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　　本章目標(biāo)：

　　通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)對(duì)“面向?qū)ο蟆钡某绦蛟O(shè)計(jì)有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，理解一些相關(guān)的術(shù)語，為學(xué)習(xí)Java語言編程打下基礎(chǔ)。

　　2.1 什么是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)

　　最早的程序設(shè)計(jì)工作，是直接使用機(jī)器碼進(jìn)行編程的，要利用計(jì)算機(jī)完成一件事，就得畫上無數(shù)個(gè)0和1，編程不僅需要知識(shí)，還需要足夠的耐心。第一代程序員們都是這樣完成程序編寫的，程序出錯(cuò)時(shí)，就不得不在眾多的0與1之間尋尋覓覓，真的就象是在找蟲子呀（Bug，表示錯(cuò)誤）。這樣的工作方法不僅需要花費(fèi)大量的時(shí)間，還得付出不菲的金錢，不過這對(duì)于當(dāng)時(shí)天價(jià)的計(jì)算機(jī)來說，是微不足道的。

　　隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷增多，軟件開發(fā)任務(wù)也與日俱增。這時(shí)直接使用機(jī)器碼來編程已經(jīng)無法應(yīng)付需要。這時(shí)匯編語言誕生了，它使用一些類似MOV、ADD、SUB等助記符來代替一長(zhǎng)串0和1。我們先使用這樣的語言寫出源程序，再用匯編程序?qū)⑺鼈兎g成為機(jī)器可以運(yùn)行的機(jī)器碼，這樣使得軟件開發(fā)變得更簡(jiǎn)單一些了。

　　人類總是“發(fā)明工具”、“使用工具”、“完善工具”、“再使用”、“再完善”，循序漸進(jìn)，不斷地向前發(fā)展。使用匯編語言提高了軟件開發(fā)的效率，但人類并未滿足，又在匯編語言的基礎(chǔ)上發(fā)展了更貼近人類語言的高級(jí)語言，如BASIC、Fortran、Cobol、C等。

　　在高級(jí)語言出現(xiàn)時(shí)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)逐漸普通，正在以“摩爾定律”高速發(fā)展（計(jì)算速度越來越快，價(jià)錢越來越低），計(jì)算機(jī)的價(jià)格已不再是制約計(jì)算機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵因素。人類需要大量的計(jì)算機(jī)軟件來提高計(jì)算機(jī)的應(yīng)用水平。而在這個(gè)時(shí)代，計(jì)算機(jī)硬件已經(jīng)進(jìn)入了有序、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，但計(jì)算機(jī)軟件卻曾一度陷入失控的狀態(tài)。如何讓計(jì)算機(jī)軟件更加可控制，可管理成為了一個(gè)十分重要的課題。

　　小知識(shí)：

　　在這個(gè)時(shí)代曾經(jīng)暴發(fā)了一場(chǎng)“軟件危機(jī)”，許多重要的軟件項(xiàng)目都陷入失控的狀態(tài)，如何使得軟件項(xiàng)目勝利的完成，成為整個(gè)產(chǎn)業(yè)最為頭痛的一個(gè)問題。曾經(jīng)有一本著名的書籍《神秘的人月》將這描寫成為：“失控的軟件項(xiàng)目就象陷入泥潭的駱駝，越掙扎就陷得越深”。有興趣的讀者可以閱讀一些相關(guān)的書籍。

　　這一切“創(chuàng)就”了一門新的學(xué)科：《軟件工程學(xué)》，將軟件開發(fā)工作分成了“系統(tǒng)分析”、“設(shè)計(jì)”、“編程”、“測(cè)試”、“維護(hù)”等幾個(gè)組成部分，一改以往“軟件開發(fā)就是寫程序”的認(rèn)識(shí)。原來，軟件開發(fā)工作就是充分發(fā)揮程序員的聰明才智解決問題，正如一句俗話所說的：“不管黑貓白貓，能逮著老鼠就是好貓”，在軟件開發(fā)中，曾經(jīng)奉行著一句矢志不渝的真理“只要能夠解決問題的程序就是好程序”。這樣，寫出來的程序別說別人看不懂，有時(shí)連自己一段時(shí)間后都看不懂自己的程序了。試想，這樣如何能夠集眾人力量共同完成一個(gè)軟件項(xiàng)目呢，如何能夠?qū)σ粋€(gè)軟件項(xiàng)目提供有效的維護(hù)呢？

