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1、北航软件学院 吕云翔,第九章 面向对象实现,面向对象实现主要包括两项工作：一是把面向对象设计结果，翻译成用某种程序设计语言书写的面向对象程序；二是测试并调试面向对象的程序。 面向对象程序的质量基本上由面向对象设计的质量决定。但是，所采用的程序设计语言的特点和程序设计风格也将对程序的可靠性、可重用性和可维护性产生深远的影响。,引言,引言,目前，软件测试仍然是保证软件可靠性的主要措施，对于面向对象的软件来说，情况也是如此。面向对象测试的目标，也是用尽可能低的测试成本和尽可能少的测试方案，发现尽可能多的错误。但是，面向对象程序中特有的封装、继承、多态等机制，也给面向对象测试带来一些新特点，增加了测试
2、和调试的难度。,9.1 程序设计语言,9.1.1 面向对象语言的优点 9.1.2 面向对象语言的技术特点 9.1.3 选择面向对象语言,9.1.1 面向对象语言的优点,面向对象设计的结果，既可以用面向对象语言，也可以用非面向对象语言实现。使用面向对象语言时，由于语言本身充分支持面向对象概念的实现，因此，编译程序可以自动地把面向对象概念映射到目标程序中。使用非面向对象语言编写面向对象程序，则必须由程序员自己把面向对象概念映射到目标程序中。,9.1.1 面向对象语言的优点,到底应该选用面向对象语言还是非面向对象语言，关键不在于语言功能强弱。选择编程语言的关键因素，是语言的一致的表达能力、可重用性及
3、可维护性。从面向对象观点看来，能够更完整、更准确地表达问题域语义的面向对象语言的语法是非常重要的，因为这会带来下述几个重要优点。,9.1.1 面向对象语言的优点,1一致的表示方法 从前面章节的讲述中可以知道，面向对象开发基于不随时间变化的、一致的表示方法。这种表示方法应该从问题域到OOA，从OOA到OOD，最后从OOD到面向对象编程（OOP），始终稳定不变。一致的表示方法既有利于在软件开发过程中始终使用统一的概念，也有利于维护人员理解软件的各种配置成分。,9.1.1 面向对象语言的优点,2可重用性 为了能带来可观的商业利益，必须在更广泛的范围中运用重用机制，而不是仅仅在程序设计这个层次上进行重
4、用。因此，在OOA、OOD直到OOP中都显式地表示问题域语义，其意义是十分深远的。随着时间的推移，软件开发组织既可能重用它在某个问题域内的OOA结果，也可能重用相应的OOD和OOP结果。,9.1.1 面向对象语言的优点,3可维护性 尽管人们反复强调保持文档与源程序一致的必要性，但是，在实际工作中很难做到交付两类不同的文档，并使它们保持彼此完全一致。特别是考虑到进度、预算、能力、人员等限制因素时，做到两类文档完全一致几乎是不可能的。因此，维护人员最终面对的往往只有源程序本身。,9.1 程序设计语言,9.1.1 面向对象语言的优点 9.1.2 面向对象语言的技术特点 9.1.3 选择面向对象语言,
5、9.1.2 面向对象语言的技术特点,一般说来，纯面向对象语言着重支持面向对象方法研究和快速原型的实现，而混合型面向对象语言的目标则是提高运行速度和使传统程序员容易接受面向对象思想。成熟的面向对象语言通常都提供丰富的类库和强有力的开发环境。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,1支持类与对象概念的机制 所有面向对象语言都允许用户动态创建对象，并且可以用指针引用动态创建的对象。允许动态创建对象，就意味着系统必须处理内存管理问题。有两种管理内存的方法：一种是由语言的运行机制自动管理内存，即提供自动回收“垃圾”的机制；另一种是由程序员编写释放内存的代码。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,自动管理内
6、存不仅方便而且安全，但是必须采用先进的垃圾收集算法才能减少开销。某些面向对象的语言（如C+）允许程序员定义析构函数（destructor）。每当一个对象超出范围或被显式删除时，就自动调用析构函数。这种机制使得程序员能够方便地构造和唤醒释放内存的操作，却又不是垃圾收集机制。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,2实现整体一部分结构的机制 一般说来，有两种实现方法，分别使用指针和独立的关联对象实现整体一部分结构。大多数现有的面向对象语言并不显式支持独立的关联对象，在这种情况下，使用指针是最容易的实现方法，通过增加内部指针可以方便地实现关联。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,3实现一般一特殊结
