传统的面向过程程序设计是围绕功能进行的,用一个函数实现一个功能。所有的数据都是公用的,一个函数可以使用任何一组数据,而一组数据又能被多个函数所使用(见图8.3)。

面向对象程序设计采取的是另外一种思路。它面对的是一个个对象。实际上,每一组数据都是有特定的用途的,是某种操作的对象。也就是说,一组操作调用一组数据。
程序设计者的任务包括两个方面:
设计所需的各种类和对象,即决定把哪些数据和操作封装在一起;
考虑怎样向有关对象发送消息,以完成所需的任务。
这时他如同一个总调度,不断地向各个对象发出命令,让这些对象活动起来(或者说激活这些对象),完成自己职责范围内的工作。各个对象的操作完成了,整体任务也就完成了。
显然,对一个大型任务来说,面向对象程序设计方法是十分有效的,它能大大降低程序设计人员的工作难度,减少出错机会。
类是C++中十分重要的概念,它是实现面向对象程序设计的基础。类是所有面向对象的语言的共同特征,所有面向对象的语言都提供了这种类型。一个有一定规模的C++程序是由许多类所构成的。
C++支持面向过程的程序设计,也支持基于对象的程序设计,又支持面向对象的程序设计。以后我们将介绍基于对象的程序设计。包括类和对象的概念、类的机制和声明、类对象的定义与使用等。这是面向对象的程序设计的基础。基于对象就是基于类。与面向过程的程序不同,基于对象的程序是以类和对象为基础的,程序的操作是围绕对象进行的。
在此基础上利用了继承机制和多态性,就成为面向对象的程序设计(有时不细分基于对象程序设计和面向对象程序设计,而把二者合称为面向对象的程序设计)。
基于对象程序设计所面对的是一个个对象。所有的数据分别属于不同的对象。在面向过程的结构化程序设计中,人们常使用这样的公式来表述程序:
程序=算法+数据结构
算法和数据结构两者是互相独立、分开设计的,面向过程的程序设计是以算法为主体的。在实践中人们逐渐认识到算法和数据结构是互相紧密联系不可分的,应当以一个算法对应一组数据结构,而不宜提倡一个算法对应多组数据结构,以及一组数据结构对应多个算法。基于对象和面向对象程序设计就是把一个算法和一组数据结构封装在一个对象中。因此,就形成了新的观念:
对象 = 算法 + 数据结构
程序 = (对象+对象+对象+…) + 消息
或:
程序 = 对象s +
消息
“对象s”表示多个对象。消息的作用就是对对象的控制。程序设计的关键是设计好每一个对象,及确定向这些对象发出的命令,使各对象完成相应操作。
随着软件规模的迅速增大,软件人员面临的问题十分复杂。需要规范整个软件开发过程,明确软件开发过程中每个阶段的任务,在保证前一个阶段工作的正确性的情况下,再进行下一阶段的工作。这就是软件工程学需要研究和解决的问题。
面向对象的软件工程包括以下几个部分:
面向对象分析(object oriented
analysis,OOA)
软件工程中的系统分析阶段,系统分析员要和用户结合在一起,对用户的需求作出精确的分析和明确的描述,从宏观的角度概括出系统应该做什么(而不是怎么做)。面向对象的分析,要按照面向对象的概念和方法,在对任务的分析中,从客观存在的事物和事物之间的关系,归纳出有关的对象(包括对象的属性和行为)以及对象之间的联系,并将具有相同属性和行为的对象用一个类(class
)来表示。建立一个能反映真实工作情况的需求模型。
面向对象设计(object oriented
design,OOD)
根据面向对象分析阶段形成的需求模型,对每一部分分别进行具体的设计,
首先是进行类的设计,类的设计可能包含多个层次(利用继承与派生)。
然后以这些类为基础提出程序设计的思路和方法,包括对算法的设计。
在设计阶段,并不牵涉某一种具体的计算机语言,而是用一种更通用的描述工具(如伪代码或流程图)来描述。
面向对象编程(object oriented programming,
OOP)
根据面向对象设计的结果,用一种计算机语言把它写成程序,显然应当选用面向对象的计算机语言(例如C++),否则无法实现面向对象设计的要求。
面向对象测试(object oriented
test,OOT)
在写好程序后交给用户使用前,必须对程序进行严格的测试。测试的目的是发现程序中的错误并改正它。面向对象测试是用面向对象的方法进行测试,以类作为测试的基本单元。
面向对象维护(object oriented soft maintenance,
OOSM)
因为对象的封装性,修改一个对象对其它对象影响很小。利用面向对象的方法维护程序,大大提高了软件维护的效率。现在设计一个大的软件,是严格按照面向对象软件工程的5个阶段进行的,这5个阶段的工作不是由一个人从头到尾完成的,而是由不同的人分别完成的。这样,OOP阶段的任务就比较简单了,程序编写者只需要根据OOD提出的思路用面向对象语言编写出程序即可。在一个大型软件的开发中,OOP只是面向对象开发过程中的一个很小的部分。如果所处理的是一个较简单的问题,可以不必严格按照以上5个阶段进行,往往由程序设计者按照面向对象的方法进行程序设计,包括类的设计(或选用已有的类)和程序的设计。