　　通過了一段時(shí)間的摸索后，就形成了一套大家都很熟悉的面向過程的“結(jié)構(gòu)化”軟件方法學(xué)，包括結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)化編程等軟件開發(fā)方法學(xué)。如果大家在閱讀這本書之前，有一些程序設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)的話，對(duì)這個(gè)應(yīng)該還是有一些了解的。為了能夠讓大家理解“結(jié)構(gòu)化”編程與我們?cè)谶@里要說明的“面向?qū)ο蟆钡某绦蛟O(shè)計(jì)的區(qū)別，在此我就用“偽代碼”寫一段程序（在本例中，我主要是用于講解語法，而不考慮本程序是否有現(xiàn)實(shí)作用）。

　　偽代碼：

　　偽代碼，是指不能夠直接編譯運(yùn)行的程序代碼，它是用于語法結(jié)構(gòu)講解的一個(gè)工具，它比真正的程序代碼更簡(jiǎn)明，更貼近自然語言。

　　源程序：一個(gè)“結(jié)構(gòu)化”程序示例:

　　鉛筆數(shù)=5

　　鋼筆數(shù)=6

　　圓珠筆數(shù)=4

　　其它筆數(shù)=7

……// 銷售程序段鉛筆數(shù)=鉛筆數(shù)-1 // 賣出了1支鉛筆其它筆數(shù)=其它筆數(shù)-2 // 賣出了2支其它筆// 采購(gòu)程序段鋼筆數(shù)=鋼筆數(shù)+20 // 新進(jìn)了20支鋼筆圓珠筆數(shù)=圓珠筆數(shù)+10 // 新進(jìn)了10支圓珠筆……

　　正如上面的程序段所示，在結(jié)構(gòu)化的程序我們通常是：

　　1） 定義變量及其初始值；

　　2） 根據(jù)事件發(fā)展順序，進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的處理。

　　在上面的程序中，我們先定義了各種筆的初始總數(shù)，然后這些數(shù)量會(huì)在銷售、采購(gòu)時(shí)改變。這種程序的編寫思路是隨著事件，按照一定的過程來進(jìn)行的。這種方法是一種“解題”的思維方式，把所有的需求，當(dāng)作一個(gè)“應(yīng)用題”一樣來“解答”。

　　可以看出，從機(jī)器語言、匯編語言到高級(jí)語言，程序設(shè)計(jì)越來越貼近人類的語言，但是它們又都有一個(gè)通病，就是它們都需要程序使用機(jī)器的思路，而不是人的思路，為什么這么說呢？那么人的思路是什么呢？？

　　人類認(rèn)識(shí)世界的思路總是針對(duì)一個(gè)個(gè)具體的客觀事物來認(rèn)識(shí)，包括它的形狀、大小等屬性，以及行為、功能、動(dòng)作等。就象一說到貓，就馬上知道它是4只腳的、“喵喵”叫的，而且貓的行為動(dòng)作大家也很熟悉，比如，我們說“貓抓老鼠”，大家應(yīng)該馬上就會(huì)在腦海中出現(xiàn)一個(gè)相應(yīng)的圖象吧。

　　這時(shí)，人們突然發(fā)現(xiàn)，如果編寫程序也采用這樣的思維的話，那么將使得程序更加清晰，寫起程序來也會(huì)變得更加簡(jiǎn)單了。軟件工程學(xué)家便開始了堅(jiān)持不懈的研究，終于創(chuàng)建了“面向?qū)ο蟆狈椒▽W(xué)，這一方法學(xué)的出現(xiàn)，使得軟件工程又向前邁了一大步了?！懊嫦?qū)ο蟆狈椒▽W(xué)其實(shí)包括：“面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析”、“面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)”、“面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)”……，而在本章中則主要探討“面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)”。

　　一些提示：

　　熟悉Visaul Basic的讀者，您應(yīng)該記得在使用VB開發(fā)程序時(shí)，大家將一個(gè)個(gè)控件拖到界面上，然后修改它們的屬性，使它們符合程序的需要，接著在這個(gè)控件的相應(yīng)事件中填入代碼。您想想，這不想我們兒時(shí)玩的搭積木嗎，太簡(jiǎn)單了！這就是“面向?qū)ο蟆钡某绦蛟O(shè)計(jì)給我們帶來的好處呀。

