本次学习通过提问式问题引导学习，老师提出以下问题：

• 如何进行优雅的程序设计

• 程序如何设计，程序的架构怎么做

• 今天的编程方式，编程语言的应用，软件编程是怎么样一步步走到今天的样子的

• 程序设计软件编程的本质是什么

• 大多数面向对象编程语言，其本质是什么

• 什么是软件框架，软件框架的作用是什么

• 如何设计软件框架

1 软件开发简史

从编程的历史看编程的本质和未来，最早 1700 年代莱布尼茨逻辑语言的想法，1800 年代的雅卡尔发明可编程的织布机，19 世纪中叶英国人 Ada 写出第一个软件程序，现代计算机是冯诺依曼输入第一个程序时开始的。

1.1 什么是计算机？什么是程序？

人类发明制造计算机器有非常悠久的历史，但是这些计算机器都是专门进行数值计算的，

加减乘除、微分积分等等。而从莱布尼兹、Ada，到图灵、冯诺依曼，这些现代计算机

的开创者们试图创造的是一种通用的计算机，这种计算机不是读取数值进行计算，而是

读取数据进行计算，这些数据本身包含着计算的逻辑，这个数据就是程序。

1.2 编程语言的实质

• 编程的目的是：用计算机来解决现实世界的问题。

• 编程的过程即：在计算机所能理解的“模型”（解空间）和现实世界（问题空间）之间，

建立一种联系。

• 编程语言是一种“抽象”的机制，问题是对“谁”来抽象：

编程语言抽象

1.3 问题领域（Problem Domain）

包含与系统所要解决的问题相关的实物和概念的空间。

• 对基础机器进行抽象：机器代码和汇编语言

• 对计算处理逻辑抽象：非结构化的高级语言

• 对问题领域进行一定程度的抽象：结构化的程序设计

• 直接表达问题空间内的元素：面象对象的程序设计

2 面向对象

2.1 什么是面向对象编程？

• 万物皆为对象

• 程序是对象的集合，它们通过发送消息来告知彼此所要做的。

• 每个对象都有自己的由其他对象所构成的存储。

• 每个对象都拥有其类型。

• 某一特定类型的所有对象都可以接收同样的消息。

2.2 什么是对象？

Booch 对于对象的描述：对象具有状态、行为和标识。

• 状态：表明每个对象可以有自己的数据。

• 行为：表明每个对象可以产生行为。

• 标识：表明每个对象都区别于其它的对象。（唯一的地址）

2.3 面向对象编程的三要素

封装性（Encapsulation）

• 隐藏实现细节（访问控制）

• 定义接口

继承性（Inheritance）

• IS-A 关系

• HAS-A 关系（组合）

多态性（Polymorphism）

• 后期绑定（虚函数）

• 向上转形（Up Casting）

2.4 面向对象编程与面向对象分析

面向对象编程不是使用面向对象的编程语言进行编程，而是利用多态特性进行编程。

面向对象分析是将客观世界，即编程的业务领域进行对象分析。

• 充血模型与贫血模型

• 领域驱动设计 DDD

2.5 面向对象设计的目的

面向对象设计的目的

• 强内聚、低耦合，从而使系统

• 易扩展－ 易于增加新的功能

• 更强壮－ 不容易被粗心的程序员破坏

• 可移植－ 能够在多样的环境下运行

• 更简单－ 容易理解、容易维护

2.6 框架（frameworks）

框架是用来实现某一类应用的结构性的程序， 是对某一类架构方案可复用的设计与实现

• 如同框架结构的大厦的框架

• 简化应用开发者的工作

• 实现了多种设计模式，使应用开发者不需要花太大的力气，就能设计出结构良好的程序来

不同领域的框架

• 微软公司为 Windows 编程开发了 MFC 框架。

• Java 为它的 GUI（图形用户界面）开发了 AWT 框架。

• 还有许多开源的框架：MyBatis，Spring 等。

• Web 服务器也是框架：Tomcat

3.面向对象设计原则

3.1 开/闭原则（OCP）

• 对于扩展是开放的（Open for extension）

• 对于更改是封闭的（Closed for modification）

• 简言之：不需要修改软件实体（类、模块、函数等），就应该能实现功能的扩展。

3.2 依赖倒置原则（DIP）

DIP － Dependency Inversion Principle

• 高层模块不能依赖低层模块，而是大家都依赖于抽象；

• 抽象不能依赖实现，而是实现依赖抽象。

DIP 倒置了什么？

• 模块或包的依赖关系

• 开发顺序和职责

软件的层次化

• 高层决定低层

• 高层被重用

3.3 Liskov 替换原则（LSP）

里氏替换原则主要阐述了有关继承的一些原则，也就是什么时候应该使用继承，什么时候不应该使用继承，以及其中蕴含的原理。里氏替换原是继承复用的基础，它反映了基类与子类之间的关系，是对开闭原则的补充，是对实现抽象化的具体步骤的规范。里氏替换原则的主要作用如下。

1. 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。

2. 它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点。

3. 它是动作正确性的保证。即类的扩展不会给已有的系统引入新的错误，降低了代码出错的可能性。

4. 加强程序的健壮性，同时变更时可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、可扩展性，降低需求变更时引入的风险。

3.4 单一职责原则（SRP）

SRP － Single Responsibility Principle

• 又被称为“内聚性原则（Cohesion）”，意为：一个模块的组成元素之间的功能相关性。

• 将它与引起一个模块改变的作用力相联，就形成了如下描述：一个类，只能有一个引起它的变化的原因。

单一职责原则的核心就是控制类的粒度大小、将对象解耦、提高其内聚性。如果遵循单一职责原则将有以下优点。

• 降低类的复杂度。一个类只负责一项职责，其逻辑肯定要比负责多项职责简单得多。

• 提高类的可读性。复杂性降低，自然其可读性会提高。

• 提高系统的可维护性。可读性提高，那自然更容易维护了。

• 变更引起的风险降低。变更是必然的，如果单一职责原则遵守得好，当修改一个功能时，可以显著降低对其他功能的影响。

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