全國計算機等級考試四級復(fù)習(xí)綱要六

　　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制，如C++、Objective-C等等�，F(xiàn)在，作為80年代最流行的C語言的擴充的面向?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中實現(xiàn)。現(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）是指對事物的一種表示或描述。對象（Object）是一個由信息及其關(guān)于信息處理的描述組成的包。消息（Message）是對某種信息的處理的描述。類（Class）是對一個或幾個相似對象的描述。實例（Instance）是被某一個特定的類所描述的一個對象。因此，每一個對象都是某個類的一個實例，而類是一些實例的全部相似特征的描述。方法（Method）是描述對象對消息的響應(yīng)。對象是一個普遍適用的基本的邏輯概念，是一個有組織形式的、含有信息的實體或結(jié)構(gòu)。它既可以表示一個抽象的概念，也可以表示一個具體的程序模塊;既可以表示軟件，也可以表示硬件。于是，OOM提供了同時在現(xiàn)實世界和機器世界進行系統(tǒng)分析、設(shè)計和實現(xiàn)的統(tǒng)一的方法。

　　2.程序設(shè)計方法學(xué)

　　隨著軟件系統(tǒng)規(guī)模的擴大和復(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性卻明顯地下降了。為此，人們驚呼軟件危機。產(chǎn)生軟件危機的根本原因在于傳統(tǒng)的馮?諾依曼機（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)在以下幾個方面:

　　（1）語言的鴻溝;

　�。�2）程序設(shè)計的鴻溝;

　　（3）Von Neumann機的鴻溝。語言的鴻溝是形成軟件危機的主要原因之一。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)計方法

　　經(jīng)驗告訴我們: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“對象”卻是相對穩(wěn)定多了。因此，傳統(tǒng)的以過程為中心而設(shè)計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)計的軟件的可重用性較好。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或?qū)ο鬄橹行�，力求問題在現(xiàn)實世界和機器世界中的一致性。在使用OOM進行程序設(shè)計時，首先進行的是面向?qū)ο蟮姆治觯∣bject Oriented Analysis）。其任務(wù)是了解問題所涉及的對象、對象間的關(guān)系，然后在現(xiàn)實世界中構(gòu)造該問題的對象模型，以反映所要解決的“實質(zhì)問題”。然后，進行面向?qū)ο蟮脑O(shè)計（Object Oriented Design），即設(shè)計軟件的對象模型。根據(jù)軟件開發(fā)環(huán)境的功能，把問題的對象模型從現(xiàn)實世界過渡到機器世界。在軟件系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計出各個對象、對象間的關(guān)系（如繼承關(guān)系），對象間的通信方式（如消息模式）等等�？傊�，在該階段應(yīng)明確各個對象應(yīng)做些什么及其關(guān)系。面向?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)（Object Oriented Implementation）是指軟件功能的具體實現(xiàn)，即怎么做的實現(xiàn)其中包括對象內(nèi)部功能的實現(xiàn)、確定系統(tǒng)的用戶接口。在實際開發(fā)一個系統(tǒng)時，上述三個階段必須有機地結(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，以支持軟件自動生成。

　　4.面向?qū)ο蟮姆椒ǖ幕�本概念與特征

　　實質(zhì)上，軟件是問題及其求解方法的一種表達形式。顯然，如果軟件能直接自然地表達求解方法，則軟件不僅易于理解，而且也具有較高可靠性與可維護性。如果能按照人們通常的思維方式，在機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:按照人們在現(xiàn)實世界中的通常的思維方式建立問題在機器世界的模型，設(shè)計盡可能自然地表現(xiàn)求解方法的軟件。在OOM中，對象（object）和消息傳遞（Message passing）分別作為表達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制。方法（method）允許各種操作作用于某類對象上。這種集對象、類、消息、繼承和方法于一體的OOM的基本點在于對象的封裝（encapsulation）和繼承。通過封裝能將對象的定義和其實現(xiàn)分開;通過繼承能體現(xiàn)類與類間的關(guān)系，并由此帶來了動態(tài)連接（dynamic binding）和實體的多態(tài)性（polymorphisim）從而構(gòu)成了OOM的基本特征。

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

　�。�2）消息和方法程序的執(zhí)行是靠在對象間傳遞消息來完成的。7發(fā)送消息的對象稱為發(fā)送者，接收消息的對象稱為接收者。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。一個對象可以接收不同形式、不同內(nèi)容的多個消息;相同形式的消息可以發(fā)往不同的對象。不同的對象對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。把全部對象分成各種對象表，每個類都定義一組所謂“方法”。方法實際上是允許作用于該類對象上的各種操作。當一個面向?qū)ο蟮某绦蛟谶\行期間，一般要做三件事:

