關(guān)于面向過程面向?qū)ο笾饕獌?nèi)容程序設(shè)計方法結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法各自特點、區(qū)別和相互聯(lián)系面向?qū)ο蟮幕靖拍铑悺ο蟆⒎庋b、消息、繼承、多態(tài)面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計（OOA、OOD）面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和C++語言第一章從過程抽象到數(shù)據(jù)抽象第2頁,共42頁，星期六，2024年，5月第一章從過程抽象到數(shù)據(jù)抽象1.1從：面向過程的程序設(shè)計到：面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計第3頁,共42頁，星期六，2024年，5月程序設(shè)計方法的發(fā)展

程序設(shè)計=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+程序設(shè)計方法+語言工具和環(huán)境 隨著計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許許多多的程序設(shè)計語言，程序設(shè)計方法也得到不斷發(fā)展。程序設(shè)計方法經(jīng)歷了一個由低級到高級，由復(fù)雜到簡單的過程。

目前，主要有兩種程序設(shè)計方法：面向過程程序設(shè)計面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計第4頁,共42頁，星期六，2024年，5月

使用傳統(tǒng)程序設(shè)計語言（如：C、FORTRAN）進(jìn)行程序設(shè)計時，必須詳細(xì)、準(zhǔn)確地描述解題過程。因為程序設(shè)計工作主要圍繞設(shè)計解題過程來進(jìn)行的，所以傳統(tǒng)的程序設(shè)計方法稱為面向過程的程序設(shè)計。1.1.1面向過程程序設(shè)計第5頁,共42頁，星期六，2024年，5月1.面向過程程序設(shè)計開發(fā)思想采用自頂向下、分而治之的方法進(jìn)行模塊分解與功能抽象，從而有效地將一個較復(fù)雜的程序系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分解成許多易于控制和處理的函數(shù)（在此泛指例程、函數(shù)、過程），解決問題的焦點集中于函數(shù)，便于開發(fā)和維護(hù)。函數(shù)是面向過程的，即它關(guān)注如何根據(jù)規(guī)定的條件完成指定的任務(wù)。結(jié)構(gòu)化程序使用三種結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。第6頁,共42頁，星期六，2024年，5月2)面向過程程序設(shè)計的特點面向過程的開發(fā)側(cè)重于構(gòu)建解決問題的處理流：1)自頂向下，逐步求精。將較復(fù)雜任務(wù)分解為簡單任務(wù)。2）模塊化。根據(jù)任務(wù)需完成的功能，將應(yīng)用程序劃分為相對獨(dú)立的若干模塊。模塊之間關(guān)系簡單、相對獨(dú)立。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)處理流的要求開發(fā)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)貫穿于算法過程，提供算法過程所要求操作的信息。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計就是選擇數(shù)據(jù)存儲方式（如確定問題中的信息是用數(shù)組存儲還是用普通的變量存儲或其他更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。算法設(shè)計就是在選定的存儲結(jié)構(gòu)上設(shè)計一個好的算法。不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計將導(dǎo)致差異很大的算法。系統(tǒng)的狀態(tài)是一組全局變量。這組全局變量保存系統(tǒng)的狀態(tài)值，把狀態(tài)值從一個過程傳送到另一個過程。功能抽象數(shù)據(jù)抽象模塊分解第7頁,共42頁，星期六，2024年，5月【7.1.1集合的實現(xiàn)與使用】設(shè)有如下的要求：向整數(shù)集合的某一子集添加若干元素，從該集合中刪除某些元素，判斷指定元素是否在該集合中。1.功能抽象，模塊分解：自頂向下，逐步求精構(gòu)建解決問題的處理流整數(shù)集合操作->（集合的建立->集合的處理->集合的輸出）集合的處理->（添加元素，刪除元素，搜索元素）添加元素->（添加新元素elem到集合pset。若元素elem不在集合pset中，elem加到pset尾部，集合的元素個數(shù)count加1；否則，元素elem已在pset中。）…………..2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)處理流的要求開發(fā)在程序中用整數(shù)數(shù)組set表示整數(shù)集合：集合（數(shù)組）最多含MAXLENGTH個元素，集合當(dāng)前有count個元素。數(shù)據(jù)定義如下：

