软件工程 第11章：面向对象设计原则.ppt

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1、软件工程软件工程Software Engineering2023年1月3日1广东工业大学计算机学院第第11章章 面向对象设计原则面向对象设计原则o概述和对比类与类型的表示方法，介绍类型一致性概述和对比类与类型的表示方法，介绍类型一致性原则，依据闭合行为讨论健壮的子类。原则，依据闭合行为讨论健壮的子类。o本章内容：本章内容：o11.1 类型一致性与闭合行为类型一致性与闭合行为o11.2 封装与共生性封装与共生性o11.3 领域、依附集和内聚领域、依附集和内聚o11.4 继承与多态性的危险性继承与多态性的危险性o11.5 状态空间和行为状态空间和行为2023/1/32广东工业大学计算机学院11.1

2、 类型一致性与闭合行为类型一致性与闭合行为o11.1.1 类与类型类与类型o从抽象角度和外部特征来理解，最好的方式是将类从抽象角度和外部特征来理解，最好的方式是将类看作是类型的实现，即类型包括了类的目标以及类看作是类型的实现，即类型包括了类的目标以及类的状态空间和行为。的状态空间和行为。一个类型可以具体实现为多个类，每个类又包括自己一个类型可以具体实现为多个类，每个类又包括自己独特的内部设计。独特的内部设计。类型代表着类的外部特征，但子类型的概念和子类却类型代表着类的外部特征，但子类型的概念和子类却是不同的。是不同的。2023/1/33广东工业大学计算机学院o11.1.2 类型一致性原则类型一

3、致性原则 o类型一致性设计原则可表述为：如果类型一致性设计原则可表述为：如果s为为t的真子类的真子类型，则型，则s必须与必须与t一致，即类型一致，即类型s的对象可以出现在的对象可以出现在类型类型t的对象所需要的任何环境中，并且当该对象的对象所需要的任何环境中，并且当该对象的任何获取操作执行时，仍能保持其正确性。例如，的任何获取操作执行时，仍能保持其正确性。例如，Circle是是Ellipse的子类型。尽管这个椭圆形操作的子类型。尽管这个椭圆形操作扩展成圆形是不行的，但任何为圆形的对象也必然扩展成圆形是不行的，但任何为圆形的对象也必然是椭圆形的。是椭圆形的。2023/1/34广东工业大学计算机学

4、院o在设计中，每个类或子类的继承层次结构必须遵循在设计中，每个类或子类的继承层次结构必须遵循类型一致性原则。为了做到每个子类与其超类一致，类型一致性原则。为了做到每个子类与其超类一致，引入两个重要子原则：抗变性与协变性。满足下列引入两个重要子原则：抗变性与协变性。满足下列三个操作限制条件：三个操作限制条件：o（1）每个超类的操作必须与其子类中一个操作相）每个超类的操作必须与其子类中一个操作相对应，它们具有相同的名字和函数原则。对应，它们具有相同的名字和函数原则。o（2）每个子类操作的前置条件不应强于其超类操）每个子类操作的前置条件不应强于其超类操作的前置条件，这就是抗变性原则。作的前置条件，这

5、就是抗变性原则。o（3）每个子类操作的后置条件至少要和其相应超）每个子类操作的后置条件至少要和其相应超类操作的后置条件一样强，这就是协变性原则。类操作的后置条件一样强，这就是协变性原则。2023/1/35广东工业大学计算机学院o类型一致性原则要求子类必须为类的真子类型，类型一致性原则要求子类必须为类的真子类型，并且满足下列六个限制条件并且满足下列六个限制条件：o（1）S的状态空间（的状态空间（State-space）必须与）必须与T的的状态空间一致。状态空间一致。o（2）在）在S和的共享空间中，和的共享空间中，S的状态空间必须等的状态空间必须等同于或位于同于或位于T的状态空间之内。另一种描述方

6、法：的状态空间之内。另一种描述方法：S的类不变式必须等同于或强于的不变式。的类不变式必须等同于或强于的不变式。o（3）对于）对于T的每一操作（如的每一操作（如T.op），），S覆盖或重覆盖或重定义为定义为S.op，则：，则：S.op必须与必须与T.op名称相同。名称相同。2023/1/36广东工业大学计算机学院o（4）S.op的形式函数原型的参数必须与的形式函数原型的参数必须与 T.op的的形式函数原型的参数表一一对应。形式函数原型的参数表一一对应。o（5）S.op的前置条件必须等同于或弱于的前置条件必须等同于或弱于T.op的的前置条件。前置条件。o（6）S.op的后置条件必须等同于或强于的后

