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面向对象技术课件相关信息教师：余萍Email:yuping@nju.edu.cnOffice:仙林计算机系大楼818助教课程网页：http://cs.nju.edu.cn/yuping/2022/11/24InstituteofComp

uterSoftwareNanjingUniversity2引言摘要课程简介－－“选不选这门课？”背景概述－－“所学内容在专业知识结构中的位置？”2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity4欢迎选修“面

向对象技术”!通过选修本课程，可以更深入地掌握面向对象的基本原理更广泛地了解面向对象的新兴技术更自信地面对实际开发的技术需求获取2个学分2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity5课程性质不是又一门语言/编程课虽

然在C++/Java之外还会提到别的语言，如Eiffel不是一般意义上的软件工程课但讲授面向对象软件开发的实用技术不属于理论计算机科学但会利用一些较成熟易用的理论工具2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjin

gUniversity6课程目标用OOPL写代码→OOP→OOSC朴素的OOP→系统化的OOP传统OO技术→现代的OO技术BeyondOO2022/11/24InstituteofComputer

SoftwareNanjingUniversity7课程内容主要包括但不限于：面向对象的起源及其动机面向对象的设计契约式设计设计原则设计模式应用框架高级面向对象技术持久对象，并发对象，分布对象…面向对象的发展软件构件面向方面程序设计…2022/11/24Institut

eofComputerSoftwareNanjingUniversity8教材与参考资料徐家福,王志坚,翟成祥等，《对象式程序设计语言》,南京大学出版社，1993年2月。BertrandMeyer,O

bject-OrientedSoftwareConstruction,SecondEdition,PrenticeHall,1997.清华大学出版社影印。JoltAward19982022/11/24InstituteofComputerSoftw

areNanjingUniversity9教材与参考资料RichardMitchellandJimMckim.DesignbyContract,byExample.ErichGamma,RichardHelm,Ra

lphJohnsonandJohnVlissides,DesignPatterns:ElementsofReusableObject-Orientedsoftware,Addison-Wesley,1994.RobertC.Martin.A

gileSoftwareDevelopment,Principles,PatternsandPractices，2003.ClemensSzyperski.ComponentSoftware:BeyondObject-Orie

ntedProgramming.Addison-Wesley,2ndedition,2002.JosephD.Gradecki,NicholasLesiecki.MasteringAspectJ.2022/11/

24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity10考核方式笔试50%闭卷平时50%其中书面作业，课堂表现25%（态度第一）开发练习25%（一个月后公布具体要求）主动Present

ation约20-30％（额外加分）理论探索，学习心得，实践经验均可2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity11有何建议课程内容？授课方式？考核方式？其他？2022/11/2

4InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity12背景概述摘要从软件到软件工程软件质量前对象时代结构化程序设计面向对象思想的兴起模块化软件复用2022/11/24InstituteofComputerS

oftwareNanjingUniversity14软件概念一系列按照特定顺序组织的数据和指令的集合程序+文档程序：计算任务的处理对象和处理规则的描述文档：为了便于了解程序所需的阐明性资料特点本

质上是逻辑产品现实中受多方制约2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity15软件：逻辑产品基础：图灵机,1936冯·诺依曼结构,19452022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjin

gUniversity16AlanTuring:抽象计算模型（数学逻辑机）软件：逻辑产品存储程序计算机在体系结构上主要特点有：以运算单元为中心采用存储程序原理存储器是按地址访问、线性编址的空间控制流由指令流产生指令由操作码和地

址码组成数据以二进制编码2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity17软件：多方制约作为一种“工程”目的性资源物理运行平台工程问题质量、生

产率根源：复杂性软件工程：将系统化的、规范的、可度量的方法应用于软件的开发、运行和维护的过程，即将工程化应用于软件中。2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNan

jingUniversity181969，NATO会议软件危机软件通常而言，“质量”与“生产率”是一对矛盾我们首先来考虑“质量”。有趣的是，在软件领域，对“质量”的重视有时竟然会带来“生产率”的提升！说明软件工

