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1、第10章 面向对象专题讨论本章先讨论在实际应用中需要考虑的几个专题：如何发现对象如何发现对象的数据成员和成员函数如何定义数据成员和成员函数如何发现基类和派生类结构如何考虑接口继承与实现继承最后给出一个设计实例。本章的目的是加深对知识的理解并锻炼解决实际问题的能力，希望通过本章的学习，能将所学知识正确地运用到实际中去。,主要内容10.1 过程抽象和数据抽象10.2 发现对象并建立对象层10.3 定义数据成员和成员函数10.4 如何发现基类和派生类结构10.5 接口继承与实现继承10.6设计实例,10.1 过程抽象和数据抽象抽象(abstraction)是形成概念的必要手段，它是从许多事物中舍弃个
2、别的、非本质性的特征，抽取共同及本质性的特征，例如。谈到猫，世上没有任何两只猫是完全相同的，但是舍弃了每只猫相互之间的差异，把共同和本质性的特征抽取出来，就形成了“猫”这个概念。对于分析而言，抽象原则具有两方面的意义： 尽管问题域中的事物很复杂，但分析员并不需要了解和描述它们的全部，只需要分析研究其中与系统目标有关的事物及其本质性特征。对于那些与系统目标无关的特征和许多具体的细节，即使有所了解，也应该舍弃。 通过舍弃个体事物在细节上的差异，抽取其共同特征而得到一批事物的抽象概念。OOA中的类就是这样得到的。抽象是面向对象方法中使用最为广泛的原则，例如系统中的对象是对现实世界中事物的抽象；类是对
3、象的抽象；数据成员是事物静态特征的抽象；成员函数是事物动态特征的抽象等。,在软件开发领域中，早在面向对象方法出现之前就已经开始运用抽象的原则，主要是过程抽象和数据抽象。过程抽象是指任何一个完成确定功能的操作序列，其使用者都可把它看做一个单一的实体，尽管实际上它可能是由一系列更低级的操作完成的。运用过程抽象，软件开发者可以把一个复杂的功能分解为一些子功能；如果子功能仍然比较复杂，则可以进一步分解。这使得开发者可以在不同的抽象层次上考虑问题，在较高的层次上思考时可以不关心较低层次的实现细节，即只注意一个过程完成什么功能，而不注意它是怎样完成的。过程抽象不是OOA的主要抽象形式，因为面向对象方法不允
4、许超出对象的界限在全系统的范围内进行功能的描述。但是过程抽象对于在对象范围内组织对象的成员函数是很有用的。 数据抽象是根据施加于数据之上的操作来定义数据类型，并限定数据的值只能由这些操作来修改和观察。,程序设计语言的类型定义就是抽象原则的运用（如根据整数集合及该集合所适应的共同四则运算等操作，抽象出整数类型）。20世纪70年代后期形成的抽象数据类型理论明确提出把数据及其操作结合为一个整体并实行信息隐蔽，这是对数据抽象原则的进一步发展。,10.2 发现对象并建立对象层软件开发者将被开发的整个业务范围称作“问题域”。可以按如下步骤考虑发现对象并建立对象层。1. 将问题域和系统责任作为出发点问题域和
5、系统责任从不同的角度告诉分析员应该设立哪些对象，问题域侧重客观存在的事物与系统中对象的映射, 系统责任侧重于系统责任范围内的每一项职责都应落实到某些对象来完成。两者有很大部分重合，但又不完全一致。2. 正确运用抽象原则OOA使用对象映射问题域中的事物，但并不是对分析员见到的任何东西都在系统中设立相应的对象。OOA需要正确地运用抽象原则，即紧紧围绕系统责任这个目标去进行抽象。 抽象意味着要有所取舍。取舍的准则是看被观察的事物及其特征是否与当前的目标有关。中国古代“九方皋相马”和“庖丁解牛”的故事就含有这种哲理。九方皋应伯乐之荐，,为秦穆公寻得千里马，但在复命时却把马的公、母和颜色都说错了。穆公对
