程序设计方法概述：从面相对象到面向功能到面向对象

时间：2015-05-20 22:27:22 阅读：440 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

1. 面向功能的程序设计方法、结构化程序设计方法、面向数据流的处理方式与结构化分析（Structrued Analysis，即SA）、结构化编程（Structrued Program，即SP）、结构化设计（Structrued Design，即SD）

结构化程序设计方法主张按功能来分析系统需求，其主要原则可概括为自顶向下，逐步求精，模块化等。结构化程序设计首先采用结构化分析（Structrued Analysis，即SA）方法对系统进行需求分析，然后使用结构化设计（Structrued Design，即SD）方法对系统进行概要设计、详细设计，最后采用结构化编程（Structrued Program，即SP）方式来实现系统。使用这种SA、SD和SP的方式可以较好的保证软件系统的开发进度和质量。

因为结构化程序设计方法主张按功能把软件系统逐步细分，因此这种方法也被称为面向功能的程序设计方法；结构化程序设计的每个功能都负责对数据进行一次处理，每个功能都接受一些数据，处理完后输出一些数据，这种处理方式也被称为面向数据流的处理方式。

结构化的程序设计：

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2.结构化程序设计的局限性

设计不够直观，与人类习惯思维不一致。采用结构化程序分析、设计时，开发者需要将客观世界模型分解成一个一个功能，每个功能用以完成一定的数据处理。
适应性差，可扩展性不强。由于结构化设计采用自顶而下的设计方式，所以当用户的需求发生改变，或需要修改现有的实现方式时都需要自顶而下地修改模块结构，这种方式的维护成本相当大。

3.程序设计的三种基本结构

结构化程序设计非常强调实现某个功能的算法，而算法的实现过程是由一系列操作组成的，这些操作之间的执行次序就是程序的控制结构。

1996年，计算机科学家Bohm和Jacopini证明了这样的事实：任何简单或复杂的算法都可以由三种结构组成:

顺序结构
选择结构

循环结构

选择结构图：

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循环结构——当型循环和直到型循环：

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顺序结构图：

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这三种结构就被称为程序设计的三种基本结构，也是结构化程序设计必须采用的结构。

4.面向对象方法的基本特征与几个功能

面向对象是一种更优秀的的程序设计方法，它的基本思想是使用类、对象、继承、封装，消息等基本概念来进行程序设计。它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，强调直接以现实世界中的事物（即对象）为中心来思考问题，认识问题，并根据这些事物的本质特点，把它们抽象地表示为系统中的类，作为系统的基本构成单元（而不是用一些与现实世界中的事物相关比较远，并且没有对应关系的其它过程来构造系统），这使得系统可以直接映射客观世界，并保持客观世界中事物及其相互关系的本来面貌。

如果采用面向对象方式开发的软件系统，其最小的程序单元是类，这些类可以生成系统中的多个对象，而这些对象则直接映射成客观世界的各种事物。

面向对象方法具有三个基本特征

面向对象方法具有三个基本特征：继承（Inheritance）、封装（Encapsulation）和多态（Polymorphism）。
面向对象还支持如下几个功能：
对象是面向对象方法中最基本的概念，它的基本特点有：标识惟一性、分类性、多态性、封装性、模块独立性好。
类是具有共同属性、共同方法的对象的集合。类是对象的抽象；对象则是类的实例。而类是整个软件系统最小的程序单元，类的封装性将各种信息细节隐藏起来，并通过公用方法来暴露该类对外所提供的功能，从而提高了类的内聚性，降低了对象之间的耦合性。
对象间的这种相互合作需要一个机制协助进行，这样的机制称为“消息”。消息是一个实例与另一个实例之间传递的信息。
在面向对象方法中，类之间共享属性和操作的机制称为继承。已有的类可当作基类来引用，则新类相应地可当作派生类来引用。继承具有传递性。可分为单继承（一个继承只允许有一个直接父类，即类等级为树形结构）与多继承（一个类允许有多个直接父类）。

5.面向对象的思想与概念

面向对象是在结构化设计方法出现很多问题的情况下应运而生的。结构化设计方法求解问题的基本策略是从功能的角度审视问题域。它将应用程序看成实现某些特定任务的功能模块，其中子过程是实现某项具体操作的底层功能模块。在每个功能模块中，用数据结构描述待处理数据的组织形式，用算法描述具体的操作过程。面对日趋复杂的应用系统，这种开发思路在下面几个方面逐渐暴露了一些弱点。

