第5章對象建模第5章是軟件開發(fā)生命周期的系統(tǒng)分析階段4章中的第3章。這一章討論對象建模技術，它可以幫助分析員創(chuàng)建邏輯模型。除了結(jié)構化分析以外，面向?qū)ο蟮姆治鍪橇硗庖环N表示和設計信息系統(tǒng)的方法。學習目標完成本章學習后，將了解以下內(nèi)容:解釋如何使用面向?qū)ο蠓治鰜砻枋鲂畔⑾到y(tǒng)。定義對象建模術語和概念，包括對象、屬性、方法、消息、類和實例。解釋對象之間的關系和繼承的概念。繪制對象關系圖。描述統(tǒng)一建模語言(UML)工具和技術，包括用例、用例圖、類圖、順序圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和活動圖。解釋用CASE工具開發(fā)對象模型的優(yōu)點。闡述如何組織對象模型。引言第4章介紹了如何使用結(jié)構化分析技術來開發(fā)目標系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和過程模型。本章將學習另一種系統(tǒng)需求的描述和建模方法-面向?qū)ο蠓治?。本章將學習如何使用面向?qū)ο蟮募夹g為信息系統(tǒng)生成文檔，進行分析和建立模型。在第6章，作為系統(tǒng)分析階段的總結(jié)，你將學會在軟件開發(fā)生命周期中如何評價各種開發(fā)策略，開發(fā)系統(tǒng)需求文檔，學習建立原型，為系統(tǒng)設計階段做準備。引例：MountainView學院書店背景：WendyLee是MountainView學院服務部門的主管，他希望能夠有一個新的信息系統(tǒng)來提高三個書店的效率并更好地為客戶提供服務。在下面的案例中，F(xiàn)lorenceFullerton(系統(tǒng)分析員)和HarryBoston(實習生)正在討論面向?qū)ο蟮母拍?、工具和技術。Florence：Harry，你好!在我們結(jié)束系統(tǒng)分析階段之前，我想和你談談面向?qū)ο蟮姆治?，不知道現(xiàn)在時間合適嗎?Harry：當然。我知道面向?qū)ο蟮姆治鲇靡环N與傳統(tǒng)不同的方式看待事物，但不知道它到底如何工作。Florence：面向?qū)ο蟮姆治鐾ㄟ^識別被稱為對象的事物來描述信息系統(tǒng)。對象可以是真實的人、地點、事件或事務。例如一個學生在這家書店里購買一本教科書，學生是一個對象，教科書是一個對象，購買這一事務本身也是一個對象。Harry：感覺好像是結(jié)構化分析中的實體嘛。Florence：是的，但它們之間有很大的區(qū)別-在結(jié)構化分析中，我們將數(shù)據(jù)和影響數(shù)據(jù)的操作處理分開來看，但對象不同，它同時包含數(shù)據(jù)和操作處理，在面向?qū)ο蟮姆治鲋校覀儼烟砑?、修改或更改?shù)據(jù)這些操作處理稱作方法。更有趣的是一個對象可以給另外一個對象發(fā)送消息來請求某一動作或者響應。例如司機對象調(diào)整駕駛控制臺，控制臺就會向?qū)ο笃嚢l(fā)出一個或者多個消息，告訴它保持穩(wěn)定的速度。Harry：我明白了，也就是說對象可以是人、事物或者事件是嗎?Florence：對，為了說明系統(tǒng)如何工作，我們使用了一種專門的建模語言UML，我們把人當作與業(yè)務功能這一用例交互的固定對象。5.1面向?qū)ο蟮男g語和概念面向?qū)ο?o-o)分析通過識別對象來描述信息系統(tǒng)。對象可以是人、地點、事件或事務。例如一個病人預約了一個醫(yī)生，病人是一個對象，醫(yī)生是一個對象，預約也是一個對象。面向?qū)ο蠓治鍪且环N比較受歡迎的方法，它從對象本身的角度去看系統(tǒng)，將系統(tǒng)當作自己的功能，并與之交互。面向?qū)ο蠓治龅淖罱K產(chǎn)品就是對象模型,即用對象和面向?qū)ο蟮男g語來描述信息系統(tǒng)。