結(jié)構(gòu)化與面向?qū)ο蠡畱?yīng)用比較

引言

軟件工程中構(gòu)建工程經(jīng)常使用兩種方法：結(jié)構(gòu)化方法和面對(duì)對(duì)象方法。結(jié)構(gòu)化方法由艾茲格.迪杰斯特拉在1967年發(fā)表《goto陳述有害論》時(shí)提出。面向?qū)ο蠓椒ㄔ?0年代起逐步形成。兩種方法各有優(yōu)點(diǎn)，相伴存在至今。下面我們就來(lái)分析、探討結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法與面向?qū)ο蟮姆椒ǖ膮^(qū)別，以及在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中如何在兩種方法中做出選擇。

一、結(jié)構(gòu)化方法

1. 基本思想

結(jié)構(gòu)化方法程序設(shè)計(jì)的基本思想是:

a.自頂向下

b.采用模塊化技術(shù)

c.分而治之

d.逐步求精地將信息系統(tǒng)按功能分解為若干模塊進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)

應(yīng)用子程序?qū)崿F(xiàn)模塊化, 模塊內(nèi)部由順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)等三大基本控制結(jié)構(gòu)組成。即從代表目標(biāo)系統(tǒng)整體功能的單個(gè)處理著手, 自頂向下不斷地把復(fù)雜的處理分解為子處理, 這樣一層一層地分解下去, 直到僅剩下若干個(gè)容易實(shí)現(xiàn)的子處理為止, 并寫出對(duì)每個(gè)最低層處理的描述。

2. 分析步驟

結(jié)構(gòu)化分析是一種面向數(shù)據(jù)流而基于功能分解的分析方法,在該階段主要通過(guò)采用數(shù)據(jù)流程圖、編制數(shù)據(jù)字典等工具,描述邊界和數(shù)據(jù)處理過(guò)程的關(guān)系,力求尋找功能及功能之間的說(shuō)明。

通常所說(shuō)的“結(jié)構(gòu)化分析”就是“數(shù)據(jù)流分析”。

數(shù)據(jù)流分析的核心特征是“分解”與“抽象”。“分解”和“抽象”是兩個(gè)相互有機(jī)聯(lián)系的概念,下層是上層的分解,上層是下層的抽象。例如,假設(shè)系統(tǒng)很復(fù)雜,為了理解它,將它分成了5個(gè)子系統(tǒng), 如果子系統(tǒng)仍然比較復(fù)雜還可以再繼續(xù)分解它, 如此下去, 直到每個(gè)子系統(tǒng)足夠簡(jiǎn)單, 能清楚地被理解和表達(dá)為止。

典型的結(jié)構(gòu)化分析方法可以描述為: 功能分解=功能+子功能+功能接口。問(wèn)題域映射為功能和子功能, 規(guī)格說(shuō)明間接反映問(wèn)題域。分析的結(jié)果是系統(tǒng)、子系統(tǒng)、功能、子功能層次結(jié)構(gòu)的建立。

3. 優(yōu)點(diǎn)

1）執(zhí)行效率高

2）易學(xué)易用

3）便于與用戶溝通

4. 缺點(diǎn)

1)不能直接反映問(wèn)題域: 結(jié)構(gòu)化分析方法以數(shù)據(jù)流為中心, 強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的流動(dòng)及每一個(gè)處理過(guò)程, 不是以問(wèn)題域中的各事物為基礎(chǔ), 打破了各事物的界限, 分析結(jié)果不能直接反映問(wèn)題域, 容易隱蔽一些對(duì)問(wèn)題域的理解偏差。

2)數(shù)據(jù)和代碼缺乏保護(hù)機(jī)制: 一個(gè)特定全程數(shù)據(jù)既可以被操作這些數(shù)據(jù)的過(guò)程訪問(wèn), 也可以被其他過(guò)程訪問(wèn), 這給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)了不安定因素, 一個(gè)不正常的數(shù)據(jù)修改或者過(guò)程調(diào)用可能會(huì)破壞正常的程序執(zhí)行流程或結(jié)果。

