1、軟件工程,第九章 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論,2,引言,話說三國時(shí)期，曹操帶領(lǐng)百萬大軍攻打東吳，大軍在長江赤壁駐扎，軍船連成一片，眼看就要滅掉東吳，統(tǒng)一天下，曹操大悅，于是大宴眾文武，在酒席間，曹操詩性大發(fā)，不覺吟道：“喝酒唱歌，人生真爽?！?。眾文武齊呼：“丞相好詩！”于是一臣子速命印刷工匠刻版印刷，以便流傳天下。,3,喝酒唱歌 人生真爽,曹操感覺不妥：“喝與唱，此話過俗，應(yīng)改為對酒當(dāng)歌,喝酒當(dāng)歌 人生真爽,唱當(dāng),曹操細(xì)細(xì)一品，覺得還是不好：“人生真爽太過直接，應(yīng)改問語才夠意境，對酒當(dāng)歌，人生幾何？！工匠聽后當(dāng)即暈倒,由于所有字刻在一塊石碑上，因此修改一個(gè)字也要從新雕刻，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。,4,把每個(gè)字做一個(gè)

2、對象，只需更改四個(gè)字就可,對酒當(dāng)歌 人生幾何,只需更改要改之字，此為可維護(hù)； 這些字并非用完這次就無用，在今后的印刷中可重復(fù)使用，此乃可復(fù)用； 此詩若要加字，只需另刻字加入即可，此稱可擴(kuò)展； 字的排列橫豎均可，此是靈活性好。 面向?qū)ο蠓椒ㄍㄟ^封裝、繼承、多態(tài)把程序的耦合度降低，使程序更加靈活、易修改、易復(fù)用。,5,第九章 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論,1 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)概述 2 面向?qū)ο蟾拍?3 面向?qū)ο蠼?4 對象模型 5 動(dòng)態(tài)模型 6 功能模型 7 三種模型之間的關(guān)系,6,學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn),理解面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的基本思想、概念和原理等；理解面向?qū)ο蠼⒌娜N模型的功能和相互關(guān)系。,7,9 . 1 面向

3、對象方法學(xué)概述,軟件工程發(fā)展的兩個(gè)重要階段 傳統(tǒng)軟件工程 面向?qū)ο筌浖墓こ?8,傳統(tǒng)軟件工程,以面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)； 遵循“程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法”的思路； 由“追求技巧與效率”到“清晰第一，效率第二” 缺點(diǎn)： 不太適應(yīng)規(guī)模大、特別復(fù)雜的項(xiàng)目； 難以解決軟件重用的問題； 難以適應(yīng)需求的變化； 難以徹底解決維護(hù)問題。,9,面向?qū)ο筌浖こ?按人類習(xí)慣的思維方法，以現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物（即對象）為中心來思考和認(rèn)識問題。 采用的思想方法與原則：抽象、分類、繼承、聚合、封裝等。 以易于理解的方式表達(dá)軟件系統(tǒng)，建立問題域模型，使設(shè)計(jì)出的軟件盡可能直接地描述現(xiàn)實(shí)世界，具有更好的可維護(hù)性,1

4、0,軟件工程學(xué)家Codd 和Yourdon認(rèn)為：,面向?qū)ο髮ο箢惱^承通信 如果一個(gè)軟件系統(tǒng)采用這些概念來建立模型并予以實(shí)現(xiàn)，那么它就是面向?qū)ο蟮摹?11,面向?qū)ο蠹夹g(shù)發(fā)展概述,初始階段：上世紀(jì) 60 年代，挪威奧斯陸大學(xué)和挪威計(jì)算中心開發(fā)的 Simula67 的語言； 70 年代中期， Xerox 研究中心開發(fā)的 Smallta Ik 語言，具備了面向?qū)ο笳Z言的各種特征。 發(fā)展階段：涌現(xiàn)大批面向?qū)ο缶幊陶Z言（OOPL ）。如 C +、 objective-C 、 ob j ect Pascal 、 Eiffel 、 Actor 等。 成熟階段：面向?qū)ο蠓治觯∣OA ）和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)（ OOD

