十四、面向?qū)ο蠓椒ㄅc面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫

　　1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)的形成與發(fā)展

　　80年代以來，面向?qū)ο笳Z言如雨后春筍搬出現(xiàn)，形成了面向?qū)ο笳Z言的兩大類:一類是純面向?qū)ο蟮恼Z言，如Smalltalk和Eiffel等;另一類是混合型面向?qū)ο笳Z言，即在過程語言中增加面向?qū)ο蟮臋C(jī)制，如C++、Objective-C等等。現(xiàn)在，作為80年代最流行的C語言的擴(kuò)充的面向?qū)ο驝++，是目前應(yīng)用最廣泛的語言。C++編譯產(chǎn)生的代碼性能幾乎與傳統(tǒng)的C編譯產(chǎn)生的代碼性能相同。面向?qū)ο蟮腜ascal和BASIC也已在DOS、Windows上OS/2中實(shí)現(xiàn)�，F(xiàn)在，面向?qū)ο蠹夹g(shù)已成為一種廣泛使用的成熟的技術(shù)和方法，有一系列成熟的商品軟件工具支持OON。OON中涉及到下列一些基本概念:信息(Information)是指對(duì)事物的一種表示或描述。對(duì)象(Object)是一個(gè)由信息及其關(guān)于信息處理的描述組成的包。消息(Message)是對(duì)某種信息的處理的描述。類(Class)是對(duì)一個(gè)或幾個(gè)相似對(duì)象的描述。實(shí)例(Instance)是被某一個(gè)特定的類所描述的一個(gè)對(duì)象。因此，每一個(gè)對(duì)象都是某個(gè)類的一個(gè)實(shí)例，而類是一些實(shí)例的全部相似特征的描述。方法(Method)是描述對(duì)象對(duì)消息的響應(yīng)。對(duì)象是一個(gè)普遍適用的基本的邏輯概念，是一個(gè)有組織形式的、含有信息的實(shí)體或結(jié)構(gòu)。它既可以表示一個(gè)抽象的概念，也可以表示一個(gè)具體的程序模塊;既可以表示軟件，也可以表示硬件。于是，OOM提供了同時(shí)在現(xiàn)實(shí)世界和機(jī)器世界進(jìn)行系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)一的方法。

　　2.程序設(shè)計(jì)方法學(xué)

　　隨著軟件系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜性的增加，軟件的開銷也驚人地增加了，而軟件的可靠性和可維護(hù)性卻明顯地下降了。為此，人們驚呼軟件危機(jī)。產(chǎn)生軟件危機(jī)的根本原因在于傳統(tǒng)的馮•諾依曼機(jī)(Von Neumann Machine)的結(jié)構(gòu)和人們求解問題的方法的不一致性。這種不一致性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

　　(1)語言的鴻溝;

　　(2)程序設(shè)計(jì)的鴻溝;

　　(3)Von Neumann機(jī)的鴻溝。語言的鴻溝是形成軟件危機(jī)的主要原因之一。從目前看，面向?qū)ο蟮恼Z言在緩解軟件危機(jī)方面起到了很大的作用，取得了前所未有的積極效果。

　　3.面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法

　　經(jīng)驗(yàn)告訴我們:在軟件系統(tǒng)中，“過程”或“操作”是不穩(wěn)定的、多變的，而“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”或“對(duì)象”卻是相對(duì)穩(wěn)定多了。因此，傳統(tǒng)的以過程為中心而設(shè)計(jì)的軟件的可重用性差;而以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或?qū)ο鬄橹行亩�設(shè)計(jì)的軟件的可重用性較好。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或?qū)ο鬄橹行�，力求問題在現(xiàn)實(shí)世界和機(jī)器世界中的一致性。在使用OOM進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先進(jìn)行的是面向?qū)ο蟮姆治?Object Oriented Analysis)。其任務(wù)是了解問題所涉及的對(duì)象、對(duì)象間的關(guān)系，然后在現(xiàn)實(shí)世界中構(gòu)造該問題的對(duì)象模型，以反映所要解決的“實(shí)質(zhì)問題”。然后，進(jìn)行面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)(Object Oriented Design)，即設(shè)計(jì)軟件的對(duì)象模型。根據(jù)軟件開發(fā)環(huán)境的功能，把問題的對(duì)象模型從現(xiàn)實(shí)世界過渡到機(jī)器世界。在軟件系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)出各個(gè)對(duì)象、對(duì)象間的關(guān)系(如繼承關(guān)系)，對(duì)象間的通信方式(如消息模式)等等�？傊�，在該階段應(yīng)明確各個(gè)對(duì)象應(yīng)做些什么及其關(guān)系。面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)(Object Oriented Implementation)是指軟件功能的具體實(shí)現(xiàn)，即怎么做的實(shí)現(xiàn)其中包括對(duì)象內(nèi)部功能的實(shí)現(xiàn)、確定系統(tǒng)的用戶接口。在實(shí)際開發(fā)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，上述三個(gè)階段必須有機(jī)地結(jié)合在一起�，F(xiàn)在提倡面向?qū)ο蟮能浖�開發(fā)方法，并進(jìn)一步規(guī)范化，還開發(fā)了一系列OOM的軟件工具和軟件環(huán)境，以支持軟件自動(dòng)生成。