6、其能力表示怀疑。伯乐回答说：“皋之所观，天机也：得其精而忘其粗，得其内而忘其外”。把马牵来一试，果然是一匹千里马。精于相马的高手把主要精力都集中于跟自己的目标有关的特征上，忽略了与目标无关的特征。宋国庖丁解牛时则从另一个角度抽象，他的目标是看牛的皮、肉、筋、骨中哪里有缝隙可以下刀，他是“目无全牛”。有人对此二事做成一联： 九方皋相马，不分牡、牝、骊、黄，心唯骏马特征； 宋庖丁解牛，只见筋、骨、皮、肉，目无全牛形象。 在OOA中正确地运用抽象原则，首先要舍弃那些与系统责任无关的事物，只注意与系统责任有关的事物。其次，对于与系统责任有关的事物，也不是把它们的任何特征都在相应的对象中表达出来，而要舍
7、弃那些与系统责任无关的特征。判断事物是否与系统责任有关的关键问题，一是该事物是否为系统提供了一些有用的信息(是否需要系统为它保存和管理某些信息)；二是它是否向系统提供了某些服务(是否需要系统描述它的某些行为)。,正确进行抽象，还需要考虑一些更深入的问题，即应该把问题域中的事物映射为什么对象，以及如何对这些对象进行分类。类的设置也可以有不同的决策。例如开发一个图书馆管理系统时，设立“书”这个类，同时把每一本书作为该类的一个对象。这样做是正确的，因为系统需要记住每一本书借给了哪个读者。但在开发一个书店的业务管理系统时，是否要把每一本书作为一个对象呢？实际上，在这个系统中，把同一版本的一种书从总体上
8、看成一个对象更合理。因为该系统只要把每一种书看成一项货物，记住它的货源、单价、库存量等信息就够了，不需记录每一本书的信息。再如，在一个系统中，可以把管理者和工人设置成不同的类，而在另一个系统中，也可以把所有的人员对象都用同一个“人员”类来定义。这些例子表明，如何把问题域中的事物抽象为对象和类，可以有不同的选择。在不同的系统中，抽象的程度可以有所不同。好的抽象应能清晰而简练地表达问题域，并使系统的开销较少，这需要分析员根据不同系统的具体情况恰如其分地运用抽象原则。,为了尽可能全面地发现系统所需要的对象，分析员应该把握“先松后紧”的原则，即首先考虑各种能启发自己发现对象的因素，尽可能找出各种可能有
9、用的候选对象，宁可多余，不可遗漏。然后对发现的候选对象逐个进行严格审查，筛选掉那些不必要的对象，或者对它们进行适当的调整与合并，使系统中对象和类的数量尽可能少。3. 寻找候选对象的基本方法寻找候选对象的基本方法的主要策略是从问题域、系统边界和系统责任三方面找出可能有的候选对象。 考虑问题域可以启发分析人员发现对象的因素。这些因素包括人员、组织、物品、设备、事件、表格、结构等。例如，从汽车这个对象向上可以联想到“车辆”，向下可以联想到“客车”和“货车”，左右可以联想到“摩托车”；考虑到整体和局部的关系，可以联想到“车队”和“发动机”或“轮胎”。 考虑系统边界可以启发分析人员发现一些与系统边界以外
10、的活动者进行交互并处理系统对外接口的对象。考虑,的因素有人员、设备和外部系统。 考虑系统责任可以检查所存在的疏漏。通过对照系统责任所要求的每一项功能，查看是否可以由现有对象完成。4. 审查和筛选对象将所发现的对象进行审查和筛选，一般遵循如下原则： 舍弃无用对象。舍弃的标准一般是看对象是否提供了有用的数据成员和成员函数，也就是对象所表现的行为特征是否与要求有关。 对象精简。对于只有一个数据成员或只有一个成员函数的对象，应考虑合并到相关对象中描述这个对象的特征。 推迟到OOD考虑的对象。有些对象的特征在分析阶段不需要描述，则放到OOD阶段再考虑。5. 异常情况的检查和调整还要对类的异常情况进行检查
11、和调整。一般认为出现下述,情况都算异常情况，需要进行调整： 类的数据成员或成员函数不适合该类的全部对象。 数据成员或成员函数相同的类。 数据成员或成员函数相似的类。 对同一事物的重复描述。经过这些步骤，就建立了类图的对象层。其实，这些就是由对象名组成的一组对象图。,10.3 定义数据成员和成员函数为了发现对象的数据成员，首先应考虑借鉴以往的OOA结果，看看相同或相似的问题域是否有已开发的OOA模型，尽可能复用其中同类对象数据成员的定义。然后重点研究当前的问题域和系统责任，针对本系统应该设置的每一类对象，按照问题域的实际情况，以系统责任为目标进行正确地抽象，从而找出每一类对象应有的数据成员。1.