在后期的SDLC實現(xiàn)階段，系統(tǒng)開發(fā)人員可以通過C++和Java之類的語言直接把o-o設計轉(zhuǎn)化成o-o程序代碼模塊。5.1.1oo分析概述如第3章所講，統(tǒng)一建模語言(UML)是一種廣泛使用的方法，用于將信息系統(tǒng)可視化、文檔化。本章將使用UML來開發(fā)對象模型。第一步就是了解面向?qū)ο蟮幕拘g語，包括對象、屬性、方法、消息、類和實例。本章將學習系統(tǒng)分析員如何使用這些術語描述信息系統(tǒng)。5.1.2對象一圖54中的對象是PARENT，它有這些屬性:姓名、年齡、性拐組和頭發(fā)顏色。如果有兩位父母，那么PARENT對象就有兩個實例。對象PARENT可以執(zhí)行下列方法:給孩子讀睡前故事、輪流開車以及給孩子準備學校午餐。當對象PARENT接收到消息時，它將執(zhí)行動作或方法。例如，孩子發(fā)出的消息"GOODNIGHT"告訴對象PARENT給孩子讀睡前故事，而父母中的另一位發(fā)出的消息"DRIVE”則告訴此PARENT對象:現(xiàn)在該你來開車了。來看看UML如何描述一個有雙親和孩子的家庭。UML用矩形框來表示對象，對象名在頂端，下面是對象的屬性和方法。接著看這個家庭的例子，如圖5-5所示，對象CHILD除了有對象PARENT的那些屬性之外，還可以有一個兄弟姐妹排行屬性。CHILD對象同樣可以執(zhí)行一些方法，如:撿起玩具、吃飯、玩、與人合作以及準備睡覺等等。要通知對象CHILD完成這些任務，父母可以發(fā)送對象CHILD能夠理解的消息。例如"DINNER'SREADY"這一消息告訴對象CHILD到飯桌邊來吃飯，而"SHAREWITHYOURBROTHER/SISTER"這一消息告訴一個CHILD對象與其他的CHILD對象合作。5.1.2對象二這個家庭可能還有DOG對象，如圖5一6所示該對象可以有名字、品種、年齡、顏色、性別和最喜愛的食物這些屬性。它還可以執(zhí)行搖尾巴、進食、去取東西和睡覺這些方法。對一個DOG對象發(fā)出消息“GOODDOG”就是告訴它搖尾巴。類似地，"DINNER'SREADY"消息告訴DOG對象去它的飯盆那兒吃東西。5.1.2對象三對象就是對信息系統(tǒng)來說重要的人、地點、事件或事務。第4章已經(jīng)建立了對數(shù)據(jù)和過程進行分別處理的DFD。對象包括數(shù)據(jù)和影響數(shù)據(jù)的操作處理。例如一個顧客對象有姓名、地址、賬號和當前余額，該對象也可以執(zhí)行具體的任務，如：下訂單、支付賬單和變更地址。對象可以有許多描述對象特征的屬性。以汽車對象為例，它有這些屬性：品牌、型號和顏色。對象還可以有方法，方法就是當對象接收到消息或命令時需要完成的任務和功能。當通過控制臺向汽車發(fā)出對應的命令時，汽車就會執(zhí)行“打開雨刷”這種方法。圖5-2顯示了汽車對象的屬性、方法和消息的示例。類是具有類似屬性的對象的集合，例如昊銳屬于類CAR。實例就是類中特定的對象，如一輛灰色的1.4T的昊銳車。5.1.2對象四5.1.3屬性若對象類似于名詞的性質(zhì)，那么屬性就是類似于描述對象特征的形容詞。一個對象到底需要多少屬性呢?答案取決于信息系統(tǒng)及其用戶的業(yè)務需求，即便是一個相對而言比較簡單的對象，例如某項庫存商品，也可能需要部件編號、描述、供應商、現(xiàn)有數(shù)量、最低庫存水平、最高庫存水平、訂單時間等比較多的屬性。有些對象只需要很少的屬性，而有些可能需要許多。系統(tǒng)分析員在系統(tǒng)設計處理期間定義了對象的屬性。在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)中，一個對象可以從其他對象繼承或獲取屬性，當學習了對象和類之間的關系之后就會了解繼承是如何發(fā)生的。對象的特定屬性稱作狀態(tài)，對象的狀態(tài)就是描述該對象當前情形的形容詞。