面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法

1、第第 2 章章 面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法2.1 面向?qū)ο蟮幕舅枷牒突靖拍蠲嫦驅(qū)ο蟮幕舅枷牒突靖拍?2.2 面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)開發(fā)方法面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)開發(fā)方法 返回主目錄2.1 面向?qū)ο蟮幕舅枷牒突靖拍蠲嫦驅(qū)ο蟮幕舅枷牒突靖拍?2.1.1 面向?qū)ο蟮幕舅枷朊嫦驅(qū)ο蟮幕舅枷?與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法用過程化的方式描述應(yīng)用系統(tǒng)不同，面向?qū)ο蟮姆椒ㄕJ(rèn)為，客觀世界是由各種各樣的對象組成的，每個(gè)對象都有各自的內(nèi)部狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不同對象之間通過消息傳送相互作用和聯(lián)系就構(gòu)成了各種不同的系統(tǒng)。 采用對象的觀點(diǎn)看待所要解決的問題，并將其抽象為系統(tǒng)是極其自然與簡單的

2、，因?yàn)樗先祟惖乃季S習(xí)慣，使得應(yīng)用系統(tǒng)更容易理解。同時(shí)，由于應(yīng)用系統(tǒng)是由相互獨(dú)立的對象構(gòu)成的，使得系統(tǒng)的修改可以局部化，因此系統(tǒng)更易于維護(hù)。 2.1.2 對象對象 對象是客觀世界中事物在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的抽象，是一組數(shù)據(jù)和施加于該組數(shù)據(jù)上的一組操作（行為）組成的集合體。 對象是面向?qū)ο蠓椒ǖ闹黧w。當(dāng)一個(gè)對象映射為軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)由三個(gè)部分組成： (1) 私有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它用于描述對象的內(nèi)部狀態(tài)。 (2) 處理。也稱為操作或方法，它施加于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之上。 (3) 接口。這是對象可被共享的部分，消息通過接口調(diào)用相應(yīng)的操作。接口規(guī)定哪些操作是允許的。它不提供操作是如何實(shí)現(xiàn)的信息。 C+語言中的對象由描述對象狀

3、態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和作用于這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的方法（或稱為操作）構(gòu)成，它們都可以分為私有的和公有的兩個(gè)部分，私有部分從對象的外部不可直接訪問，而公有部分可以由對象的外部訪問。C+語言中對象之間的相互聯(lián)系和作用通過 對公有數(shù)據(jù)和方法（操作）的訪問來實(shí)現(xiàn)。例如對于某個(gè)人，它的狀態(tài)可能是： 身高: 175 cm 年齡: 20 性別: 男 膚色: 黃色 它的操作可能是： 回答身高 回答年齡 回答性別 回答膚色 其它對象不能直接訪問它的內(nèi)部狀態(tài)信息，只能通過調(diào)用這些公共操作來訪問該對象。 客觀世界的同一對象在不同的應(yīng)用系統(tǒng)中，由于考察對象的角度不同，對其抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作都可能是不同的。例如對于一個(gè)學(xué)生，在學(xué)籍

4、管理系統(tǒng)與戶籍管理系統(tǒng)兩個(gè)不同的應(yīng)用系統(tǒng)中，抽象出的表示內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的操作都是不同的。因此，在對實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中的對象進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)注意該系統(tǒng)的要求，區(qū)分哪些是該對象的本質(zhì)特征。 2.1.3 類與實(shí)例類與實(shí)例 采用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)時(shí)，對于一個(gè)具體的系統(tǒng)而言，可能存在很多具有相同特征的對象。例如，對于一個(gè)學(xué)籍管理系統(tǒng)，存在許多學(xué)生對象，它們具有相同的結(jié)構(gòu)特征和行為特征，只是表示內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)值不同。為了描述這種相同結(jié)構(gòu)特征和行為特征的對象，面向?qū)ο蠓椒ㄒ肓祟惖母拍?。這一點(diǎn)與人們在認(rèn)識(shí)客觀世界的事物時(shí)所采取的分類思想相同。人們在認(rèn)識(shí)事物時(shí)總是將具有相同特征的事物

