2.1 面向对象

在目前的软件开发领域有两种主流的开发方法:结构化开发方法和面向对象开发方法。
早期的编程语言如C、Basic、Pascal等都是结构化编程语言;
随着软件开发技术的逐渐发展,人们发现面向对象可以提供更好的可重用性、可扩展性和可维护性,于是催生了大量的面向对象的编程语言,如C++、Java、C#和Ruby等。

2.1.1 结构化程序设计简介

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。

SA SD SP

结构化程序设计
首先采用结构化分析(Structured Analysis,SA)方法对系统进行需求分析,
然后使用结构化设计(Structured Design,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(Structured Program,SP)方法来实现系统。使用这种SA、SD和SP的方式可以较好地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

结构化程序设计的最小程序单元 函数

结构化程序设计里最小的程序单元是函数,每个函数都负责完成一个功能,用以接收一些输入数据,函数对这些输入数据进行处理,处理结束后输出一些数据。整个软件系统由一个个函数组成,其中作为程序入口的函数被称为主函数,主函数依次调用其他普通函数,普通函数之间依次调用,从而完成整个软件系统的功能

自顶向下

结构化设计需要采用自顶向下的设计方式,在设计阶段就需要考虑每个模块应该分解成哪些子模块,每个子模块又分解成哪些更小的模块……依此类推,直至将模块细化成一个个函数。
每个函数都是具有输入、输出的子系统,函数的输入数据包括函数形参、全局变量和常量等,函数的输出数据包括函数返回值以及传出参数等。

结构化程序设计局限性

结构化程序设计方式有如下两个局限性。

• 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向下的设计方式,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,都需要自顶向下地修改模块结构,这种方式的维护成本相当高。

2.1.2 程序的三种基本结构

goto语句的问题

在过去的日子里,很多编程语言都提供了GOTO语句,GOTO语句非常灵活,可以让程序的控制流程任意流转——如果大量使用GOTO语句,程序完全不需要使用循环。但GOTO语句实在太随意了,如果程序随意使用GOTO语句,将会导致程序流程难以理解,并且容易出错。在实际软件开发过程中,更注重软件的可读性和可修改性,因此GOTO语句逐渐被抛弃了。

保留字goto

Java语言拒绝使用GOTO语句,但它将goto作为保留字,意思是目前Java版本还未使用GOTO语句,但也许在未来的日子里,当Java不得不使用GOTO语句时,Java还是可能使用GOTO语句的。

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顺序结构、选择结构和循环结构这三种基本结构组合而成。所以,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。

2.1.3 面向对象程序设计简介

面向对象程序设计的最小的程序单元是 类

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像成客观世界的各种事物。

面向对象的软件系统由多个类组成,类代表了客观世界中具有某种特征的一类事物,这类事物往往有一些内部的状态数据,比如人有身高、体重、年龄、爱好等各种状态数据,当然程序没必要记录该事物所有的状态数据,程序只要记录业务关心的状态数据即可。

面向对象的语言不仅使用类来封装一类事物的内部状态数据,这种状态数据就对应于类的成员变量,而且类会提供操作这些状态数据的方法,还会为这类事物的行为特征提供相应的实现,这种实现也是方法。因此可以得到如下基本等式:
成员变量(状态数据) + 方法(行为) = 类定义

面向对象比面向过程编程粒度要大

从这个等式来看,面向对象比面向过程的编程粒度要大:面向对象的程序单位是类;而面向过程的程序单位是函数(相当于方法)

2.1.4 面向对象的基本特征

面向对象的是三个基本特征 封装 继承 多态

面向对象方法具有三个基本特征:封装(Encapsulation)、继承(Inheritance)和多态(Polymorphism).

• 封装指的是将对象的实现细节隐藏起来,然后通过一些公用方法来暴露该对象的功能;
• 继承是面向对象实现软件复用的重要手段,当子类继承父类后,子类作为一种特殊的父类,将直接获得父类的属性和方法;
• 多态指的是子类对象可以直接赋给父类变量,但运行时依然表现出子类的行为特征,这意味着同一个类型的对象在执行同一个方法时,可能表现出多种行为特征。

抽象

除此之外,抽象也是面向对象的重要部分,抽象就是忽略一个主题中与当前目标无关的那些方面,以便更充分地注意与当前目标有关的方面。抽象并不打算了解全部问题,而只是考虑部分问题。例如,需要考察Person对象时,不可能在程序中把Person的所有细节都定义出来,通常只能定义Person的部分数据、部分行为特征——而这些数据、行为特征是软件系统所关心的部分。
虽然抽象是面向对象的重要部分,但**抽象不是面向对象的特征之一**,因为所有的编程语言都需要抽象。当开发者进行抽象时应该考虑哪些特征是软件系统所需要的,那么这些特征就应该使用程序记录并表现出来。因此,需要抽象哪些特征没有必然的规定,而是取决于软件系统的功能需求。

面向对象的其他特征

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:标识唯一性、分类性、多态性、封装性、模块独立性好。
• 类是具有共同属性、共同方法的一类事物。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个实例之间相互通信的机制。
• 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。继承具有传递性。继承可分为单继承(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)。

Java不支持多继承

由于多继承可能引起继承结构的混乱,而且会大大降低程序的可理解性,所以Java不支持多继承。

面向对象 基于对象

判断一门语言是否是面向对象的,通常可以使用继承和多态来加以判断。“面向对象”和“基于对象”都实现了“封装”的概念,但是面向对象实现了“继承和多态”,而“基于对象”没有实现实现“继承和多态”。