7、这里既包括实现继承的机制也包括解决名字冲突的机制。所谓解决名字冲突，指的是处理在多个基类中可能出现的重名问题，这个问题仅在支持多重继承的语言中才会遇到。某些语言拒绝接受有名字冲突的程序，另一些语言提供了解决冲突的协议。不论使用何种语言，程序员都应该尽力避免出现名字冲突。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,4实现属性和服务的机制 对于实现属性的机制应该着重考虑以下几个方面：支持实例连接的机制；属性的可见性控制；对属性值的约束。对于服务来说，主要应该考虑下列因素：支持消息连接（即表达对象交互关系）的机制；控制服务可见性的机制；动态联编。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,所谓动态联编，是指应用
8、系统在运行过程中，当需要执行一个特定服务的时候，选择（或联编）实现该服务的适当算法的能力。动态联编机制使得程序员在向对象发送消息时拥有较大自由，在发送消息前，无须知道接受消息的对象当时属于哪个类。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,5类型检查 程序设计语言可以按照编译时进行类型检查的严格程度来分类。如果语言仅要求每个变量或属性隶属于一个对象，则是弱类型的；如果语法规定每个变量或属性必须准确地属于某个特定的类，则这样的语言是强类型的。面向对象语言在这方面差异很大。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,强类型语言主要有两个优点：一是有利于在编译时发现程序错误，二是增加了优化的可能性。通常使用强类
9、型编译型语言开发软件产品，使用弱类型解释型语言快速开发原型。总的来说，强类型语言有助于提高软件的可靠性和运行效率，现代的程序语言理论支持强类型检查，大多数新语言都是强类型的。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,6类库大多数面向对象语言都提供一个实用的类库 某些语言本身并没有规定提供什么样的类库，而是由实现这种语言的编译系统自行提供类库。存在类库，许多软构件就不必由程序员重头编写了，这为实现软件重用带来很大方便。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,7效率 事实上，使用拥有完整类库的面向对象语言，有时能比使用非面向对象语言得到运行更快的代码，这是因为类库中提供了更高效的算法和更好的数据结构。例
10、如，程序员已经无须编写实现哈希表或平衡树算法的代码了，类库中已经提供了这类数据结构，而且算法先进、代码精巧可靠。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,8持久保存对象 任何应用程序都对数据进行处理，如果希望数据能够不依赖于程序执行的生命期而长时间保存下来，则需要提供某种保存数据的方法。希望长期保存数据主要出于以下两个原因： 为实现在不同程序之间传递数据，需要保存数据 为恢复被中断了的程序的运行，首先需要保存数据。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,一些面向对象语言（如C+），没有提供直接存储对象的机制。这些语言的用户必须自己管理对象的输入/输出，或者购买面向对象的数据库管理系统。 另外一些面向
11、对象语言（如Smalltalk），把当前的执行状态完整地保存在磁盘上。还有一些面向对象语言，提供了访问磁盘对象的输入/输出操作。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,通过在类库中增加对象存储管理功能，可以在不改变语言定义或不增加关键字的情况下，就在开发环境中提供这种功能。然后，可以从“可存储的类”中派生出需要持久保存的对象，该对象自然继承了对象存储管理功能。这就是Eiffel语言采用的策略。理想情况下，应该使程序设计语言语法与对象存储管理语法实现无缝集成。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,9参数化类 所谓参数化类，就是使用一个或多个类型去参数化一个类的机制。有了这种机制，程序员就可以先定义
