摘 ?要： 面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)課程理論性比較強(qiáng)，內(nèi)容設(shè)計(jì)上也比較繁雜，容易在教學(xué)中失去重點(diǎn)，針對(duì)教學(xué)中培養(yǎng)面向?qū)ο笏季S難點(diǎn)進(jìn)行分析，闡明引導(dǎo)學(xué)生理解面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的目的和用途的重要性，并使用層層遞進(jìn)方法解決為何學(xué)的問(wèn)題;圍繞面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的目的，闡述面向?qū)ο蟮幕咎卣髋c設(shè)計(jì)原則和模式的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步明確面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的本質(zhì)。

關(guān)鍵詞： 面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)課程;面向?qū)ο笏季S;面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TP311 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.05.017

本文著錄格式：郭惠芳. 以面向?qū)ο笏季S為主線的教學(xué)設(shè)計(jì)研究[J]. 軟件，2019，40（5）：9092

【Abstract】： The course of object-oriented analysis and design is relatively theoretical and complex in content design， which is easy to lose its focus in teaching. This paper analyses the difficulties in training object-oriented thinking in teaching， clarifies the importance of guiding students to understand the purpose and purpose of object-oriented design， and uses the progressive method to solve the problem of why to learn; expounds the purpose of object-oriented design around the purpose of object-oriented design. This paper describes the basic characteristics of object-oriented design and the inherent relationship between design principles and patterns， and further clarifies the essence of object-oriented design.

【Key words】： Object-oriented analysis and design curriculum; Object-oriented thinking; Object-oriented analysis and design

0 ?引言

有些概念是屬于人人都知道，甚至人人都在用，卻并不深知，面向?qū)ο缶褪瞧渲兄?。有不少學(xué)生畢業(yè)幾年后，與我反映，用了多年的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，卻并未真正進(jìn)行過(guò)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)。自己也是在工作多年后，在不斷的摸索中慢慢對(duì)面向?qū)ο笏枷胗兴J(rèn)識(shí)。

1 ?面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的普及

“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”課程是計(jì)科和軟件專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，這類課程著重于講解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法，學(xué)生之前也掌握了Java語(yǔ)言/C++語(yǔ)言，但在實(shí)踐項(xiàng)目中卻很難有效使用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法[1]。

學(xué)習(xí)了“面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)”課程后，這種情況有所改善，大部分學(xué)生明白了使用一門(mén)面向?qū)ο笳Z(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)與面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)是兩碼事，面向?qū)ο笏且环N思維方式，也是一項(xiàng)程序設(shè)計(jì)技術(shù)。它的基本思路是利用對(duì)象各司其職、相互協(xié)作完成每項(xiàng)工作，設(shè)計(jì)中有一系列原則和方法來(lái)保證系統(tǒng)各部分的低耦合、高內(nèi)聚性，以得到一個(gè)維護(hù)成本低、靈活性和可擴(kuò)展性好的系統(tǒng)。但就多數(shù)年輕的軟件從業(yè)者的反映看，真正的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)還遠(yuǎn)未達(dá)到[2]。

2 ?解決為什么要學(xué)的問(wèn)題

2.1 ?直觀的引入

在面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)課程中常說(shuō)的一句話就是，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想是最接近人的思維，符合人類對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)知，這個(gè)世界是由人組成的，每個(gè)人又各司其職，需要?jiǎng)e人協(xié)助時(shí)，可以借用另一個(gè)人或團(tuán)體來(lái)完成。那么每個(gè)人就是一個(gè)對(duì)象，每一種角色就是一個(gè)類。各自獨(dú)立又相互協(xié)作完成一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。這個(gè)道理是挺好理解的，但這個(gè)道理好像還不足以說(shuō)服學(xué)生從編寫(xiě)面向過(guò)程的思路改變?yōu)槊嫦驅(qū)ο?。[3-4]

那么在軟件設(shè)計(jì)時(shí)如何才能盡力減少這種軟件維護(hù)的成本呢？抽象是一種行之有效的方法，是人類掌握復(fù)雜事物，設(shè)計(jì)復(fù)雜事物的基本方法。如何講讓“抽象”的概念不那么抽象呢？

2.2 ?抽象的層次

1）面向過(guò)程中的算法抽象

抽象這個(gè)概念離我們并不遙遠(yuǎn)，大家熟知的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)其實(shí)也是一種抽象，它是一種比算法抽象更底層的抽象。比如一個(gè)數(shù)組，一個(gè)二叉樹(shù)，它們都是代表一種數(shù)據(jù)集合的抽象，解決特定問(wèn)題時(shí)它們使用起來(lái)更為方便而已。[5-7]

2）面向?qū)ο蟮某橄?/p>

由于學(xué)生此時(shí)一般已學(xué)習(xí)過(guò)Java或C++語(yǔ)言，可以直接用代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的對(duì)象，并在主程序中使用這些對(duì)象，使學(xué)生直觀理解，在更大范圍內(nèi)進(jìn)行抽象的好處。將事物的數(shù)據(jù)及行為進(jìn)行封裝，并對(duì)相似的事物的行為進(jìn)行抽象，這樣使用一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)會(huì)更加簡(jiǎn)便。