1.审视问题域的视角

在现实世界中存在的客体是问题域中的主角，所谓客体是指客观存在的对象实体和主观抽象的概念，他是人类观察问题和解决问题的主要目标。例如，对于一个学校学生管理系统来说，无论是简单还是复杂，始终是围绕学生和老师这两个客体实施。在自然界，每个客体都具有一些属性和行为，例如学生有学号、姓名、性别等属性，以及上课、考试、做实验等行为。因此，每个个体都可以用属性和行为来描述。
通常人类观察问题的视角是这些客体，客体的属性反应客体在某一时刻的状态，客体的行为反映客体能从事的操作。这些操作附在客体之上并能用来设置、改变和获取客体的状态。任何问题域都有一系列的客体，因此解决问题的基本方式是让这些客体之间相互驱动、相互作用，最终使每个客体按照设计者的意愿改变其属性状态。
结构化设计方法所采用的设计思路不是将客体作为一个整体，而是将依附于客体之上的行为抽取出来，以功能为目标来设计构造应用系统。这种做法导致在进行程序设计的时候，不得不将客体所构成的现实世界映射到由功能模块组成的解空间中，这种变换过程，不仅增加了程序设计的复杂程度，而且背离了人们观察问题和解决问题的基本思路。另外，再仔细思考会发现，在任何一个问题域中，客体是稳定的，而行为是不稳定的。例如，不管是国家图书馆，还是学校图书馆，还是国际图书馆，都会含有图书这个客体，但管理图书的方法可能是截然不同的。结构化设计方法将审视问题的视角定位于不稳定的操作之上，并将描述客体的属性和行为分开，使得应用程序的日后维护和扩展相当困难，甚至一个微小的变动，都会波及到整个系统。面对问题规模的日趋扩大、环境的日趋复杂、需求变化的日趋加快，将利用计算机解决问题的基本方法统一到人类解决问题的习惯方法之上，彻底改变软件设计方法与人类解决问题的常规方式扭曲的现象迫在眉睫，这是提出面向对象的首要原因。

2.抽象级别

抽象是人类解决问题的基本法宝。良好的抽象策略可以控制问题的复杂程度，增强系统的通用性和可扩展性。抽象主要包括过程抽象和数据抽象。结构化设计方法应用的是过程抽象。所谓过程抽象是将问题域中具有明确功能定义的操作抽取出来，并将其作为一个实体看待。这种抽象级别对于软件系统结构的设计显得有些武断，并且稳定性差，导致很难准确无误地设计出系统的每一个操作环节。一旦某个客体属性的表示方式发生了变化，就有可能牵扯到已有系统的很多部分。而数据抽象是较过程抽象更高级别的抽象方式，将描述客体的属性和行为绑定在一起，实现统一的抽象，从而达到对现实世界客体的真正模拟。

3.封装体

封装是指将现实世界中存在的某个客体的属性与行为绑定在一起，并放置在一个逻辑单元内。该逻辑单元负责将所描述的属性隐藏起来，外界对客体内部属性的所有访问只能通过提供的用户接口实现。这样做既可以实现对客体属性的保护作用，又可以提高软件系统的可维护性。只要用户接口不改变，任何封装体内部的改变都不会对软件系统的其他部分造成影响。结构化设计方法没有做到客体的整体封装，只是封装了各个功能模块，而每个功能模块可以随意地对没有保护能力客体属性实施操作，并且由于描述属性的数据与行为被分割开来，所以一旦某个客体属性的表达方式发生了变化，或某个行为效果发生了改变，就有可能对整个系统产生影响。

4.可重用性

可重用性标识着软件产品的可复用能力，是衡量一个软件产品成功与否的重要标志。当今的软件开发行业，人们越来越追求开发更多的、更有通用性的可重用构件，从而使软件开发过程彻底改善，即从过去的语句级编写发展到现在的构件组装，从而提高软件开发效率，推动应用领域迅速扩展。然而，结构化程序设计方法的基本单位是模块，每个模块只是实现特定功能的过程描述，因此，它的可重用单位只能是模块。例如，在C语言编写程序时使用大量的标准函数。但对于今天的软件开发来说，这样的重用力度显得微不足道，而且当参与操作的某些数据类型发生变化时，就不能够再使用那些函数了。因此，渴望更大力度的可重用构件是如今应用领域对软件开发提出的新需求。

上述弱点驱使人们寻求一种新的程序设计方法，以适应现代社会对软件开发的更高要求，面向对象由此产生。

6.面向对象的基本概念

⑴对象

对象是人们要进行研究的任何事物，从最简单的整数到复杂的飞机等均可看作对象，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件。

⑵对象的状态和行为

对象具有状态，一个对象用数据值来描述它的状态。对象还有操作，用于改变对象的状态，对象及其操作就是对象的行为。对象实现了数据和操作的结合，使数据和操作封装于对象的统一体中。

