第10章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言

1、第04章 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言,4.1 Smalltalk語(yǔ)言對(duì)象的思想最早源于人工智能研究，60年代末描述智能對(duì)象的框架(frame)即封裝了許多槽(slot)，槽既可以是屬性(數(shù)據(jù))也可以是行為(操作)和(約束)。但最早見(jiàn)諸文獻(xiàn)是sketchpad提到的OO圖形學(xué)(1963)。60年代挪威的Dahl和Nyard為模擬系統(tǒng)研制了SIMULA-67語(yǔ)言，首先提出封裝的類和動(dòng)態(tài)生成實(shí)例對(duì)象的概念。60年代末，美國(guó)猶他大學(xué)Alan

2、Kay到Xerox公司PaloAlto研究中心參加了Dynabook項(xiàng)目。該項(xiàng)目的硬件是Star(個(gè)人機(jī)的前驅(qū))軟件是Smalltalk。1972年Dan Ingalls完成Smalltalk-72第一個(gè)實(shí)用版，以后又經(jīng)過(guò)-76-80兩次改進(jìn)，Smalltalk-80成為向外發(fā)行的正式版本。,4.1 Smalltalk語(yǔ)言對(duì)象的思想最早源于人工智能研究，60年代末描述智能對(duì)象的框架(frame)即封裝了許多槽(slot)，槽既可以是

3、屬性(數(shù)據(jù))也可以是行為(操作)和(約束)。但最早見(jiàn)諸文獻(xiàn)是sketchpad提到的OO圖形學(xué)(1963)。60年代挪威的Dahl和Nyard為模擬系統(tǒng)研制了SIMULA-67語(yǔ)言，首先提出封裝的類和動(dòng)態(tài)生成實(shí)例對(duì)象的概念。60年代末，美國(guó)猶他大學(xué)Alan Kay到Xerox公司PaloAlto研究中心參加了Dynabook項(xiàng)目。該項(xiàng)目的硬件是Star(個(gè)人機(jī)的前驅(qū))軟件是Smalltalk。1972年Dan Ingalls完成S

4、malltalk-72第一個(gè)實(shí)用版，以后又經(jīng)過(guò)-76-80兩次改進(jìn)，Smalltalk-80成為向外發(fā)行的正式版本。,4.1.1 Smalltalk系統(tǒng),·語(yǔ)言核心(Kernel) ·程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)·程序設(shè)計(jì)范型(Paradigm) ·用戶界面模型(User Interface Model),4.1.2 用戶界面模型,系統(tǒng)工作空間(System WorkSpace)工作空間(WorkSpac

5、e)系統(tǒng)副本(System Transcript)項(xiàng)目(Project)兩種圖形編輯窗(Form和Bit),系統(tǒng)瀏覽器(System Browser)窗,用戶就是按瀏覽窗中顯示的模板填寫(xiě)程序。,4.1.3 語(yǔ)言核心,(1) 保留字只有五個(gè)nil，true，false，self，super(2) 字面量字符字面量 /數(shù)字面量 / 符號(hào)字面量 / 數(shù)組字面量(3) 限定符和特殊符號(hào) " ' ＄ #

6、#( ) ， ； ： ｜ :=或← ↑ [ ] ( ) {} (4) 變量實(shí)例變量 / 類變量 / 臨時(shí)變量 / 全局變量 / 匯聚變量 / 參數(shù),(5) 消息表達(dá)式與語(yǔ)句,消息表達(dá)式的一般格式是: 對(duì)象 選擇子 參數(shù)Smalltalk的消息表達(dá)式有三種:·單目的 不帶參數(shù) tree class 消息class 發(fā)向tree，得到tree的類。 0.3

7、sin 消息sin 發(fā)向0.3，得sin(0.3) Array new 消息new 發(fā)向Array，創(chuàng)建-Array 的實(shí)例,對(duì)象,選擇子-參數(shù),,· 雙目的 3+4 消息‘+’帶參數(shù)4發(fā)向?qū)ο?，得對(duì)象7。 100@ 50 消息‘@’帶參數(shù)50發(fā)向?qū)ο?00，得(100，50) (sum/count) * reserve amount

8、 雙目，括號(hào)優(yōu)先 單目?jī)?yōu)先 雙目,,,,,·關(guān)鍵字消息表達(dá)式用關(guān)鍵字(帶有‘:’的選擇子)描述的雙目表達(dá)式，也是自左至右釋義。anArray at：3 put:100finances totalSpentOn：‘food’·賦值 變量在不同時(shí)間可賦以不同對(duì)象，任何表達(dá)式加上賦值前綴‘←’ quantity←19. name←‘chapter 1’。 foo

9、← array at:4。 數(shù)組第4元素與‘foo’同名,·塊表達(dá)式 [:x:y｜BicPen goto：x@y] [:x:y｜BicPen goto：x@y] value：100 value：250 BicPen goto 100@ 250 ｜aBlock｜ aBlock←['This is a String' displayAt：500@ 500]. Displa

10、y white. aBlock value,(6) 控制結(jié)構(gòu) 條件選擇一般形式是: 布爾子表達(dá)式 ifTrue：[‘真’塊執(zhí)行] ifFalse：[‘假’塊執(zhí)行] “可以不出現(xiàn)” 如：numberlistSize] whileFalse:[list at:index put：0。 index←index+1 ],(