7、置条件必须等同于或强于.op的的后置条件。后置条件。2023/1/37广东工业大学计算机学院o11.1.3 闭合行为原则闭合行为原则 o闭合行为原则是指：在基于类型闭合行为原则是指：在基于类型/子类型层次结构子类型层次结构的继承层次结构中，类的继承层次结构中，类C的任何对象操作的执行的任何对象操作的执行包括从包括从C的超类继承的所有操作的超类继承的所有操作应满足应满足C的的类不变式。类不变式。o如果设计一个类中给某个对象发送消息来调用其修如果设计一个类中给某个对象发送消息来调用其修改操作，则应该检查目标类的闭合性。如果发送消改操作，则应该检查目标类的闭合性。如果发送消息并作一般（超类）条件假设

8、，则必须做好准备，息并作一般（超类）条件假设，则必须做好准备，目标对象可能拒绝该消息或不作任何操作便返回。目标对象可能拒绝该消息或不作任何操作便返回。如果出现该问题，则在发送消息前，如果出现该问题，则在发送消息前，2023/1/38广东工业大学计算机学院o可以采取下列步骤：可以采取下列步骤：o（1）检查运行时的目标类。）检查运行时的目标类。o（2）限制与目标有关的变量的多态性。）限制与目标有关的变量的多态性。o（3）设计消息时假设目标是有关层次结构中最特）设计消息时假设目标是有关层次结构中最特殊、最底层的类殊、最底层的类即对其行为具有最高限制条件即对其行为具有最高限制条件的类。的类。2023/

9、1/39广东工业大学计算机学院11.2 封装与共生性封装与共生性o11.2.1 封装结构封装结构 o1.封装的级别封装的级别 o 0级封装：没有经过封装的原始代码。级封装：没有经过封装的原始代码。o 1级封装：将封装的子程序的级别。级封装：将封装的子程序的级别。o 2级封装：类（或对象）是将众多的子程序（称级封装：类（或对象）是将众多的子程序（称为运算指令）集合在一起形成一个高级别的结构体。为运算指令）集合在一起形成一个高级别的结构体。因为运算指令已经高出于因为运算指令已经高出于1级封装。级封装。o 3级封装：商业类经常会在各自的应用领域里被级封装：商业类经常会在各自的应用领域里被“水平水平”

10、划归为这级封装的结构。划归为这级封装的结构。2023/1/310广东工业大学计算机学院o2.制定标准管理各个封装级别之间的相互作用制定标准管理各个封装级别之间的相互作用o传统结构设计标准传统结构设计标准：o表表11-1的扩展，其中包括了的扩展，其中包括了2级封装级封装 2023/1/311广东工业大学计算机学院o11.2.2 共生性共生性o共生性（共生性（Connascence）一词来源于拉丁文，）一词来源于拉丁文，意思是意思是“一起出生的一起出生的”。这种意思可以理解为：。这种意思可以理解为：“相相依为命依为命”。或许在需求分析、设计或规划阶段，具。或许在需求分析、设计或规划阶段，具有共生性

11、（或同族）的两个软件元素来源于一些相有共生性（或同族）的两个软件元素来源于一些相互联系的父类，并且至少因为同一个原因而具有共互联系的父类，并且至少因为同一个原因而具有共同的命运。下面是共生性应用于软件中的定义。同的命运。下面是共生性应用于软件中的定义。2023/1/312广东工业大学计算机学院o在两个软件元素在两个软件元素A和和B之间，共生性意味着：之间，共生性意味着：o（1）在）在A中进行了一些变化，那么为了保持全面中进行了一些变化，那么为了保持全面的正确性，就需要对的正确性，就需要对B进行同样的改变（或者至少进行同样的改变（或者至少要仔细地进行校验）。要仔细地进行校验）。o（2）或者为了保