程远未成熟，二者的“共同底线”还未达到。2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity19软件质量何谓“质量”？产品或工作的“优劣程度”何为“优”？何为“劣”？可从“外部”和“内部”两个不同的侧面

来考察软件产品(Meyer,McCall)外部质量因素：用户直接感觉到的内部质量因素：用户不能直接发觉，体现在软件“文本”（源码、设计报告、分析报告等）中Beingmodular;readable…2022/11/24Instituteo

fComputerSoftwareNanjingUniversity20外部质量因素Correctness正确性依据规约完成任务Robustness鲁棒性异常情况合理反应Integrity完整性非法访问或修改合理反应Extendibility易扩展性软件产品应规约改变而改变

Reusability易复用性软件模块用于构建多种不同应用2022/11/24InstituteofComputerSoftware,NanjingUniversity21Reliability可靠性RobustnessSPECIFIC

ATIONCorrectnessIntegrity外部质量因素Compatibility兼容性软件模块相互组合的难易Efficiency高效性尽量少地使用硬件资源处理器时间内存外存网络带宽等Port

ability易移植性转换到不同的软硬件平台上Easeofuse易用性不同背景的用户学习使用软件产品解决问题的难易2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity22外部质量因素Functi

onality功能Timeliness按时交付Verifiability,Reparability,Economy2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity23维护费用分类2

022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity24[Lientz1980]软件70%的费用花在维护上！Tradeoffs鱼与熊掌不可得兼权衡折中软件技术研究的常见主题：在何种条件下以何种方式鱼与熊掌可

以得兼？在何种条件下拿部分鱼换取更多熊掌？何时反之？2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity25KeyConcernsReliability[c

orrectness+robustness]:Itshouldbeeasiertobuildsoftwarethatfunctionsproperly,andeasiertoguaranteewhatitdoes.Modularity[reusability+extendibility]:W

eshouldbuildlesssoftware!Softwareshouldbeeasiertomodify.2022/11/24InstituteofComputerSoftware,NanjingUniversity26应对软件危机开发的角度：分析、设计

方法的研究前对象时代StructuredProgramming/Design/Analysis管理的角度：软件开发过程的工程化生命周期模型瀑布模型，快速原型法，螺旋模型，喷泉模型等2022/11/24Inst

ituteofComputerSoftwareNanjingUniversity27复杂性是软件开发过程中所固有的特质。[Booch94]应对复杂性的基本途径“元方法”分解Decomposition分而治之抽象Abstra

ction抓本质，抓重点层次化Hierarchy应对大系统，纲举目张2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity28结构化开发方法何谓“结构化”？结构化程序设计设计过程程序组织语句构造结构化结构

化分析设计数据流图数据字典模块结构图结构化的好处科学化可读性模块化信息隐蔽...2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity29结构化开发方法自顶向下（Top-down）的功能设计2022/11/24InstituteofCo

mputerSoftwareNanjingUniversity30ABDCC1I1C2I2ITopmostfunctionalabstractionLoopConditionalSequence自顶向下，逐步求精软件生命周期模型202

2/11/24InstituteofComputerSoftware,NanjingUniversity31FEASIBILITYSTUDYREQUIREMENTSANALYSISSPECIFICATIONGLOBALDESIGND

ETAILEDDESIGNIMPLEMENTATIONDISTRIBUTIONVALIDATION&VERIFICATION瀑布型PROJECTPROGRESSProblemswiththewaterfallLateappearanceofactualcode.Lackofsupportfo

rrequirementschange—andmoregenerallyforextendibilityandreusability.Lackofsupportforthemaintenanceactivity(70%ofsoftwar

ecosts).DivisionoflaborhamperingTotalQualityManagement.Impedancemismatches.Highlysynchronousmodel.2022/11/24Instituteof