11、7) 消息/方法消息模式 | 臨時(shí)變量 | 語(yǔ)句組 nawAt：initialLocation｜newBox｜ newBox←self new. newBox setLoc：initiaPLocation tilt：0size：100 scribe：pen new. newBox show. setLoc：newLoc tilt：newTilt size:newSize seri

12、be：newScribe｜ ｜ Loc←newLoc. titl←newTilt. size←newSize. scribe← new Scribe,Smalltalk是編譯—解釋執(zhí)行的，Smalltalk源程序經(jīng)編譯器得到虛映象(Virtual image)，虛映象由字節(jié)代碼中間語(yǔ)言編寫(xiě)，由Smalltalk虛機(jī)解釋執(zhí)行。相應(yīng)的文件系統(tǒng)管理三種文件：源文件、變更文件、映象文件。由于Smalltalk是交互式的，被編譯

13、的方法在執(zhí)行期間出了問(wèn)題要反應(yīng)到源程序，則要對(duì)映象文件施行反編譯(decompliation)Smalltalk的虛機(jī)是一個(gè)新軟件，它有三個(gè)功能部分:·存儲(chǔ)管理器·虛映象解釋器·基本例程 用匯編碼寫(xiě)出的底層方法實(shí)現(xiàn),4.1.4 Smalltalk文件系統(tǒng)與虛機(jī),4.1.5 Smalltalk程序設(shè)計(jì)范型,程序設(shè)計(jì)在類的層次上進(jìn)行，由類靜態(tài)(于工作空間指明向類發(fā)出消息)或動(dòng)態(tài)(方法運(yùn)行時(shí))生成

14、實(shí)例對(duì)象。每個(gè)對(duì)象當(dāng)接受某消息并執(zhí)行其方法的消息表達(dá)式時(shí)都是在自向其它對(duì)象發(fā)消息。,4.1.5.1 一個(gè)簡(jiǎn)單的Smalltalk程序,統(tǒng)計(jì)字母出現(xiàn)頻率｜s f｜ “定義了兩個(gè)臨時(shí)變量” s←Prompter prompt：‘enter line’ default：‘’. “s是Prompter的實(shí)例，將關(guān)鍵字表達(dá)式的結(jié)果束定于s” “意即輸入一行字符串，若不輸入，S為空串” f

15、←Bag new. “f是Bag的實(shí)例” s do：[:c｜c(diǎn) isLetter ifTure：[f add：c asLowerCase]] “s在Prompter中找方法do：的模式，若找不到，找prompter的” “父類直到Object. C是塊變量，意從S中拿出某字符，isLetter” “是消息模式，判C是否字符，若為真執(zhí)行內(nèi)塊”。 “內(nèi)塊

16、中f找add：消息模式，從Bag直至上層父類，找到先執(zhí)” “行右邊子表達(dá)式”。 c asLowerCase是單目表達(dá)式，同樣要在Prompter中找asLowerCase匹配，也是不成向上找。它返回是“第k個(gè)”小寫(xiě)字母，add：把它發(fā)送到對(duì)象f的第k個(gè)位置上并與原數(shù)相加。 ↑f “返回f中的值”.這個(gè)程序一共四句。如果掀鼠標(biāo)使菜單項(xiàng)‘doit’工作并輸入： “Small

17、talk is a programming Language for developing soluions to both simple and complex problem.”則輸出的f值是: 7 1 1 2 4 1 5 1 5 1 7 4 4 7 3 3 6 3 2 1 a b c d e f g h i k l m n o p r s t u

18、 v,例 字頻統(tǒng)計(jì)對(duì)比程序Pascal SmalltalkPROGRAM Frequency “無(wú)消息模式方法，宜寫(xiě)算法”CONST Size=80； VAR s：string[size]； | s c f k | k,i：Integer；

19、 “定義了四個(gè)臨時(shí)變量” c:Char;f:ARRAY[1..26] OF Integer； f←Array new：26.BEGIN “f是Arrey實(shí)例長(zhǎng)度26” Writeln(‘enter line’)； s←Prompter ReadIn(s)；

20、 prompt:‘enterline’ FOR i:=1TO 26 DO default：‘’. f[i]:=0； “S是Prompter的實(shí)例，裝輸入字串” FOR i:=1 To size DO 1 to:26 do:[:I|f at:I put:0]. BEGIN

21、 1 to：size do:[:I| c:=aslowerCase(s[i])； c←(s at:i) asLowerCase. if isLetter (c) THEN c isLetter ifTrue：[ BEGIN k←c asciiValue

22、 k:=ord(c)-ord(‘a(chǎn)’)+1； -＄a asciiValue + 1. f[k]:=f[k]+1 f at:k put：(f at:k) + 1 END ] END； ]. FOR i:=1 T

23、o 26 DO ↑f Write(f[i]，‘’) END.,4.1.5.2 類協(xié)議,,,,,4.1.5.3 一個(gè)完整的Smalltalk程序,家庭財(cái)務(wù)帳目 建立全部流水帳類，直接掛在Object上 class name FinancialHistory superclass Object

24、 instance variable names 'caseOnHand incomes expenditures' category 'Financial Tools' class method initialBalance:amount｜ ｜ “建立流水帳本初始為amount（元）” ↑super new