⑶类

具有相同特性（数据元素）和行为（功能）的对象的抽象就是类。因此，对象的抽象是类，类的具体化就是对象，也可以说类的实例是对象，类实际上就是一种数据类型。类具有属性，它是对象的状态的抽象，用数据结构来描述类的属性。类具有操作，它是对象的行为的抽象，用操作名和实现该操作的方法来描述。

⑷类的结构

在客观世界中有若干类，这些类之间有一定的结构关系。通常有两种主要的结构关系，即一般--具体结构关系，整体--部分结构关系。

①一般--具体结构称为分类结构，也可以说是“或”关系，或者是“is a”关系。

②整体--部分结构称为组装结构，它们之间的关系是一种“与”关系，或者是“has a”关系。

⑸消息和方法

对象之间进行通信的结构叫做消息。在对象的操作中，当一个消息发送给某个对象时，消息包含接收对象去执行某种操作的信息。发送一条消息至少要包括说明接受消息的对象名、发送给该对象的消息名（即对象名、方法名）。一般还要对参数加以说明，参数可以是认识该消息的对象所知道的变量名，或者是所有对象都知道的全局变量名。
类中操作的实现过程叫做方法，一个方法有方法名、返回值、参数、方法体。

7.面向对象的特征

⑴对象唯一性

每个对象都有自身唯一的标识，通过这种标识，可找到相应的对象。在对象的整个生命期中，它的标识都不改变，不同的对象不能有相同的标识。

⑵抽象性

抽象性是指将具有一致的数据结构（属性）和行为（操作）的对象抽象成类。一个类就是这样一种抽象，它反映了与应用有关的重要性质，而忽略其他一些无关内容。任何类的划分都是主观的，但必须与具体的应用有关。

⑶继承性

  继承性是子类自动共享父类数据结构和方法的机制，这是类之间的一种关系。在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础之上来进行，把这个已经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。
继承性是面向对象程序设计语言不同于其它语言的最重要的特点，是其他语言所没有的。
  在类层次中，子类只继承一个父类的数据结构和方法，则称为单重继承。
  在类层次中，子类继承了多个父类的数据结构和方法，则称为多重继承。
  多重继承，JAVA、VB、NET、Objective-C均仅支持单继承，注意在C++多重继承时，需小心二义性。
在软件开发中，类的继承性使所建立的软件具有开放性、可扩充性，这是信息组织与分类的行之有效的方法，它简化了对象、类的创建工作量，增加了代码的可重用性。
  采用继承性，提供了类的规范的等级结构。通过类的继承关系，使公共的特性能够共享，提高了软件的重用性。

⑷多态性（多形性）

  多态性是指相同的操作或函数、过程可作用于多种类型的对象上并获得不同的结果。不同的对象，收到同一消息可以产生不同的结果，这种现象称为多态性。
  多态性允许每个对象以适合自身的方式去响应共同的消息。
  多态性增强了软件的灵活性和重用性。

8.面向对象的要素

⑴抽象

抽象是指强调实体的本质、内在的属性。在系统开发中，抽象指的是在决定如何实现对象之前的对象的意义和行为。使用抽象可以尽可能避免过早考虑一些细节。类实现了对象的数据（即状态）和行为的抽象。

⑵封装性（信息隐藏）

封装性是保证软件部件具有优良的模块性的基础。
面向对象的类是封装良好的模块，类定义将其说明（用户可见的外部接口）与实现（用户不可见的内部实现）显式地分开，其内部实现按其具体定义的作用域提供保护。
对象是封装的最基本单位。封装防止了程序相互依赖性而带来的变动影响。面向对象的封装比传统语言的封装更为清晰、更为有力。

⑶共享性

面向对象技术在不同级别上促进了共享同一类中的共享。同一类中的对象有着相同数据结构。这些对象之间是结构、行为特征的共享关系。在同一应用中共享。在同一应用的类层次结构中，存在继承关系的各相似子类中，存在数据结构和行为的继承，使各相似子类共享共同的结构和行为。使用继承来实现代码的共享，这也是面向对象的主要优点之一。在不同应用中共享。面向对象不仅允许在同一应用中共享信息，而且为未来目标的可重用设计准备了条件。通过类库这种机制和结构来实现不同应用中的信息共享。强调对象结构而不是程序结构。

程序设计方法概述：从面相对象到面向功能到面向对象

标签：设计对象计算机科学软件设计面向对象

原文地址：http://blog.csdn.net/sinat_26342009/article/details/45874371

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①一般--具体结构称为分类结构，也可以说是“或”关系，或者是“is a”关系。

②整体--部分结构称为组装结构，它们之间的关系是一种“与”关系，或者是“has a”关系。

⑸消息和方法

7.面向对象的特征

⑴对象唯一性

⑵抽象性

⑶继承性

⑷多态性（多形性）

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⑴抽象

⑵封装性（信息隐藏）

⑶共享性

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