ComputerSoftware,NanjingUniversity32WARNING:ThewaterfallmodelisnottherecommendedprocessmodelforO-OdevelopmentQua

lityControl?2022/11/24InstituteofComputerSoftware,NanjingUniversity33AnalystsDesignersImplementersTestersCusto

mersImpedancemismatches34AsManagementrequestedit.AstheProjectLeaderdefinedit.AsSystemsdesignedit.AsProgrammingdevelopedit.AsOp

erationsinstalledit.Whattheuserwanted.软件模块化概念模块(module):“Self-Contained”;well-definedinterfaces模块化(modular):软件构造为一组“模块”之有序组合，从而易于装配、易

于修补替换模块。Extendibility和Reusability的要求；模块化是上述“元方法”的推论。什么样的方法是“模块化”的？目标（FiveCriteria）规则（FiveRules）2022/11/24InstituteofCo

mputerSoftwareNanjingUniversity35FiveCriteriaDecomposability易分解性Composability易组合性Understandability易理解性Continuity连续性Protectio

n保护性2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity36易分解性DecomposabilityMethodhelpsdecomposecomplexproblemsintosubproblems.COROLLARY:Divisi

onoflabor.Counter-example:Generalinitializationmodule.2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity37易组合性Compos

abilityMethodfavorsproductionofsoftwareelementsthatmaybefreelycombinedwitheachothertoproducenewsoftware.Example:Unixshellconvent

ionsProgram1|Program2|Program32022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity38易理解性Understandabilit

y模块应可单独理解不能牵涉太广自描述Counterexample:sequentialdependenciesA|B|C2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity39连

续性ContinuityMethodensuresthatsmallchangesinspecificationsyieldsmallchangesinarchitecture.Designmethod:SpecificationArchitectureCounter

example:staticarrays2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity40模块保护Protection异常不扩散扩散范围有限Example:validatinginputatt

hesourceCounterexample:undisciplinedexceptions2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity41Protectionviolation

FiveRulesDirectMapping直接映射FewInterfaces接口要少SmallInterfaces接口要小ExplicitInterfaces接口要明确InformationH

iding信息隐蔽2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity42降低耦合度直接映射DirectmappingMethodyieldssoftwaresystemswhosemodularstructureremainscompa

tiblewithanymodularstructuredevisedintheprocessofmodelingtheproblemdomain.2022/11/24InstituteofComputerSo

ftwareNanjingUniversity43StructureoftheproblemStructureofthesolutiondirectmappingmodelsoftwareFewinterfacesEverymodulecommuni

cateswithasfewothersaspossible.2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity44(A)(B)(C)n-1n(n-1)/2n-1SmallinterfacesIftwomodulescommunica

te,theyexchangeaslittleinformationaspossible.2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity4

5x,yzExplicitinterfacesWhenevertwomodulesAandBcommunicate,thisisobviousfromthetextofAorBorboth.Counterexample:datasharing2022/11/24Inst

ituteofComputerSoftwareNanjingUniversity46ModuleAModuleBDataitemxModifiesAccessesInformationhidingUnderlyingquestion:howdoesone“advertise”

thecapabilitiesofamodule?Everymoduleshouldbeknowntotheoutsideworldthroughanofficial,“public”interface.Therestofthemodule’spropertiescomprisesit

s“secrets”.Itshouldbeimpossibletoaccessthesecretsfromtheoutside.2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity47InformationHidingThedesig

nerofeverymodulemustselectasubsetofthemodule’spropertiesastheofficialinformationaboutthemodule,tobemadeavailabletoauthorsofclientmo

dules.2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity48SecretpartPublicpart模块模块的根本特征是“相对独立，功能单一”。换言之，一个好的模块必须具有高度的独立性和相对较强的功能。“

耦合度”和“内聚度”耦合度，是指模块之间相互依赖性大小的度量，耦合度越小，模块的相对独立性越大。内聚度，是指模块内各成份之间相互依赖性大小的度量，内聚度越大，模块各成份之间联系越紧密，其功能越强。在模块划分应当做到