12、持正确性，需要在）或者为了保持正确性，需要在A和和B中同时进中同时进行一些变化。行一些变化。o静态的共生性有以下几种方式：静态的共生性有以下几种方式：o1）类型或类的共生性。在数据的）类型或类的共生性。在数据的int类型中见到过类型中见到过类型共生性。类型共生性。2023/1/313广东工业大学计算机学院o2）名称共生性。两个（或以上）程序变量为了达）名称共生性。两个（或以上）程序变量为了达到相同引用的目的，需要有相同的名称。到相同引用的目的，需要有相同的名称。o3）常量共生性。它实际上是一种）常量共生性。它实际上是一种“数值数值/有意义的有意义的常量常量”共生性。与结构设计中的混合连接技术相

13、似，共生性。与结构设计中的混合连接技术相似，也会带来很多系统中的可维护性的问题。也会带来很多系统中的可维护性的问题。o4）算法共生性。算法共生性与常量共生性非常相）算法共生性。算法共生性与常量共生性非常相似。似。o5）位置共生性。一个程序单元中大部分的代码具）位置共生性。一个程序单元中大部分的代码具有位置共生性：要运行正确的执行序列中的两行代有位置共生性：要运行正确的执行序列中的两行代码，那么它们就必须具有正确的语法。码，那么它们就必须具有正确的语法。2023/1/314广东工业大学计算机学院o动态共生性具有以下几种形式：动态共生性具有以下几种形式：o1）执行共生性）执行共生性:执行共生性是位

14、置共生性的动态表执行共生性是位置共生性的动态表现形式。它有几种类型，包括顺序和相邻。现形式。它有几种类型，包括顺序和相邻。o2）数值共生性）数值共生性:数值共生性常涉及很多算法限制。数值共生性常涉及很多算法限制。o当两个数据库中的相同信息具有不同格式时，就不当两个数据库中的相同信息具有不同格式时，就不能够使用数值共生性。能够使用数值共生性。o3）同步共生性）同步共生性:这种特性常在实时性的系统中出现这种特性常在实时性的系统中出现o4）标识共生性。有两个对象，对象）标识共生性。有两个对象，对象1和对象和对象2 总总是指向同一个对象体，其中的每一个对象都带有指是指向同一个对象体，其中的每一个对象都

15、带有指向另一个对象的参数。向另一个对象的参数。2023/1/315广东工业大学计算机学院o11.2.3 面向对象系统中共生性的滥用面向对象系统中共生性的滥用 o1.C+的友员函数的友员函数 o创立创立C+的友员函数是非常明显地破坏封装边界的友员函数是非常明显地破坏封装边界的行为。的行为。o2.依赖于实现的偶然性依赖于实现的偶然性 o在应用过程中利用偶然性，没有依据的事实应用和在应用过程中利用偶然性，没有依据的事实应用和已创建类的内部操作运算之间创立超出封装边界的已创建类的内部操作运算之间创立超出封装边界的算法共生性。算法共生性。o3.无约束的继承无约束的继承 2023/1/316广东工业大学计

16、算机学院o11.2.4 共生性的术语共生性的术语o如果两个对象被迫合成为一个示例，那么说这两个如果两个对象被迫合成为一个示例，那么说这两个对象具有示例共生性。如果两个对象不得不具有相对象具有示例共生性。如果两个对象不得不具有相同的生命期，则它们具有生命期共生性同的生命期，则它们具有生命期共生性或者被或者被人们表述为持续时间共生性。人们表述为持续时间共生性。2023/1/317广东工业大学计算机学院11.3 领域、依附集和内聚领域、依附集和内聚o11.3.1 对象类的领域对象类的领域 o标准标准OO系统包含四个主要领域：系统包含四个主要领域：o1.基础领域有：基础性、结构性、语义性基础领域有：基

17、础性、结构性、语义性 o基础类包括整型、基础类包括整型、bool型和字符型。型和字符型。o结构类过去也被称为容器类，它可以实现数据类型结构类过去也被称为容器类，它可以实现数据类型的结构，包括栈、队列、线性表等，通常依靠一般的结构，包括栈、队列、线性表等，通常依靠一般性设计。性设计。o语义类包括语义类包括Date、Time、Angle、Money和和Mass。2023/1/318广东工业大学计算机学院o2.应用领域应用领域o应用领域中的一个类只能被一个单独的应用系统所应用领域中的一个类只能被一个单独的应用系统所使用。它包含事件识别类和事件管理类。使用。它包含事件识别类和事件管理类。o在应用领域中