intset[MAXLENGTH]; unsignedcount;3）面向過程設(shè)計程序的實例第8頁,共42頁，星期六，2024年，5月3.算法設(shè)計：在選定的存儲結(jié)構(gòu)上對每一個模塊設(shè)計一個好的算法。好算法的標(biāo)準(zhǔn)：正確性；可讀性；健壯性：當(dāng)輸入非法數(shù)據(jù)時，算法應(yīng)做出適當(dāng)反映或處理；執(zhí)行算法所耗費(fèi)的時間（時間復(fù)雜度）好；執(zhí)行算法所耗費(fèi)的存儲空間（空間復(fù)雜度）好。描述算法的方法有很多：流程圖自然語言偽碼描述4.程序設(shè)計：用選定的程序設(shè)計語言將算法進(jìn)行代碼化。第9頁,共42頁，星期六，2024年，5月（1）voidAdd(intelem,int*pset,unsigned&count)

這個函數(shù)的功能是：添加新元素elem到集合pset。若元素elem不在集合pset中，elem加到pset尾部，集合的元素個數(shù)count加1；否則，元素elem已在pset中，結(jié)束。函數(shù)定義如下：voidAdd(intelem,int*pset,unsigned&count){ if(count<MAXLENGTH) if(!Isin(elem,pset,count)) *(pset+(count)++)=elem;}第10頁,共42頁，星期六，2024年，5月（2）Remove(intelem,int*pset,unsigned&count)這個函數(shù)的功能是：從集合pset中刪除元素elem。若元素elem在集合pset中且位于pset[i]，則將pset中最后一個元素pset[count-1]替換pset[i]，集合的元素個數(shù)count減1；否則，給出元素不在集合中的提示信息。函數(shù)定義如下：voidRemove(intelem,int*pset,unsigned&count){ for(unsignedi=0;i<count&&*(pset+i)!=elem;i++); if(i<count) *(pset+i)=*(pset+(count--)-1);

//集合無順序，最后一

個移到刪除之處 else cout<<"待刪除元素"<<elem<<"不在集合中。"<<endl;}第11頁,共42頁，星期六，2024年，5月（3）Isin(intelem,int*pset,unsignedcount)

這個函數(shù)的功能是：判斷元素elem是否在集合pset中。從頭至尾檢查集合pset中的元素，若有元素elem，返回1；否則，返回0。函數(shù)定義如下：intIsin(intelem,int*pset,unsignedcount){ for(unsignedi=0;i<count&&*(pset+i)!=elem;i++); return(i<count);}第12頁,共42頁，星期六，2024年，5月2．完整的源程序#include<iostream>usingnamespacestd;#defineMAXLENGTH100voidAdd(intelem,int*pset,unsigned&count);voidRemove(intelem,int*pset,unsigned&count);intIsin(intelem,int*pset,unsignedcount);intmain(){ intset[MAXLENGTH]; //集合

unsignedcount=0; //集合中當(dāng)前元素個數(shù)

intelement,choice;while(1) { cout<<"操作選擇："<<endl; cout<<"1--添加元素"<<endl; cout<<"2--刪除元素"<<endl; cout<<"3--判斷元素"<<endl; cout<<"0--退出"<<endl; cout<<"請輸入您的選擇："; cin>>choice;第13頁,共42頁，星期六，2024年，5月

