北航程序设计语言原理教材第10章

第10章面向对象程序设计语言

当今席卷软件界的面向对象技术，近因是xerox公司1980年推出的Smalltalk-80语言。当时,美国国防部正在推行投资五亿历时8年的Ada，试图先在军中统一再推广到全行业，使之成为软件开发的主导语言。Ada是过程语言的新阶段，提供数据封装、数据抽象机制、并发、异常处理; 良好的易读性使Ada源代码能自成文档; 分别编译支持软件叠加和重用; 强类型增加软件的可靠性; Ada率先提出Ada程序设计支持环境APSE，把与机器相关的机制作为预定义环境(包括基本类型和输入/出机制)，从而支持可移植性，能较好的满足软件工程可靠、易维护、可移植、可重用的目标。但是，由于Ada太大(编译及环境当时的微机放不下)，统得过死(廉价编译和环境推出太晚，一定要通过ACVC测试才能得到AJPO承认)，且其本身反映了70年代末80年代初软件工程思想：严格管理和评审，导致软件开发周期难于缩短，费用依然居高不下。80年代软件工程推行并不顺畅，一些民间开发小系统的制售商急于寻求新路。Smaltalk-80带来的面对象思想为软件技术发展带来了生机。于是，80年代中期出现了一批OO语言，几乎所有老语言都作了面向对象改造。不仅如此，数据库、分布式协作计算、多媒体技术、软件工程工具的集成，甚至计算机硬件都采用OO技术。OO软件开发方法学改变了传统软件开发模式。90年代OO技术为各大公司、各种高技术软件接受，并走向工业化、规范化、主流化的途径，其影响至今尚无消减迹象。

学习面向对象语言和技术，最正宗、最有效当从Smalltalk语言开始。我们首先接受它原有的新范型，与传统过程—模块式大不相同的软件构建思路，再去观察各种技术如何引入、结合OO技术，就会清晰得多。本章第一、二节介绍原理和实现技术；第三节总结面向对象的基本特征及对应的代表语言;第四、五节分别介绍两个重要的面向对象语言Ada95和Eiffel.

10.1 Smalltalk语言

对象的思想最早源于人工智能研究，60年代末描述智能对象的帧(frame)即封装了许多槽(slot)，槽既可以是属性(数据)也可以是行为(操作)和约束。但最早见诸文献是sketchpad 提到的OO图形学(1963)。

60年代挪威的Dahl和Nyard为模拟系统研制了SIMULA-67语言，首先提出封装的类和动态生成实例对象的概念。

60年代末，美国犹他大学Alan Kay在FLEX项目中为改善个人计算环境，研制窗口菜单的动态生成和交互时，想到了SIMULA的类和对象。由于受到当时软件限制，其成果未推广。70年代初他到Xerox公司PaloAlto研究中心参加了Dynabook项目。该项目的硬件是Star(个人机的前驱)软件是Smalltalk，使用键盘、鼠标操纵图符、窗口、菜单，这在当时是开创性的。1972年Dan Ingalls完成Smalltalk-72第一个实用版，以后又经过-76-80两次改进，Smalltalk-80成为向外发行的正式版本。由于Smalltalk必须在专用机器和环境上运行，它的全新编程范型，以及它的小型系统目标，没有得到很快的推广。但它第一个正式提出“面向对象”完整的概念，在软件界产生深远的影响。

10.1.1 Smalltalk系统

Smalltalk-80是专用机上的语言，只是在它成名之后才有一般操作系统(Unix，OS2)上的版本。当时Smalltalk系统有四个组成:

·语言核心(Kernel) 规定了Smalltalk-80的语法和语义，它是交互式、无类型的、编译—解释执行的程序设计语言。

·程序设计系统即Smalltalk程序设计支持环境，包括它的界面工具软件和类库支持。

主要是类库，它的类库既支持系统(如解释器就是一个类)也支持应用(提供一组预定义的类)都挂在基类Object为根的类继承树之下。

·程序设计范型(Paradigm) 由于OO程序设计和传统过程语言的程序设计在当时差别较大，它在类这一级设计程序，且以派生新类重用老类为主。程序中的对象向类对象发消息，可动态生成实例对象。它所提供的整套设计方法比较新颖。

·用户界面模型(User Interface Model) Smalltalk系统的哲学是用户在终端上以鼠标、键盘、菜单、图符完成应用程序的编辑、修改、运行。是“用户友好”，以图文并茂的图形用户界面简化使用的先行者。

以下先介绍用户界面模型，再介绍语言核心和程序设计范型，最后给出一完整Smalltalk程序。

10.1.2 用户界面模型

Smalltalk的窗口叫视图(View)，是多任务可复盖的窗口，如图10-1所示，每个窗口都有可弹出的菜单及子菜单。用鼠标选择菜单选项即可操作该窗口。有以下标准窗口:

图10-1 Smalltalk标准视图(窗口)

·系统工作空间(System WorkSpace)

是一特殊工作空间，提供编辑、求值、文件访问、系统查询。使用各种消息表达式以及从故障恢复的功能表达式。

·工作空间(WorkSpace)

从系统菜单中可以弹出任意个工作空间，用户在此编辑、修改(切割与粘贴)程序正文，运行、调试、显示结果。

·系统副本(System Transcript)

是一个特殊的工作空间，其职能是正文收集器，它有一组全局变量，记录用户当前调试的类，当其它机制出故障时，它可以得到反馈的另一拷贝。

·项目(Project)

项目窗口用于组织项目。一个项目窗口创建的变量在另一个项目中可以改变，项目按树形继承组织，子项目完成父项目特定的功能。工作空间开发的正文可纳入某个项目窗口内。是多任务管理机制。

·两种图形编辑窗(Form和Bit)

Smalltalk有面向图形的用户界面，用户可以在位编辑器(Bit Editor)之下给出位模式图形，也可以用画笔(Pen)和表达式画出位模式图形，得到一图形块。图形块(屏上一个块区域)在Form Editor(格式编辑器)窗内操纵，编出更为复杂的图。

·系统浏览器(System Browser)窗

Smalltalk程序开发是基于类派生新类，这种环境必须提供浏览器窗口，以便用户浏览系统类库。系统浏览器窗口有五个子窗和两个菜单项(标以Class和Instance)，如图10-2所示:

图10-2 Smalltalk的浏览窗

Smalltalk的类按分类组织，浏览时先查第一个分类子窗，子窗中都是下拉式菜单，每选定一项分类，正文框中就显示该项的正文模板。该项(分类)中的成员立即显示在相邻的子窗(类名菜单)中。第二个子窗下的Instance和Class选项因正文框中显示所选类名项的程序正文模板时，发向实例和类的消息不同而设。选定类名项后，该类名中的消息分类立即在其右邻子窗显示。相应的该类的模板示于正文框。同样，选定消息分类子窗中的选项后，在该选项