18、的类具有非常狭窄的可重复使用性。在应用领域中的类具有非常狭窄的可重复使用性。o3.商业领域中的类：属性类、角色类和关系类。商业领域中的类：属性类、角色类和关系类。o属性类描述了商业领域世界里事物的属性。属性类描述了商业领域世界里事物的属性。o角色类由商业行为中角色类由商业行为中“事物扮演角色事物扮演角色”演变而来。演变而来。o相互关系类是从商业领域各种事物之间的相互关系相互关系类是从商业领域各种事物之间的相互关系演变而来的。演变而来的。2023/1/319广东工业大学计算机学院o4.结构领域结构领域o结构领域包含三组类：机器间通信类、数据库操作结构领域包含三组类：机器间通信类、数据库操作类和人

19、机接口界面类。类和人机接口界面类。o结构性类在很多商业应用领域得到广泛应用，只要结构性类在很多商业应用领域得到广泛应用，只要应用程序能在以类为支撑的物理结构上实现。应用程序能在以类为支撑的物理结构上实现。2023/1/320广东工业大学计算机学院o5.每一领域类的来源每一领域类的来源o不同领域的类具有不同的可重用级别。处于最低级不同领域的类具有不同的可重用级别。处于最低级别领域的类具有最大的可重复使用能力，而处于最别领域的类具有最大的可重复使用能力，而处于最高级别领域的类则具有最小的可重复使用能力。高级别领域的类则具有最小的可重复使用能力。o基础领域中的类定义为具有最大的可重复使用能力，基础领

20、域中的类定义为具有最大的可重复使用能力，并且应用领域中的类的软件结构只能在一个单独的并且应用领域中的类的软件结构只能在一个单独的应用系统中使用。开发一个基础性类库是一件非常应用系统中使用。开发一个基础性类库是一件非常困难并且费用昂贵的事情，不必自己尝试着去做这困难并且费用昂贵的事情，不必自己尝试着去做这件事情。件事情。o处于商业领域中的类非常具有趣味性和挑战性。处于商业领域中的类非常具有趣味性和挑战性。o最高级别的领域就是应用领域。最高级别的领域就是应用领域。2023/1/321广东工业大学计算机学院11.3.2 依附集依附集 o用一种定量的方法来讲述基于基础领域的类称为依用一种定量的方法来讲

21、述基于基础领域的类称为依附集（附集（Encumbrance）。）。o1.依附集简介依附集简介 o定义定义1（直接类引用集）（直接类引用集）：一个类：一个类1的直接类引用的直接类引用是指是指1直接引用的类。直接引用的类。o在大部分面向对象的语言里，一个类在大部分面向对象的语言里，一个类1可以直接地可以直接地引用另一个类引用另一个类2：o定义定义2（间接类引用集）（间接类引用集）：如果类：如果类1的直接类引用的直接类引用集包含了类集包含了类A1、A2、An，那么，那么，1的间接的间接类引用集就是类引用集就是1的直接类引用集和的直接类引用集和A1、A2、An 的间接类引用集的并集。的间接类引用集的并

22、集。2023/1/322广东工业大学计算机学院o依附集的定义：一个类的直接依附集是指这个类的依附集的定义：一个类的直接依附集是指这个类的直接引用集的大小，一个类的间接依附集是指这个直接引用集的大小，一个类的间接依附集是指这个类的间接引用集大小。类的间接引用集大小。o11-1所示，类所示，类A的直接引用是的直接引用是A1、A2、A3 2023/1/323广东工业大学计算机学院o图图11-2所示的是类所示的是类A的间接类引用集的间接类引用集 2023/1/324广东工业大学计算机学院o2.依附集的使用依附集的使用 o依附集提供了一种衡量类的复杂程度的方法。类是依附集提供了一种衡量类的复杂程度的方法

23、。类是处于基础领域之上有多高的程度，因而，处于高级处于基础领域之上有多高的程度，因而，处于高级别领域的类具有较高的间接依附集，处于低级别的别领域的类具有较高的间接依附集，处于低级别的类则具有较低的间接依附集。类则具有较低的间接依附集。o3.Demeter规则规则o作为限制一个类的直接依附集的指导原则，作为限制一个类的直接依附集的指导原则，Demeter规则是通过限制这个类直接引用集的规规则是通过限制这个类直接引用集的规模来实现的。模来实现的。Demeter规则的得名是从一个被称规则的得名是从一个被称为为Demeter的面向对象方案中演化而来的。的面向对象方案中演化而来的。2023/1/325广