5、）的研究。出現(xiàn)各種著名的面向?qū)ο蠓治鲈O(shè)計(jì)的方法，如： Coad/ Yourdon 的方法、 Booch 的方法、 OMT方法、 wirtf-Brock 的 RDD 方法、 Jacobson 的 OOSE 方法 等。,12,面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本觀點(diǎn), 任何客觀的事物或?qū)嶓w都是對象。對象組成客觀世界，復(fù)雜的對象可以由簡單的對象組成。 具有相同數(shù)據(jù)和操作的對象可以歸并為一個(gè)類（class ) ，對象是對象類的一個(gè)實(shí)例。 類可以派生出子類，子類繼承父類的全部特性（數(shù)據(jù)和操作），又可以有自己的新特性。子類與父類形成類的層次結(jié)構(gòu)。 對象之間通過消息傳遞相互聯(lián)系。,13,面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的優(yōu)點(diǎn),1 、與人類習(xí)慣

6、的思維方法一致 2 、穩(wěn)定性好 3 、可重用性好 4 、較易開發(fā)大型軟件產(chǎn)品 5 、可維護(hù)性好,14,傳統(tǒng)的開發(fā)方法與面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法比較,15,9 . 2 面向?qū)ο蟮母拍?9 . 2 . 1 對象（ objoct ) 在現(xiàn)實(shí)世界中有意義的、與所要解決的問題有關(guān)系的任何事物都可以作為對象，包括具體的物理實(shí)體的抽象、人為的概念、任何有明確邊界和意義的東西。 如：一名職工、一本圖書、貸款、生產(chǎn)計(jì)劃、一場演出等。 對象既有靜態(tài)的屬性，又有動(dòng)態(tài)的行為（操作）。,16,從軟件開發(fā)的角度定義對象 系統(tǒng)中用來描述客觀事物的實(shí)體，是構(gòu)成系統(tǒng)的基本單位。 由一組屬性和相關(guān)操作組成的服務(wù)組成。這是對象的兩個(gè)基本

7、要素： 屬性：用來描述對象靜態(tài)特征的一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)； 服務(wù)：用來描述對象動(dòng)態(tài)特征（行為）的一個(gè)操作序列。 對象的屬性和所有操作封裝在一起，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一體。 屬性一般只能通過執(zhí)行對象的操作來改變。,17,表示內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)各操作的代碼及局部數(shù)據(jù)，被隱藏，無法從外面看見、訪問或修改； 使用對象的時(shí)候，只能通過對象與外界的界面來操作； 操作時(shí)，只需知道該操作的名字和所需要的參數(shù)，不需要知道這些操作是如何實(shí)現(xiàn)的； 簡單、方便，安全性和可靠性高。,18,9.2.2 其他概念,1、類（ Class ) 具有相同屬性和服務(wù)的一組對象的集合，它為屬于該類的全部對象提供了統(tǒng)一的抽象描述。 “類”好比是一個(gè)對象

8、模板，用它可以產(chǎn)生多個(gè)對象。,類的描述,19,例:,類(class):是對象的“類型”（type） 一般用關(guān)鍵字class來表示。 Class CPeople long ID; string name; void DoSomething(); 對象是類的實(shí)例：CPeople Tom,20,2、實(shí)例（instance）,實(shí)例是某個(gè)特定類所描述的一個(gè)具休對象。 如：“張三”“李四”是類“學(xué)生”的實(shí)例。 對象：可以是一個(gè)具體的對象，也可以泛指一般的對象。 實(shí)例：必然是指一個(gè)在客觀世界中存在的具體對象。,21,3、消息(message),對象之間通信的手段，是一個(gè)對象要求另一對象執(zhí)行類中定義的某個(gè)操作

9、的規(guī)格說明。 通常一個(gè)消息由三部分組成： 接收消息的對象 消息標(biāo)識符（即消息名） 零個(gè)或多個(gè)變元 例如： MyCircle.Show (Green ) MyCircle是接收消息的對象的名字， Show 是消息名，Green是消息的變元。,22,4 、方法（ method ),對象所能執(zhí)行的操作稱為方法，也就是類中所定義的服務(wù)。方法描述了對象執(zhí)行的功能、響應(yīng)消息的操作。 在 C + +中稱為成員函數(shù)。,23,5 、屬性（ attribute）,屬性是對客觀世界實(shí)體所具有的性質(zhì)的抽象，是類中所定義的數(shù)據(jù)。 如：學(xué)生類屬性有姓名、年齡、性別等。 不同對象的同一屬性可以具有相同或不同的屬性值。 如：