　　4.面向?qū)ο蟮姆椒ǖ幕�本概念與特征

　　實(shí)質(zhì)上，軟件是問題及其求解方法的一種表達(dá)形式。顯然，如果軟件能直接自然地表達(dá)求解方法，則軟件不僅易于理解，而且也具有較高可靠性與可維護(hù)性。如果能按照人們通常的思維方式，在機(jī)器世界里建立問題的模型，則可以提高軟件的模塊化和重用的可能性。面向?qū)ο蠓椒ǖ幕�本原則是:按照人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中的通常的思維方式建立問題在機(jī)器世界的模型，設(shè)計(jì)盡可能自然地表現(xiàn)求解方法的軟件。在OOM中，對(duì)象(object)和消息傳遞(Message passing)分別作為表達(dá)事物及事物間相互聯(lián)系的概念。類(class)和繼承(inheritance)作為適合人們一般思維方式的描述機(jī)制。方法(method)允許各種操作作用于某類對(duì)象上。這種集對(duì)象、類、消息、繼承和方法于一體的OOM的基本點(diǎn)在于對(duì)象的封裝(encapsulation)和繼承。通過封裝能將對(duì)象的定義和其實(shí)現(xiàn)分開;通過繼承能體現(xiàn)類與類間的關(guān)系，并由此帶來了動(dòng)態(tài)連接(dynamic binding)和實(shí)體的多態(tài)性(polymorphisim)從而構(gòu)成了OOM的基本特征。

　　(1)對(duì)象為了使用計(jì)算機(jī)求解問題，現(xiàn)實(shí)世界的對(duì)象必須表示成計(jì)算機(jī)內(nèi)部的概念，即機(jī)器世界的對(duì)象(簡稱機(jī)器對(duì)象，或?qū)ο?。為此，“對(duì)象”有在兩個(gè)不同世界的不同含義，可以從下文中區(qū)分開來。從存儲(chǔ)角度來看，機(jī)器對(duì)象占有一塊存儲(chǔ)空間，其中有數(shù)據(jù)也有方法。從機(jī)器實(shí)現(xiàn)機(jī)制來看，機(jī)器對(duì)象中私有數(shù)據(jù)表示了對(duì)象的狀態(tài)，該對(duì)象的狀態(tài)只能由私有的方法來改變它。每當(dāng)需要對(duì)象來完成一定處理工作時(shí)，只能由其它對(duì)象向該對(duì)象發(fā)送消息，本對(duì)象響應(yīng)消息后按照消息模式找出匹配的方法，并執(zhí)行該方法，方法定義了該對(duì)象上的操作。

　　(2)消息和方法程序的執(zhí)行是靠在對(duì)象間傳遞消息來完成的。7發(fā)送消息的對(duì)象稱為發(fā)送者，接收消息的對(duì)象稱為接收者。消息中僅包含發(fā)送者的要求，它只告訴接收者需要完成哪些處理，但并不指示接收者應(yīng)如何完成這些處理。消息完全由接收者解釋，并決定完成所需的處理的方式。一個(gè)對(duì)象可以接收不同形式、不同內(nèi)容的多個(gè)消息;相同形式的消息可以發(fā)往不同的對(duì)象。不同的對(duì)象對(duì)形式相同的消息可以有不同的解釋，因而可以作出不同的反應(yīng)。這里，反應(yīng)并不是必需的。這與子程序的調(diào)用/返回有明顯的不同。把全部對(duì)象分成各種對(duì)象表，每個(gè)類都定義一組所謂“方法”。方法實(shí)際上是允許作用于該類對(duì)象上的各種操作。當(dāng)一個(gè)面向?qū)ο蟮某绦蛟谶\(yùn)行期間，一般要做三件事:

　　(1)根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象;

　　(2)從一個(gè)對(duì)象(或用戶)向另一個(gè)對(duì)象傳遞消息;

　　(3)若不再需要該對(duì)象時(shí)，應(yīng)刪除它，并回收它所占用的存儲(chǔ)單元。

　　(3)類和類的層次在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，對(duì)象是程序的基本單位。相似的對(duì)象，可以像傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言中的變量與類型關(guān)系一樣，歸并到一類(class)中去。程序員只需定義一個(gè)類對(duì)象，就可以得到若干實(shí)例(instance)，作為可以使用的對(duì)象。具體地說，類由方法和數(shù)據(jù)組成，是關(guān)于一類對(duì)象的性質(zhì)的描述。它包括外部特性和內(nèi)部特性兩個(gè)方面。通過描述消息模式及其相應(yīng)的處理能力來定義對(duì)象的外部特性。通過描述內(nèi)部狀態(tài)的表現(xiàn)形式及固有的處理能力的實(shí)現(xiàn)來定義對(duì)象的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)特性。對(duì)象是在執(zhí)行過程中，根據(jù)對(duì)象所屬的類，動(dòng)態(tài)地生成的。一個(gè)類可以生成多個(gè)不同的對(duì)象。同一類對(duì)象具有相同的特性。一個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)只能由其自身來修改，任何別的地象都不可能修改它。因此，同一個(gè)類的對(duì)象，雖然在內(nèi)部狀態(tài)的表現(xiàn)形式上相同，但它們可以有不同的內(nèi)部狀態(tài)，故此這些對(duì)象并不完全一模一樣。一個(gè)類的上層可以有超類(superclass)，下層可以有子類(subclass)，這樣形成了一種類的層次結(jié)構(gòu)。層次結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特點(diǎn)是繼承性，一個(gè)類可以直接或間接地繼承其超類的全部描述。繼承性具有傳遞性。一個(gè)類可以有多個(gè)子類，也可以有多個(gè)超類。抽象類(abstract class)是一種不能建立實(shí)例的類。抽象類將有關(guān)的類組合在一起，提供了一個(gè)公共的根，其它一些子類從這個(gè)根派生出來。通常一個(gè)抽象類只描述了這個(gè)類的 有關(guān)的操作接口。或者操作的部分實(shí)現(xiàn);完整的實(shí)現(xiàn)則被留給一個(gè)或幾個(gè)子類，抽象類一般用于定義一種協(xié)議或概念。

　　(4)繼承性繼承性(inherintance)是自動(dòng)地共享子類、超類和對(duì)象中的方法和數(shù)據(jù)的一種機(jī)制。如果沒有繼承性，不同類中的對(duì)象中的數(shù)據(jù)和方法就可能出現(xiàn)大量的重復(fù)。繼承性比較自然地體現(xiàn)了對(duì)象間的聯(lián)系。

　　(5)封裝性封裝是一種信息隱蔽技術(shù)，用戶只能看到對(duì)象封裝界面上的信息，對(duì)象內(nèi)部的信息對(duì)用戶是隱蔽的。封裝的目的是使對(duì)象的使用者和對(duì)象的設(shè)計(jì)者分開，使用者不必知道實(shí)現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)，只須按設(shè)計(jì)者的要求來訪問對(duì)象，這樣方便于系統(tǒng)的集成。封裝是一種強(qiáng)有力的系統(tǒng)集成手段。封裝和類說明有關(guān)。一個(gè)類的每一個(gè)實(shí)例都是一個(gè)單獨(dú)的封裝(或組件)。顯式地把對(duì)象的規(guī)格說明(specification)和對(duì)象的實(shí)現(xiàn)分開是面向?qū)ο蟮囊淮筇厣�。封裝本身即是一個(gè)模塊，把對(duì)象的定義模塊和實(shí)現(xiàn)模塊分開，從而使得維護(hù)和修改變得方便。