switch(choice) { case1: cout<<"輸入待添加元素:"; cin>>element; Add(element,set,count); break;case2: cout<<"輸入待刪除元素:"; cin>>element; Remove(element,set,count); break;case3: cout<<"輸入待判斷元素:"; cin>>element; if(Isin(element,set,count)) cout<<"元素"<<element<<"在集合中。"<<endl; else cout<<"元素"<<element<<"不在集合中。"<<endl; } if(choice==0)break; }return0;}第14頁,共42頁，星期六，2024年，5月intIsin(intelem,int*pset,unsignedcount){ for(unsignedi=0;i<count&&*(pset+i)!=elem;i++); returni<count;}voidAdd(intelem,int*pset,unsigned&count){ if(count<MAXLENGTH) if(!Isin(elem,pset,count)) *(pset+(count)++)=elem;}voidRemove(intelem,int*pset,unsigned&count){ for(unsignedi=0;i<count&&*(pset+i)!=elem;i++); if(i<count) *(pset+i)=*(pset+(count--)-1); else cout<<"待刪除元素"<<elem<<"不在集合中。"<<endl;}第15頁,共42頁，星期六，2024年，5月針對上面程序的實現(xiàn)，討論如下兩個問題：（1）需求變化，程序改動是否容易？例如，若要將集合的數(shù)據(jù)表示改為用鏈表存儲：不要count，集合的三個函數(shù)的實現(xiàn)及它們的使用都得改動。也就是整個程序都得改動，修改不是局部化的。問題根源：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)貫穿于整個算法過程。（2）集合和代碼能否重用？只能重用函數(shù)，其它的難以重用。

問題根源：具體的整數(shù)集合實現(xiàn)（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）和集合的使用（數(shù)據(jù)管理）混在一起。實際上，通常需要被重用的是集合，故應(yīng)該把集合的實現(xiàn)與集合的使用分開，達(dá)做到修改局部化和可重用。改進(jìn)方案：[7.1.2將集合的實現(xiàn)與使用分開]整數(shù)集合的實現(xiàn)可以很容易地被重用，而且是模塊級的重用。[7.1.3將集合用鏈表實現(xiàn)]當(dāng)將整數(shù)集合的實現(xiàn)從一維數(shù)組改寫成鏈表時，應(yīng)用程序AppSet.cpp可以保持不變。

面向過程程序設(shè)計討論第16頁,共42頁，星期六，2024年，5月不管如何改進(jìn)，程序或多或少存在著一些問題：主要問題1：是只能做到信息隱藏，而不能做到信息保護(hù)。例1、2、3，集合的使用者還是能夠訪問集合實現(xiàn)的數(shù)據(jù)表示，于是會有如下兩種危險：（1）集合的使用者有意或無意地改寫數(shù)據(jù)內(nèi)容，比如在應(yīng)用程序AppSet.cpp直接改寫s.count的值，從而導(dǎo)致集合內(nèi)容的破壞。（2）集合的使用者寫出的代碼依賴集合實現(xiàn)的數(shù)據(jù)表示，這樣一旦集合的實現(xiàn)方式改變，應(yīng)用程序就會出問題。如例2應(yīng)用程序中有s.data[i]=5;，例3集合改用鏈表實現(xiàn)，應(yīng)用程序就會出錯。

這個問題在面向過程的程序設(shè)計語言中不能解決，需要在語言中增加新的信息保護(hù)機(jī)制。面向?qū)ο笥妙惓蓡T的存取權(quán)限限制來解決這樣的問題。第17頁,共42頁，星期六，2024年，5月主要問題2：上述整數(shù)集合的實現(xiàn)中，整數(shù)集合的數(shù)據(jù)表示和操作函數(shù)是分開的（非統(tǒng)一體）。整數(shù)集合類型中并不包括集合上的操作，操作是全局函數(shù)。這在概念上和實際使用中都有缺陷：（1）概念上，數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)和其上操作是密不可分的整體。離開數(shù)據(jù)，操作無從談起。例如，有整數(shù)加法，實數(shù)加法等，光談加法沒有意義，因為不同類型的加法其實現(xiàn)是完全不同的。（2）實際使用上，因為數(shù)據(jù)表示和操作函數(shù)獨(dú)立，故時常發(fā)生這樣的錯誤：用正確的數(shù)據(jù)調(diào)用了錯誤的函數(shù)，或用錯誤的數(shù)據(jù)調(diào)用了正確的函數(shù)。解決辦法：應(yīng)該將數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)和操作封裝在一起作為一個統(tǒng)一體。---這在面向過程的程序設(shè)計語言中是不能完全做到的。

