面向对象设计（OOD）的概念与步骤

面向对象设计（Object-Oriented Design，OOD）方法是OO方法中一个中间过渡环节。其主要作用是对OOA分析的结果作进一步的规范化整理，以便能够被OOP直接接受。

面向对象设计（OOD）是一种软件设计方法，是一种工程化规范。这是毫无疑问的。按照Bjarne Stroustrup的说法，面向对象的编程范式（paradigm）是[Stroustrup, 97]：

l 决定你要的类；

l 给每个类提供完整的一组操作；

l 明确地使用继承来表现共同点。

由这个定义，我们可以看出：OOD就是“根据需求决定所需的类、类的操作以及类之间关联的过程”。

OOD的目标是管理程序内部各部分的相互依赖。为了达到这个目标，OOD要求将程序分成块，每个块的规模应该小到可以管理的程度，然后分别将各个块隐藏在接口（interface）的后面，让它们只通过接口相互交流。比如说，如果用OOD的方法来设计一个服务器-客户端（client-server）应用，那么服务器和客户端之间不应该有直接的依赖，而是应该让服务器的接口和客户端的接口相互依赖。

这种依赖关系的转换使得系统的各部分具有了可复用性。还是拿上面那个例子来说，客户端就不必依赖于特定的服务器，所以就可以复用到其他的环境下。如果要复用某一个程序块，只要实现必须的接口就行了。

OOD是一种解决软件问题的设计范式（paradigm），一种抽象的范式。使用OOD这种设计范式，我们可以用对象（object）来表现问题领域（problem domain）的实体，每个对象都有相应的状态和行为。我们刚才说到：OOD是一种抽象的范式。抽象可以分成很多层次，从非常概括的到非常特殊的都有，而对象可能处于任何一个抽象层次上。另外，彼此不同但又互有关联的对象可以共同构成抽象：只要这些对象之间有相似性，就可以把它们当成同一类的对象来处理。

一、OOD背景知识

计算机硬件技术却在飞速发展。从几十年前神秘的庞然大物，到现在随身携带的移动芯片；从每秒数千次运算到每秒上百亿次运算。当软件开发者们还在寻找能让软件开发生产力提高一个数量级的“银弹”[Brooks, 95]时，硬件开发的生产力早已提升了百倍千倍。

硬件工程师们能够如此高效，是因为他们都很懒惰。他们永远恪守“不要去重新发明轮子”的古训。Grady Booch把这些黑箱称为类属（class category），现在我们则通常把它们称为“组件（component）”。

类属是由被称为类（class）的实体组成的，类与类之间通过关联（relationship）结合在一起。一个类可以把大量的细节隐藏起来，只露出一个简单的接口，这正好符合人们喜欢抽象的心理。所以，这是一个非常伟大的概念，因为它给我们提供了封装和复用的基础，让我们可以从问题的角度来看问题，而不是从机器的角度来看问题。

软件的复用最初是从函数库和类库开始的，这两种复用形式实际上都是白箱复用。到90年代，开始有人开发并出售真正的黑箱软件模块：框架（framework）和控件（control）。框架和控件往往还受平台和语言的限制，现在软件技术的新潮流是用SOAP作为传输介质的Web Service，它可以使软件模块脱离平台和语言的束缚，实现更高程度的复用。但是想一想，其实Web Service也是面向对象，只不过是把类与类之间的关联用XML来描述而已[Li, 02]。

在过去的十多年里，面向对象技术对软件行业起到了极大的推动作用。在可以预测的将来，它仍将是软件设计的主要技术——至少我看不到有什么技术可以取代它的。

二、OOD到底从哪儿来？

有很多人都认为：OOD是对结构化设计（Structured Design，SD）的扩展，其实这是不对的。OOD的软件设计观念和SD完全不同。SD注重的是数据结构和处理数据结构的过程。而在OOD中，过程和数据结构都被对象隐藏起来，两者几乎是互不相关的。不过，追根溯源，OOD和SD有着非常深的渊源。

1967年前后，OOD和SD 的概念几乎同时诞生，它们分别以不同的方式来表现数据结构和算法。当时，围绕着这两个概念，很多科学家写了大量的论文。其中，由Dijkstra和 Hoare两人所写的一些论文讲到了“恰当的程序控制结构”这个话题，声称goto语句是有害的，应该用顺序、循环、分支这三种控制结构来构成整个程序流程。这些概念发展构成了结构化程序设计方法；而由Ole-Johan Dahl所写的另一些论文则主要讨论编程语言中的单位划分，其中的一种程序单位就是类，它已经拥有了面向对象程序设计的主要特征。

这两种概念立刻就分道扬镳了。在结构化这边的历史大家都很熟悉：NATO会议采纳了Dijkstra的思想，整个软件产业都同意goto语句的确是有害的，结构化方法、瀑布模型从70年代开始大行其道。同时，无数的科学家和软件工程师也帮助结构化方法不断发展完善，其中有很多今天足以使我们振聋发聩的名字，例如Constantine、Yourdon、DeMarco和Dijkstra。有很长一段时间，整个世界都相信：结构化方法就是拯救软件工业的 “银弹”。当然，时间最后证明了一切。