5、歸為一類，屬于某類的一個(gè)事物具有該類事物的共同特征。 類是對一組具有相同特征的對象的抽象描述，所有這些對象都是這個(gè)類的實(shí)例。對于學(xué)籍管理系統(tǒng)，學(xué)生是一個(gè)類，而一個(gè)具體的學(xué)生則是學(xué)生類的一個(gè)實(shí)例。 一個(gè)類的不同實(shí)例具有相同的操作或行為的集合和相同的信息結(jié)構(gòu)或?qū)傩缘亩x，但屬性值可以不同；不同的實(shí)例具有不同的對象標(biāo)識(shí)。對于學(xué)生類中的每一個(gè)對象，描述它們所使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相同，但是其值不同。在程序設(shè)計(jì)語言中，類是一種數(shù)據(jù)類型，而對象是該類型的變量，變量名即是某個(gè)具體對象的標(biāo)識(shí)。 因此，一個(gè)類的定義至少包含以下兩個(gè)方面的描述： (1) 該類所有實(shí)例的屬性定義或結(jié)構(gòu)的定義。 (2) 該類所有實(shí)例的操作（或

6、行為）的定義。 在C+語言中，一個(gè)類的定義包含數(shù)據(jù)成員和函數(shù)成員兩部分內(nèi)容。數(shù)據(jù)成員定義該類對象的屬性，不同的對象屬性的值可以不同；函數(shù)成員定義了該類對象的操作。 在一個(gè)系統(tǒng)中，每一個(gè)對象均屬于某個(gè)類，類是對象的屬性和操作的定義模板，而實(shí)例是某個(gè)具體的對象。 2.1.4 繼承性繼承性 人們在對客觀世界的事物進(jìn)行描述時(shí)，經(jīng)常采取分類的方法。類是有層次的，即某個(gè)大類的事物可能分為若干小類，而這些小類可能又分為若干個(gè)更小的類。 面向?qū)ο笏枷氩杉{了事物分類的層次思想，在描述類的時(shí)候，某些類之間具有結(jié)構(gòu)和行為的共性。例如教師類與學(xué)生類，在結(jié)構(gòu)方面均具有姓名、年齡、身高、體重等，在行為（或操作）方面均具有

7、回答身高、回答體重等操作。將這些共性抽取出來，形成一個(gè)單獨(dú)的類人，描述教師類和學(xué)生類中的共性。類人的結(jié)構(gòu)特征和行為特征可以被多個(gè)相關(guān)的類共享，例如教師類和學(xué)生類繼承了類人的結(jié)構(gòu)和行為特征。 在C+語言中，通過類的派生機(jī)制來實(shí)現(xiàn)類的繼承，可以從一個(gè)類中派生出一個(gè)新的類，這個(gè)類稱為派生類的基類或父類，派生出的新類稱為基類的派生類或子類。派生類的對象具有基類對象的特征，同時(shí)又有其自身特有的特征。一個(gè)教師類的對象與一個(gè)學(xué)生類的對象都具有類人所描述的特征，同時(shí)又具有各自所屬教師類和學(xué)生類特有的特征。 利用類之間的繼承關(guān)系，可以簡化類的描述。在類人中描述教師類和學(xué)生類的共性，而在學(xué)生類和教師類中只需描述各

8、自的個(gè)性。利用繼承機(jī)制可以提高軟件代碼的可重用性。在設(shè)計(jì)一個(gè)新類時(shí)，不必從頭設(shè)計(jì)編寫全部的代碼，可以通過從已有的具有類似特性的類中派生出一個(gè)類，繼承原有類中的部分特性，再加上所需的新的特性。 這一點(diǎn)與面向過程的設(shè)計(jì)語言中的過程或函數(shù)不同，要使用具有相似功能的過程或函數(shù)，必須修改源程序代碼以使其適應(yīng)新系統(tǒng)的功能需求，而類的派生機(jī)制無須原有類的源代碼即可派生出新的類。 利用類及其繼承性描述系統(tǒng)時(shí)，由于類之間的繼承關(guān)系，可能會(huì)形成一種具有層次性的類結(jié)構(gòu)。在使用類的層次結(jié)構(gòu)描述系統(tǒng)時(shí)，某些類之間的層次關(guān)系可以有多種實(shí)現(xiàn)方案。例如中學(xué)生類，既可以直接從類人派生出來，也可以從類人的派生類學(xué)生類派生出來。在