24、东工业大学计算机学院Demeter规则的惯用语是如下描述的：规则的惯用语是如下描述的：o(1)假设假设A的对象为的对象为obj，并且假设定义对象，并且假设定义对象obj的的所有操作运算为所有操作运算为op，那么在执行，那么在执行op操作过程中，操作过程中，一条消息的每一个目的地一定是下面的对象之一。一条消息的每一个目的地一定是下面的对象之一。o(2)对象对象obj本身是一个特别的例子，本身是一个特别的例子，self和和super,this(在在C+和和Java中中)/Current(在在Eiffel中中)。o(3)op标记符范围内通过一个参数引用一个对象标记符范围内通过一个参数引用一个对象o(

25、4)通过对象通过对象obj的一个变量来引用一个对象。的一个变量来引用一个对象。o(5)通过操作运算通过操作运算ob创建的一个对象。创建的一个对象。o(6)通过一个全局变量引用的一个对象。通过一个全局变量引用的一个对象。2023/1/326广东工业大学计算机学院11.3.3 类的内聚：一个类和它的特性类的内聚：一个类和它的特性 o类的内聚（类的内聚（class cohesion）是衡量位于一个类）是衡量位于一个类外部接口中的特性（属性和操作运算）间相互关联外部接口中的特性（属性和操作运算）间相互关联的方法。一个低级内聚的类具有一组并不属于一个的方法。一个低级内聚的类具有一组并不属于一个整体的特性

26、，这些特性通过类来实现抽象类型。整体的特性，这些特性通过类来实现抽象类型。2023/1/327广东工业大学计算机学院o试图通过在使用变量的方法中，出现越多的重叠现试图通过在使用变量的方法中，出现越多的重叠现象，那么这个类的内聚就越强。这种方法不好，主象，那么这个类的内聚就越强。这种方法不好，主要原因：要原因：o（1）内聚是应该能够从一个封装软件单元的外表）内聚是应该能够从一个封装软件单元的外表很容易识别的一种特性。所以为了实现类的内聚而很容易识别的一种特性。所以为了实现类的内聚而不得不去查看类的内核的做法看起来是错误的。不得不去查看类的内核的做法看起来是错误的。o（2）这样的一种衡量方法是很不

27、稳定的，并且过）这样的一种衡量方法是很不稳定的，并且过分地依赖于类实现方法的特别的内部设计，而这种分地依赖于类实现方法的特别的内部设计，而这种类的实现方法在这个类的整个生命周期中可能发生类的实现方法在这个类的整个生命周期中可能发生改变。改变。2023/1/328广东工业大学计算机学院o1.混合事例型内聚混合事例型内聚o混合事例型内聚的定义：一个混合事例型内聚的类混合事例型内聚的定义：一个混合事例型内聚的类具有这样的特性：对于类的对象来说这些特性是未具有这样的特性：对于类的对象来说这些特性是未被定义的。被定义的。o例如，假设一个销售部门既有发放佣金的销售人员，例如，假设一个销售部门既有发放佣金的

28、销售人员，又有不发放佣金的销售人员。又有不发放佣金的销售人员。Fred是具有佣金的是具有佣金的销售人员，而销售人员，而Mary是没有佣金的销售人员。在采是没有佣金的销售人员。在采用面向对象方法来设计有关这个部门的应用系统时，用面向对象方法来设计有关这个部门的应用系统时，有一个有一个Salesperson类，通过类，通过fred和和mary两个两个变量指向这个类的对象实例。变量指向这个类的对象实例。2023/1/329广东工业大学计算机学院o2.混合领域型内聚混合领域型内聚o在给出混合领域型内聚的定义前，先需要对在给出混合领域型内聚的定义前，先需要对“非本非本征的（征的（extrinsic）”进

