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1、02.理解結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計講師：李剛本章要點結(jié)構(gòu)化程序的三個結(jié)構(gòu)面向?qū)ο蟮奶卣鱑ML語言Java的面向?qū)ο筇卣鹘Y(jié)構(gòu)化程序設(shè)計簡介結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法主張按功能來分析系統(tǒng)需求，其主要原則可概括為自頂向下，逐步求精，模塊化等。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計首先采用結(jié)構(gòu)化分析（Structrued Analysis，即SA）方法對系統(tǒng)進行需求分析，然后使用結(jié)構(gòu)化設(shè)計（Structrued Design，即SD）方法對系統(tǒng)進行概要設(shè)計、詳細設(shè)計，最后采用結(jié)構(gòu)化編程（Structrued Program，即SP）方式來實現(xiàn)系統(tǒng)。使用這種SA、SD和SP的方式可以較好的保證軟件系統(tǒng)的開發(fā)進度和質(zhì)量。因為結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法主張

2、按功能把軟件系統(tǒng)逐步細分，因此這種方法也被成為面向功能的程序設(shè)計方法；結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的每個功能都負責對數(shù)據(jù)進行一次處理，每個功能都接受一些數(shù)據(jù)，處理完后輸出一些數(shù)據(jù)，這種處理方式也被稱為面向數(shù)據(jù)流的處理方式。結(jié)構(gòu)化軟件的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的局限性設(shè)計不夠直觀，與人類習慣思維不一致。采用結(jié)構(gòu)化程序分析、設(shè)計時，開發(fā)者需要將客觀世界模型分解成一個一個功能，每個功能用以完成一定的數(shù)據(jù)處理。適應(yīng)性差，可擴展性不強。由于結(jié)構(gòu)化設(shè)計采用自頂而下的設(shè)計方式，所以當用戶的需求發(fā)生改變，或需要修改現(xiàn)有的實現(xiàn)方式時都需要自頂而下地修改模塊結(jié)構(gòu)，這種方式的維護成本相當大。程序的三種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計非常

3、強調(diào)實現(xiàn)某個功能的算法，而算法的實現(xiàn)過程是由一系列操作組成的，這些操作之間的執(zhí)行次序就是程序的控制結(jié)構(gòu)。1996年，計算機科學(xué)家Bohm和Jacopini證明了這樣的事實：任何簡單或復(fù)雜的算法都可以由三種結(jié)構(gòu)組成順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)這這三種結(jié)構(gòu)就被稱為程序設(shè)計的三種基本結(jié)構(gòu)，也是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計必須采用的結(jié)構(gòu) 順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)圖2.5 多選擇結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 面向?qū)ο笫且环N更優(yōu)秀的的程序設(shè)計方法，它的基本思想是使用類、對象、繼承、封裝，消息等基本概念來進行程序設(shè)計。它是從現(xiàn)實世界中客觀存在的事物（即對象）出發(fā)來構(gòu)造軟件系統(tǒng)，并在系統(tǒng)構(gòu)造中盡可能運用人類的自然思維方式，強調(diào)直接以現(xiàn)

4、實世界中的事物（即對象）為中心來思考問題，認識問題，并根據(jù)這些事物的本質(zhì)特點，把它們抽象地表示為系統(tǒng)中的類，作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單元（而不是用一些與現(xiàn)實世界中的事物相關(guān)比較遠，并且沒有對應(yīng)關(guān)系的其它過程來構(gòu)造系統(tǒng)），這使得系統(tǒng)可以直接映射客觀世界，并保持客觀世界中事物及其相互關(guān)系的本來面貌。如果采用面向?qū)ο蠓绞介_發(fā)的軟件系統(tǒng)，其最小的程序單元是類，這些類可以生成系統(tǒng)中的多個對象，而這些對象則直接映射成客觀世界的各種事物。面向?qū)ο蟮奶卣?面向?qū)ο蠓椒ň哂腥齻€基本特征：繼承（Inheritance）、封裝（Encapsulation）和多態(tài)（Polymorphism）。面向?qū)ο筮€支持如下幾個功能：對

5、象是面向?qū)ο蠓椒ㄖ凶罨镜母拍睿幕咎攸c有：標識惟一性、分類性、多態(tài)性、封裝性、模塊獨立性好。類是具有共同屬性、共同方法的對象的集合。類是對象的抽象；對象則是類的實例。而類是整個軟件系統(tǒng)最小的程序單元，類的封裝性將各種信息細節(jié)隱藏起來，并通過公用方法來暴露該類對外所提供的功能，從而提高了類的內(nèi)聚性，降低了對象之間的耦合性。對象間的這種相互合作需要一個機制協(xié)助進行，這樣的機制稱為“消息”。消息是一個實例與另一個實例之間傳遞的信息。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，類之間共享屬性和操作的機制稱為繼承。已有的類可當作基類來引用，則新類相應(yīng)地可當作派生類來引用。繼承具有傳遞性。可分為單繼承（一個繼承只允許有一個直