3)開(kāi)發(fā)過(guò)程復(fù)雜: 由于結(jié)構(gòu)化方法將過(guò)程和數(shù)據(jù)分離為相互獨(dú)立的實(shí)體, 程序員在編程時(shí)必須時(shí)刻考慮到所要處理的數(shù)據(jù)的格式。對(duì)于不同的數(shù)據(jù)格式做相同的處理或?qū)τ谙嗤臄?shù)據(jù)格式做不同的處理都需要編寫不同的程序。結(jié)構(gòu)化程序的可重用性不好，修改擴(kuò)充難度大。

4. 適應(yīng)項(xiàng)目場(chǎng)合

綜上，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用域?yàn)椋?/p>

1）適合開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)處理較多，對(duì)反應(yīng)速度由要求的項(xiàng)目。

2）功能需求明確、規(guī)模較小、擴(kuò)展性要求不高的系統(tǒng)。

3）高性能、大規(guī)模并發(fā)和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

二、面對(duì)對(duì)象方法

1. 基本思想

面向?qū)ο蠓椒ǖ某霭l(fā)點(diǎn)是盡可能模擬人類習(xí)慣的思維方式, 使開(kāi)發(fā)軟件的方法與過(guò)程盡可能接近人類認(rèn)識(shí)世界、解決問(wèn)題的方法與過(guò)程, 也就是使描述問(wèn)題的問(wèn)題空間與實(shí)現(xiàn)解法的求解空間在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。面向?qū)ο笫且环N運(yùn)用對(duì)象、類、繼承、封裝、聚合、消息傳遞、多態(tài)性等概念來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)方法。它打破了傳統(tǒng)的代碼、數(shù)據(jù)分離做法, 將一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法捆在一起, 封裝在一個(gè)程序內(nèi), 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)封裝和信息隱藏, 通過(guò)“操作”作為接口實(shí)現(xiàn)信息傳遞。對(duì)外部來(lái)說(shuō), 只知道“它是做什么的”, 而不知道“它是如何做的”, 使得數(shù)據(jù)封裝、信息隱藏、抽象代碼共享等軟件工程思想得到充分體現(xiàn)。

2. 重要特征

1)抽象: 從許多事物中舍棄個(gè)別的、非本質(zhì)的特征, 抽取共同的、本質(zhì)性的特征, 就叫作抽象。抽象是形成概念的必須手段。

2)類和對(duì)象: “類”是面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中的一種抽象數(shù)據(jù)類型。面向?qū)ο蠓椒ㄕJ(rèn)為客觀世界是由各種對(duì)象組成的, 復(fù)雜的對(duì)象可以由比較簡(jiǎn)單的對(duì)象以某種方式組合而成。每個(gè)對(duì)象都有自己的屬性( 狀態(tài)和特征) 和方法( 行為) 。

3)繼承: 即特殊類的對(duì)象擁有其一般類的全部屬性與服務(wù)。由于具有“繼承”性這個(gè)特點(diǎn), 使得程序員對(duì)共同的屬性以及方法只說(shuō)明一次, 并且在具體的情況下可以擴(kuò)展細(xì)化或修改這些屬性及方法。

4)封裝: 表示對(duì)象狀態(tài)的數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)各個(gè)操作的代碼, 都被封裝在對(duì)象里面, 它與外界的聯(lián)系是通過(guò)對(duì)象的對(duì)外接口(方法)實(shí)現(xiàn)。外界不需要關(guān)心對(duì)象是如何進(jìn)行各種細(xì)節(jié)處理。

5)多態(tài): 指相同的操作或函數(shù)、過(guò)程可作用于多種類型的對(duì)象上并獲得不同的結(jié)果。就如不同的對(duì)象, 收到同一消息可以產(chǎn)生不同的結(jié)果。