“耦合度尽量小，内聚度尽量大”。2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity49软件复用为什么要复用？复用什么？问题非技术技术解决途径？2022/11/24InstituteofCo

mputerSoftwareNanjingUniversity50为什么要“复用”“懒惰”提高生产率改善质量2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity51复用什么人设计，规

约设计模式体系结构应用框架源码级复用封装模块（抽象描述）2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity52非技术障碍心理不信任旧习惯短期利益构件检索构件发布与商业模型2022/11/24InstituteofCom

puterSoftwareNanjingUniversity53技术问题复用的本质困难通常不能一成不变地拿来就用ReusabilityExtensibility软件的开放性要求和封闭性要求之间的冲突openforextensi

on,butclosedformodification对象技术比传统技术有明显改善为什么？2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity54传统

技术复用支持过程Routine成功应用：数值计算函数库问题明确规约简单问题相互独立数据结构相对简单不足：对adaption的支持弱若要一个routine支持多种variants则需好多参数一个routine支持一种variant则没有抽取出公共行为.2022/11

/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity55传统技术复用支持包packageLinguisticModularUnitFeatures(变量过程)信息隐蔽单独编译2022/11

/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity56Encapsulationlanguages(“Object-based”)Ada,Modula-2,CLU...Basicide

a:gatheragroupofroutinesservingarelatedoo-purpose,suchashas,insert,removeetc.,togetherwiththeappropriatedatastructuredescriptions.Adva

ntages:Forsupplierauthor:Geteverythingunderoneroof.Simplifiesconfigurationmanagement,changeofimplemen

tation,additionofnewprimitives.Forclientauthor:Findeverythingatoneplace.Simplifiessearchforexistingroutines,requestsforextensions.2022/11

/24InstituteofComputerSoftware,NanjingUniversity57传统技术复用支持包作为复用单元的不足类型、模块分离多类型支持?抽取共性?2022/11/24InstituteofCompu

terSoftware,NanjingUniversity582022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity59面向对象开发方法按照人们通常的思维方式建立问题领域的模型，

设计出尽可能自然的表示求解方法的软件。现实问题空间物质意识面向对象解空间对象（客观存在）类（抽象概念）从现实问题空间直接映射2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity60基本思想要点1：任何事物都是对象，

对象有属性和方法。复杂对象可以由相对简单的对象以某种方式构成。要点2：通过类比发现对象间的相似性，即对象间的共同属性，是构成对象类的依据。要点3：对象间的相互联系是通过传递“消息”来完成的。通过对象之间的消息通信驱动对象执行一系列的操作从而完成某一任务。202

2/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity61基本概念对象类封装性继承性多态性动态绑定消息传递特性2022/11/24InstituteofComputerSoft

wareNanjingUniversity62面向对象方法vs结构化方法优点模块化，信息隐藏与抽象自然性并发性重用性面向对象方法使得软件具有良好的体系结构、便于软件构件化、软件复用和良好的扩展性和维护性，抽象程度高，因而具有较高的生产效率。软件工程发展的历史

就是人们不断追求更高的抽象、封装和模块化的历史。小结构建高质量的软件系统是我们的目标随着软件的广泛应用及其规模的不断增长，软件的易扩展性和易复用性愈发关键在模块化和复用性两个方面传统技术存在不足

面向对象模型提供了较好的解决方案2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity63作业1.发送邮件To:yuping@nju.edu.cn主题:选修面向对象技术内容:姓名和学号对课程内容

、授课方式等的任何建议（重要）2022/11/24InstituteofComputerSoftware,NanjingUniversity64作业2.使用Wikipedia,查阅以下一些词条并翻译1.Programmingparadigm2.StructuredProgramm

ing3.Object-OrientedProgramming注意：Wikipedia是一个重要的信息源。科技类词条的可靠性很高，虽然未必详尽。但亦不可尽信，不可作为严谨学术研究的文献依据。3.为什么面向对象方法在模块化和复用性方面优于传统方法？PS:作业提

交方式：纸面或电子邮件2022/11/24InstituteofComputerSoftwareNanjingUniversity65