29、行定义。进行定义。o如果类如果类A在不涉及到任何类在不涉及到任何类B概念的前提下完全能概念的前提下完全能够得到充分的定义，那么对于类够得到充分的定义，那么对于类A来说类来说类B是非本是非本征的。如果类征的。如果类B捕获类捕获类A中固有的一些特性，那么中固有的一些特性，那么对于类对于类A来说类来说类B就是本征的。就是本征的。o混合领域型内聚的定义：一个混合领域型内聚的类混合领域型内聚的定义：一个混合领域型内聚的类包含这样的一个元素，这个元素是一个不同领域的包含这样的一个元素，这个元素是一个不同领域的非本征类的直接依附集。非本征类的直接依附集。2023/1/330广东工业大学计算机学院o3.混合角

30、色型内聚混合角色型内聚o混合角色型内聚的定义为：一个具有混合角色型的混合角色型内聚的定义为：一个具有混合角色型的类类A包含了这样一个元素，这个元素直接依附集于包含了这样一个元素，这个元素直接依附集于与与A同一领域的类的一个非本征类。同一领域的类的一个非本征类。o与一个混合领域内聚的类不同的是，一个混合角色与一个混合领域内聚的类不同的是，一个混合角色型内聚的类并不是跨领域的。型内聚的类并不是跨领域的。2023/1/331广东工业大学计算机学院11.4 继承与多态性的危险性继承与多态性的危险性 o11.4.1 继承的滥用继承的滥用 设计方案刚开始毫无节制地滥用继承，后来发展成设计方案刚开始毫无节制

31、地滥用继承，后来发展成为晦涩难懂、莫名其妙的使用为晦涩难懂、莫名其妙的使用假设某应用（特别是在界面设计中）毫无节制地滥用假设某应用（特别是在界面设计中）毫无节制地滥用继承后，形成的结构如下图。继承后，形成的结构如下图。2023/1/332广东工业大学计算机学院2023/1/333广东工业大学计算机学院如果在运行中出现错误（或者要修改）的问题。问题如果在运行中出现错误（或者要修改）的问题。问题的反映点出现在类的反映点出现在类D的位置，我们就会对的位置，我们就会对D类进行类进行修改。可是在对该类进行分析时，发现问题并不是修改。可是在对该类进行分析时，发现问题并不是出现在该类。而是出现在他继承的基类

32、。于是，我出现在该类。而是出现在他继承的基类。于是，我们不得不沿着继承的路径查找出问题的类。这个要们不得不沿着继承的路径查找出问题的类。这个要找的类也许是找的类也许是 ，也许是，也许是 。所以，我们不得不对。所以，我们不得不对于这科继承树进行人工遍历。于这科继承树进行人工遍历。2023/1/334广东工业大学计算机学院11.4.2 错误的聚集错误的聚集 图图11-3的继承结构图给出了类的继承结构图给出了类Airplane及其四个假及其四个假定的子类：定的子类：Wing、Tail、Engine及及Fuselage。2023/1/335广东工业大学计算机学院11.4.3 倒置的层次结构倒置的层次结

33、构 如图如图11-4所示的关于继承的例子对应于一个普通所示的关于继承的例子对应于一个普通的组织结构图，该结构图表达的实际意义是：的组织结构图，该结构图表达的实际意义是：“雇雇员是某种经理，而经理是某种董事会成员。员是某种经理，而经理是某种董事会成员。”2023/1/336广东工业大学计算机学院11.4.4 混淆类及其实例混淆类及其实例图图11-5所示给出的多重继承例子更是令人难以捉摸。所示给出的多重继承例子更是令人难以捉摸。2023/1/337广东工业大学计算机学院o图图11-6所示给出了应该怎样设计以表述某些物种所示给出了应该怎样设计以表述某些物种是濒临灭绝的这一事实的答案。是濒临灭绝的这一

34、事实的答案。2023/1/338广东工业大学计算机学院o11.4.5 误用误用o应用设计应用设计 2023/1/339广东工业大学计算机学院11.4.6 多态性的危险性多态性的危险性 o1.操作的多态性操作的多态性 o图图11-8所示描述了一个类继承树。所示描述了一个类继承树。2023/1/340广东工业大学计算机学院o2.变量的多态性变量的多态性 o多态性同样适用于变量，即变量在不同的时间可以多态性同样适用于变量，即变量在不同的时间可以指向不同类的对象。指向不同类的对象。o3.消息中的多态性消息中的多态性o消息由指向目标对象的变量及表示要调用操作的名消息由指向目标对象的变量及表示要调用操作的