例如學生可能是將來的學生、當前的學生或者過去的學生，具體情況取決于狀態(tài)。同樣一個銀行賬戶可能是已經(jīng)使用的、尚未使用的或者被凍結(jié)的。圖5-8所示的是STUDENT對象和INSTRUCTOR對象。STUDENT對象的屬性有學員編號、姓名、地址、電話、出生日期、健身記錄和身份。一個STUDENT還可以增加健身課程;刪除健身課程;改變地址、電話或者身份;以及更新其健身記錄。圖5-8中INSTRUCTOR對象有如下屬性:教練編號、姓名、地址、電話、所教的健身課程、上課時間、私人課時費和職務。一個INSTRUCTOR對象可以教授健身課程，改變上課時間、地址、電話、私人課時費或者是職務。對象和屬性綜述圖5-9所示的FITNESS一CLASSSCHEDULE對象是關于健身課程的數(shù)據(jù)，其屬性包括健身課程編號、日期、時間、類型、地點、教練編號和最大注冊人數(shù);其方法有增加或者刪除健身課程，更改健身課程日期、時間、教練、地點和注冊人數(shù)。圖5-10所示的REGLSTRATIONRECORD對象的屬性有學員編號、健身課程編號、注冊日期、學費和身份;方法包括:若某學員注冊健身課程，則添加一條REGISTRATION實例記錄;若某學員注銷健身課程或沒有交費，則刪除一條對應REGISTRATION實例記錄。若某學員注冊了3門健身課程，那就會存在3個REGISTRATIONRECORD對象的實例。REGISTRATIONRECORD對象的方法還包括通知學員和教練相關信息。5.1.4方法方法定義了對象可以執(zhí)行的任務。正如對象類似于名詞，屬性類似于形容詞，方法類似于描述對象可以做什么以及如何做的動詞。假定對象是快餐店一個炸薯條的服務員，如圖5-11所示。系統(tǒng)分析員可能用如圖5一12所示的MOREFRIES方法來描述他的操作，MOREFRIES方法包括下列必需步驟:給油加熱，向炸簍里加滿凍薯條，把炸簍放人熱油中，檢查薯條是否炸好，薯條炸好后拿出炸簍，濾干，倒人盤子中，最后加鹽。圖5一13是方法的另外一個例子。在健身中心，ADDSTUDENT方法為STUDENT類增加一個實例，請注意添加一個新的實例并且記錄數(shù)據(jù)需要9步。5.1.5消息消息就是告訴某對象執(zhí)行某方法的命令。例如消息“ADDSTUDENT”告訴STUDENT類增加一個STUDENT實例。STUDENT類知道它應該增加學員編號、姓名以及其他關于該學員的數(shù)據(jù)，如圖5一14所示。類似地，消息“DELETESTUDENT"告訴STUDENT類刪除一個STUDENT實例。同一條消息對于兩個不同的對象會產(chǎn)生不同的結(jié)果。一條消息對不同對象有不同意思的現(xiàn)象稱作多態(tài)性。如圖5-15所示，同樣是“GOODNIGHT，’消息，對于PARENT對象是告訴他給孩子讀睡前故事，對于DOG對象是告訴它去睡覺，而對于CHILD對象是告訴他準備上床睡覺。黑盒我們可以將對象當作一個黑盒，因為發(fā)給對象的消息會觸發(fā)對象內(nèi)部發(fā)生某種變化，而無須具體說明如何完成這種變化。氣泵就是一個黑盒的例子，當選擇經(jīng)濟檔時，不必考慮氣泵是如何選擇正確的價格和燃料的，它自己會處理好這些間題。黑盒的概念是封裝的一個例子,封裝就是所有數(shù)據(jù)和方法都是自包含的。黑盒無需外部干預。通過限制訪問內(nèi)部進程，對象可以保護它內(nèi)部的代碼不會受到其他對象或者進程的影響。封裝允許將對象當作模塊組件，在系統(tǒng)中任何地方使用，因為對象可以接收和發(fā)送消息，但不會改變其他對象的內(nèi)部方法。面向?qū)ο蟮脑O計主要是通過面向?qū)ο蟮木幊陶Z言來實現(xiàn)。o-o設計的最大優(yōu)點就是通過模塊化對象的使用，為系統(tǒng)分析員節(jié)省大量時間.