2.3 ?軟件的靈活性

從許多事例中我們得到一個(gè)結(jié)論，一個(gè)軟件系統(tǒng)只要它在使用，就會(huì)有需求變化，因?yàn)檫@個(gè)世界在不斷變化之中，需求變更是不可避免的，識(shí)別并定義那些系統(tǒng)中相對(duì)穩(wěn)對(duì)的部分，并在構(gòu)建軟件系統(tǒng)時(shí)將這部分抽象出來(lái)。在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)中給出了多種分離抽象與具體實(shí)現(xiàn)的手段，讓系統(tǒng)的其它部分建立在相對(duì)穩(wěn)定的抽象（接口）之上，而具體實(shí)現(xiàn)可以在以后被新的需求所替代[8-9]。

3 ?面向?qū)ο笏季S的具體體現(xiàn)

3.1 ?理解面向?qū)ο蟮幕咎卣?/p>

面向?qū)ο蟮幕咎卣饕话阏f(shuō)法是三個(gè)：封裝、繼承和多態(tài)，還有說(shuō)法是四個(gè)：封裝、繼承、抽象和多態(tài)。

1）封裝，這個(gè)特征是所有面向?qū)ο笙到y(tǒng)中都會(huì)使用到的，但封裝得合適與否，就大不相同了。封裝的作用我們前面提到一個(gè)就是方便共享，將數(shù)據(jù)與其行為進(jìn)行封裝，使用時(shí)比使用一堆函數(shù)要方便;但封裝得合適與否的標(biāo)準(zhǔn)卻并不是一句話能講清楚的，我們只能說(shuō)合適的封裝是需要一個(gè)過(guò)程的，伴隨著系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)過(guò)程，需要經(jīng)過(guò)反復(fù)的重構(gòu)，最終才能得到一個(gè)合適封裝的系統(tǒng)。

2）繼承，這個(gè)特征是面向?qū)ο笾写a重用的重要手段之一，通過(guò)繼承父類的非私有成員，子類獲得了在父類中已定義好的大部分功能，初學(xué)者比較喜歡用這個(gè)特征，但這個(gè)特征最容易被過(guò)度使用，隨著我們后面學(xué)習(xí)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則中舉的一些例子，會(huì)讓學(xué)生理解有些繼承不如組合這種特征靈活。

3）多態(tài)，這個(gè)特征一直是一些學(xué)生的難點(diǎn)，多態(tài)是指父對(duì)象中的同一個(gè)行為能在其多個(gè)子對(duì)象中有不同的表現(xiàn)。這是為什么呢？為啥需要有這個(gè)多種表現(xiàn)呢？這些問(wèn)題都是影響學(xué)生理解這一概念的難點(diǎn)所在。

3.2 ?面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則與模式

面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則講五個(gè)足夠了，它的核心就是開(kāi)閉原則，而里氏替換、依賴倒置等原則都是為開(kāi)閉原則提供具體的手段。使用案例講清楚每個(gè)原則的含義，讓學(xué)生理解它的用途，真正運(yùn)用這些原則需要一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，在后面的設(shè)計(jì)模式中可以再舉些例子加強(qiáng)對(duì)原則的理解，因?yàn)槊嫦驅(qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模式無(wú)一不是對(duì)原則的不同詮釋。

4 ?實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中貫徹面向?qū)ο笏季S

在面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)課程中，我們是這么安排：

單元一 面向?qū)ο蟮幕靖拍睢Ｔ诖藛卧薪鉀Q為什么要學(xué)面向?qū)ο?，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的目的是什么。有了目標(biāo)，有了基本的面向?qū)ο蟮乃季S，在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何使用就不會(huì)沒(méi)有方向。

單元二 統(tǒng)一建模語(yǔ)言概述。此單元概要地介紹UML這種建模語(yǔ)言的概貌，以及發(fā)展歷程。為下面系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。

單元三 面向?qū)ο蟮姆治觥４藛卧亟榻B在需求分析階段，如何適當(dāng)使用UML中的用例模型、分析類圖及輔助模型進(jìn)行需求分析及表示。

單元四 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)。此單元著重介紹在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中如何由分析類圖細(xì)化至設(shè)計(jì)類圖，以及各類職責(zé)及類間的協(xié)作進(jìn)一步劃分和確定。

單元五 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式簡(jiǎn)介。此單元著重介紹幾個(gè)常用的設(shè)計(jì)模式，用實(shí)例說(shuō)明其適用場(chǎng)合及作用方式。

在這個(gè)部分我們引導(dǎo)學(xué)生理解模型是為系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)服務(wù)的，它是面向?qū)ο笏枷氲囊环N體現(xiàn)，一種表達(dá)而已。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)圍繞需求，運(yùn)用面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行設(shè)計(jì)、用適當(dāng)?shù)哪Ｐ捅磉_(dá)出來(lái)就可以，并不是模型設(shè)計(jì)的越復(fù)雜越好或UML模型越漂亮越好[10]。

5 ?結(jié)語(yǔ)

面向?qū)ο蟾嗟氖且环N思維模式，它是軟件工程專業(yè)人員必備的素養(yǎng)，也是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)應(yīng)該有的訓(xùn)練內(nèi)容。我認(rèn)為讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用工具進(jìn)行面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)固然重要，但更重要的

是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)本身，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的初心以及如何達(dá)成這樣的目的。在當(dāng)前新工科專業(yè)人才培養(yǎng)思路的引領(lǐng)下，想要培養(yǎng)復(fù)合型人才，推動(dòng)原始創(chuàng)新發(fā)展，打牢理論基礎(chǔ)是根本，使學(xué)生從只會(huì)使用工具，轉(zhuǎn)換到有意識(shí)地掌握軟件工程思想方法以及思維模式。

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