　　為了讓大家對(duì)“面向?qū)ο蟆钡某绦蛟O(shè)計(jì)有一些了解，我就再使用偽代碼寫一段代碼，僅供大家比較。

　　源程序：一個(gè)“面向?qū)ο蟆钡某绦蚴纠?/p>

筆店{ 鉛筆； 鋼筆； 圓珠筆； 其它筆； 賣出（筆種類，數(shù)量） {筆種類=筆種類 - 數(shù)量； }進(jìn)貨（筆種類，數(shù)量）{筆種類=筆種類 + 數(shù)量；}盤點(diǎn)（）{打印 鉛筆； // 打印出當(dāng)前鉛筆的庫(kù)存量打印 鋼筆； // 打印出當(dāng)前鋼筆的庫(kù)存量打印 圓珠筆； // 打印出當(dāng)前圓珠筆的庫(kù)存量打印 其它筆； // 打印出當(dāng)前其它筆的庫(kù)存量 }}

　　雖然，使用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法好象更繁瑣，但其邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、有序，十分益于理解，而且，這里的“筆店”還可以在其它程序中使用，將大大提高開發(fā)效率。

　　2.2 面向?qū)ο蟮闹饕g(shù)語

　　傳統(tǒng)的“面向過程”的方法學(xué)是把世界分成兩個(gè)部分，分別認(rèn)知：

　　1） 數(shù)據(jù)（Data）：用于描述各種狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

　　2）過程（Procedures）：就是操作這些狀態(tài)數(shù)據(jù)的程序，有時(shí)也稱為“算法”。

　　說得形象一些，它認(rèn)為數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，不會(huì)自行改變的，而需要各種各樣的過程來改為數(shù)據(jù)。您還記得“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”+“算法”=程序，這一個(gè)偉大的等式嗎？這就是“面向過程”方法學(xué)的精髓。

　　舉個(gè)例子，我們要將一塊木頭從目前的位置向北搬到距原地10米的地方，我們首先會(huì)定義一個(gè)表示木頭的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)位置、質(zhì)量等狀態(tài)信息，然后再編寫一個(gè)算法操作這個(gè)表示木頭的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到目的。

　　而“面向?qū)ο蟆钡姆椒▽W(xué)則認(rèn)為世界是由各種各樣的對(duì)象（object）組成的，而每一個(gè)對(duì)象都有兩個(gè)特征：狀態(tài)（也稱為屬性）與行為（也稱為方法）。

　　說得形象一些，每個(gè)組成世界的對(duì)象都是通過自己的行為來變化自身的狀態(tài)，一切變化都是對(duì)象自身、或?qū)ο箝g的協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的。

　　2.2.1 對(duì)象

　　而上面那個(gè)例子如果使用“面向?qū)ο蟆钡慕嵌葋砜?，我們?huì)創(chuàng)建一個(gè)木頭對(duì)象，這個(gè)對(duì)象不僅包括所有的屬性、狀態(tài)信息，還包括對(duì)它行為的描述。

　　然后，我們讓它執(zhí)行一個(gè)自己的行為，使其發(fā)生相應(yīng)的變化。這種方法更加符合自然世界，更加符合人類的思維習(xí)慣。

　　也就是說，對(duì)象是一種對(duì)客觀事物的抽象，它由狀態(tài)（屬性）和行為（方法）組成。

　　下面，我們就使用一個(gè)圖，來幫助大家認(rèn)識(shí)對(duì)象。正如圖2-1所示，我們使用一個(gè)大圓來表示一個(gè)對(duì)象，中間的一個(gè)小圓圈定義了這個(gè)對(duì)象的各種狀態(tài)信息，外面則是各種各樣的行為，通過執(zhí)行這個(gè)對(duì)象的行為，就會(huì)改變這個(gè)對(duì)象的狀態(tài)。

　　圖2-1 木頭對(duì)象示意圖

　　2.2.2 類（Class）

　　在真實(shí)世界中，通常有許多對(duì)象具有相同的性質(zhì)。如你家的貓，只是世界上所有家貓中的一只；你家的電腦，只是世界上所有電腦中的一臺(tái)……。這些貓、電腦……都具有類似的功能、相似的屬性，但卻又不是完成一樣的。

　　這在面向?qū)ο蟮母拍罾?，把“貓”、“電腦”……等稱為“類”，而“你家的貓”、“你家的電腦”則是這個(gè)類的一個(gè)具體的實(shí)例，一個(gè)對(duì)象。