并且避免很多錯誤;同時利用已通過測試和驗證可重復使用的程序模塊，程序員很容易把設計方案轉(zhuǎn)化成程序代碼。如圖5-16所示，INSTRUCTOR對象向STUDENTRECORD類的一個實例發(fā)送消息“ENTERGRADE’。INSTRUCTOR對象和STUDENTRECORD類只需要作很少的改變就可以重復使用，在學校的其他信息系統(tǒng)中，很多對象的屬性和方法是類似的。5.1.6類某一個具體對象都是同類對象的集合中的一員，這種集合又稱作類。同一個類的所有的對象都有相同的屬性和方法。對于類中的所有對象來說、類就像是一個藍圖或模板。屬于同一個類的對象可以進一步被劃分成更具體的類別-子類。如圖5一17所示，對象集TRUCK、CAR、MINIVAN以及SCHOOLBUS都屬于VEHICLE類的子類。這四個子類都有VEHICLE類的特征，例如品牌、型號、出廠年份、重量、顏色。此外每個子類還包含它自己才有的特征，例如TRUCK的最大載重量和SCHOOLBUS的緊急出口。在圖5-18的健身中心一例中，INSTRUCTOR對象是EMPLOYEE類的子類，EMPLOYEE類還有兩個子類MANAGER和OFFICESTAFF，因為經(jīng)理和職員都是雇員。所有的INSTRUCTOR,MANAGER和OFFICESTAFF對象都包含類似的信息(如雇員姓名、職務和工資)并完成類似的任務(如被雇用，變更地址或者電話)。健身中心實例一個類可以屬于更一般的類，即超類。例如:NOVEL類屬于超類BOOK，因為所有的小說都是書。NOVEL類可以有HARDCOVER(精裝書)和PAPERBACK(平裝本)子類。同樣，EMPLOYEE類屬于超類PERSON-所有的雇員都是人，INSTRUCTOR類是EMPLOYEE類的子類，如圖5-19所示。超類5.2對象和類之間的關系對象之間通過關系進行通信和交互，關系執(zhí)行系統(tǒng)所需的業(yè)務功能和事務。關系描述的是對象相互之間需要知道什么，一個對象如何響應其他對象內(nèi)部的變化，以及類、超類和子類之間的相互作用。有些關系比其他的關系要強(正如家庭成員之間的關系比兩個偶然認識的人之間的關系要牢固一樣)。最強的關系就是繼承，繼承允許一個對象(子對象)從另外一個對象(父對象)獲得它的屬性。在圖5-20中,INSTRUCTOR對象(子對象)從EMPLOYEE對象(父對象)繼承了許多屬性，包括SOCIALSECURITYNUMBER、TELEPHONENUMBER(電話號碼)和HIREDATE(雇傭日期)。INSTRUCTOR對象還可以有另外的屬性，如TYPEOFINSTRUCTOR(教練類型)。由于所有雇員都有共同的屬性，這些屬性被INSTRUCTOR繼承，在INSTRUCTOR類中不必再重復。對象關系圖確定了對象、類和關系之后就可以畫出對象關系圖了，它提供了系統(tǒng)的視圖。可以將對象關系圖作為創(chuàng)建附加圖表和文檔的指南。圖5一21是健身中心的對象關系圖，該模型展示了健身中心的對象，以及對象之間如何通過交互來完成業(yè)務功能和事務的。5.3使用統(tǒng)一建模語言實現(xiàn)對象建模正如在結(jié)構化分析中使用DFD為數(shù)據(jù)和過程建模一樣，系統(tǒng)分析員使用統(tǒng)一建模語言(UML)來描述面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)。第3章介紹了UML是目前比較流行的將系統(tǒng)文檔化和模型化的技術。UML使用一系列符號來表示系統(tǒng)中的各種組件和關系。UML主要是用來支持面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析和開發(fā)對象模型，雖然也可以用它來進行業(yè)務過程建模和需求建模。5.3.1用例建模一用例表示某個具體的業(yè)務功能和過程的一系列步驟。