(1)面向对象的软件开发方法

面向对象(Object Oriented,OO)技术是软件技术的一次革命,在软件开发史上具有里程碑的意义。

随着OOP(面向对象编程)向OOD(面向对象设计)和OOA(面向对象分析)的发展,最终形成面向对象的软件开发方法OMT(Object Modelling Technique)。这是一种自底向上和自顶向下相结合的方法,而且它以对象建模为基础,从而不仅考虑了输入、输出数据结构,实际上也包含了所有对象的数据结构。所以OMT彻底实现了PAM没有完全实现的目标。不仅如此,OO技术在需求分析、可维护性和可靠性这3个软件开发的关键环节和质量指标上有了实质性的突破,彻底地解决了在这些方面存在的严重问题,从而宣告了软件危机末日的来临。

OMT的第一步是从问题的陈述入手,构造系统模型。从真实系统导出类的体系,即对象模型包括类的属性,与子类、父类的继承关系,以及类之间的关联。类是具有相似属性和行为的一组具体实例(客观对象)的抽象,父类是若干子类的归纳。因此这是一种自底向上的归纳过程。在自底向上的归纳过程中,为使子类能更合理地继承父类的属性和行为,可能需要自顶向下的修改,从而使整个类体系更加合理。由于这种类体系的构造是从具体到抽象,再从抽象到具体,符合人类的思维规律,因此能更快、更方便地完成任务。这与自顶向下的Yourdon方法构成鲜明的对照。在Yourdon方法中构造系统模型是最困难的一步,因为自顶向下的“顶”是一个空中楼阁,缺乏坚实的基础,而且功能分解有相当大的任意性,因此需要开发人员有丰富的软件开发经验。而在OTM中这一工作可由一般开发人员较快地完成。在对象模型建立后,很容易在这一基础上再导出动态模型和功能模型。这3个模型一起构成要求解的系统模型。

系统模型建立后的工作就是分解。与Yourdon方法按功能分解不同,在OMT中通常按服务(service)来分解。服务是具有共同目标的相关功能的集合,如I/O处理、图形处理等。这一步的分解通常很明确,而这些子系统的进一步分解因有较具体的系统模型为依据,也相对容易。所以OMT也具有自顶向下方法的优点,即能有效地控制模块的复杂性,同时避免了Yourdon方法中功能分解的困难和不确定性。

每个对象类由数据结构(属性)和操作(行为)组成,有关的所有数据结构(包括输入、输出数据结构)都成了软件开发的依据。因此Jackson方法和PAM中输入、输出数据结构与整个系统之间的鸿沟在OMT中不再存在。OMT不仅具有Jackson方法和PAM的优点,而且可以应用于大型系统。更重要的是,在Jackson方法和PAM方法中,当它们的出发点——输入、输出数据结构(即系统的边界)发生变化时,整个软件必须推倒重来。但在OMT中系统边界的改变只是增加或减少一些对象而已,整个系统改动极小。

需求分析不彻底是软件失败的主要原因之一。这一危险依然存在。传统的软件开发方法不允许在开发过程中用户的需求发生变化,从而导致种种问题。正是由于这一原因,人们提出了原型化方法,推出探索原型、实验原型和进化原型,积极鼓励用户改进需求。在每次改进需求后又形成新的进化原型供用户试用,直到用户基本满意,大大提高了软件的成功率。但是它要求软件开发人员能迅速生成这些原型,这就要求有自动生成代码的工具的支持。

OMT彻底解决了这一问题。因为需求分析过程已与系统模型的形成过程相一致,开发人员与用户的讨论是从用户熟悉的具体实例(实体)开始的。开发人员必须搞清现实系统才能导出系统模型,这就使用户与开发人员之间有了共同的语言,避免了传统需求分析中可能产生的种种问题。

在OMT之前的软件开发方法都是基于功能分解的。尽管软件工程学在可维护方面作出了极大的努力,使软件的可维护性有较大的改进。但从本质上讲,基于功能分解的软件是不易维护的。因为功能一旦有变化都会使开发的软件系统产生较大的变化,甚至推倒重来。更严重的是,在这种软件系统中,修改是有困难的。由于种种原因,即使是微小的修改也可能引入新的错误。所以传统开发方法很可能会引起软件成本增长失控、软件质量得不到保证等一系列严重问题。正是OMT才使软件的可维护性有了质的改善。