6、接父類，即類等級為樹形結(jié)構(gòu)）與多繼承（一個類允許有多個直接父類）。UML發(fā)展歷史用例圖 用例圖用于描述了系統(tǒng)提供的系列功能，而每個用例則代表系統(tǒng)的一個功能模塊。用例圖的主要目的是幫助開發(fā)團隊以一種可視化的方式理解系統(tǒng)的需求功能，用例圖對系統(tǒng)的實現(xiàn)不做任何說明，僅僅是系統(tǒng)功能的描述。用例圖主要在需求分析階段使用，用于與客戶交流，保證系統(tǒng)需求的無二性，用例圖表示系統(tǒng)外觀，不要指望用例圖和系統(tǒng)內(nèi)部的各個類之間有任何聯(lián)系。不要把用例做得過多，過多的用例將導(dǎo)致難以閱讀，難以理解；盡可能多地使用文字說明。 類圖 類圖是最古老、功能最豐富，使用最廣泛的UML圖型，類圖表示系統(tǒng)中應(yīng)該包含哪些實體，各實體之間如

7、何關(guān)聯(lián)；換句話說，它顯示了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，類圖可用于表示邏輯類，邏輯類通常就是業(yè)務(wù)人員所談及的事物種類。類圖除了可以表示實體的靜態(tài)內(nèi)部結(jié)構(gòu)之外，還可以表示實體之間的相互關(guān)系，類之間有三種基本關(guān)系：關(guān)聯(lián)（包括聚合，組合）。泛化（與繼承同一個概念）。依賴。組件圖 對于現(xiàn)代的大型應(yīng)用程序而言，通常不只是單獨一個類或單獨一組類所能完成的，通常會由一個或多個可部署的組件組成。對Java程序而言，可復(fù)用的組件通常打包成一個JAR、WAR等文；對C/C+應(yīng)用而言，可復(fù)用的組件通常是一個函數(shù)庫，或者一個DLL（動態(tài)鏈接庫）文件。組件圖提供系統(tǒng)的物理視圖。它的用途是顯示系統(tǒng)中的軟件對其他軟件組件（例如，庫函數(shù)）

8、的依賴關(guān)系。組件圖可以在一個非常高的層次上顯示，從而僅顯示粗粒度的組件，也可以在組件包層次上顯示。 部署圖 部署圖用于描述軟件系統(tǒng)如何部署到硬件環(huán)境中。它的用途是顯示軟件系統(tǒng)不同的組件將在何處物理地運行，以及它們將如何彼此通信。因為部署圖是對物理運行情況進行建模，所以系統(tǒng)的生產(chǎn)人員就可以很好地利用這種圖來安裝、部署軟件系統(tǒng)。 順序圖 順序圖顯示具體用例（或者是用例的一部分）的詳細流程，并且顯示了流程中不同對象之間的調(diào)用關(guān)系，同時還可以很詳細地顯示對不同對象的不同調(diào)用。順序圖描述了對象之間的交互（順序圖和通信圖都被稱為交互圖），重點在于描述消息及其時間順序。順序圖有兩個維度：垂直維度以發(fā)生的時間

9、順序顯示消息/調(diào)用的序列；水平維度顯示消息被發(fā)送到的各對象實例。順序圖的關(guān)鍵在于對象之間的消息，對象之間的的信息傳遞就是所謂的消息發(fā)送，消息通常表現(xiàn)為對象調(diào)用另一個對象的方法，或方法的返回值，發(fā)送者和接收者之間的箭頭表示消息。 繪制順序圖順序圖的繪制非常簡單。順序圖的頂部每個框表示每個類的實例（對象），在框中，類實例名稱和類名稱之間用冒號或空格來分隔，例如，myReportGenerator : ReportGenerator。如果某個類實例向另一個類實例發(fā)送一條消息，則繪制一條具有指向接收類實例的開箭頭的連線，并把消息/方法的名稱放在連線上面。對于某些特別重要的消息，我們還可以繪制一條帶箭頭

10、的、指向發(fā)起類實例的虛線，將返回值標注在虛線上，繪制帶返回值的信息可以使得序列圖更易于閱讀。圖2.17顯示了用戶登陸的的順序圖。演化圖 活動圖和狀態(tài)機圖都被稱為演化圖，其實區(qū)別和聯(lián)系如下：活動圖：用于描述用例內(nèi)部的活動或方法的流程，如果去除活動圖中的并行活動描述以后，它就變成流程圖。狀態(tài)機圖：描述某一對象生命周期中需要關(guān)注的不同狀態(tài)，并會詳細描述刺激對象狀態(tài)改變的事件，以及對象狀態(tài)改變時所采取的動作。演化圖的五要素如下：狀態(tài)：狀態(tài)是對象響應(yīng)事件前后的不同面貌，狀態(tài)是某個時間段對象所保持的穩(wěn)定態(tài)，目前的軟件計算都是基于穩(wěn)定態(tài)的，對象的穩(wěn)定態(tài)是對象的固有特征，一個對象的狀態(tài)一般是有限的。有限狀態(tài)的