35、名称组成。要在操作中安全使用多态性，则指向目标称组成。要在操作中安全使用多态性，则指向目标对象的变量对象的变量SOP必须落在消息中定义的操作必须落在消息中定义的操作SOP中，如果设计者违反了该原则，则可能会发生运行中，如果设计者违反了该原则，则可能会发生运行时错误。时错误。2023/1/341广东工业大学计算机学院o图图11-9 变量变量COP的某些部分落在操作的的某些部分落在操作的COP之之外外2023/1/342广东工业大学计算机学院11.5 状态空间和行为状态空间和行为 o11.5.1 一个类的状态空间和行为一个类的状态空间和行为 o一个类应该表示一种共同的抽象性，这种抽象性是一个类应该

36、表示一种共同的抽象性，这种抽象性是属于这个类的所有个体对象的共有属性。抽象性属于这个类的所有个体对象的共有属性。抽象性（abstraction）含义是指在软件对象中不必考）含义是指在软件对象中不必考虑到真实世界中事物所表现出来的每一种可能特性。虑到真实世界中事物所表现出来的每一种可能特性。一致（一致（uniform）含义是指选取一个类的抽象性）含义是指选取一个类的抽象性之后，将这种抽象性以相同的方式应用于属于这个之后，将这种抽象性以相同的方式应用于属于这个类范围之内的每一个对象。性质（类范围之内的每一个对象。性质（properties）的含义是指类有两个性质即它的状态空间和它所允的含义是指类有

37、两个性质即它的状态空间和它所允许的行为。许的行为。2023/1/343广东工业大学计算机学院11.5.2 子类的状态空间子类的状态空间 o如果如果A是是B的一个子类，那么的一个子类，那么A的状态空间必须完的状态空间必须完全包含于全包含于B的状态空间之中。从技术的角度来讲，的状态空间之中。从技术的角度来讲，将将A的状态空间发射给的状态空间发射给B的状态空间就是指的状态空间就是指A的状的状态空间必须位于态空间必须位于B的状态空间之中，也就是的状态空间之中，也就是A的状的状态空间受限于态空间受限于B的状态空间。的状态空间。2023/1/344广东工业大学计算机学院11.5.3 子类的行为子类的行为

38、o大部分对象（除非它们是永不改变的）在它们的类大部分对象（除非它们是永不改变的）在它们的类的状态空间范围内进行转换是以一种或者多种属性的状态空间范围内进行转换是以一种或者多种属性值的改变的方式进行的。这些转换构成了一个类的值的改变的方式进行的。这些转换构成了一个类的允许行为，该行为以这种方式定义：一个类允许行为，该行为以这种方式定义：一个类C的允的允许行为是指这样的一组转换，即允许类许行为是指这样的一组转换，即允许类C的一个对的一个对象在象在C的状态空间范围内改变状态。的状态空间范围内改变状态。2023/1/345广东工业大学计算机学院11.5.4 状态空间的一个约束条件：类的不变式状态空间的

39、一个约束条件：类的不变式 o一个类的合理状态空间是通过它的类不变式来定义一个类的合理状态空间是通过它的类不变式来定义的。的。o一个类的不变式是指一种状态，即在任何时候该类一个类的不变式是指一种状态，即在任何时候该类的每一个对象都满足条件。的每一个对象都满足条件。o例如类例如类Triangle。为了简单，忽视三角形的位置。为了简单，忽视三角形的位置和方向性，只强调它们的长度。这个不变式（使用和方向性，只强调它们的长度。这个不变式（使用它的它的运算关系）允许出现退化的三角形运算关系）允许出现退化的三角形即直即直线。如果一个三角形的边分别是线。如果一个三角形的边分别是Triangle.a、Trian

40、gle.b和和Triangle.c，那么部分，那么部分Triangle的类不变式就是：的类不变式就是：oa+b c and b+c a and c+a b 2023/1/346广东工业大学计算机学院2023/1/347广东工业大学计算机学院11.5.5 前置条件和后置条件前置条件和后置条件 o每一个操作运算都有一个前置条件和一个后置条件。每一个操作运算都有一个前置条件和一个后置条件。如果某操作运算开始执行之前该条件必须是正确的，如果某操作运算开始执行之前该条件必须是正确的，若不正确，那么该操作运算就有可能拒绝执行，并若不正确，那么该操作运算就有可能拒绝执行，并且可能产生一些异常情况，则它是前置