圓滿的解決要用面向?qū)ο蟮念愄峁┑姆庋b機(jī)制。第18頁,共42頁，星期六，2024年，5月4)面向過程開發(fā)模式的優(yōu)缺點優(yōu)點：算法描述準(zhǔn)確對每一子過程模塊（函數(shù)）容易進(jìn)行程序正確性證明缺點：編程復(fù)雜：主要設(shè)計算法，對于復(fù)雜應(yīng)用，算法設(shè)計非常復(fù)雜程序功能隱含在程序代碼中，理解面向過程的程序相當(dāng)困難程序是靜態(tài)結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)維護(hù)困難程序代碼可重用性差面向過程程序設(shè)計與計算機(jī)的工作流程一致。模擬計算機(jī)思維來解題（輸入-運(yùn)算-輸出），程序設(shè)計工作主要圍繞解題過程的設(shè)計，不符合人類解決問題的習(xí)慣的思維方式。第19頁,共42頁，星期六，2024年，5月飯店訂餐客人向服務(wù)員提出菜單服務(wù)員接待客人，并把菜單送給廚師廚師只管烹炒客人要的美食采購員只管按客人需求采購原料服務(wù)員、廚師、采購員各負(fù)其責(zé)共同協(xié)作為客人提供美食顧客服務(wù)員廚師采購員飯店人類解決問題的習(xí)慣的思維方式第20頁,共42頁，星期六，2024年，5月“顧客---服務(wù)員”的工作模式：顧客發(fā)請求給服務(wù)員，服務(wù)員根據(jù)顧客請求去完成顧客要求的服務(wù)特點：“顧客---服務(wù)員”的工作模式不關(guān)心事件的處理流,而是關(guān)心

“交流的對象，及對象間如何交流”人類解決問題的習(xí)慣的思維方式“顧客---服務(wù)員”的工作模式第21頁,共42頁，星期六，2024年，5月面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法模擬人類習(xí)慣的解題方法,用對象分解取代功能分解(將一個較復(fù)雜的程序系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分解成許多易于控制和處理的函數(shù))

對象分解就是：（1）把程序分解成許多對象（2）不同對象之間通過發(fā)消息向?qū)Ψ教岢龇?wù)要求,接受消息的對象主動完成指定功能（顧客所要求的服務(wù)）。程序中的所有對象分工協(xié)作，共同完成整個程序的功能。

可以認(rèn)為：面向?qū)ο蟮某绦蚴怯蓪ο蠛蛯ο箝g的相互作用構(gòu)成的。面向?qū)ο蟮某绦蚴菍ο蟮挠袡C(jī)結(jié)合。第22頁,共42頁，星期六，2024年，5月1.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計1.基本思想：

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的出發(fā)點和追求的基本目標(biāo)，是使人們認(rèn)識系統(tǒng)的方法與設(shè)計、實現(xiàn)這個系統(tǒng)的方法盡可能接近，也就是使描述問題的問題空間和解決問題的方法空間在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。第23頁,共42頁，星期六，2024年，5月OO從現(xiàn)實世界中客觀存在的事物出發(fā)來建立軟件系統(tǒng)。