外部實體(稱作行為者)通過請求系統(tǒng)執(zhí)行某功能或過程來初始化用例。在如圖5一2,2所示的醫(yī)療系統(tǒng)中，PATIENT(病人，行為者)可以執(zhí)行MAKEANAPPOIIVTMENT(預約)動作(用例)。在UML中，用例用橢圓來表示，下面加上一個描述行為或動作的標簽。行為者用人形圖標表示，下面加上描述該行為者角色的標簽。從行為者指向用例的有向線段將具體的行為者與用例連接起來，此有向線段稱作聯(lián)系。5.3.1用例建模二圖5一23顯示了乘客預訂機票、顧客下訂單以及學校公共汽車調(diào)度員改變接學生的地點的用例圖。5.3.1用例建模三用例還可以和其他的用例交互。若一個用例的輸出被另一個用例調(diào)用，我們說第二個用例使用第一個用例。用例還可以和其他的用例交互。若一個用例的輸出被另一個用例調(diào)用，我們說第二個用例使用第一個用例。UML使用箭頭來表示這種關系，箭頭指向被使用的用例。圖5-24所示的是某學員增加一門健身課程，PRODUCEFITNESS-CLASSROSTER使用ADDFITNESS-CLASS的結(jié)果來生成新的健身課程注冊表。同樣，若某教練改變了他的上課時間，那么UPDATEINSTRUC'T'ORINFORMATION將使用CHANGEAVAILABILITY用例來更新教練的信息。5.3.1用例建模四為了創(chuàng)建用例，先回顧一下需求建模階段所收集到的信息，目標是找出行為者及其觸發(fā)的功能和事務，對于每一個用例還開發(fā)了表格形式的用例描述。用例描述是說明用例名、行為者、用例描述信息、完成任務的步驟和必需的行為的列表、可選課程動作描述、前提條件、后置條件和假設。圖5一25顯示了用例ADDNEWSTUDENT的示例。5.3.2用例圖用例圖是同一個系統(tǒng)或者子系統(tǒng)中相關用例的簡略視圖。考慮如圖5一26所示的典型汽車服務部門，它包括下列人員:顧客、準備工作訂單和開發(fā)票的服務記錄員以及完成工作的技師。圖5-27是該部門可能的一種用例圖。創(chuàng)建用例圖時，首先就是畫出系統(tǒng)的邊界，用矩形框來表示它。系統(tǒng)邊界清楚地說明了哪些是系統(tǒng)內(nèi)部的(矩形框里的),哪些是系統(tǒng)外部的(矩形框外的)。確定了系統(tǒng)邊界以后，將用例和行為者添加到圖中,并畫出它們之間的關系。圖5一28是學校公交系統(tǒng)添加一條新公交線路的用例圖。5.3.3類圖一類圖表示一個用例的詳細視圖，它顯示了參與這個用例的類，并說明了類之間的關系。類圖和DFD一樣是邏輯模型。所有的邏輯模型將會轉(zhuǎn)化成物理模型，并最終轉(zhuǎn)化成功能性信息系統(tǒng)。在結(jié)構化分析中，實體、數(shù)據(jù)存儲和處理過程都將轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)結(jié)構和程序代碼。同理，類圖將會轉(zhuǎn)化成代碼模塊、數(shù)據(jù)對象和其他的系統(tǒng)組件。在類圖中，每一個類都用一個矩形框表示，類名寫在矩形框的頂部，接著是類的屬性和方法。如果兩個類之間有一條連線，說明這兩個類之間存在聯(lián)系，連線上面標的是這兩個類之間的行為。構造類圖首先要檢查用例，確定參與基本業(yè)務事務中的類。類圖中還包含基數(shù)，它描述的是兩個類的實例之間是何種關系。例如雇員可能從來沒有休過假，可能休息過1天，也可能休息過許多天，同樣，他可能役有配偶或者有一個配偶。圖5-29是UML中的各種符號和基數(shù)示例，第1列顯示了第2列所描述的關系的UML表示符號,第3列是最后一欄描述的關系的一個典型例子。第1行UML符號0..*表示1對0或者1對多的關系，這行的例子表示職員可能沒有被扣過或被扣過多次薪水。圖5-29是UML中的各種符號和基數(shù)示例，第1列顯示了第2列所描述的關系的UML表示符號,第3列是最后一欄描述的關系的一個典型例子。