41、条件。且可能产生一些异常情况，则它是前置条件。o如果操作运算执行结束时该条件必须是正确的，若如果操作运算执行结束时该条件必须是正确的，若不正确，那么操作运算的执行是不完全的，并且一不正确，那么操作运算的执行是不完全的，并且一定是经过调整的，则此条件为后置条件。定是经过调整的，则此条件为后置条件。2023/1/348广东工业大学计算机学院11.5.6 类接口中支持的状态类接口中支持的状态 o1.非法状态非法状态 o2.不完整状态不完整状态 o3.不适当的状态不适当的状态 o4.理想状态理想状态 2023/1/349广东工业大学计算机学院11.5.7 类接口中支持的行为类接口中支持的行为 o1.非

42、法行为非法行为o支持非法行为的类接口包含能使对象在状态间进行支持非法行为的类接口包含能使对象在状态间进行非法转换的操作。非法转换的操作。o2.危险行为危险行为o类接口中存在危险行为时，就需要多条消息完成一类接口中存在危险行为时，就需要多条消息完成一种对象行为，且至少会有一条消息使对象进入非法种对象行为，且至少会有一条消息使对象进入非法状态。状态。o3.无关行为无关行为o类接口中的无关行为就是不属于类及其对象的行为。类接口中的无关行为就是不属于类及其对象的行为。2023/1/350广东工业大学计算机学院o4.不完整行为不完整行为o不完整行为的类接口不能使类对象执行其所需要的不完整行为的类接口不能

43、使类对象执行其所需要的所有行为。所有行为。o5.难处理行为难处理行为o6.重复行为重复行为o如果通过对象接口完成对象中同样的行为存在多种如果通过对象接口完成对象中同样的行为存在多种途径，那么说明类接口有重复行为。途径，那么说明类接口有重复行为。2023/1/351广东工业大学计算机学院o7.理想行为理想行为o如果类接口具有下列三种属性，那么该类接口支持如果类接口具有下列三种属性，那么该类接口支持理想行为：理想行为：o（1）合法状态的对象只能转换到另一个合法状态。）合法状态的对象只能转换到另一个合法状态。o（2）对象只通过一种合法方法转换到另一个合法）对象只通过一种合法方法转换到另一个合法状态。

44、状态。o（3）要实现一种行为只有一种使用接口的方法。）要实现一种行为只有一种使用接口的方法。2023/1/352广东工业大学计算机学院11.5.8 类接口中操作的聚合类接口中操作的聚合 o1.选择聚合选择聚合o设计者把多种行为聚合到一个操作中，即接收一条消息时只设计者把多种行为聚合到一个操作中，即接收一条消息时只为对象提供一种行为，这时就会出现选择聚合。为对象提供一种行为，这时就会出现选择聚合。o2.多种聚合多种聚合o多种聚合类似于设计者把多种行为归到一个操作中的选择聚多种聚合类似于设计者把多种行为归到一个操作中的选择聚合，但当有多种聚合的操作执行时，它为对象提供了所有合，但当有多种聚合的操作

45、执行时，它为对象提供了所有行为。行为。o3.功能聚合功能聚合o功能聚合直接来自于功能聚合直接来自于SD，在，在SD中它表示模块的理想聚合，中它表示模块的理想聚合，功能聚合操作是一种专门实现根据问题需要定义的行为，功能聚合操作是一种专门实现根据问题需要定义的行为，功能聚合也称理想聚合。功能聚合也称理想聚合。2023/1/353广东工业大学计算机学院o小结小结o本章着重介绍了面向对象的设计原则，包括类型一本章着重介绍了面向对象的设计原则，包括类型一致性原则、闭合行为原则，接下来介绍了封装与共致性原则、闭合行为原则，接下来介绍了封装与共生性、领域、依附集和内聚，然后介绍了继承与多生性、领域、依附集和内聚，然后介绍了继承与多态性所存在的危险，最后对状态空间和行为也作了态性所存在的危险，最后对状态空间和行为也作了介绍。介绍。2023/1/354广东工业大学计算机学院 谢谢谢谢2023/1/355广东工业大学计算机学院