9、設(shè)計(jì)類的層次結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意建立的類層次結(jié)構(gòu)是否易于理解以及組織類結(jié)構(gòu)的費(fèi)用等方面的問題。設(shè)計(jì)出來的類層次結(jié)構(gòu)是否合理，往往取決于系統(tǒng)分析員的經(jīng)驗(yàn)等因素。 另外，人們在對客觀世界的事物分類時(shí)，一個(gè)事物可能屬于多個(gè)類，具有多個(gè)類的特性。例如一個(gè)黑人學(xué)生，他既屬于學(xué)生類，又屬于黑人類。這種情形在面向?qū)ο蠓椒ㄖ蟹Q為多繼承，即一個(gè)類同時(shí)從多個(gè)類中派生出來，此時(shí)類的層次結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀的。多繼承在有些面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言中是不允許的，C+語言允許多繼承。只允許派生類有一個(gè)基類稱為單繼承，單繼承的類層次結(jié)構(gòu)是樹狀的。 2.1.5 多態(tài)性多態(tài)性 多態(tài)性是面向?qū)ο笙到y(tǒng)的又一重要特性。所謂多態(tài)即一個(gè)名詞可具有多種語義

10、。 在C+語言中，多態(tài)性主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：(1) 重載：在C+語言中，同一函數(shù)名以及運(yùn)算符可以具有不(2) 同含義的多種實(shí)現(xiàn)版本，編譯器將根據(jù)函數(shù)調(diào)用的參數(shù)(3) 形式?jīng)Q定調(diào)用哪一種實(shí)現(xiàn)版本。 顯示圖形、擦除圖形、移動(dòng)圖形。移動(dòng)圖形的操作都是首先擦除圖形，然后改變圖形的位置基準(zhǔn)點(diǎn)，再在新位置顯示出圖形。在類Shape中實(shí)現(xiàn)移動(dòng)圖形的操作，每種圖形的顯示、擦除、改變基準(zhǔn)點(diǎn)等操作在派生類中分別實(shí)現(xiàn)。若程序中使用某圖形對象的移動(dòng)操作，編譯器采用動(dòng)態(tài)聯(lián)編的手段，在執(zhí)行時(shí)根據(jù)該圖形對象是哪一個(gè)類的實(shí)例，決定調(diào)用哪一個(gè)類的顯示、擦除、改變基準(zhǔn)點(diǎn)的方法。這種多態(tài)性稱為運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性。而重載在編譯時(shí)編譯

11、器即可確定使用哪一個(gè)實(shí)現(xiàn)版本，是靜態(tài)的。 2.1.6 封裝封裝 封裝是一種信息隱藏技術(shù)，對象內(nèi)部對用戶是隱藏的，不可直接訪問；用戶只能見到對象封裝界面上的信息，通過對象的外部接口訪問對象。用戶向?qū)ο蟀l(fā)送消息，對象根據(jù)收到的消息調(diào)用內(nèi)部方法作出響應(yīng)。封裝的目的在于將對象的使用者和對象的設(shè)計(jì)者分開，使用者無須知道對象內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，只需要知道對象接收的消息即可。 封裝的定義為： (1) 一個(gè)清楚的邊界。所有對象的內(nèi)部軟件的范圍被限定在這個(gè)邊界內(nèi)。 (2) 一個(gè)接口。該接口用以描述這個(gè)對象和其它對象之間的相互作用。 (3) 受保護(hù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。這個(gè)實(shí)現(xiàn)給出了由軟件對象提供的功能的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)不能

