软件工程方法论

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1、软件工程方法论不同的人在谈面向对象编程(OOP)时所指的含义并不相同。有人认为任何采用图形界面的应用程序都是面向对象的。有人把它作为术语来描述一种特别的进程间通信机制。还有人使 用这个词汇是另有深义的，他们其实是想说：“来啊，买我的产品吧！”我一般不提 OOP， 但只要提到，我的意思是指使用继承和动态绑定的编程方式。-C+沉思录C+沉思录说的是十几年前的事了，现在大家对面向对象的回答已经是众口一词： 封装、继承和多态。大家都知道，在面向对象中，一辆汽车是一个对象，汽车这个概念是一 个类。汽车有漂亮的外观，把各种内部原理都隐藏起来了，司机不必知道它的内部工作原理 仍然能开车，即使汽车随技术的进步

2、不断升级，对司机也没有什么影响，这就是封装的好处。汽车是交通工具的一种，汽车是一个类，交通工具也是一个类，而交通工具类包括了汽 车类，从而具有更广泛的意义。这种从抽象到具体的关系就是继承关系，我们可以说汽车类 继承了交通工具类，汽车类是交通工具类的子类，交通工具类是汽车类的父类。作为交通工具，它肯定可以运动(move)，从甲地运动到乙地，就起到了交通的作用。轮 船是一种交通工具，所以轮船类也是交通工具类的子类。同样是运动，轮船的运动和汽车的 运动方式肯定有所不同，这样以不同的方式完成同样的功能就叫多态。关于对象：对象就是某一具体的事物，比如一个苹果, 一台电脑都是一个对象。每个对 象都是唯一的

3、，两个苹果，无论它们的外观有多么相像，内部成分有多么相似，两个苹果毕 竟是两个苹果，它们是两个不同的对象。对象可以是一个实物，也可能是一个概念，比如某 个苹果对象是实物，而一项政策可能就是一个概念性的对象了。关于类：对象可能是一个无穷的集合，用枚举的方式来表示对象集合不太现实。抽象出 对象的特征和功能，按此标准将对象分类，这就引入类的概念。类就是一类事物的统称，类 实际上就是一个分类的标准，符合这个分类标准的对象都属于这个类。当然，为了方便起见， 通常只需要抽取那些，对当前应用来说是有用的特征和功能。关于抽象类：类是对对象的抽象，比如，苹果是对所有具体的苹果的抽象。如果我们对 苹果这个类进行一

4、步抽象，可以得到一个水果类。这种对类本身进行抽象而得到的类，就是 抽象类。抽象类不像普通类，它是没有对象与之对应的。像苹果类，你总是可以拿到一个叫 苹果的东西，而对于水果类，根本没一个真正叫水果的东西。你可以说一个苹果是一个水果， 从逻辑上讲没有错，但没有什么意义。一般在程序中，抽象类是不能实例化的。关于面向对象：面向对象就是以对象为中心。为什么不说是面对类，而说是面向对象呢？ 类是对象的集合，考虑类实际上也是在考虑对象，有时甚至并不严格的区分它们。所以说面 向对象一词比面向类更确切。既然以对象为中心，面向对象所考虑的内容自然是对象、对象间的协作、对象的分类、 类之间的关系等等，由此引申了出几

5、个重要的概念。1. 封装what：对象也有隐私，对象的隐私就是对象内部的实现细节。要想对象保持良好的形象 就要保护好对象隐私，所谓的封装其实就是保护对象隐私。当然，没有人能完全隐藏自己的 隐私，比如你去转户口时，你不得不透露自己的家庭信息和健康状况。另外，在不同的场合 所透露隐私的数量也不一样，朋友和家人可能会知道你更多隐私，同事次之，其他人则知道 得更少。面向对象也考虑了这些实际的情况，所以像C+之类的语言有 public/private/protected/friend 等关键字，以适应于不同的情况。why：封装可以隔离变化。据以往的经验，我们知道内部实现是容易变化的，比如电脑 在不断的升