12、 寻找数据成员的一般方法针对每个对象提出并回答以下问题，从而启发自己从各种角度去发现对象的属性。下面是一般的考虑原则： 考虑按一般常识这个对象应该有哪些数据成员。对象的某些数据成员往往是很直观的，按照一般常识就可以知道它应该由哪些数据来描述。例如人的姓名、职业、地址、电话号码等数据，都很容易想到。不过，按照一般常识发现的数据成员有时未必真正有用，应该在审查时去掉那些无用的数据。, 在当前的问题域中，这个对象应该有哪些数据成员。只有认真地研究当前问题域才能得到对象的数据成员。例如商品的条形码，平常人们并不注意它，而考虑超级市场这类问题域时，则会发现它是必须设置的数据。 根据系统责任的要求，这个对
13、象应具有哪些数据成员。对象的有些数据成员，只有具体地考虑系统责任才能决定是否需要。如果系统做了修改，取消了这项功能，则与此相关的数据肯定是要取消的。 建立这个对象是为了保存和管理哪些信息。例如在商场管理系统中，建立“商品”对象，是为了由系统保存和管理有关商品的哪些信息？或者说，是为了向系统提供有关商品的哪些信息？通过这个问题而发现的信息应该由对象的数据成员来表示。 对象为了在服务中实现其功能，需要增设哪些数据成员。例如实时监控系统的传感器对象，为了实现其定时采集信号的功能，需要一个“时间间隔”数据，为了实现其报警功能，需要一个“临界值”数据。, 对象有哪些需要区别的状态，是否需要增加一个数据成
14、员来区分这些状态。例如，设备在“关闭”、“待命”和“工作”等不同状态下系统中的行为是不同的，需要在“设备”对象中设立一个“状态”数据成员，用它的不同数据值来表示实际设备的不同状态。 用什么数据成员表示整体-部分结构和实例连接。整体-部分结构和实例连接在OOA模型中都有相应的符号（见第1章），但也要在有关的对象中设立相应的数据成员。对于整体-部分结构，整体对象应有表明其部分对象的数据成员，可用嵌套对象或对象指针实现。上面列出的问题都是为了从各种不同的角度启发分析员发现对象的数据成员。有些数据成员在不同的问题的启发下都能得到。这种导致相同结果的重复思考并不是坏事，因为目标是尽可能全面地发现数据成员
15、，宁可多费点事也不要遗漏。,2. 审查与筛选数据成员对于初步发现的数据成员，要进行审查和筛选。为此可对每个数据成员提出以下问题： 这个数据成员是否体现了以系统责任为目标的抽象。也就是说，该数据成员是否提供了系统中用得着的信息。对现实世界中的事物如果脱离一定的目标去寻找它的特征可以找出很多，OOA中应该只注意与系统责任有关的特征。例如一本书有长、宽、高和重量，但是在图书馆管理系统中，这些数据成员没有用就应该抛弃掉。 这个数据成员是否描述了这个对象本身的特征。一个对象的数据成员应该描述这个对象本身的特征，否则即使它在系统中提供了有用的信息，也不应该放置在这个对象中。例如在教学管理系统中，“课程”这
16、个对象，设“主讲教师”这个数据成员是应该的，但是把教师的住宅、电话号码作为课程的数据成员就不合适了（尽管使用这个系统的教学管理人员可能感到这样做比较方便，他们可以从“课程”对象得知如何跟教师联系）。在现实世界中，一门,课程不会有地址和电话号码。正确的做法应该把“住址”和“电话号码”作为“教师”对象的数据成员。这样才能与问题域形成良好的对应，避免概念上的混乱，并避免因一个教师主讲多门课程而出现的信息冗余。 该属性是否破坏了对象特征的“原子性”。认识事物的特征应该按照日常的思维习惯采用原子的（即不可分的）概念。例如人的通信地址，包括国家、省市、街道、门牌号码和邮政编码等内容，但是这些内容在概念上是不可分的。在定义“人员”对象的数据成员时，应该使用一个“通信地址” 数据成员，而不应该把有关通信地址的各项内容拆散开用多个数据成员来描述。这样，在对象中所定义的数据成员，既可能是简单的数据项（例如人的性别、身份证号码等），也可能是由多个数据项组成的较为复杂的数据结构（例如通信地址、出生年月等）。每一个数据成员都对应事物的一个原子特征。如果发现数据成员的设置破坏了原子性，则应该加以修改。 这个数据成员是不是可以通过继承得到。如果当前对象的类处于基类-派生类结构的派生类位置上，则检查,