25、 setinitialBalance：amounT new ｜ ｜ “建立流水帳本初始為0（元）” ↑super new setinitialBalance:0 instance method receive：amount from：source ｜ ｜ incomes at：source put：l

26、self total ReceivedFrom:source)+amount. “從來(lái)源source接收到的錢(qián)數(shù)，因而手頭現(xiàn)金增加”. cashOnHand←cashOnHand + amount. incomes changed spend：amount for：reason ｜ ｜

27、 “為事由reason支付的錢(qián)數(shù)，因而手頭現(xiàn)金減少?！?expenditures at：reason put：(self totalSpentFor：reason) + amount.,,cashOnHand← cashOnHand - amount. expenditures changed CashOnHand｜ ｜ “回答當(dāng)前手頭現(xiàn)金”

28、 ↑ cashOnHand expenditures ｜ ｜ “回答支出細(xì)目” ↑ expenditures incomes ｜ ｜ “回答收入細(xì)目” ↑ incomes totalReceiveFrom：source ｜ ｜ “回答自source收錢(qián)總數(shù)”

29、 (incomes includesKey：source) ifTrue：[↑incomes at：source] ifFalse：[↑0] totalSpentFor：reason ｜ ｜ “回答在reason項(xiàng)上總支出” (expenditures includesKey：reason) ifTrue:[↑expendit

30、ures at：reason] ifFalse：[↑0] private SetlnitialBalance：amount｜ ｜ “實(shí)例變量初始化” cashOnHand←amount. incomes←Dictionary new. expenditures←Dictionary new,Smallt

31、alk at：# HouseholdFinances put：nil. HouseholdFinances←FinancealHistory initialBalance：1560 HouseholdFinances spend：700 for：'rent'. NouseholdFinances spend：78.53 for ：'food'. HouseholdFinan

32、ces receive：820 from：'pay'. HouseholdFinances receive：22.15 from：'interest'. HouseholdFinances spend：135.65 for：'utilities'. HouseholdFinances spend：146.14 for：'food'.,4.1.6 Sma

33、lltalk程序設(shè)計(jì)系統(tǒng),在Smalltalk中，系統(tǒng)支持程序也是作為類掛在Object之下，包括算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)和控制結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)、輸入/出、隨機(jī)數(shù)生成器等。有一些類是輔助程序設(shè)計(jì)過(guò)程的，語(yǔ)法分析器、編譯器、解釋器、反編譯器這些對(duì)象的方法都有源代碼，目標(biāo)碼兩種形式。還有一些對(duì)象表示類和方法的結(jié)構(gòu)，以便程序員追蹤系統(tǒng)。還有將方法和向其發(fā)消息的對(duì)象聯(lián)結(jié)起來(lái)的對(duì)象.這些對(duì)象統(tǒng)稱環(huán)境(contexts)類似其他語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)中的堆棧幀和活動(dòng)記錄。

34、,4.2 Smalltalk的對(duì)象、類、方法的實(shí)現(xiàn) 類的存儲(chǔ),實(shí)例對(duì)象的存儲(chǔ) 實(shí)例對(duì)象只存放數(shù)據(jù)，其存儲(chǔ)格式如下圖:,活動(dòng)記錄 ·環(huán)境部分 ·指令部分 ·發(fā)送者部分,4.3 面向?qū)ο?為什么需要面向?qū)ο螅?#160;OO 語(yǔ)言的發(fā)展 面向?qū)ο蟮幕靖拍?#160;封裝和繼承 初始化和終結(jié)處理 動(dòng)態(tài)

35、方法約束,重用的問(wèn)題,實(shí)踐中人們認(rèn)識(shí)到重用已有開(kāi)發(fā)結(jié)果的重要性，提出了軟件重用的概念·  最早的重用單元是子程序，如 Fortran 的子程序庫(kù)·  子程序是純粹的過(guò)程抽象，基于子程序的重用有很大局限性·  模塊是更合適的重用單元，因?yàn)槟K可以包裝任何功能，更靈活 重用中有一種常見(jiàn)情況：軟件開(kāi)發(fā)中遇到的新問(wèn)題

36、常與解決過(guò)的問(wèn)題（可以重用的庫(kù)提供的功能）類似，但又不完全相同 ·  已有模塊的功能與需要有差異，無(wú)法以其“現(xiàn)有”形式直接使用 ·  如果模塊功能的改變只能通過(guò)修改源代碼的方式進(jìn)行，程序員就只能拷貝這個(gè)模塊的源代碼，深入研究后再設(shè)法修改，以滿足新需求 但問(wèn)題是有沒(méi)有可以使用的源代碼？常常沒(méi)有： ·  

37、;模塊可能是購(gòu)入的，提供商不提供源代碼 ·  模塊可能是過(guò)去的遺產(chǎn)，源代碼已經(jīng)丟失或部分缺失,重用和軟件開(kāi)發(fā),即使有源代碼，基于修改代碼的方式重用，也有很多問(wèn)題：·  修改代碼的代價(jià)可能很大（需要理解開(kāi)發(fā)者的想法、設(shè)計(jì)和大量細(xì)節(jié)）·  修改代碼很容易引進(jìn)錯(cuò)誤·  經(jīng)過(guò)修改的代碼，其可讀性、易理解性和易

