机编程语言无法企及的O

43・3.3面向对象的编程（OOP）

■如图3.7表示随着编程语言由低级向高级的发

展，它们与自然语言之间的鸿沟在逐渐变窄。

开发人员从对问题域产生正确的认识，到用一

种编程语言把这些认识描述出来所付出的劳动

（以及其中可能发生的错误），随着语言鸿沟

的变窄而减少；由机器代替人完成的工作则随

着语言鸿沟的变窄而增多。这正是计算机语言

（以及整个计算机科学）发展的大趋势。

43・3.3面向对象的编程(OOP)

■编程语言到计算机之间的深色阴影表示

这部分工作是由机器自动完成的，基本

不需要开发人员花费精力了。自然语言

和编程语言中间的空白区域表示语言的

鸿沟，它表明从人们借助自然语言对问

题域有一个正确认识，到用一种编程语

言正确地表达出来，其间所存在的差距。

而面向对象的语言使这条鸿沟变窄，但

仍有一些距离。

3.4编程前的准备

■为了保证开发成果的质量，提高开发效

率，防止错误发生，在实际进行程序编

制之前应作如下方面的准备。

⑴制定标准(工作标准和编程基准)।

⑵知识共享；

⑶共享数据准备；

(4)综合利用开发环境；

⑸注意开发环境与实际应用环境的差异。

3.4.1确定标准

■JI-----------------------

■实际编程工作开始前、为了保证开发成果的质

量，系统的开发环境和标准化的工作流程应该

有机地结合起来，把编程作业从头到尾的过程

归纳为标准化的模式，开发者都必须按照这个

标准化模式进行工作，这样可以抑制和防止最

终开发成果因人而异造成的差异，防止错误发

生，提高生产效率，确保程序编制的质量。在

项目开发之前，从事开发工作的管理者必须把

业务工作的次序、流程和最终开发成果的格式

按标准化模式作出开发基准，以取得一致的开

发成果。

3.4.1确定标准

1、工作标准的制定

■在准备阶段，所制定的工作标准包含的

内容有：详细设计书的标准、程序设计

的标准以及共有资源利用的规定，如图