3. 分析步驟

（1） 分析確定在問(wèn)題空間和解空間出現(xiàn)的全部對(duì)象及其屬性；

（2） 確定應(yīng)施加于每個(gè)對(duì)象的操作，即對(duì)象固有的處理能力；

（3） 分析對(duì)象間的聯(lián)系，確定對(duì)象彼此間傳遞的消息；

（4） 設(shè)計(jì)對(duì)象的消息模式，消息模式和處理能力共同構(gòu)成對(duì)象的外部特性；

（5） 分析各個(gè)對(duì)象的外部特性，將具有相同外部特性的對(duì)象歸為一類，從而確定所需要的類；

（6） 確定類間的繼承關(guān)系，將各對(duì)象的公共性質(zhì)放在較上層的類中描述，通過(guò)繼承來(lái)共享對(duì)公共性質(zhì)的描述；

（7） 設(shè)計(jì)每個(gè)類關(guān)于對(duì)象外部特性的描述；

（8） 設(shè)計(jì)每個(gè)類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法）；

（9） 創(chuàng)建所需的對(duì)象（類的實(shí)例），實(shí)現(xiàn)對(duì)象間應(yīng)有的聯(lián)系（發(fā)消息）。

3. 優(yōu)點(diǎn)

面向?qū)ο蠹夹g(shù)與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化方法相比有以下優(yōu)點(diǎn):

1）可重用性。可重用性是面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)的一個(gè)核心思路。通過(guò)類的繼承關(guān)系, 使公共的特性能夠共享, 簡(jiǎn)化了對(duì)象、類的創(chuàng)建工作量, 增加了代碼的可重性。另外, 重用經(jīng)過(guò)測(cè)試的代碼還可以使產(chǎn)生額外錯(cuò)誤的可能性達(dá)到最小。

2）可擴(kuò)展性?？蓴U(kuò)展性是對(duì)現(xiàn)代應(yīng)用軟件提出的又一個(gè)重要要求。類的繼承性使類能反映現(xiàn)實(shí)世界的層次結(jié)構(gòu), 多態(tài)性反映了現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜多樣。類的繼承性和多態(tài)性使軟件編碼具有良好的可重用性和可擴(kuò)展性。無(wú)需修改源代碼就可以使軟件功能容易擴(kuò)充和修改。

3）數(shù)據(jù)保護(hù)。數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的算法不再分離, 它們被封裝在一起, 對(duì)象內(nèi)部的行為實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)被隱藏。封裝防止了程序相互依賴性而帶來(lái)的變動(dòng)影響。

4）可管理性。面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法采用類作為構(gòu)建系統(tǒng)的部件, 以對(duì)象作為系統(tǒng)的基本組成單元, 使整個(gè)項(xiàng)目的組織更加合理、方便, 因?yàn)闅w納事物、劃分成類符合人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和管理客觀世界的習(xí)慣思維方式。

4. 缺點(diǎn)

(1)面向?qū)ο蠓椒ㄖ袑?duì)象的確定有時(shí)會(huì)因客觀邊界模糊而難以確定,這樣就很難保證軟件描述的正確性;

(2)面向?qū)ο笤诿枋鰡?wèn)題域方面的不足。在問(wèn)題域模型中,面向?qū)ο蠓椒ò丫唧w或抽象的問(wèn)題域現(xiàn)象直接表述為對(duì)象,同時(shí)把現(xiàn)象類型直接表述為類.大多數(shù)OOA方法支持多視角模型,即對(duì)同一問(wèn)題域現(xiàn)象,不同的主體可以將它表述為同一對(duì)象或類型。但系統(tǒng)的描述者在應(yīng)用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行建模時(shí)常遇到這樣的困惑,描述者力圖通過(guò)面向?qū)ο蟮谋硎鰧?duì)存在的問(wèn)題域現(xiàn)象達(dá)成一致,然而,結(jié)果得到的對(duì)象或類并不很適合于某個(gè)描述者對(duì)對(duì)象的獨(dú)自觀察而得到的表述。