　　(6)多態(tài)性所謂多態(tài)(polymorphic)，即一個(gè)名字可以具有多種語義。多態(tài)與動(dòng)態(tài)類型和靜態(tài)類型有關(guān)。動(dòng)態(tài)類型是指在執(zhí)行期間可以改變的類型。靜態(tài)類型是在程序文本中聲明時(shí)確定下來的類型。在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)中，利用重名這樣多義性不會(huì)帶來混亂，并且為需求分析和設(shè)計(jì)帶來了好處。

　　5.動(dòng)態(tài)聚束

　　聚束(binding)其實(shí)并不是一個(gè)新概念。一個(gè)程序經(jīng)編譯到連接成為可運(yùn)行的目標(biāo)代碼，就是將可執(zhí)行代碼聚束在一起。用傳統(tǒng)語言寫的程序在運(yùn)行之前即可聚束，故此稱之為靜態(tài)聚束(static binding)。而面向?qū)ο笳Z言則在程序運(yùn)行時(shí)可發(fā)生聚束，故稱之為動(dòng)態(tài)聚束(dynamic binding)。動(dòng)態(tài)聚束增加了程序的簡單性和可擴(kuò)充性，使程序增刪自如，不易出錯(cuò)，但效率略低。應(yīng)該指出，靜態(tài)聚束運(yùn)行效率高，但修改維護(hù)時(shí)工作量大。

　　6.面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析方法

　　系統(tǒng)分析過程就是提取一個(gè)系統(tǒng)的需求過程，即是指為了滿足用戶的需求，系統(tǒng)必須做什么，而不是指系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)分析通常是一個(gè)需求文檔開始點(diǎn)，同用戶進(jìn)行一系列的討論為開端。一般來說，參加制定文檔的人應(yīng)包括系統(tǒng)的最終用戶、問題域?qū)＜�、系統(tǒng)的開發(fā)者以及其它感興趣的人。在過去的10年中，已經(jīng)在系統(tǒng)分析中使用了功能分解法、數(shù)據(jù)流法、信息模擬法。最近研究了面向?qū)ο蠓治?OOA)方法。下面將綜述這4種主要的需求分析方法。

　　(1)功能分解法 它可表示為功能=子功能+子功能接口

　　(2)數(shù)據(jù)流法 數(shù)據(jù)流法，即通常所說的結(jié)構(gòu)分析法，它可表示為數(shù)據(jù)流=數(shù)據(jù)存儲(chǔ)+數(shù)據(jù)變換+過程說明+數(shù)據(jù)字典

　　(3)信息模擬法 信息模擬的主要建模工具是實(shí)體-關(guān)系圖，現(xiàn)已發(fā)展成為語義數(shù)據(jù)模型。信息模擬法可以表示為信息模擬法=對(duì)象+屬性+關(guān)系+超類+子類+對(duì)象

　　(4)面向?qū)ο蠓?面向?qū)ο蟮暮�義很廣，因?yàn)椤皩?duì)象”一詞可以在不同領(lǐng)域有不同的解釋，面向?qū)ο蟮目梢员硎緸槊嫦驅(qū)ο蠓?對(duì)象+類+繼承+消息通信面向?qū)ο蠓治鍪墙�立在信息模擬和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言的概念基礎(chǔ)之上的。作為一個(gè)比較全面的方法，面向?qū)ο蠓治鲇?個(gè)步驟組成:①確定類和對(duì)象;②識(shí)別結(jié)構(gòu);③識(shí)別主題;④定義屬性;⑤定義方法。現(xiàn)在已有了一些面向?qū)ο蠓治龅腃ASE工具支持OOA，以加速OOA的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。

　　7.面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)和面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)

　　從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)是一個(gè)逐步擴(kuò)充的細(xì)分過程，同傳統(tǒng)的實(shí)體關(guān)系模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)類似，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)使用的是面向?qū)ο蟮母拍钅Ｐ�。在面向�(qū)ο蟮母拍钅Ｐ椭幸悦嫦驅(qū)ο蠓椒ㄖ械幕�本概念為基礎(chǔ)。最后，使用面向?qū)ο蟮恼Z言，對(duì)設(shè)計(jì)的概念模型加以實(shí)現(xiàn)。限于篇幅不再詳細(xì)討論。