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