12、一个参数化的类模板（即在类定义中包含以参数形式出现的一个或多个类型），然后把数据类型作为参数传递进来，从而把这个类模板应用在不同的应用程序中，或用在同一应用程序的不同部分。,9.1.2 面向对象语言的技术特点,10开发环境软件工具和软件工程环境对软件生产率有很大影响 由于面向对象程序中继承关系和动态联编等引入的特殊复杂性，面向对象语言所提供的软件工具或开发环境就显得尤其重要了。 至少应该包括下列一些最基本的软件工具：编辑程序、编译程序或解释程序、浏览工具、调试器（debugger）等。,9.1 程序设计语言,9.1.1 面向对象语言的优点 9.1.2 面向对象语言的技术特点 9.1.3 选择面
13、向对象语言,9.1.3 选择面向对象语言,1将来能否占主导地位 根据目前占有的市场份额，以及专业书刊和学术会议上所做的分析、评价，人们往往能够对未来哪种面向对象语言将占据主导地位做出预测。 但是，最终决定选用哪种面向对象语言的实际因素，往往是诸如成本之类的经济因素而不是技术因素。,9.1.3 选择面向对象语言,2可重用性 采用面向对象方法开发软件的基本目的和主要优点，是通过重用提高软件生产率，因此，应该优先选用能够最完整、最准确地表达问题域语义的面向对象语言。,9.1.3 选择面向对象语言,3类库和开发环境 语言、开发环境和类库这3个因素综合起来，共同决定了可重用性。考虑类库的时候，不仅应该考
14、虑是否提供了类库，还应该考虑类库中提供了哪些有价值的类。随着类库的日益成熟和丰富，在开发新应用系统时，需要开发人员自己编写的代码将越来越少。,9.1.3 选择面向对象语言,4其他因素 在选择编程语言时，应该考虑的其他因素还有：对用户学习面向对象分析、设计和编码技术所能提供的培训服务；在使用这个面向对象语言期间能提供的技术支持；能提供给开发人员使用的开发工具、开发平台和发行平台，对机器性能和内存的需求，集成已有软件的容易程度等。,9.2 程序设计风格,9.2.1 提高可重用性 9.2.2 提高可扩充性 9.2.3 提高健壮性,9.2.1 提高可重用性,面向对象方法的一个主要目标，就是提高软件的可
15、重用性。软件重用有多个层次，在编码阶段主要考虑代码重用的问题。一般说来，代码重用有两种：一种是本项目内的代码重用，另一种是新项目重用旧项目的代码。,9.2.1 提高可重用性,内部重用主要是找出设计中相同或相似的部分，然后利用继承机制共享它们。为做到外部重用（即一个项目重用另一项目的代码），必须有长远眼光，需要反复考虑、精心设计。虽然为实现外部重用所需要考虑的面，比为实现内部重用而需要考虑的面更广，但是，有助于实现这两类重用的程序设计准则却是相同的。,9.2.1 提高可重用性,1提高方法的内聚 一个方法（即服务）应该只完成单个功能。如果某个方法涉及两个或多个不相关的功能，则应该把它分解成几个更小
16、的方法。,9.2.1 提高可重用性,2减小方法的规模 应该减小方法的规模，如果某个方法规模过大（代码长度超过一页纸可能就太大了），则应该把它分解成几个更小的方法。,9.2.1 提高可重用性,3保持方法的一致性 保持方法的一致性，有助于实现代码重用。一般来说，功能相似的方法应该有一致的名字、参数特征（包括参数个数、类型和次序）、返回值类型、使用条件、出错条件等。,9.2.1 提高可重用性,4把策略与实现分开 从所完成的功能看，有两种不同类型的方法：一类方法负责做出决策，提供变元，并且管理全局资源，可称为策略方法；另一类方法负责完成具体的操作，但却并不做出是否执行这个操作的决定，也不知道为什么执行这个操作，可称为实现方法。,9.2.1 提高可重用性,策略方法应该检查系统运行状态，并处理出错情况，它们并不直接完成计算或实现复杂的算法。策略方法通常紧密依赖于具体应用，这类方法比较容易编写，也比较容易理解。,9.2.1 提高可重用性,5全面覆盖 如果输入条件的各种组合都可能出现，则应该针对所有组合写出方法，而不能仅仅针对当前用到的组合情况写方