10、張三的年齡為19 ，李四 的年齡為20。,24,6 、封裝(encapsulation ),封裝是把對象的屬性和實(shí)現(xiàn)操作的代碼結(jié)合成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)單位，并盡可能隱藏對象的內(nèi)部細(xì)節(jié)，對象以外的部分不能直接作用于對象的內(nèi)部數(shù)據(jù)（屬性），對象間的通信只能通過明確的消息來進(jìn)行。,25,7、繼承（ inheritance）,在現(xiàn)存類定義的基礎(chǔ)上，建立新定義類的技術(shù)。 新類的定義可以是現(xiàn)存類所聲明的數(shù)據(jù)、定義與新類所增加的聲明的組合。 新類復(fù)用現(xiàn)存類的定義，而不要求修改現(xiàn)存類。 現(xiàn)存類可當(dāng)作父類（泛化類、基類或超類）來引用，則新類相應(yīng)地可當(dāng)作子類（特化類、子女類或派生類）來引用。,26,實(shí)現(xiàn)繼承機(jī)制的原理

11、,27,父類、子類、超類 父類：一個(gè)類的上層是父類。 子類：一個(gè)類的下層是子類。 超類：若 C2 是 C1 的子類， C3 是 C2 的子類，則 C1 是 C3的超類。,28,單繼承與多繼承,單繼承：一個(gè)類只允許有一個(gè)父類，即類等級為樹形結(jié)構(gòu)。 多繼承：一個(gè)類允許有多個(gè)父類 繼承的傳遞性： 如果類 C 繼承類 B , 類 B 繼承類 A ，則類 C 繼承類 A 。,29,繼承性的優(yōu)點(diǎn),使得相似的對象可以共享程序代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，大大減少程序中的冗余信息。 便于軟件修改維護(hù)。 用戶在開發(fā)新系統(tǒng)時(shí)不必從零開始，可以繼承原有相似功能或者從類庫中選取需要的類，再派生新類。,30,8 、多態(tài)性（polym

12、orphism ),指對象根據(jù)所接受的消息而做出動(dòng)作，同樣的消息為不同的對象接受時(shí)可導(dǎo)致完全不同的行動(dòng)。,31,9 、重載（ overloading）,包括： 函數(shù)重載：在同一作用域，若干個(gè)參數(shù)特征不同的函數(shù)可以使用相同的函數(shù)名字； 運(yùn)算符重載：同一個(gè)運(yùn)算符可以施加于不同類型的操作數(shù)上面。,32,9 .3 面向?qū)ο蠼?模型：是一組圖示符號和組織這些符號的規(guī)則，利用它們來定義和描述問題域中的術(shù)語和概念。 面向?qū)ο竽Ｐ偷慕M成：,描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),描述系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu),描述系統(tǒng)功能,33,一般的建模順序：, 對象模型（object model ) ：定義實(shí)體，描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)，定義“對誰做” 動(dòng)態(tài)模型（

13、dynamic model ) ：描述系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，規(guī)定“何時(shí)做” 功能模型（ functional model ) ：描述系統(tǒng)功能，指明系統(tǒng)應(yīng)“做什么”,34,幾種著名的面向?qū)ο蠓椒?Booch 方法（ 1991 ) Coad 一 Yourdon 方法（ 1991 ) Rumbaugh 方法（簡稱 OMT ) ( object Modeling Technology , 1991 ) Jacobson 方法（簡稱 OOSE , 1992 ) 由 Rumbaugh 、 Booch 、 Jacobson 提出的統(tǒng)一建模語言 ( 簡稱 UML ) ( Unify Modeling Language

14、 , 1994 ),35,UML 統(tǒng)一建模語言,一種可視化建模語言，能描述開發(fā)需要的各種視圖，并以此為基礎(chǔ)組建系統(tǒng)。 其發(fā)展過程如右圖： 常用的工具： Rational Rose,36,面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)模型,對象模型: 描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對象模型; 動(dòng)態(tài)模型：描述系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)； 功能模型：描述系統(tǒng)功能。 一個(gè)典型的軟件系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（對象模型），執(zhí)行操作（動(dòng)態(tài)模型），并且完成數(shù)據(jù)值的變化（功能模型）。,37,9 . 4 對象模型,描述系統(tǒng)內(nèi)部對象的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，包括對象本身的定義、對象的屬性和操作、以及對象與其它對象之間的關(guān)系。 UML 中，對象模型通常由“類圖”組成。,38,9 . 4 .