38、維護(hù)性都會(huì)惡化，多次修改導(dǎo)致這些性質(zhì)不斷惡化，可能給整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量帶來(lái)嚴(yán)重危害·  修改后的模塊，繼續(xù)重用的可能性更小總之，基于修改代碼的重用，重用的價(jià)值大大降低了在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，重用也是非常有價(jià)值的·  在同一軟件中重復(fù)使用某些部分，可使重要設(shè)計(jì)決策得到集中處理·  提高重用比率可能減少重復(fù)開(kāi)發(fā)工作量 ·

39、60; 對(duì)重要基礎(chǔ)功能的深度優(yōu)化可能非常耗工耗時(shí)，重用已有的經(jīng)過(guò)精心調(diào)整的代碼，可能大大提高系統(tǒng)的性能,模塊和程序組織,常規(guī)的程序單元缺乏彈性，定義好的子程序/模塊都是固定功能的實(shí)體，難以提供“定制”的方式部分地改變功能以滿足實(shí)際需要的變化通過(guò)模塊定義的抽象數(shù)據(jù)類型是相互獨(dú)立的，不同模塊之間無(wú)任何關(guān)系而實(shí)際情況中，常常需要定義和使用一些相互有關(guān)的類型，可能需要把它們送給同一個(gè)函數(shù)/過(guò)程去處理，以同樣方式存儲(chǔ)變體和聯(lián)合機(jī)

40、制就是為了迎合這方面的需要，但它們沒(méi)有類型安全性，且未能提供解決類似問(wèn)題的統(tǒng)一框架，難用于應(yīng)付更復(fù)雜的情況支持相關(guān)類型，可能給程序的結(jié)構(gòu)組織帶來(lái)新的可能性如何在抽象數(shù)據(jù)類型的框架中提供這一類功能，也是需要解決的問(wèn)題面向?qū)ο蟮母拍钤谶@些方面都能發(fā)揮很大的作用面向?qū)ο螅∣bject-Oriented）的方法和程序技術(shù)，為基于模塊（一個(gè)類也可以看作一個(gè)模塊）的重用問(wèn)題提供了一條解決途徑。,面向?qū)ο蠛椭赜?面向?qū)ο蠹夹g(shù)的最重要能力

41、，在于使程序員比較容易以一種外部附加的方式，在已有數(shù)據(jù)抽象的基礎(chǔ)上定義新的數(shù)據(jù)抽象OO 也支持定義有彈性的操作框架，使新的數(shù)據(jù)抽象可以使用這些框架，并把針對(duì)該類抽象的實(shí)例的具體操作插入框架中（重用和調(diào)整）新定義的抽象可以繼承原有抽象的行為，也可以根據(jù)需要調(diào)整改變已有功能的行為，或者添加新抽象所需要的新行為這樣大大提高了代碼重用的可能性（目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)真正不加修改的重用。當(dāng)然，實(shí)際的重用可能性還與具體數(shù)據(jù)抽象的設(shè)計(jì)有關(guān)）面

42、向?qū)ο筮€有另外的許多重要價(jià)值（有些可能同樣重要或更重要），并由此發(fā)展出“面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析”，“面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)”等 面向?qū)ο笏枷雽?duì)于軟件領(lǐng)域的影響是全面的，是結(jié)構(gòu)化思想（結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)化分析，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)等）之后軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中的又一次革命 注意：面向?qū)ο蟛](méi)有取代結(jié)構(gòu)化，應(yīng)該看作是在另一層次上的抽象,OO 發(fā)展史,OO 技術(shù)和思想中的一個(gè)基本方面是數(shù)據(jù)和操作的封裝 

43、3;  這方面的基本想法：一組數(shù)據(jù)與關(guān)聯(lián)之上相關(guān)的操作形成一個(gè)對(duì)象。其內(nèi)部數(shù)據(jù)構(gòu)成對(duì)象的狀態(tài)，操作確定對(duì)象與外界交互的方式·  OO 并不是從模塊化程序設(shè)計(jì)發(fā)展出來(lái)的，它有自己的發(fā)展歷程·  OO 的思想與模塊化的思想是并行發(fā)展，一直相互影響、相互借鑒Simula 67 是 OO 概念的鼻祖

44、，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是擴(kuò)充 Algol 60，以更好地支持計(jì)算機(jī)在模擬方面的應(yīng)用。1960 年代在挪威計(jì)算中心設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，主持其工作的 Ole-Johan Dahl 和 Kristen Nygaard 獲得 2001 年圖靈獎(jiǎng)·  OO 的三個(gè)基本要素：封裝、繼承和動(dòng)態(tài)方法約束都源于 

45、Simula·  類的概念源自 Simula，其設(shè)計(jì)中提出用類定義把一組操作與一組數(shù)據(jù)包裝起來(lái)。Simula 的這些重要想法是模塊概念和 OO 的起源·  Simula 只提供了基本封裝，并沒(méi)有對(duì)封裝的保護(hù)，也沒(méi)有信息隱藏,OO 發(fā)展史,軟件實(shí)踐也需要 OO 的思想，并逐漸開(kāi)發(fā)了 相關(guān)

