2.程序设计方法学

    随着软件系统规模的扩大和复杂性的增加，软件的开销也惊人地增加了，而软件的可靠性和可维护性却明显地下降了。为此，人们惊呼软件危机。产生软件危机的根本原因在于传统的冯?诺依曼机（Von Neumann Machine）的结构和人们求解问题的方法的不一致性。这种不一致性主要表现在以下几个方面:

    （1）语言的鸿沟;

    （2）程序设计的鸿沟;

    （3）Von Neumann机的鸿沟。语言的鸿沟是形成软件危机的主要原因之一。从目前看，面向对象的语言在缓解软件危机方面起到了很大的作用，取得了前所未有的积极效果。

    3.面向对象的程序设计方法

    经验告诉我们:在软件系统中，“过程”或“操作”是不稳定的、多变的，而“数据结构”或“对象”却是相对稳定多了。因此，传统的以过程为中心而设计的软件的可重用性差;而以数据结构或对象为中心而设计的软件的可重用性较好。面向对象的程序设计方法以数据结构或对象为中心，力求问题在现实世界和机器世界中的一致性。在使用OOM进行程序设计时，首先进行的是面向对象的分析（Object Oriented Analysis）。其任务是了解问题所涉及的对象、对象间的关系，然后在现实世界中构造该问题的对象模型，以反映所要解决的“实质问题”。然后，进行面向对象的设计（Object Oriented Design），即设计软件的对象模型。根据软件开发环境的功能，把问题的对象模型从现实世界过渡到机器世界。在软件系统内设计出各个对象、对象间的关系（如继承关系），对象间的通信方式（如消息模式）等等。总之，在该阶段应明确各个对象应做些什么及其关系。面向对象的实现（Object Oriented Implementation）是指软件功能的具体实现，即怎么做的实现其中包括对象内部功能的实现、确定系统的用户接口。在实际开发一个系统时，上述三个阶段必须有机地结合在一起。现在提倡面向对象的软件开发方法，并进一步规范化，还开发了一系列OOM的软件工具和软件环境，以支持软件自动生成。

    4.面向对象的方法的基本概念与特征

    实质上，软件是问题及其求解方法的一种表达形式。显然，如果软件能直接自然地表达求解方法，则软件不仅易于理解，而且也具有较高可靠性与可维护性。如果能按照人们通常的思维方式，在机器世界里建立问题的模型，则可以提高软件的模块化和重用的可能性。面向对象方法的基本原则是:按照人们在现实世界中的通常的思维方式建立问题在机器世界的模型，设计尽可能自然地表现求解方法的软件。在OOM中，对象（object）和消息传递（Message passing）分别作为表达事物及事物间相互联系的概念。类（class）和继承（inheritance）作为适合人们一般思维方式的描述机制。方法（method）允许各种操作作用于某类对象上。这种集对象、类、消息、继承和方法于一体的OOM的基本点在于对象的封装（encapsulation）和继承。通过封装能将对象的定义和其实现分开;通过继承能体现类与类间的关系，并由此带来了动态连接（dynamic binding）和实体的多态性（polymorphisim）从而构成了OOM的基本特征。

    （1）对象为了使用计算机求解问题，现实世界的对象必须表示成计算机内部的概念，即机器世界的对象（简称机器对象，或对象）。为此，“对象”有在两个不同世界的不同含义，可以从下文中区分开来。从存储角度来看，机器对象占有一块存储空间，其中有数据也有方法。从机器实现机制来看，机器对象中私有数据表示了对象的状态，该对象的状态只能由私有的方法来改变它。每当需要对象来完成一定处理工作时，只能由其它对象向该对象发送消息，本对象响应消息后按照消息模式找出匹配的方法，并执行该方法，方法定义了该对象上的操作。

    （2）消息和方法程序的执行是靠在对象间传递消息来完成的。7发送消息的对象称为发送者，接收消息的对象称为接收者。消息中仅包含发送者的要求，它只告诉接收者需要完成哪些处理，但并不指示接收者应如何完成这些处理。消息完全由接收者解释，并决定完成所需的处理的方式。一个对象可以接收不同形式、不同内容的多个消息;相同形式的消息可以发往不同的对象。不同的对象对形式相同的消息可以有不同的解释，因而可以作出不同的反应。这里，反应并不是必需的。这与子程序的调用/返回有明显的不同。把全部对象分成各种对象表，每个类都定义一组所谓“方法”。方法实际上是允许作用于该类对象上的各种操作。当一个面向对象的程序在运行期间，一般要做三件事:

    （1）根据需要创建对象;

    （2）从一个对象（或用户）向另一个对象传递消息;

    （3）若不再需要该对象时，应删除它，并回收它所占用的存储单元。

    （3）类和类的层次在面向对象的程序设计中，对象是程序的基本单位。相似的对象，可以像传统程序设计语言中的变量与类型关系一样，归并到一类（class）中去。程序员只需定义一个类对象，就可以得到若干实例（instance），作为可以使用的对象。具体地说，类由方法和数据组成，是关于一类对象的性质的描述。它包括外部特性和内部特性两个方面。通过描述消息模式及其相应的处理能力来定义对象的外部特性。通过描述内部状态的表现形式及固有的处理能力的实现来定义对象的内部实现特性。对象是在执行过程中，根据对象所属的类，动态地生成的。一个类可以生成多个不同的对象。同一类对象具有相同的特性。一个对象的内部状态只能由其自身来修改，任何别的地象都不可能修改它。因此，同一个类的对象，虽然在内部状态的表现形式上相同，但它们可以有不同的内部状态，故此这些对象并不完全一模一样。一个类的上层可以有超类（superclass），下层可以有子类（subclass），这样形成了一种类的层次结构。层次结构的一个重要特点是继承性，一个类可以直接或间接地继承其超类的全部描述。继承性具有传递性。一个类可以有多个子类，也可以有多个超类。抽象类（abstract class）是一种不能建立实例的类。抽象类将有关的类组合在一起，提供了一个公共的根，其它一些子类从这个根派生出来。通常一个抽象类只描述了这个类的 有关的操作接口。或者操作的部分实现;完整的实现则被留给一个或几个子类，抽象类一般用于定义一种协议或概念。