6、级，机箱还是方的，但里面装的CPU和内存已是今非昔比了。变化是不可避免 的，但变化所影响的范围是可以控制的，不管CPU怎么变，它不应该影响用户使用的方式。 封装是隔离变化的好办法，用机箱把CPU和内存等等封装起来，对外只提供一些标准的接 口，如USB插口、网线插口和显示器插口等等，只要这些接口不变，内部怎么变，也不会 影响用户的使用方式。封装可以提高易用性。封装后只暴露最少的信息给用户，对外接口清晰，使用更方便， 更具用户友好性。试想，如果普通用户都要知道机箱内部各种芯片和跳线，那是多么恐怖的 事情，到现在为止我甚至还搞不清楚硬盘的跳线设置，幸好我没有必要知道。how：在C语言中，可以用结构+

7、函数来模拟类的实现，而用这种结构定义的变量就是 对象。封装有两层含义，其一是隐藏内部行为，即隐藏内部函数，调用者只能看到对外提供 的公共函数。其二是隐藏内部信息，即隐藏内部数据成员。现在都建议不要对外公开任何数 据成员，即使外部需要知道的数据成员，也只能通过函数获取。在C语言中要隐藏内部函数很简单：不要它把放在头文件中，在C文件中定义时，前 面加static关键字，每个类放在独立的文件中。这样可以把函数的作用范围限于当前文件内， 当前文件只有类本身的实现，即只有当前的类自己才能看到这些函数，这就达到了隐藏的目 的。在C语言中要隐藏数据成员较为麻烦，它没有提供像C+中所拥有的 public/pr

8、otected/friend/private 类似的关键字。只能通过一些特殊方法模拟部分效果，我常用 的方法有两种。其一是利用C的特殊语法，在头文件中提前声明结构，在C文件才真正定义它。这样 可以把结构的全部数据信息都隐藏起来。因为外部不知道对象所占内存的大小，所以不能静 态的创建该类的对象，只能调用类提供的创建函数才能创建。这种方法的缺陷是不支持继承， 因为子类中得不到任何关于父类的信息。其二是把私有数据信息放在一个不透明的priv变量中。只有类的实现代码才知道priv 的真正定义。2. 继承what: 继承描述的是一种抽象到具体的关系。具体的东西继承了抽象的东西的特性，比如说，水果这个概念

9、比苹果这个概念更抽象，其意义更具有一般性，而苹果这个概念则更具 体，其意义更狭窄一些，在面向对象里，我们可以说苹果类继承了水果类。继承是指继承了 父类的特性，继承本质是源于分类学，细的分类继承大分类的特性。why: 继承描述了抽象到具体的关系，所以能够有效利用抽象这件武器来战胜软件的复 杂性。抽象在实现中无处不在，类就是对事物的抽象，提到苹果你就想到苹果这一类事物， 无需要关心其大小、颜色和成分，苹果这两个字就足够了。名不正则言不顺，言不顺则事不 成，看来老夫子已经领悟到了抽象的威力。继承不但利用了抽象的力量来降低系统的复杂性，它还提供了一种重用的方式。假设我 们承认下列面这个继承关系，苹果继

10、承了水果，水果继承了食物，如果我们已经知道什么是 食物，什么是水果，在描述苹果时，没有必要去重复讲解食物和水果的概念了，这就是重用， 重用了对水果和食物两个概念的理解。how:在C语言中实现继承很简单，可以用结构来模拟。这种实现基于一个明显的事实， 结构在内存中的布局与结构的声明具有一致的顺序。我们知道在程序描述事物的特征时，主 要通过数据变量描述事物的属性特征，如颜色、重量和体积等，用函数来描述事物的行为特 征，和运动、成长和搏斗等。继承继承在现实世界中应用很广，在程序里也是一样，甚至可以说是过度使用了。多年以前 一些大师已经提出，优先使用组合而不是继承。主要原因有三点，首先是多级继承和多重

11、继 承太复杂了，失去了抽象带来的简洁性。其次是父类与子类之间共享太多信息，它们的耦合 太紧密。三是父类与子类之间的关系在编译时就静态绑定了，很难做到在运行时多态。现在一般都提倡，只继承接口不继承实现，通过组合达到代码重用的目的。在设计模 式中是这样强调的，在MS的COM里也是这样做的。所以我基本上只使用接口继承，很 少遇到什么麻烦，建议大家也遵循这一准则。3. 多态what: 尽管多态这个词本身就表明了它所代表的意义，但还是让初学者感到多少有些神 秘。多态就是完成相同功能的多种方式，比如拿动物的运动来说吧，鸟的运动通常是飞，鱼 的运动通常是游，陆上动物的运动通常是跑，同是运动，但方式不一样，这