強(qiáng)調(diào)直接以問題域（現(xiàn)實世界）中的事物為中心來思考問題、認(rèn)識問題，并根據(jù)這些事物的本質(zhì)特征，把它們抽象地表示為系統(tǒng)中的對象，作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位。這樣可以使系統(tǒng)直接映射問題域，保持問題域中事物及其相互關(guān)系的本來面貌。OO充分運(yùn)用人類日常的思維方法。強(qiáng)調(diào)運(yùn)用人類在日常的邏輯思維中經(jīng)常采用的思想方法與原則，例如抽象、分類、繼承、聚合、封裝、關(guān)聯(lián)等等。這使得軟件開發(fā)者能更有效地思考問題，并以其他人也能看得懂的方式把自己的認(rèn)識表達(dá)出來。[基本思想分析]：第24頁,共42頁，星期六，2024年，5月2.Coad&Yourdon給OO的定義：面向?qū)ο蟮姆椒▽W(xué)可以用下列方程來概括：

OO=Objects+Classes+Inheritance+CommunicationWithmessages[分析]：面向?qū)ο螅?/p>

只有同時使用對象、類、繼承和消息，才是真正的面向?qū)ο蟆Ｈ纾篊++、Java、C#、VB.NET基于對象：僅使用對象和消息，沒有繼承、多態(tài)。現(xiàn)在的很多流行技術(shù)都是基于對象的，它們使用一些封裝好的對象，調(diào)用對象的方法，設(shè)置對象的屬性。但是它們無法讓程序員派生新對象類型。他們只能使用現(xiàn)有對象的方法和屬性。如：VB6.0第25頁,共42頁，星期六，2024年，5月

（1）OO認(rèn)為客觀世界是由各種對象組成的，任何事物都是對象，復(fù)雜的對象可以由比較簡單的對象以某種方式組合而成。面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)是由對象組成的，軟件中的任何元素都是對象，復(fù)雜的軟件對象由比較簡單的對象組合而成。（2）OO把所有對象都劃分成各種對象類,每個對象類都定義了一組數(shù)據(jù)和一組方法。類中定義的數(shù)據(jù)用于表示實例化對象的靜態(tài)屬性，用于描述特定實例化對象的狀態(tài)信息。類中定義的方法，是允許施加于該類的實例化對象上的操作，是該類所有對象共享的，并不需要為每個對象都復(fù)制操作的代碼。面向?qū)ο蠓椒ň哂邢率鏊膫€要點：第26頁,共42頁，星期六，2024年，5月（3）按照子類（或稱為派生類）與父類（或稱為基類）的關(guān)系，可以把若干個對象類組成一個層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)（也稱為類等級）。在這種層次結(jié)構(gòu)中，通常下層的派生類具有和上層的基類相同的特性（包括數(shù)據(jù)和方法），這種現(xiàn)象稱為繼承（Inheritance[in‘herit?ns]）。（4）對象彼此之間僅能通過傳遞消息互相聯(lián)系。面向?qū)ο蟮某绦蚓褪且唤M對象，對象之間僅通過消息交互，通知對方要做些什么。向某個對象提出請求可以發(fā)一條消息給這個對象。具體講，可以將消息看作是請求調(diào)用對象的某個函數(shù)。

OO方法用類和對象作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位。對象對應(yīng)問題域中的事物，其屬性與服務(wù)刻畫了事物的靜態(tài)特征和動態(tài)特征。對象(類)之間的繼承關(guān)系、聚合關(guān)系、消息和關(guān)聯(lián)如實地表達(dá)了問題域中事物之間實際存在的各種關(guān)系。第27頁,共42頁，星期六，2024年，5月3.面向?qū)ο蠓椒ǖ闹饕獌?yōu)點分析、設(shè)計、實現(xiàn)的方法和與人類習(xí)慣的思維方法比較一致；系統(tǒng)穩(wěn)定性好；系統(tǒng)可重用性好；系統(tǒng)可維護(hù)性好。第28頁,共42頁，星期六，2024年，5月(1)與人類習(xí)慣的思維方法比較一致傳統(tǒng)的程序設(shè)計技術(shù)是面向過程的設(shè)計方法，這種方法以算法為核心，把數(shù)據(jù)和過程作為相互獨(dú)立的部分，數(shù)據(jù)代表問題空間中的實體，程序代碼則用于處理這些數(shù)據(jù)。忽略了數(shù)據(jù)和操作之間的內(nèi)在聯(lián)系，用這種方法所設(shè)計出來的軟件系統(tǒng)其解空間與問題空間并不一致（因為是彼此獨(dú)立的），令人感到難于理解。