12、在定義這個(gè)對象的類的外面訪問。 在C+語言中，對象的構(gòu)成由類來描述，每個(gè)類的成員可以分為私有和公有兩種類型，對象的外部不能直接訪問對象的私有部分。 對象的封裝特性可以提高模塊之間的獨(dú)立性，使得系統(tǒng)易于調(diào)試和維護(hù)。下面舉一個(gè)簡單的例子。 假設(shè)應(yīng)用系統(tǒng)中有兩個(gè)模塊：一個(gè)模塊從計(jì)算機(jī)的串行通訊口接收數(shù)據(jù)，放入緩沖區(qū)；另一個(gè)為數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊可以直接訪問緩沖區(qū)，從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)。此時(shí)這兩個(gè)模塊之間的關(guān)聯(lián)程度密切，模塊獨(dú)立性很差。如果接收數(shù)據(jù)的模塊改變緩沖區(qū)的管理方法，則第二個(gè)模塊必須作相應(yīng)的改變。如果數(shù)據(jù)處理模塊對緩沖區(qū)操作有誤，將影響數(shù)據(jù)接收模塊，在程序調(diào)試時(shí)難以確定錯(cuò)誤發(fā)生在哪一個(gè)模塊

13、中。實(shí)際上，數(shù)據(jù)處理模塊并不需要緩沖區(qū)的管理信息，它只需知道緩沖區(qū)中有沒有數(shù)據(jù)以及有什么樣的數(shù)據(jù)。上面的處理方法違反了軟件工程中的信息隱藏原則，數(shù)據(jù)處理模塊訪問了它不需要的信息。 將數(shù)據(jù)接收模塊封裝為一個(gè)對象，緩沖區(qū)的管理信息作為其私有數(shù)據(jù)，即可避免上面的問題。數(shù)據(jù)接收模塊只要提供一個(gè)從緩沖區(qū)獲得數(shù)據(jù)的接口即可。數(shù)據(jù)處理模塊只能訪問該接口，而不能直接操作緩沖區(qū)。此時(shí)兩個(gè)模塊之間的獨(dú)立性提高，如需改變緩沖區(qū)的管理方法，只需修改數(shù)據(jù)接收模塊，數(shù)據(jù)處理模塊將不受任何影響，因?yàn)閿?shù)據(jù)接收模塊提供的外部接口沒有改變。圖2.1與圖2.2是兩種處理方法的示意圖。 圖2.1 傳統(tǒng)的處理方法緩沖區(qū)模塊1模塊2 圖

14、2.2 對象封裝的處理方法 模 塊 1 緩沖區(qū) 獲取數(shù)據(jù)的外部接口 模 塊 2 *2.2 面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)開發(fā)方法面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)開發(fā)方法 2.2.1 概述概述 計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，使用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，首要任務(wù)是采用面向?qū)ο蟮母拍罴捌涑橄髾C(jī)制將開發(fā)的系統(tǒng)對象化和模型化，建立應(yīng)用系統(tǒng)模型；然后使用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的對象。面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法可分為四個(gè)階段： (1) 系統(tǒng)調(diào)查和需求分析。即對應(yīng)用系統(tǒng)將要實(shí)現(xiàn)的功能以及用戶對系統(tǒng)開發(fā)的需求進(jìn)行調(diào)查研究。這是所有開發(fā)方法都必須進(jìn)行的。 (2) 分析問題的性質(zhì)和求解問題。在繁雜的問題域中抽象地識(shí)別出對象及其

15、行為、結(jié)構(gòu)、屬性、方法等。這一階段稱為面向?qū)ο蠓治觯喎Q為OOA。 (3) 整理問題。即對分析的結(jié)果作進(jìn)一步的抽象、歸類、整理，最終以規(guī)范的形式描述對象和類。這一步稱為面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，簡稱為OOD。 (4) 程序?qū)崿F(xiàn)。即用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言將上一步整理的對象和類的描述映射為應(yīng)用程序軟件。這一步一般稱為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，簡稱為OOP。 面向?qū)ο箝_發(fā)方法的幾個(gè)階段的最主要工作是系統(tǒng)的對象化和模型化，使用對象模型描述系統(tǒng)。OOA階段建立初步的對象模型，然后在OOD階段對對象或類進(jìn)行歸類，對類及對象的屬性、方法和結(jié)構(gòu)等進(jìn)行歸類，抽象出它們的共同部分，使類的層次結(jié)構(gòu)更為合理。 下面簡單介紹一下在面向?qū)?/p>