46、的支撐技術(shù)，包括：封裝的思想在面向模塊的語(yǔ)言里發(fā)展，提出了許多重要概念和想法，如·  作用域規(guī)則，開(kāi)的或者閉的作用域 ·  界面與實(shí)現(xiàn)·  透明類型與隱晦類型，訪問(wèn)控制，等等數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì)技術(shù)：·  將計(jì)算功能（子程序）約束于程序里處理的數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)），使我們?cè)诔绦蚶锟梢詮臄?shù)據(jù)對(duì)象出發(fā)去啟動(dòng)

47、相應(yīng)的計(jì)算過(guò)程·  在一些非常規(guī)的語(yǔ)言（如函數(shù)式語(yǔ)言）里，可以通過(guò)引用的概念提供函數(shù)/過(guò)程與數(shù)據(jù)之間的約束·  常規(guī)語(yǔ)言（如 C）引進(jìn)了指向函數(shù)的指針，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中起到了重要作用，也成為面向?qū)ο笳Z(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ),OO 發(fā)展史,繼承和動(dòng)態(tài)約束等被 Smalltalk 發(fā)展，形成目前 OO 的基本概

48、念框架 程序里以類的方式定義各種數(shù)據(jù)抽象 類可以通過(guò)繼承的方式擴(kuò)充新功能，這樣定義的新類（子類，派生類）自動(dòng)繼承已有類（基類，超類，父類）的功能對(duì)象是類的實(shí)例，是程序運(yùn)行時(shí)的基本數(shù)據(jù)單元派生類的對(duì)象也看作是原有基類的對(duì)象，可以當(dāng)作基類的對(duì)象使用（子類就是子類型，Liskov 代換原理，2008 年圖靈獎(jiǎng)）類定義了對(duì)象的狀態(tài)成分（數(shù)據(jù)成員）和一組相關(guān)操作（稱為方法）方法調(diào)用總

49、是針對(duì)某個(gè)對(duì)象進(jìn)行的，將方法調(diào)用看作是給相應(yīng)對(duì)象送一個(gè)消息，對(duì)象通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)操作的方式對(duì)消息做出響應(yīng)對(duì)一個(gè)消息執(zhí)行什么方法，由接收消息的對(duì)象的類型確定（根據(jù)該對(duì)象所屬的類確定，這就是動(dòng)態(tài)約束）計(jì)算，就是一組對(duì)象相互通訊的整體效果（對(duì)計(jì)算的另一種看法）,OO 發(fā)展史,Smalltalk 還有一些獨(dú)特的東西： 變量采用引用模型，變量無(wú)類型，可以引用任何對(duì)象 語(yǔ)言里的一切都是對(duì)象：

50、60;·  類也是對(duì)象，通過(guò)給類送 new 消息的方式要求創(chuàng)建類的實(shí)例·  各種控制結(jié)構(gòu)也是通過(guò)消息概念建立的  條件和邏輯循環(huán)是邏輯對(duì)象對(duì)特定消息的響應(yīng)  枚舉循環(huán)是整數(shù)對(duì)象對(duì)特定消息的響應(yīng)采用單根的類層次結(jié)構(gòu)，以類 Object 作為所有類的超類提供了塊（block）的概念，作為

51、控制結(jié)構(gòu)的抽象機(jī)制提出了容器的概念，開(kāi)發(fā)了一個(gè)功能豐富的類庫(kù)與程序開(kāi)發(fā)環(huán)境的緊密結(jié)合，并開(kāi)發(fā)了 GUI 的基本概念和相關(guān)技術(shù) Smalltalk 經(jīng)過(guò) 72、76 發(fā)展到 Smalltalk 80，其概念和結(jié)構(gòu)已臻成熟,OO 發(fā)展史,隨著 Smalltalk 的成功，人們看到了 OO 的潛在威力

52、許多人開(kāi)始研究如何把 OO 概念有效集成到常規(guī)語(yǔ)言里，提出了一批已有語(yǔ)言的 OO 擴(kuò)充和許多新 OO 語(yǔ)言，如 Object-Pascal、Object-C 等其中前期最成功并得到廣泛應(yīng)用的是 C++。C++ 在 OO 概念的廣泛接受和應(yīng)用方面功不可沒(méi)（具體理由見(jiàn)后面討論）。原因：· &#

53、160;在面向?qū)ο蠛透咝С绦蛑g取得較好的平衡·  OO 概念與常規(guī)語(yǔ)言的合理集成（在當(dāng)時(shí)），支持?jǐn)?shù)據(jù)抽象和面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)，支持多泛型程序設(shè)計(jì)的結(jié)合，使與數(shù)據(jù)抽象和 OO 有關(guān)的許多新概念和新技術(shù)逐漸被實(shí)際軟件工作者接受隨后是 OO 分析、OO 設(shè)計(jì)和基于 OO 的軟件開(kāi)發(fā)等等后來(lái)的其他成功語(yǔ)言包括

54、60;Java，微軟提出 C#，等等出現(xiàn)了一些基于對(duì)象的腳本語(yǔ)言，如 Python，Ruby 等現(xiàn)在，面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)已經(jīng)成為一種主流的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù),面向?qū)ο蟮幕靖拍?面向?qū)ο蟮幕靖拍睿涸诿嫦驅(qū)ο笳Z(yǔ)言里定義數(shù)據(jù)抽象的基本定義機(jī)制是類，在一個(gè)類里可以定義數(shù)據(jù)成員和子程序成員（稱為方法）封裝是數(shù)據(jù)抽象和模塊化的概念，與面向?qū)ο蟮母拍畈](méi)有必然關(guān)系，但封裝有助于更好發(fā)揮面向?qū)ο髾C(jī)制的作用（實(shí)