OMT的基础是目标系统的对象模型,而不是功能的分解。功能是对象的使用,它依赖于应用的细节,并在开发过程中不断变化。由于对象是客观存在的,因此当需求变化时,对象的性质要比对象的使用更为稳定,从而使建立在对象结构上的软件系统也更为稳定。

更重要的是OMT彻底解决了软件的可维护性。在OO语言中,子类不仅可以继承父类的属性和行为,而且也可以重载父类的某个行为(虚函数)。利用这一特点,我们可以方便地进行功能修改:引入某类的一个子类,对要修改的一些行为(即虚函数或虚方法)进行重载,也就是对它们重新定义。由于不再在原来的程序模块中引入修改,所以彻底解决了软件的可修改性,从而也彻底解决了软件的可维护性。OO技术还提高了软件的可靠性和健壮性。

(2)可视化开发方法(www.daowen.com)

可视化开发是20世纪90年代软件界最大的两个热点之一。随着图形用户界面的兴起,用户界面在软件系统中所占的比例也越来越大,有的甚至高达60%～70%。产生这一问题的原因是图形界面元素的生成很不方便。为此Windows提供了应用程序设计接口API(Application Programming Interface),它包含了600多个函数,极大地方便了图形用户界面的开发。但是在这批函数中,大量的函数参数和使用数量更多的有关常量,使基于Windows API的开发变得相当困难。为此Borland C﹢﹢推出了ObjectWindows编程。它将API的各部分用对象类进行封装,提供了大量预定义的类,并为这些定义了许多成员函数。利用子类对父类的继承性,以及实例对类的函数的引用,应用程序的开发可以省却大量类的定义,省却大量成员函数的定义或只需作少量修改以定义子类。Object Windows还提供了许多标准的缺省处理,大大减少了应用程序开发的工作量。但要掌握它们,对非专业人员来说仍是一个沉重的负担。为此人们利用Windows API或Borland C﹢﹢的ObjectWindows开发了一批可视开发工具。

可视化开发就是在可视开发工具提供的图形用户界面上,通过操作界面元素,诸如菜单、按钮、对话框、编辑框、单选框、复选框、列表框和滚动条等,由可视开发工具自动生成应用软件。

这类应用软件的工作方式是事件驱动。对每一事件,由系统产生相应的消息,再传递给相应的消息响应函数。这些消息响应函数是由可视开发工具在生成软件时自动装入的。

可视开发工具应提供的两大类服务如下:

1)生成图形用户界面及相关的消息响应函数

通常的方法是先生成基本窗口,并在它的外面以图标形式列出所有界面元素,让开发人员挑选后放入窗口指定位置。在逐一安排界面元素的同时,还可以用鼠标拖动,以使窗口的布局更加合理。

2)为各种具体的子应用的各个常规执行步骤提供规范窗口

它包括对话框、菜单、列表框、组合框、按钮和编辑框等,以供用户挑选。开发工具还应为所有的选择(事件)提供消息响应函数。

由于要生成与各种应用相关的消息响应函数,因此,可视化开发只能用于相当成熟的应用领域,如流行的可视化开发工具基本上用于关系数据库的开发。对一般的应用,可视化开发工具只能提供用户界面的可视化开发。至于消息响应函数(或称脚本),则仍需用高级语言(3GL)编写。只有在数据库领域才提供4GL,使消息响应函数的开发大大简化。

从原理上讲,与图形有关的所有应用都可采用可视化开发方式,如活塞表面设计中的热应力计算。用户只需在界面上用鼠标修改活塞表面的曲线,应用软件就自动进行有限元划分、温度场计算、热应力计算,并将热应力的等值曲线图显示在屏幕上。最后几次生成的结果还可并列显示在各窗口上供用户比较,其中的一个主窗口还可让用户进一步修改活塞表面曲线。

许多工程科学计算都与图形有关,从而都可以开发相应的可视化计算的应用软件。