11、對象是容易計算的，對象的狀態(tài)越多，對象的狀態(tài)遷移越復(fù)雜，對象狀態(tài)可以想象成對象演化過程中的快照。事件：來自對象外界的刺激，通常的形式是消息的傳遞，只是相對對象而言發(fā)生了事件。事件是對象狀態(tài)發(fā)生改變的原動力。動作：動作是對象針對所發(fā)生事件所作的處理，實際上通常表現(xiàn)為某個方法被執(zhí)行?；顒樱夯顒邮莿幼骷ぐl(fā)的后續(xù)系統(tǒng)行為。條件：條件指事件發(fā)生所需要具備的條件。激發(fā)對象狀態(tài)的事件對于激發(fā)對象狀態(tài)改變的事件，通常有兩種類型：內(nèi)部事件：從系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)的事件，一個對象的方法（動作）調(diào)用，（通過事件激活）另一個對象方法（動作）。外部事件：從系統(tǒng)邊界外的激發(fā)的事件，例如用戶的鼠標、鍵盤動作?；顒訄D活動圖主要用于描

12、述過程原理、業(yè)務(wù)邏輯以及工作流的技術(shù)，很多情況下，活動圖與傳統(tǒng)的流程圖非常相似，區(qū)別是活動圖支持并發(fā)?；顒訄D非常類似于傳統(tǒng)的流程圖，它也使用圓角矩形表示活動，使用帶箭頭的實線表示事件。 繪制活動圖時以活動為中心，整個活動圖只有一個開始活動，可以有多個結(jié)束活動，活動圖需要將并行活動和串行活動的分離，遇到分支和循環(huán)時最好像傳統(tǒng)流程圖將分支、循環(huán)條件明確表示?；顒訄D最大優(yōu)點在于支持并行行為，并行對于工作流建模和過程建模非常重要。因為有了并行，因此需要進行同步，同步通過匯合來指明。狀態(tài)機圖 狀態(tài)機圖表示某個類所處的不同狀態(tài)和該類的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息。實際上我們很少繪制狀態(tài)機圖，我們只對“感興趣的” 類繪制狀

13、態(tài)機圖。也就是說，在系統(tǒng)活動期間具有三個或更多潛在狀態(tài)的類才需要考慮使用狀態(tài)機圖進行描述。 狀態(tài)機圖的符號集包括5個基本元素：初始狀態(tài)，它使用實心圓來繪制；狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，它使用具有開箭頭的線段來繪制；狀態(tài)，它使用圓角矩形來繪制；判斷點，它使用空心圓來繪制；一個或者多個終止點，它們使用內(nèi)部包含實心圓的圓來繪制。 繪制狀態(tài)機圖時應(yīng)該保證對象只有一個初始狀態(tài)，可以有多個終結(jié)狀態(tài)。狀態(tài)要表示對象的關(guān)鍵快照，有重要的實際意義，無關(guān)緊要的狀態(tài)則無需考慮，繪制狀態(tài)機圖時事件和方法要明確。一切都是對象 在Java語言中，除了8個基本數(shù)據(jù)類型值之外，一切都是對象。而對象就是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的中心。對象是人們要

14、進行研究的任何事物，從最簡單的整數(shù)到復(fù)雜的飛機等均可看作對象，它不僅能表示具體的事物，還能表示抽象的規(guī)則、計劃或事件。對象具有狀態(tài)，一個對象用數(shù)據(jù)值來描述它的狀態(tài)。Java通過為對象定義Field（以前常被稱為屬性，現(xiàn)在也稱為字段）來描述對象的狀態(tài)；對象還有操作，這些操作可以改變對象的狀態(tài)，對象的操作也被稱為對象的行為，Java通過為對象定義方法來描述對象的行為。對象實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和操作的結(jié)合，使數(shù)據(jù)和操作封裝于對象的統(tǒng)一體中。類和對象 具有相同或相似性質(zhì)的 一組對象的抽象就是類，類是對一類事物描述，是抽象的、概念上的定義；對象是實際存在的該類事物的每個個體，因而也稱實例（instance）。對象的抽象是類，類的具體化就是對象，也可以說類的實例是對象。類是用來描述一系列對象，類概述每個對象應(yīng)包括的數(shù)據(jù)，類概述每個對象的行為特征。因此我們可以把類理解成某種概念、定義，它規(guī)定了某類對象所共同具有的數(shù)據(jù)和行為特征。Java語言使用class關(guān)鍵字定義類，Java允許開發(fā)者自由定義類，定義類時可使用Field來描述該