對象軟件復用機制的研究

李頌

摘要：軟件復用是軟件開發(fā)中非常重要的思想，掌握軟件復用思想和面向?qū)ο笳Z言的實現(xiàn)機制，對設(shè)計合理的軟件體系結(jié)構(gòu)具有很強的指導意義。繼承和合成是面向?qū)ο笞畛Ｓ玫膬煞N復用機制，本文針對當前比較流行的面向?qū)ο笳Z言Java，論述各自的實現(xiàn)機制。

關(guān)鍵詞：繼承；接口；軟件復用

1 引言

1977年出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法學曾給軟件產(chǎn)業(yè)帶來了巨大進步，在一定程度上緩解了軟件危機，但是由于結(jié)構(gòu)化方法是基于功能分析和分解，軟件結(jié)構(gòu)依賴于系統(tǒng)功能，這對一些功能非常明確的而且不會輕易改變的軟件系統(tǒng)是非常有效的，但是現(xiàn)實中存在大量系統(tǒng)，其功能往往是模糊易變的，而功能的變化常會引起軟件結(jié)構(gòu)的整體修改，結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法學無法承擔快速高效的開發(fā)這類復雜軟件系統(tǒng)的重任。20世紀80年代逐漸成熟的面向?qū)ο蠓椒▽W，使軟件軟件的分析、設(shè)計和編程等方面都有了全新的認識。其用面向?qū)ο蟮母拍顏砻枋霈F(xiàn)實世界，“對象”的概念是將數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)操作的方法封裝在一起，從而提高了模塊的聚合度，降低了模塊之間的耦合度，更大程度上的支持軟件復用，從而十分有效地降低了軟件的復雜度。面向?qū)ο蠹夹g(shù)和結(jié)構(gòu)化技術(shù)相比，最大的優(yōu)勢在于它實現(xiàn)了最大程度上的軟件復用[1]。軟件復用綜合了面向?qū)ο蠹夹g(shù)中最重要的概念，本文將全面分析面向?qū)ο蠹夹g(shù)是如何實現(xiàn)軟件復用機制的。

2 面向?qū)ο蠓椒▽W概述

Peter Coad和Edward Yourdon提出了下列等式[2]：

面向?qū)ο?對象（objects）+類（classes）+繼承（inheritance）+消息通訊（communication with messages）

只有同時使用了對象、類、繼承和消息通訊才是真正面向?qū)ο蟮姆椒ā?/p>

（1） 對象與封裝

對象是系統(tǒng)中用來描述客觀事物的實體，它是構(gòu)成系統(tǒng)的基本單位。對象由三個要素組成：對象標識、屬性和方法。對象標識，是對象的名字，供系統(tǒng)內(nèi)部唯一識別；屬性，也稱狀態(tài)和數(shù)據(jù)，是用來描述對象的靜態(tài)特征；方法，也稱操作、行為或服務(wù)，用來描述系統(tǒng)的動態(tài)特征。對象的重要設(shè)計原則：封裝。封裝具有兩層含義：首先，對象是其全部屬性和全部服務(wù)緊密結(jié)合而形成的不可分隔的整體；其次，對象是一個不透明的黑盒子，表示對象狀態(tài)的數(shù)據(jù)和對象服務(wù)的實現(xiàn)被封裝在黑盒子里，對象本身對外部的訪問者具有一定的權(quán)限控制，同時訪問者只需知道被訪問者向外提供的接口的形式，無須知道它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)細節(jié)和實現(xiàn)操作的算法。

（2） 類

類是具有相同屬性和服務(wù)的一個或一組對象的抽象定義。一個具體的對象稱為類的一個實例，通過new 關(guān)鍵字創(chuàng)建類的實例。

（3） 繼承與多態(tài)[3]

繼承，其定義為：特殊類（或稱子類、派生類）的對象擁有一般類（或稱父類、基類）非私用屬性和方法。繼承是提高軟件開發(fā)效率的重要原因之一，同時也面向?qū)ο笾袑崿F(xiàn)軟件復用的重要機制。

多態(tài)，一個對象從外面被訪問時，根據(jù)外部環(huán)境的訪問形式的變化，對象內(nèi)部能夠提供相應(yīng)的多種狀態(tài)（服務(wù)）。多態(tài)性不僅可以增加了面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)的靈活性，進一步減少冗余，而且顯著提高了軟件的可重復性和可擴充性。

（4） 消息通訊

如果把每個對象看作是能夠向外部提供服務(wù)的個體，那么對象之間的的聯(lián)系就是通過消息通訊聯(lián)系在一起的，面向?qū)ο笙到y(tǒng)的運作就是系統(tǒng)內(nèi)部各個對象之間消息通信實現(xiàn)的。消息就是對象給其他對象發(fā)出的一個服務(wù)請求，它包括：提供服務(wù)的對象標識、消息名稱（如方法名稱）、輸入信息（如參數(shù)）和回答信息（如方法調(diào)用后返回的數(shù)據(jù)）。在這里消息的接收者不僅僅是向往提供某種服務(wù)，更重要的是它接受信息是為利用接收到的信息激活內(nèi)部的操作。消息通訊是面向?qū)ο蠓椒▽W中的一個重要原則，它與對象的封裝密不可分。封裝使對象成為各司其職、互不干擾的獨立單元；消息通訊則為它們提供了惟一合法的動態(tài)聯(lián)系途徑，使它們的行為能夠互相配合，構(gòu)成一個有機的整體。