而此时，面向对象则在研究和教育领域缓慢发展。结构化程序设计几乎可以应用于任何编程语言之上，而面向对象程序设计则需要语言的支持[1]，这也妨碍了面向对象技术的发展。实际上，在60年代后期，支持面向对象特性的语言只有Simula-67这一种。到70年代，施乐帕洛阿尔托研究中心（PARC）的 Alan Key等人又发明了另一种基于面向对象方法的语言，那就是大名鼎鼎的Smalltalk。但是，直到80年代中期，Smalltalk和另外几种面向对象语言仍然只停留在实验室里。

到90年代，OOD突然就风靡了整个软件行业，这绝对是软件开发史上的一次革命。不过，登高才能望远，新事物总是站在旧事物的基础之上的。70年代和80年代的设计方法揭示出许多有价值的概念，谁都不能也不敢忽视它们，OOD也一样。

三、OOD和传统方法有什么区别？

还记得结构化设计方法吗？程序被划分成许多个模块，这些模块被组织成一个树型结构。这棵树的根就是主模块，叶子就是工具模块和最低级的功能模块。同时，这棵树也表示调用结构：每个模块都调用自己的直接下级模块，并被自己的直接上级模块调用。

那么，哪个模块负责收集应用程序最重要的那些策略？当然是最顶端的那些。在底下的那些模块只管实现最小的细节，最顶端的模块关心规模最大的问题。所以，在这个体系结构中越靠上，概念的抽象层次就越高，也越接近问题领域；体系结构中位置越低，概念就越接近细节，与问题领域的关系就越少，而与解决方案领域的关系就越多。

但是，由于上方的模块需要调用下方的模块，所以这些上方的模块就依赖于下方的细节。换句话说，与问题领域相关的抽象要依赖于与问题领域无关的细节！这也就是说，当实现细节发生变化时，抽象也会受到影响。而且，如果我们想复用某一个抽象的话，就必须把它依赖的细节都一起拖过去。

而在OOD中，我们希望倒转这种依赖关系：我们创建的抽象不依赖于任何细节，而细节则高度依赖于上面的抽象。这种依赖关系的倒转正是OOD和传统技术之间根本的差异，也正是OOD思想的精华所在。

四、OOD步骤

细化重组类

细化和实现类间关系,明确其可见性

增加属性,指定属性的类型与可见性

分配职责,定义执行每个职责的方法

对消息驱动的系统,明确消息传递方式

利用设计模式进行局部设计

画出详细的类图与时序图

五、OOD设计过程中要展开的主要几项工作

（一）对象定义规ge的求精过程

对于OOA所抽象出来的对象-＆-类以及汇集的分析文档，OOD需要有一个根据设计要求整理和求精的过程，使之更能符合OOP的需要。这个整理和求精过程主要有两个方面：一是要根据面向对象的概念

模型整理分析所确定的对象结构、属性、方法等内容，改正错误的内容，删去不必要和重复的内容等。二是进行分类整理，以便于下一步数据库设计和程序处理模块设计的需要。整理的方法主要是进行归

类，对类一＆一对象、属性、方法和结构、主题进行归类。

（二）数据模型和数据库设计

数据模型的设计需要确定类-＆-对象属性的内容、消息连接的方式、系统访问、数据模型的方法等。最后每个对象实例的数据都必须落实到面向对象的库结构模型中。

（三）优化

OOD的优化设计过程是从另一个角度对分析结果和处理业务过程的整理归纳，优化包括对象和结构的优化、抽象、集成。

对象和结构的模块化表示OOD提供了一种范式，这种范式支持对类和结构的模块化。这种模块符合一般模块化所要求的所有特点，如信息隐蔽性好，内部聚合度强和模块之间耦合度弱等。

集成化使得单个构件有机地结合在一起，相互支持。

六、OO方法的特点和面临的问题

OO方法以对象为基础，利用特定的软件工具直接完成从对象客体的描述到软件结构之间的转换。这是OO方法最主要的特点和成就。OO方法的应用解决了传统结构化开发方法中客观世界描述工具与软

件结构的不一致性问题，缩短了开发周期，解决了从分析和设计到软件模块结构之间多次转换映射的繁杂过程，是一种很有发展前途的系统开发方法。

但是同原型方法一样,OO方法需要一定的软件基础支持才可以应用，另外在大型的MIS开发中如果不经自顶向下的整体划分，而是一开始就自底向上的采用OO 方法开发系统，同样也会造成系统结构不合理、各部分关系失调等问题。所以OO方法和结构化方法目前仍是两种在系统开发领域相互依存的、不可替代的方法。

七、OOD能给我带来什么？

问这个问题的人，脑子里通常是在想“OOD能解决所有的设计问题吗？”没有银弹。OOD也不是解决一切设计问题、避免软件危机、捍卫世界和平……的银弹。OOD只是一种技术。但是，它是一种优秀的技术，它可以很好地解决目前的大多数软件设计问题——当然，这要求设计者有足够的能力。

OOD可能会让你头疼，因为要学会它、掌握它是很困难的；OOD甚至会让你失望，因为它也并不成熟、并不完美。OOD也会给你带来欣喜，它让你可以专注于设计，而不必操心那些细枝末节；OOD也会使你成为一个更好的设计师，它能提供给你很好的工具，让你能开发出更坚固、更可维护、更可复用的软件。