　�。�1）根據(jù)需要創(chuàng)建對象;

　�。�2）從一個對象（或用戶）向另一個對象傳遞消息;

　�。�3）若不再需要該對象時，應(yīng)刪除它，并回收它所占用的存儲單元。類和類的層次在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計中，對象是程序的基本單位。相似的對象，可以像傳統(tǒng)程序設(shè)計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類對象，就可以得到若干實例（instance），作為可以使用的對象。具體地說，類由方法和數(shù)據(jù)組成，是關(guān)于一類對象的性質(zhì)的描述。它包括外部特性和內(nèi)部特性兩個方面。通過描述消息模式及其相應(yīng)的處理能力來定義對象的外部特性。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現(xiàn)來定義對象的內(nèi)部實現(xiàn)特性。對象是在執(zhí)行過程中，根據(jù)對象所屬的類，動態(tài)地生成的。一個類可以生成多個不同的對象。同一類對象具有相同的特性。一個對象的內(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，同一個類的對象，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)，故此這些對象并不完全一模一樣。一個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)的一個重要特點是繼承性，一個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。一個類可以有多個子類，也可以有多個超類。抽象類（abstract class）是一種不能建立實例的類。抽象類將有關(guān)的類組合在一起，提供了一個公共的根，其它一些子類從這個根派生出來。通常一個抽象類只描述了這個類的 有關(guān)的操作接口�；蛘卟僮鞯牟糠謱崿F(xiàn);完整的實現(xiàn)則被留給一個或幾個子類，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）是自動地共享子類、超類和對象中的方法和數(shù)據(jù)的一種機制。如果沒有繼承性，不同類中的對象中的數(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)，用戶只能看到對象封裝界面上的信息，對象內(nèi)部的信息對用戶是隱蔽的。封裝的目的是使對象的使用者和對象的設(shè)計者分開，使用者不必知道實現(xiàn)的具體細節(jié)，只須按設(shè)計者的要求來訪問對象，這樣方便于系統(tǒng)的集成。封裝是一種強有力的系統(tǒng)集成手段。封裝和類說明有關(guān)。一個類的每一個實例都是一個單獨的封裝（或組件）。顯式地把對象的規(guī)格說明（specification）和對象的實現(xiàn)分開是面向?qū)ο蟮囊淮筇厣�。封裝本身即是一個模塊，把對象的定義模塊和實現(xiàn)模塊分開，從而使得維護和修改變得方便。

　　（6）多態(tài)性所謂多態(tài)（polymorphic），即一個名字可以具有多種語義。多態(tài)與動態(tài)類型和靜態(tài)類型有關(guān)。動態(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帶來混亂，并且為需求分析和設(shè)計帶來了好處。

　　5.動態(tài)聚束

　　聚束（binding）其實并不是一個新概念。一個程序經(jīng)編譯到連接成為可運行的目標代碼，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言則在程序運行時可發(fā)生聚束，故稱之為動態(tài)聚束（dynamic binding）。動態(tài)聚束增加了程序的簡單性和可擴充性，使程序增刪自如，不易出錯，但效率略低。應(yīng)該指出，靜態(tài)聚束運行效率高，但修改維護時工作量大。

　　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)如何實現(xiàn)。系統(tǒng)分析通常是一個需求文檔開始點，同用戶進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蠓治觯∣OA）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+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=對象+屬性+關(guān)系+超類+子類+對象

　　（4）面向?qū)ο蠓?面向?qū)ο蟮暮�義很廣，因為“對象”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)計語言的概念基礎(chǔ)之上的。作為一個比較全面的方法，面向?qū)ο蠓治鲇?個步驟組成:①確定類和對象;②識別結(jié)構(gòu);③識別主題;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的自動化和標準化。

　　7.面向?qū)ο笤O(shè)計和面向?qū)ο髮崿F(xiàn)

　　從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計是一個逐步擴充的細分過程，同傳統(tǒng)的實體關(guān)系模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)分析和設(shè)計類似，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計使用的是面向?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，對設(shè)計的概念模型加以實現(xiàn)。限于篇幅不再詳細討論。

　　8.面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫

　　面向?qū)ο蠓椒ê蛿?shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫（Object Oriented Database———OODB）。OODB已成為數(shù)據(jù)庫的發(fā)展方向之一，無論在理論上還是在實踐上都越來越引起人們的注目。到80年代，關(guān)系數(shù)據(jù)庫已經(jīng)發(fā)展成熟悉，但新的應(yīng)用領(lǐng)域，為數(shù)據(jù)庫的進一步發(fā)展提出了新的需求。

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