第1行UML符號0..*表示1對0或者1對多的關系，這行的例子表示職員可能沒有被扣過或被扣過多次薪水。5.3.3類圖二圖5-30是某銷售訂單用例的類圖。銷售辦公室處只能有一個經(jīng)理;經(jīng)理所管轄的銷售員可能是0人，也可能有許多;一個銷售員服務的顧客可能是0人也可能有許多;但是對于向每位顧客提供服務的銷售員只能是一個。5.3.4順序圖順序圖是用例的動態(tài)模型，顯示某個特定時間段之內(nèi)類之間的交互。順序圖通過描述用例的類、消息和消息時間，圖形化地描述用例。順序圖中的符號分別表示類、生命線、消息和焦點，如圖5一31所示。類：類用矩形框表示，類名寫在矩形框里面。發(fā)送或者接收消息的類寫在順序圖的頂端。生命線：生命線是一條虛線，其意義是一個時間段，在這段時間內(nèi)，生命線以上的對象可以和用例中的其他對象交互。生命線的末端用X標記。消息：消息用一條有向線段表示，線段的方向就是消息在兩個對象之間傳遞的方向。線段上的文字標簽是消息名稱以及消息內(nèi)容的附加信息。焦點：焦點用一個豎直的蓋住生命線的框表示。焦點表示這段時間內(nèi)對象正在發(fā)送或者接受消息。以健身中心為例，圖5一32是用例ADDNEWSTUDENT的順序圖。注意每條消息在豎直方向的位置就是發(fā)出這條消息的時間。5.3.5狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖本章前面已經(jīng)學習了狀態(tài)描述的就是對象當前的狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖顯示了對象如何在事件的作用下，從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另外一個狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖必須包括所有可能的狀態(tài)，如圖5一33所示。以一個銀行賬號為例，剛開戶時狀態(tài)是NEW，隨后可能是ACTIVE或者EXISTING，最后會變成CLOSED或者FORMER。另外如果該賬號上的財產(chǎn)是非法所得，那它還可能是FROZEN狀態(tài)。在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中，狀態(tài)用圓角矩形表示，矩形中是狀態(tài)名稱。左邊的小圓圈是初始狀態(tài)，或者是對象第一次與系統(tǒng)交互的狀態(tài)，從左往右看，線條表示了狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方向以及觸發(fā)這種轉(zhuǎn)移變化的動作或事件。右邊的空心圓是最終狀態(tài)。5.3.6活動圖活動圖是按照發(fā)生順序描述動作或者事件的水平流程圖，它顯示了動作發(fā)生順序并標明結(jié)果。圖5一34所示的是在ATM機上取款的活動圖，顧客插人ATM卡和請求取款從而開始活動。活動圖還可以通過網(wǎng)格顯示多用例的情況，這時類用豎直的粗線條表示，動作用水平箭頭表示。順序圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和活動圖是幫助系統(tǒng)分析員理解對象的行為及對象如何與系統(tǒng)交互的動態(tài)建模工具。5.4組織對象模型本章學習了如何使用面向?qū)ο蟮墓ぞ吆图夹g來建立信息系統(tǒng)的邏輯模型?，F(xiàn)在需要好好組織圖和文檔，這樣會讓對象模型更有條理且易于理解。如果使用CASE工具來進行設計，這里面的許多工作由CASE軟件自動執(zhí)行了。有許多方法可以完成組織對象模型的任務，而經(jīng)驗是最好的老師。在確定了系統(tǒng)的對象、類和關系之后，應該繪制對象關系圖