55、在的）類被看作類型，可以用于生成（定義）實(shí)例，稱為對(duì)象已有的類可以作為定義新類的基礎(chǔ)（基類、超類）·  可通過(guò)繼承方式定義新類（子類，派生類），子類繼承基類的行為·  子類可以修改基類已經(jīng)定義的行為，或者增加所需的新行為把子類看作是子類型（通常），如果 D 是 B 的子類，那么：·  若

56、0;o 是 D 類型的對(duì)象，那么 o 也看作是 B 類型的對(duì)象 ·  若變量 x 可以引用 B 類的對(duì)象，那么它也可以引用 D 類的對(duì)象,面向?qū)ο蟮幕靖拍?繼承有兩方面作用 1.   建立類型之間的層次關(guān)系2.

57、0;  重用基類的行為（代碼和數(shù)據(jù)描述）對(duì)于面向?qū)ο蟮男袨槎?，前一方面的功能更為重要類中的子程序成員稱為方法，方法需要通過(guò)具體的對(duì)象調(diào)用在運(yùn)行中調(diào)用方法時(shí)，實(shí)際調(diào)用的方法由作為調(diào)用出發(fā)點(diǎn)的那個(gè)對(duì)象的類型確定的（動(dòng)態(tài)約束）·   動(dòng)態(tài)約束是實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο笮袨榈年P(guān)鍵 ·   它為面向?qū)ο蟮臋C(jī)制提供了模塊機(jī)制所不具有的

58、彈性，使新的功能擴(kuò)充可以比較自然地結(jié)合到已有的操作過(guò)程里 ·   理解動(dòng)態(tài)約束是理解面向?qū)ο蟮年P(guān)鍵，動(dòng)態(tài)約束的高效實(shí)現(xiàn)也是面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵,面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言,雖然基本框架類似，不同面向?qū)ο笳Z(yǔ)言之間也存在很大差異：基本問(wèn)題：采用什么樣的對(duì)象模型采用單根的類層次結(jié)構(gòu)，還是任意的類層次結(jié)構(gòu)？提供那些繼承方式？例如 C++ 里提供了三種繼承方式允許多

59、重繼承？還是只允許單繼承？是否提供豐富完善的訪問(wèn)控制機(jī)制？ 采用基于繼承的模型，還是基于指派的模型基于類的模型，還是基于對(duì)象或原型的模型（如 JavaScript）對(duì)象本身的獨(dú)立性（是否允許不屬于任何一個(gè)類的對(duì)象）類本身是不是對(duì)象？,面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言,其他情況：是不是追求“純粹”的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言？·  Smalltalk 盡可能追求“面向?qū)ο蟆崩硐?，完全?/p>

60、重新設(shè)計(jì)的新語(yǔ)言·  Java 是接近理想的語(yǔ)言，但希望在形式上盡可能靠近常規(guī)語(yǔ)言·  C++ 設(shè)法在支持系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的過(guò)程性語(yǔ)言 C 上“擴(kuò)充”支持面向?qū)ο蟮臋C(jī)制，是一種多范型語(yǔ)言，支持多種程序設(shè)計(jì)方式·  另外的一些語(yǔ)言（如Ada）采用可能很不同的方式支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，這里不準(zhǔn)備詳細(xì)介紹采

61、用值模型還是引用模型。從本質(zhì)上說(shuō)，只有采用引用模型才能支持方法的動(dòng)態(tài)約束，因此大多數(shù)面向?qū)ο笳Z(yǔ)言采用引用模型· C++ 采用值模型，可以創(chuàng)建靜態(tài)對(duì)象或棧對(duì)象，但只有通過(guò)對(duì)象引用或指向?qū)ο蟮闹羔槻拍軐?shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)約束行為· Java 只能把 OO 功能應(yīng)用于用戶定義類型，基本類型采用值模型,面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言,是否允許靜態(tài)對(duì)象或者堆棧對(duì)象（自動(dòng)對(duì)象）？多數(shù)

62、面向?qū)ο笳Z(yǔ)言只支持堆對(duì)象（通過(guò)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配創(chuàng)建的對(duì)象）· C++ 支持靜態(tài)對(duì)象和自動(dòng)對(duì)象，這種設(shè)計(jì)是希望盡可能借助于作用域規(guī)則來(lái)管理對(duì)象，避免依賴自動(dòng)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)（GC）· 為在這種環(huán)境下編程，人們開(kāi)發(fā)了許多利用自動(dòng)對(duì)象的對(duì)象管理技術(shù)，如句柄對(duì)象，對(duì)象的“創(chuàng)建即初始化”技術(shù)等是否依賴自動(dòng)廢料收集（GC）。由于 OO 程序常（顯式或隱式地）創(chuàng)建和丟棄對(duì)象，對(duì)象之

63、間常存在復(fù)雜的相互引用關(guān)系，由人來(lái)完成對(duì)象的管理和回收很困難。大多數(shù) OO 語(yǔ)言都依賴于自動(dòng)存儲(chǔ)回收系統(tǒng)·  GC 的引入將帶來(lái)顯著的性能損失，還會(huì)造成程序行為更多的不可預(yù)見(jiàn)性（GC 發(fā)生的時(shí)刻無(wú)法預(yù)見(jiàn)，其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短也無(wú)法預(yù)計(jì)）·  Java 等許多語(yǔ)言都需要內(nèi)置的自動(dòng)廢料收集系統(tǒng)·  C+