12、就是多态。不少 人对多态的回答是，允许同名函数存在。这种回答显然没有抓住多态的本质。why: 关于动物运动这个例子，可能无法展示多态的好处。我们来考虑另外一个多态的 例子，U盘。U盘的技术含量可能不是很高，有很多厂家都在设计和生产，就是说U盘有 多种不同的实现，这就是U盘的多态。U盘的多态性对消费者来说是有好处的，选择多了， 你可以在价格、质量和外观等方式做出平衡，选择你中意的U盘。多态的前提是接口的一 致性，否则多态造成的麻烦远胜于它带来的好处。不管U盘的体积、颜色和质量如何，它 都必需遵循相应的USB标准，这些U盘在任何带USB接口的电脑上都可以使用。how:多态在C语言中通常用函数指针来

13、实现，函数指针定义了函数的原型，即它的参 数和返回值的描述，以及函数的意义，不同的函数可以有相同的函数原型，比如排序函数， 无论是快速排序还是归并排序，它们的实现不一样，但函数原型可以一样。在不同的情况下， 让函数指针到不同的函数实现上，这就实现了多态。类的三个层次：类这个概念比较微妙，即使在软件开发领域，不同的人提到这个概念所指的内容也不一 样。一些大师早就注意到了这一点，为了让这个概念在不同情况下，具有较准确的意义，他 们建议从三个层次看待类这个概念：1. 概念层(Conceptual)这是一个较高的层次，通常在进行领域分析时，为了建立概念模型时使用。这时使用的 术语是现实世界中的术语，而

14、不是软件开发中的术语。在这个层次，类只是一个概念，加上 一些不太严谨的特征说明，甚至只有一个名称。尽管它往往与软件开发中的类一一对应，便 这种映射并不一定是直接的。2. 规格层(Specification)在这个层次，类已经是属于软件开发范畴了，但主要关注的是类的接口，而不是类的实 现。此时你可能想到它的一组接口函数，而不关心这些函数是如何实现的。3. 实现层(Implementation)在这个层次，我们才真正关注类的实现，此时你可能会想到一些用某种语言写成的函数 体，定义的成员变量等等。面向对象的好处：面向对象已经征服了软件开发的绝大部分领域，近几年来出现的面向方面的编程 (AOP)、产生

15、式编程(GP)和面向组件的开发等等，都提出了一些新的思维，在某些方面大提 高了开发效率，但它们并非是取代了面向对象，相反是对面向对象的补充和完善，面向对象 始终稳坐第一把交椅。面向对象到底有何德何能，它凭借什么取代面向对程呢？封装、继承和多态到底有何种 魔力，吸引众多的高手去完善它，让布道者们不厌其烦的颂扬它呢？归根结底，面向对象会 带来两个好处，这两个好处正是设计者们一直在追求的：1. 降低系统的复杂度。众所周知，随着硬件的飞速发展，计算机的计算能力越来越强大，人们对软件期望也越 来越高，而软件复杂度又与它的规模成指数倍数增长。软件复杂度可以说是软件开发的第一 大难题，我们可以轻而易举的写出

16、 5000行代码，而面对100 万行代码规模的软件，会有点 让人觉得人的智力是多么有限。而面向对象正是降低系统复杂度的好方法。首先它按类来组织系统，把系统分成几个大 的部分，每个部分又由更小的子类组成，如此细分下去直到我们能轻易实现它为此，这种分 而治之的方法符合人类解决复杂问题的习惯。其次是它采用从抽象到具体的顺序来把握事物，抽象让我们用少量精力先掌握事物的共 性，然后再去研究事物更具体的特性，这种逐渐细化的方法也是符合人类解决复杂问题的习 惯的。2. 隔离变化。需求变化和技术变化也是软件开发所面临的两大难题。用户似乎从来不知道什么是他们 真正的需求，或许他们真正的需求也是在变化的。技术可谓日新月异，我们不断的发明新技 术，这些技术帮我们提高了生产力。但有时新技术也会砸到自己的脚，为了运用这些新技术， 我们要花更多时间学习和工作。或者说创新只是满足了少数人的乐趣，让多数