　　也就是說，類是一個(gè)集合，一個(gè)模板，通常我們?cè)谑褂妹嫦驅(qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，我們是先定一個(gè)類，然后用類去定義一個(gè)對(duì)象，這個(gè)對(duì)象就可以使用了。

　　還記得在2.1小節(jié)里，我們舉的那個(gè)例子嗎？我們首先定義了“筆店”這個(gè)類，它擁有4個(gè)屬性：

　　1） 鉛筆；

　　2） 鋼筆；

　　3） 圓珠筆；

　　4） 其它筆

　　同時(shí)還定義了三個(gè)行為：

　　1）賣出：將屬性的值減少，表示賣出；

　　2）進(jìn)貨：將屬性的值增加，表示進(jìn)貨；

　　3）盤點(diǎn)：打印出屬性的值；

　　接著，我們?cè)谥骱瘮?shù)中，先定義了一個(gè)屬于“筆店”的對(duì)象：“張三筆店”，然后就可以對(duì)這個(gè)對(duì)象進(jìn)行操作了。

　　可以看出，類與對(duì)象的定義是一樣的：狀態(tài)（屬性）+行為（方法）。因?yàn)轭愂菍?duì)象的超集嘛。我們可以對(duì)類下一個(gè)定義：

　　類是由所有相似對(duì)象的狀態(tài)變量（屬性變量）與行為（方法）所構(gòu)成的模板或原型。

　　2.2.3 封裝性

　　我們知道，對(duì)于一個(gè)對(duì)象來說，要改變自身的狀態(tài)就意味著發(fā)生了行為。換一句話說，只有調(diào)用屬于對(duì)象自己的行為才能改變自己的狀態(tài)信息。

　　在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言中，您必須遵循這一原則，而且語言本身就提供了這樣的機(jī)制，使得你不可能不遵循。這種機(jī)制稱為“封裝性”。

　　從軟件工程學(xué)的角度來看，這種封裝性有效地將對(duì)象的狀態(tài)數(shù)據(jù)隱藏起來，符合信息隱蔽原則，能夠有效地避免因過失而破壞了狀態(tài)數(shù)據(jù)。

　　2.2.4 消息傳遞（Message）

　　在前面，我們說到在面向?qū)ο蟮氖澜缰?，一切變化都是?duì)象自身、或?qū)ο箝g的協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的。那么它們是如何進(jìn)行協(xié)商的呢？

　　在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，我們采用一種叫消息傳遞（Message Passing）的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。消息從一個(gè)對(duì)象發(fā)到另一個(gè)對(duì)象，使另一個(gè)對(duì)象完成某一個(gè)行為。

　　通常，我們把發(fā)送消息的對(duì)象稱為“發(fā)送對(duì)象”（sender），而把接受消息的對(duì)象稱為“接受對(duì)象”（receiver）。其工作如下圖所示：

　　圖2-2 消息傳遞機(jī)制工作示意圖

　　舉一個(gè)我們身邊的例子，在使用Windows 98時(shí)，我們可以在不同的對(duì)象上按鼠標(biāo)右鍵，就會(huì)出現(xiàn)這個(gè)對(duì)象的屬性菜單。例如，在桌面上按右鍵，就會(huì)出現(xiàn)桌面的屬性菜單；如果在“網(wǎng)絡(luò)鄰居”圖標(biāo)上按右鍵的話，就會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)屬性菜單……

　　這就是通過消息傳遞來實(shí)現(xiàn)的，在Windows 98中，當(dāng)我們單擊鼠標(biāo)右鍵時(shí)，“鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序”（一個(gè)對(duì)象）就會(huì)獲取這個(gè)動(dòng)作，然后向“系統(tǒng)”詢問當(dāng)前位置是什么對(duì)象，假設(shè)是“網(wǎng)絡(luò)鄰居”圖標(biāo)，那么它就向“網(wǎng)絡(luò)鄰居”這個(gè)圖標(biāo)（也是一個(gè)對(duì)象）發(fā)出一個(gè)消息，讓其顯示出屬性菜單。

　　Windows就是一個(gè)使用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，它采用了消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制，大家一定會(huì)記得，我們從開始菜單關(guān)機(jī)時(shí)，一些本來打開的程序在關(guān)機(jī)前先關(guān)閉，這都是消息機(jī)制的作用，在關(guān)機(jī)，系統(tǒng)向每一個(gè)運(yùn)行著的“對(duì)象”傳送了一個(gè)消息，使其關(guān)閉。