5. 適應(yīng)項(xiàng)目場(chǎng)合

綜上，面向?qū)ο蠓椒ㄟm合對(duì)安全性要求較高、需要時(shí)常擴(kuò)展更新、重在用戶體驗(yàn)的項(xiàng)目。

三、如何選擇開(kāi)發(fā)方法

表1. 結(jié)構(gòu)化與對(duì)象化方法的比較

結(jié)構(gòu)化和面向?qū)ο笫擒浖こ痰某绦蛟O(shè)計(jì)方法中最本質(zhì)的思想方法。結(jié)構(gòu)化編程的基本思想就是把大的程序劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立、功能簡(jiǎn)單的程序模塊。它以過(guò)程為中心, 強(qiáng)調(diào)的是過(guò)程, 強(qiáng)調(diào)功能和模塊化, 通過(guò)一系列過(guò)程的調(diào)用和處理完成相應(yīng)的任務(wù)。面向?qū)ο缶幊桃詫?duì)象為中心, 是對(duì)一系列相關(guān)對(duì)象的操縱, 發(fā)送消息給對(duì)象, 由對(duì)象執(zhí)行相應(yīng)的操作并返回結(jié)果, 強(qiáng)調(diào)的是對(duì)象。理論上, 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法將產(chǎn)生更好的模塊內(nèi)聚和耦合特性, 使得軟件更易于重用與維護(hù)。但在實(shí)踐中程序設(shè)計(jì)方法關(guān)注軟件生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié), 從需求分析、總體設(shè)計(jì)到編碼、測(cè)試和維護(hù)。

從應(yīng)用的范圍看結(jié)構(gòu)化方法適用于數(shù)據(jù)少而操作多的問(wèn)題。實(shí)踐證明對(duì)于像操作系統(tǒng)這樣的以功能為主的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化方法比較適應(yīng)它。面向?qū)ο蠓椒ㄕ孟喾?，?duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理等以數(shù)據(jù)為主的而操作較少的系統(tǒng)，用面向?qū)ο蠓椒枋鲆糜诮Y(jié)構(gòu)化方法。

筆者認(rèn)為，在選擇開(kāi)發(fā)方法時(shí)，不光要考慮項(xiàng)目本身適合什么方法，還要綜合考慮一些現(xiàn)實(shí)因素。

軟件開(kāi)發(fā)的目標(biāo)是以最小的代價(jià)開(kāi)發(fā)出滿足用戶需求的軟件，為此根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需求可以針對(duì)具體情況選擇采用不同的設(shè)計(jì)方法，充分發(fā)揮面向?qū)ο笈c結(jié)構(gòu)化方法各自的優(yōu)勢(shì)。目前在大多數(shù)軟件系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)過(guò)程中，這兩種方法都兼而有之。筆者以為，開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)實(shí)踐中從實(shí)際出發(fā)考慮執(zhí)行效率、開(kāi)發(fā)者的技術(shù)水平、系統(tǒng)規(guī)模、是否為需求易變化的系統(tǒng)等因素，盡量利用它們各自的優(yōu)點(diǎn)，盡可能地避免他們的缺點(diǎn)。

如對(duì)于開(kāi)發(fā)一些小型嵌入式實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)或同等穩(wěn)定小系統(tǒng)可用結(jié)構(gòu)化方法；對(duì)于開(kāi)發(fā)入門者使用結(jié)構(gòu)化方法和面向?qū)ο蠓椒ㄏ嘟Y(jié)合；對(duì)于大型系統(tǒng)或者需求易變系統(tǒng)使用面向?qū)ο蠓椒ǎ婚_(kāi)發(fā)的大型軟件系統(tǒng)通常是混合型系統(tǒng),即需要處理實(shí)時(shí)信息，又需要數(shù)據(jù)庫(kù)的支持,同時(shí)還涉及大量的事務(wù)性操作請(qǐng)求,在這種情況下,在選用面向?qū)ο蠓椒ǖ耐瑫r(shí)在局部處理上可以結(jié)合使用結(jié)構(gòu)化方法。總之，根據(jù)實(shí)際出發(fā)，選取合適的軟件開(kāi)發(fā)方法，達(dá)到最佳的開(kāi)發(fā)效益。

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總結(jié)

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