15、1 類圖的基本符號,39,9 . 4 . 2 表示關(guān)系的符號,類和類之間的聯(lián)系稱為“關(guān)系”；關(guān)系可以是物理的，也可以是邏輯的。 通常分為：關(guān)聯(lián)、范化、依賴和細(xì)化四種。,40,1 、關(guān)聯(lián),表示：在類之間畫一條連線。 角色：關(guān)聯(lián)的端點(diǎn)，說明類在關(guān)聯(lián)中的作用和角色。,41,關(guān)聯(lián)的重?cái)?shù),表示類中有多少個(gè)對象與關(guān)聯(lián)類中的一個(gè)對象相關(guān)。常見的描述有： 未標(biāo)明，默認(rèn)為 1 ; 0 . 1 ; 0 . *或 * ; 0+ 或1 . ; 1 . 5 ; 3,42,限定關(guān)聯(lián),對關(guān)聯(lián)的含義做某種約束。通常用在一對多或多對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系中，把模型中的重?cái)?shù)從一對多（或多對多）變成一對一（或多對一）,文件在目錄內(nèi)是唯一的,

16、43,關(guān)聯(lián)的屬性,進(jìn)一步說明對象間關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，可引入一個(gè)關(guān)聯(lián)類來記錄這些附加信息。關(guān)聯(lián)類通過一條虛線與關(guān)聯(lián)連接。,44,45,類圖,46,2、聚合,一種“整體與成員”的關(guān)系。表示整體類的那一端增加一個(gè)菱形框。 包括共享聚合和組合聚合。如：,47,48,4 、依賴和細(xì)化,依賴：一個(gè)模型元素是獨(dú)立的，另一個(gè)依賴于這個(gè)獨(dú)立的模型元素，若獨(dú)立元素改變，將影響此元素。 如成績依賴課程：,49,細(xì)化：同一事物在不同抽象層次上描述時(shí)，這些描述之間具有細(xì)化關(guān)系。,B在A的基礎(chǔ)上更詳細(xì)的描述,50,9 . 5 動(dòng)態(tài)模型,狀態(tài)圖描述對象可能的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換，關(guān)心對象在某過程中的經(jīng)歷。 生命周期中的階段也就是對象的狀

17、態(tài)。 一個(gè)觸發(fā)行為稱為一個(gè)事件. 狀態(tài)有持續(xù)性，它占用一段時(shí)間間隔。 事件表示時(shí)刻，狀態(tài)代表時(shí)間間隔。 通過狀態(tài)圖來描繪對象的狀態(tài)、觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件以及對象的行為。,51,建模實(shí)例:描述客房狀態(tài)的狀態(tài)圖,52,9 . 6 功能模型,功能模型表示變化的系統(tǒng)的“功能”性質(zhì)，它指明了系統(tǒng)應(yīng)該“做什么”，因此更直接地反映了用戶對目標(biāo)系統(tǒng)的需求。 UML提供的用例圖也是進(jìn)行需求分析和建立功能模型的強(qiáng)有力工具。 在UML中把用用例圖建立起來的系統(tǒng)模型稱為用例模型。 用例模型描述的是外部行為者(actor）所理解的系統(tǒng)功能。是其他視圖的核心和基礎(chǔ)。,53,圖9.16自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)用例圖,方框代表系統(tǒng),橢圓代表用例,行為者,關(guān)系,54,建模實(shí)例：某金融貿(mào)易系統(tǒng)用例圖 (UML ),55,建模實(shí)例:用例圖舉例（ UML ),56,用例之間的關(guān)系,UML用例主要有擴(kuò)