　　2.2.5 繼承

　　在前面我們說過，對(duì)象是由類產(chǎn)生的，因此我們就可以通過對(duì)類的認(rèn)識(shí)而了解對(duì)象。例如，假設(shè)你不知道“的士”是什么東西，我們只要說，“的士”是一種汽車，我想你馬上就會(huì)知道個(gè)大概！而如果，我再進(jìn)一步說明它是小轎車的話，你就會(huì)更明白了。

　　到此，我們總結(jié)出一個(gè)道理，在現(xiàn)實(shí)世界中，有一些類比較大，可以分為許多小類，類是可以由其它的已知類來定義的。

　　例如，汽車中有貨車、客車、轎車……：

　　1） 用于運(yùn)輸貨物的汽車叫貨車；

　　2） 用于運(yùn)輸旅客的汽車叫客車；

　　3） 豪華的、較低矮、較小的、有錢人（:-P）做的汽車叫轎車。

　　而汽車、貨車、客車、轎車都是類！在本例中，汽車這個(gè)類是貨車、客車、轎車這三個(gè)類的超類（Superclass），而貨車、客車、轎車這三個(gè)類則是汽車這個(gè)類的子類（subclass）。

　　這四個(gè)類的關(guān)系，可以通過下面這個(gè)圖來表示：

　　圖2-3 超類與子類

　　如果定義了超類，那么子類就可以直接將超類中定義的狀態(tài)、行為繼承過來，不再需要另外定義了。因?yàn)檫@些屬性子類也是具備的。

　　而子類之所以成為子類，是因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)于超類而言，還有一些不同的地方，這需要增加一些屬性、行為。

　　還用一些子類需要對(duì)繼承過來的超類進(jìn)行一些局部的修改，使其更能真實(shí)子類的特性。

　　在現(xiàn)實(shí)世界中，繼承是可以多重的，也就是說一個(gè)子類可以同時(shí)擁有多個(gè)超類。而畢竟程序設(shè)計(jì)的世界并一定要完全一樣。在這個(gè)問題上，面向?qū)ο蟮难芯空邆冇蟹制纾幸徊糠秩苏J(rèn)為應(yīng)該采用單一的繼承，而有另一部分人則認(rèn)為應(yīng)該采用多重繼承。后來就在不同的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言中體現(xiàn)出來了：

　　1） 在C++語言中，支持多重繼承；

　　2） 在Java、Smalltalk、Objective-C都不支持多重繼承。

　　為什么要引入繼承的概念呢？

　　1）繼承機(jī)制提高了“軟件可復(fù)用性”。大家應(yīng)該知道，在結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)中，我們常常將一些經(jīng)常要使用的功能模塊寫成子程序，供程序調(diào)用，這樣會(huì)大大提高開發(fā)效率。這也就是“軟件復(fù)用”。

　　而通過繼承，我們可以在已定義類的基礎(chǔ)上無限地繁衍出更多的類，并且通過直接繼承、新增、局部修改來重復(fù)使用超類。這樣必將使軟件開發(fā)的速度更快，同時(shí)可以使程序共享成為可能。

　　共享代碼：

　　通過共享代碼，我們就可以繼承他人寫的或系統(tǒng)提供的類，直接使用現(xiàn)成的程序碼并可以加以改寫，擴(kuò)展成為我們需要的東西。例如在Java中，窗口類已由Java的開發(fā)工具提供了，因?yàn)槲覀円鲆粋€(gè)窗口時(shí)就無須重寫寫過，只需直接使用就可以了。

　　2）繼承機(jī)制的另一個(gè)好處在于它使得接口更加一致。

　　當(dāng)超類衍生出許多的子類時(shí)，它的行為接口通過繼承，也傳給了所有的子類。這樣，做消息傳遞時(shí)，就無需關(guān)心每個(gè)子類的接口，它們都是一致的。

　　2.2.6 小結(jié)

　　面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)博大、深?yuàn)W，絕不是通過以上這些只言片語能夠說得清楚的，在此只能是做一些簡(jiǎn)單的介紹，讓大家對(duì)其有一個(gè)基本的了解，以便更好地學(xué)習(xí)Java語言。