面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)以對象（Object）為核心，用這種技術(shù)開發(fā)出的軟件系統(tǒng)由對象組成。對象是對現(xiàn)實世界實體的正確抽象。對象之間通過傳遞消息互相聯(lián)系，以模擬現(xiàn)實世界中不同事物彼此之間的聯(lián)系。第29頁,共42頁，星期六，2024年，5月(2)系統(tǒng)穩(wěn)定性好傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法：軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊密依賴于系統(tǒng)所要完成的功能，當(dāng)功能需求發(fā)生變化時將引起軟件結(jié)構(gòu)的整體修改。面向?qū)ο蠓椒ǎ寒?dāng)對系統(tǒng)的功能需求變化時并不會引起軟件結(jié)構(gòu)的整體變化，往往僅需要作一些局部性的修改。第30頁,共42頁，星期六，2024年，5月(3)可重用性好傳統(tǒng)的軟件重用技術(shù)是利用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫。面向?qū)ο笥懈玫姆椒ㄖ赜茫阂环N方法是可以創(chuàng)建該類的多個實例，從而直接使用它。另一種方法是從它派生出一個滿足當(dāng)前需要的新類。繼承性機(jī)制使得子類不僅可以重用其父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序代碼，而且可以在父類代碼的基礎(chǔ)上方便地修改和擴(kuò)充，這種修改并不影響對原有類的使用。第31頁,共42頁，星期六，2024年，5月(4)可維護(hù)性好（包括對軟件功能的：增加、修改、刪除等）

用傳統(tǒng)的面向過程語言開發(fā)出來的軟件很難維護(hù)，是軟件危機(jī)的突出表現(xiàn)。

用面向?qū)ο蠓椒ㄋ_發(fā)的軟件可維護(hù)性較好

:(1)面向?qū)ο筌浖€(wěn)定性比較好。(2)面向?qū)ο蟮能浖容^容易修改。(3)面向?qū)ο蟮能浖容^容易理解。(4)易于測試和調(diào)試。

第32頁,共42頁，星期六，2024年，5月3）面向?qū)ο蠓椒ǖ挠蓙砗桶l(fā)展OO方法是從面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言發(fā)展演變而來的第33頁,共42頁，星期六，2024年，5月面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言發(fā)展最早的OOPL：1960’s，Simula67，最早引入了類和繼承的概念，被認(rèn)為是面向?qū)ο笳Z言的先驅(qū)。最純粹的OOPL：1970’s，Smalltalk，繼Smalltalk72之后，經(jīng)過不斷改進(jìn)，1981年推出了商用的Smalltalk80。它已經(jīng)具備了面向?qū)ο笳Z言的特征：對象、類、繼承、多態(tài)性、元類等，這標(biāo)志著面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言已經(jīng)發(fā)展成熟。至今，Smalltalk仍被認(rèn)為是面向?qū)ο罄砟钭罴兇獾膶崿F(xiàn)推動OOPL發(fā)展的基于對象的語言：其他許多基于對象的語言對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言的形成和發(fā)展也起到了積極的作用，如Lisp、ObjectPascal、CLU、Modula-2和Ada83等等。第34頁,共42頁，星期六，2024年，5月加入OO概念形成的混合型語言：在已有過程程序設(shè)計語言的基礎(chǔ)上加入OO概念形成的語言，如Objective-C和C++。混合型語言是在傳統(tǒng)的過程式語言基礎(chǔ)上增加OO語言成分，在實用性方面具有更大的優(yōu)勢。第35頁,共42頁，星期六，2024年，5月目前流行OOPL及開發(fā)平臺：C++：C+