64、+ 是例外，其設(shè)計(jì)目標(biāo)之一是盡可能避免對(duì)自動(dòng)存儲(chǔ)回收的依賴，以支持系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，提高效率，減少運(yùn)行時(shí)間上的不確定性,面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言,是否所有方法都采用動(dòng)態(tài)約束？·  動(dòng)態(tài)約束很重要，但調(diào)用時(shí)會(huì)帶來(lái)一些額外的開(kāi)銷，如果需要調(diào)用的方法能夠靜態(tài)確定，采用靜態(tài)約束有速度優(yōu)勢(shì)·  大部分語(yǔ)言里的所有方法都采用動(dòng)態(tài)約束·  C++ 和

65、 Ada 提供靜態(tài)約束（默認(rèn)）和動(dòng)態(tài)約束兩種方式一些腳本語(yǔ)言也支持面向?qū)ο蟮母拍?。例如?#183;  Ruby 是一個(gè)純面向?qū)ο蟮哪_本語(yǔ)言，其中的一切都是對(duì)象，全局環(huán)境看作一個(gè)匿名的大對(duì)象，全局環(huán)境里的函數(shù)看作這個(gè)對(duì)象的成員函數(shù)。它還有另外一些獨(dú)特性質(zhì)·  JavaScript 支持一種基于對(duì)象和原型的面向?qū)ο竽Ｐ?。其中沒(méi)有類的概念，只有

66、對(duì)象。對(duì)象的行為繼承通過(guò)原型獲得,面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言,人們還提出了許多與面向?qū)ο髾C(jī)制有關(guān)的新想法和模型許多新近的腳本語(yǔ)言提供了獨(dú)特的面向?qū)ο髾C(jī)制：例如·  基于對(duì)象原型（而不是類）的 OO 模型·  在基于類的模型中允許基于對(duì)象的行為覆蓋（可修改個(gè)別對(duì)象的行為）·  等等總而言之，雖然今天面向?qū)ο蟮哪Ｐ秃驼Z(yǔ)言已成為主流

67、程序設(shè)計(jì)方法和主流程序語(yǔ)言，但是這類語(yǔ)言還遠(yuǎn)未成熟，還正在發(fā)展和研究中·  許多語(yǔ)言的 OO 機(jī)制非常復(fù)雜，實(shí)際還不斷提出一些新要求，使一些OO 語(yǔ)言在發(fā)展中變得越來(lái)越復(fù)雜 ·  如何提供一集足夠強(qiáng)大，而且又簡(jiǎn)潔清晰的機(jī)制支持 OO 的概念和程序設(shè)計(jì)，還是這個(gè)領(lǐng)域中需要繼續(xù)研究的問(wèn)題 ·

68、60; OO 語(yǔ)言有關(guān)的理論研究還處在起步階段，也是本領(lǐng)域不成熟的標(biāo)志,OO 語(yǔ)言需要提供的新機(jī)制,定義類的語(yǔ)言機(jī)制（語(yǔ)言提供特殊的描述結(jié)構(gòu)）描述或定義對(duì)象的機(jī)制繼承機(jī)制，描述類之間的繼承關(guān)系?？赡芏x繼承關(guān)系的性質(zhì)（如 C++ 里的類繼承有 public、protected 和 private 三種方式）與對(duì)象交互的機(jī)制（方法調(diào)用，消息傳遞

69、）初始化新對(duì)象的機(jī)制（最好能自動(dòng)進(jìn)行，避免未初始化就使用的錯(cuò)誤）類類型對(duì)象的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制（轉(zhuǎn)換對(duì)一個(gè)具體對(duì)象的觀點(diǎn)）控制類成員的訪問(wèn)權(quán)限的機(jī)制對(duì)象銷毀前的臨終處理機(jī)制（最好能自動(dòng)進(jìn)行）對(duì)象的存儲(chǔ)管理機(jī)制可能還有其他機(jī)制：運(yùn)行中判斷對(duì)象的類屬關(guān)系的機(jī)制、自反等等,4.3 面向?qū)ο蟮幕咎卣?P.Wegner總結(jié)了OO語(yǔ)言的發(fā)展, 給出以下圖示澄清了概念:封裝→ 對(duì)象(數(shù)據(jù)和操作)

70、 局部性、可維護(hù)性抽象→ + 類 概括描述、簡(jiǎn)單性繼承→ + 類體系 可重用性多態(tài)→ 重載、類屬 可擴(kuò)充性動(dòng)態(tài)束定→

71、面向?qū)ο?可交互性 基于對(duì)象的語(yǔ)言 基于類的語(yǔ)言 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言 Ada 83, Actor CLU Smalltalk、 Eiffel simula 67

72、 C++, Ada 95, Java,,OO 程序,先看一點(diǎn) OO 程序，復(fù)習(xí)一下基本 OO 程序的特征這里看一段定義了幾個(gè)類的 C++ 代碼,定義 list_node 類，用于實(shí)現(xiàn)帶頭結(jié)點(diǎn)的雙向循環(huán)鏈接表,每個(gè)結(jié)點(diǎn)里有一個(gè)域指向表頭結(jié)點(diǎn),OO 程序,,定義 list_node 類，用于實(shí)現(xiàn)帶頭結(jié)點(diǎn)的雙向循環(huán)