16、象分析與設(shè)計(jì)階段建立對象模型的基本步驟。 2.2.2 分析與設(shè)計(jì)的基本步驟分析與設(shè)計(jì)的基本步驟 面向?qū)ο蠓椒ǚ治雠c設(shè)計(jì)可采取下面的步驟： 1標(biāo)識(shí)對象和它們的屬性標(biāo)識(shí)對象和它們的屬性 標(biāo)識(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的對象和它們的屬性是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法中最艱難的工作。首先要搞清楚系統(tǒng)要解決的問題到底涉及到哪些事物以及它們在系統(tǒng)中的作用?，F(xiàn)實(shí)世界中的事物可以分成五大類： (1) 有形物：指那些看得見摸得著的東西，例如人、書、汽車等。這一部分事物很容易識(shí)別。當(dāng)要解決的問題確定下來以后，很容易將與此問題有關(guān)的有形物都找出來。 (2) 人或組織機(jī)構(gòu)所扮演的角色：例如“醫(yī)生”、“病人”、“教師”和“學(xué)生”等都屬于這一類對象。

17、 (3) 事件：事件對象用來表示所發(fā)生的事件，例如“出診”、“備課”等都屬于此類對象。 (4) 交互：交互對象常常能夠把多個(gè)對象聯(lián)系起來，例如“上課”將老師、課程和學(xué)生聯(lián)系起來。 (5) 規(guī)范：規(guī)范對象具有“標(biāo)準(zhǔn)”或“定義”的性質(zhì)，例如產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和學(xué)校的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)都是規(guī)范對象。 上述分類是按照事物的存在形式來進(jìn)行的。按照面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)，可以將事物歸納為三類： (1) 客觀存在物：包括有形對象和角色對象，體現(xiàn)問題的結(jié)構(gòu)特性。 (2) 行為：包括事件對象和交互對象。行為是對象的一部分，行為依賴于對象。它體現(xiàn)問題的行為特性。 (3) 概念：現(xiàn)實(shí)世界中事物和它們行為規(guī)律的抽象，是識(shí)別對象時(shí)的一類

18、認(rèn)識(shí)和分析對象。 標(biāo)識(shí)對象可以從應(yīng)用系統(tǒng)非形式化描述中的名詞來導(dǎo)出。對象標(biāo)識(shí)出來后，還應(yīng)注意對象之間的類似之處，以建立對象類。例如，Windows多窗口用戶界面中，不同的窗口具有類似的特性，每個(gè)窗口都可以看作某些窗口類的實(shí)例。每個(gè)窗口都具有大小、位置、標(biāo)題等屬性。 2. 標(biāo)識(shí)每個(gè)對象所要求的操作和提供的操作標(biāo)識(shí)每個(gè)對象所要求的操作和提供的操作 標(biāo)識(shí)出每一個(gè)對象執(zhí)行的功能，這些功能描述對象的行為。例如窗口被打開、關(guān)閉、縮放和滾動(dòng)等。同時(shí)還應(yīng)關(guān)心由其它對象提供于它的操作，因?yàn)橥ㄟ^標(biāo)識(shí)這些操作有可能導(dǎo)出新對象。 3. 建立對象之間的聯(lián)系和每個(gè)對象的接口建立對象之間的聯(lián)系和每個(gè)對象的接口 這一步建立對象和對象類之間的聯(lián)系，標(biāo)識(shí)出每一個(gè)對象都與什么對象和對象類有關(guān)。這一步中可能找出一些對象的模式，并決定是否要建立一個(gè)新類以表示這些對象的共同行為特性。 識(shí)別出系統(tǒng)中的對象和類以后，還應(yīng)該識(shí)別出對象之間的相互作用，即對象的外部接口。在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，對象和對象之間的聯(lián)