3 面向?qū)ο筌浖陀脵C制

3.1 繼承

在Java中繼承有兩套不同的實現(xiàn)機制--接口和子類實例化[4]。在繼承體系中父類對子類是一般和特殊的關(guān)系。子類共享父類的非私有屬性和方法，同時擁有和父類不一樣的屬性和方法。在設(shè)計系統(tǒng)時，對具有繼承體系的問題域，只要有良好的繼承結(jié)構(gòu)，軟件的開發(fā)是高效的。繼承按照服務(wù)實現(xiàn)的程度，可分為代碼繼承和行為繼承，當父類中提供了方法（服務(wù)）的實現(xiàn)時，子類對父類的繼承（使用extends關(guān)鍵字）成為代碼繼承，如果父類只是提供方法的定義，而沒有提供實現(xiàn)時，子類的繼承稱為行為繼承。一般代碼繼承選擇繼承機制，行為繼承時選擇接口繼承（使用implements）。如果父類中是抽象類，那么子類可以同時兼?zhèn)浯a繼承和行為繼承（使用 extends 關(guān)鍵字）。繼承之所以實現(xiàn)了軟件復用的功能，最根本上是它認為，現(xiàn)實世界中，屬于同一個問題域的實體，共享相同的概念。在用類來描述這些實體的時候，繼承機制把共享的部分抽象出來作為父類，其他特殊的問題域用子類來描述。當從別的類繼承了某種行為之后，就不需要重寫這種行為的代碼。

3.2 合成

合成是基于這樣的一個概念，一個問題域直接由其他一個或多個問題域提供的功能參與組成

3.3 合成和繼承的綜合應(yīng)用

通常繼承和合成同時應(yīng)用于類的設(shè)計，最近出現(xiàn)的一些新的軟件復用的新形式[4]：動態(tài)合成、內(nèi)部類的繼承和未命名類。

（1） 動態(tài)合成

合成和繼承相比有一個優(yōu)點，就是可以推遲綁定時間。對于繼承來說，子類與父類的連接是在編譯時就已確定下來，以后不能在改變。而對于合成，構(gòu)建類和原類的連接是在運行時刻才進行，因此這種連接比較弱，在運行時刻還可以改變，合成的這種特性叫動態(tài)合成。為了說明這個概念，設(shè)想模擬青蛙行為的類Frog。青蛙行為在整個生命周期中假設(shè)就有兩種行為，一個是成長，一個是隨著年齡的增長游泳本領(lǐng)的成長。但是在青蛙的行為在整個生命周期中是變化的。針對這類動態(tài)問題，我們一般的解決方式是轉(zhuǎn)換為靜態(tài)處理，也就是按照年齡分段處理，每個年齡段呈現(xiàn)出靜態(tài)的行為。

（2） 內(nèi)部類的繼承

在類的內(nèi)部定義類，并且內(nèi)部類繼承其他類，這個時候，內(nèi)部類融合了繼承和合成兩方面的特性。

內(nèi)部類part1 和part2是model類的私有組件，這些組件保存在model實例中，其對象的生命周期在model類對象的生命周期內(nèi)。

（3） 未命名類

這里以對按鈕（button）的事件監(jiān)聽為例說明，當我們從鍵盤上按下某個按鈕這一事件時，應(yīng)用程序里需要把這一按鈕事件注冊到事件監(jiān)聽器里，當事件監(jiān)聽器監(jiān)聽到這一事件發(fā)生時，做出相應(yīng)的動作。

定義button事件監(jiān)聽器。

在這里使用類定義表達式把類的定義和實例的創(chuàng)建合二為一，另外它省去了給類起名字。因為整個類的定義被封裝在一個表達式里，所以可讀性差。

4 總結(jié)

面向?qū)ο蠹夹g(shù)最大限度的提高了軟件的復用型，這非常有利于縮短軟件系統(tǒng)開發(fā)的周期，同時也使大大提高了軟件的可維護性。本文從綜合了面向?qū)ο筌浖陀米畛Ｓ玫膬煞N技術(shù)，繼承和合成，從面向?qū)ο笳Z言Java的角度分析了他們各自實現(xiàn)的具體實現(xiàn)形式。

參考文獻

[1] 李增智，王宇，李剛等.面向?qū)ο罂蓮陀密浖O(shè)計思想分析[J].小型微型計算機系統(tǒng)，2003.5，24 （5）：1～5.

[2] 飛思考試中心.軟件設(shè)計師考試考點分析與真題詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004，169～174.

[3] 吳東曉.Java程序設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：清華大學出版社，2002，84～110.

[4] [美]Timothly Budd 著.面向?qū)ο驤AVA編程思想.北京：清華大學出版社， 2002，141～154.