73、鏈接表,每個(gè)結(jié)點(diǎn)里有一個(gè)域指向表頭結(jié)點(diǎn),OO 程序,定義一個(gè)list類,注意：header 是個(gè) list_node,定義的是有頭結(jié)點(diǎn)的循環(huán)鏈表,OO 程序,通過(guò)繼承定義 queue 類。（只是作為示例）,OO 程序,還可以定義通用的容器類：·   基本容器類沒(méi)有具體數(shù)據(jù)域，不保存具體類型的元素，只實(shí)現(xiàn)容器操作，如：一些基本判

74、斷謂詞，插入刪除等等·   通過(guò)繼承實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)具體類型的元素的具體容器,每個(gè)結(jié)點(diǎn)里有一個(gè)域指向表頭結(jié)點(diǎn),OO 程序,,派生的 int 表結(jié)點(diǎn)類,使用這種 int 表的問(wèn)題：如果需要訪問(wèn)結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，必須對(duì)取出的結(jié)點(diǎn)做強(qiáng)制,通用的表結(jié)點(diǎn)類,面向?qū)ο蟾拍畹膶?shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，需要考慮它的幾個(gè)標(biāo)志性特征的實(shí)現(xiàn)封裝是一種靜態(tài)機(jī)制，如

75、60;C++/Java 一類語(yǔ)言的各種訪問(wèn)控制機(jī)制也是靜態(tài)的，都可以通過(guò)在符號(hào)表里記錄信息，在編譯中檢查和處理方法的實(shí)現(xiàn)與以模塊為類型時(shí)局部子程序的實(shí)現(xiàn)一樣。由于每個(gè)方法調(diào)用有一個(gè)調(diào)用對(duì)象，因此方法需要一個(gè)隱含指針，被調(diào)用時(shí)指向調(diào)用對(duì)象，所有對(duì)該對(duì)象的數(shù)據(jù)成員的訪問(wèn)都通過(guò)這個(gè)指針和靜態(tài)確定的偏移量進(jìn)行許多語(yǔ)言以這一指針作為一個(gè)偽變量，稱為 this 或者 self，通過(guò)這種指針訪問(wèn)調(diào)用對(duì)

76、象，方式上與通過(guò)指針訪問(wèn)普通結(jié)構(gòu)一樣實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的關(guān)鍵是兩個(gè)問(wèn)題： ·  繼承的實(shí)現(xiàn)，使派生類型的對(duì)象能當(dāng)作基類的對(duì)象使用 ·  動(dòng)態(tài)約束的實(shí)現(xiàn)，能夠從（作為變量的值或者被變量引用的）對(duì)象出發(fā)，找到這個(gè)對(duì)象所屬的類里定義的方法 下面討論實(shí)現(xiàn)的一些具體問(wèn)題,封裝,封裝是一種靜態(tài)機(jī)制，僅僅在程序加工階段起作用，有關(guān)情況與模塊機(jī)制類似，在

77、加工后的程序里（可執(zhí)行程序里）完全沒(méi)有關(guān)于封裝的信息不同語(yǔ)言里對(duì)類的訪問(wèn)控制可能不同：· 作為 “開(kāi)模塊”（允許以特定方式任意訪問(wèn)類成員） · 作為“閉模塊”（凡是沒(méi)有明確聲明可訪問(wèn)的都不可訪問(wèn)）對(duì)基本封裝機(jī)制的擴(kuò)充是引進(jìn)進(jìn)一步的控制C++ 引進(jìn)成員的 public、protected 和 private 屬性，

78、提供細(xì)致的訪問(wèn)控制C++ 還允許定義派生類的不同繼承方式，控制對(duì)基類成員的訪問(wèn)： ·  public 繼承 ·  protected 繼承，使基類的 public 成員變成派生類的 protected 成員 ·  private繼承，使基類

79、的所有成員變成派生類的 private 成員 一些新語(yǔ)言借鑒了 C++ 的這方面思想，可能結(jié)合另外一些想法,靜態(tài)域和靜態(tài)方法,許多面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的類里可以定義靜態(tài)域和靜態(tài)方法·  C++/Java 允許類里定義靜態(tài)數(shù)據(jù)域 ·  Smalltalk 把普通的對(duì)象域稱為實(shí)例變量，表示在這個(gè)類的每個(gè)

80、實(shí)例里都有這些成分的一份拷貝；把靜態(tài)數(shù)據(jù)域稱為類變量 ·  類的靜態(tài)數(shù)據(jù)域并不出現(xiàn)在實(shí)例對(duì)象里，它們是類封裝的靜態(tài)數(shù)據(jù)成分，提出具有靜態(tài)生存期，在類的作用域里可直接訪問(wèn)。類外能否訪問(wèn)由語(yǔ)言確定（提出有與其他成員一樣的訪問(wèn)控制）靜態(tài)方法和靜態(tài)域的一些情況： ·  類的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員可以在靜態(tài)區(qū)實(shí)現(xiàn)，在程序運(yùn)行之前靜態(tài)分配，在程序的整個(gè)執(zhí)行期間保持其存儲(chǔ)&