第九章 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論

1、第九章第九章 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論9.1.1 9.1.1 面向?qū)ο蟮乃枷朊嫦驅(qū)ο蟮乃枷?在前面，我們介紹了傳統(tǒng)的軟件工程方法，這部分我們將要介紹一種新方法。20世紀(jì)70年代末，面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的一些基本概念已在系統(tǒng)工程領(lǐng)域內(nèi)萌發(fā)了出來，如對(duì)于系統(tǒng)中的某個(gè)模塊或構(gòu)件，可表示為問題空間的一個(gè)對(duì)象或一類對(duì)象。到了20世紀(jì)80年代，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法得到了很快的發(fā)展，并顯示出其強(qiáng)大的生命力，因此使面向?qū)ο蠹夹g(shù)在系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)、人工智能等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在更高的層次上、更廣泛的領(lǐng)域內(nèi)開展面向?qū)ο蠹夹g(shù)的熱點(diǎn)研究是在20世紀(jì)90年代，到目前，這種技術(shù)已得到了廣泛的應(yīng)用，面向?qū)ο蠓椒?/p>

2、已成為軟件工程的一種新途徑。面向?qū)ο罂梢员硎緸?面向?qū)ο?OO，Object Oriented)= 對(duì)象+類+繼承+通信 面向?qū)ο蟮幕舅枷胧菍⒁粋€(gè)實(shí)際問題看成是一個(gè)對(duì)象或幾個(gè)對(duì)象的集合。面向?qū)ο蠓治鲞^程是在系統(tǒng)所要求解的問題中找出對(duì)象(屬性和行為)以及它所屬的類，并定義對(duì)象與類；面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)是把系統(tǒng)所要求解的問題分解為一些對(duì)象及對(duì)象間傳遞消息的過程；面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)是把數(shù)據(jù)和出路數(shù)據(jù)的過程結(jié)合為一個(gè)對(duì)象。對(duì)象既可以像數(shù)據(jù)一樣被處理，又可以像過程一樣被描述處理的流程和細(xì)節(jié)。總之，面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)再到面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)(即OOAOODOOP)不用轉(zhuǎn)換。9.1.2 9.1.2 面向?qū)ο蟮幕靖拍蠲?/p>

3、向?qū)ο蟮幕靖拍?1. 1. 對(duì)象對(duì)象(Object)(Object) 我們把客觀世界的實(shí)體稱之為問題空間(問題域)的對(duì)象。 例如， 一個(gè)人可以是一個(gè)對(duì)象，一條信息可以是一個(gè)對(duì)象，一本書可以是一個(gè)對(duì)象，一家圖書館也可以是一個(gè)對(duì)象。可見，對(duì)象是以初始的對(duì)象為基本元素，經(jīng)過層層組合而成的。因此，整個(gè)客觀世界可認(rèn)為是一個(gè)最復(fù)雜的對(duì)象。 對(duì)象是一個(gè)由信息及有關(guān)對(duì)它進(jìn)行處理的描述所組成的包。在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，“對(duì)象”是系統(tǒng)中的基本運(yùn)行實(shí)體，也就是說，“對(duì)象”是具有特殊屬性(數(shù)據(jù))和行為方式(方法)的實(shí)體。對(duì)象的特殊屬性就確定了給定時(shí)刻對(duì)象的狀態(tài)，用數(shù)據(jù)值來描述它的狀態(tài)，例如，用學(xué)號(hào)、姓名、性別、年

4、齡和專業(yè)等數(shù)據(jù)值描述一個(gè)學(xué)生對(duì)象的狀態(tài)。與每一個(gè)對(duì)象相關(guān)的方法定義了該對(duì)象上的操作，例如，學(xué)生信息登記、學(xué)生專業(yè)查詢等方法定義了學(xué)生對(duì)象的操作。因此，對(duì)象是數(shù)據(jù)和操作的封裝體，如圖9.1所示。對(duì)象名屬性方法圖9.1 對(duì)象 2. 2. 類類(Class)(Class) 1) 類的概念 類是對(duì)一個(gè)或幾個(gè)相似對(duì)象的描述。類是具有相同(或相似)屬性和操作的對(duì)象的集合，類是對(duì)象的抽象，而對(duì)象是類的具體化。換句話說，類是對(duì)象的模板，而對(duì)象是類的實(shí)例(Instance)。 類是一個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型的實(shí)現(xiàn)，它定義的是一種對(duì)象類型，它描述了屬于該類型的所有對(duì)象的性質(zhì)。例如，Integer是一個(gè)類，它描述了所有整數(shù)的

5、性質(zhì)(包括整數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和大小比較的實(shí)現(xiàn))，“2”、“3”和“5”等這些具體整數(shù)都是Integer這個(gè)類的對(duì)象，都具備算術(shù)運(yùn)算和大小比較的處理能力。所以說，類具有屬性，它是對(duì)象的狀態(tài)的抽象，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述類的屬性；類具有操作，它是對(duì)象的行為的抽象，用操作名和實(shí)現(xiàn)該操作的方法來描述類的操作。 對(duì)象是在執(zhí)行過程中由其所屬的類動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的，一個(gè)類可以創(chuàng)建多個(gè)不同的對(duì)象。類中的所有數(shù)據(jù)是私有的，該數(shù)據(jù)必須通過類的公共接口(成員函數(shù))來訪問。 2) 類的層次 一個(gè)類的上層可以有超類(Superclass)，下層可以有子類(Subclass)，形成一種層次結(jié)構(gòu)。超類也稱基類，子類也稱派生類。這種類之間的結(jié)

6、構(gòu)關(guān)系主要有兩種：一般與特殊結(jié)構(gòu)關(guān)系和整體與部分結(jié)構(gòu)關(guān)系。 一般與特殊結(jié)構(gòu)關(guān)系又稱為分類結(jié)構(gòu)關(guān)系，也就是“is a”關(guān)系。例如，飛機(jī)和交通工具都是類，它們之間的關(guān)系是“is a”關(guān)系，飛機(jī)是一種特殊的交通工具。通常，越上層的類越具有一般性和共性，越下層的類越特殊、越具體。現(xiàn)實(shí)世界中的一般化的抽象關(guān)系用類的這種結(jié)構(gòu)關(guān)系來描述。 整體與部分結(jié)構(gòu)關(guān)系稱為組裝結(jié)構(gòu)關(guān)系，也就是“has a”關(guān)系。例如，飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)都是類，它們之間的關(guān)系是“has a”關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的一部分。通常，上層的類具有整體性，下層的類具有部分性、成員性?，F(xiàn)實(shí)世界中的組成的抽象關(guān)系用類的這種結(jié)構(gòu)關(guān)系來描述。 3. 3. 消息和

7、方法消息和方法(Message and Method)(Message and Method) 消息用來請(qǐng)求對(duì)象執(zhí)行某一處理或回答某些信息的要求。對(duì)象間的通信是通過消息傳遞來實(shí)現(xiàn)的。消息傳遞是對(duì)象間的一種通信機(jī)制。某一對(duì)象在執(zhí)行相應(yīng)的處理時(shí)，如果需要，它可以通過傳遞消息請(qǐng)求其他對(duì)象完成某些處理工作或回答某些信息；其他對(duì)象在執(zhí)行所要求的處理活動(dòng)時(shí)，同樣可以通過消息傳遞與別的對(duì)象通信。因此，在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，程序的執(zhí)行是靠在對(duì)象間傳遞消息來完成的，如圖9.2所示。圖8.2 消息傳遞消息傳遞發(fā)送者方法消息傳遞接收者對(duì)象1對(duì)象3對(duì)象4對(duì)象2 發(fā)送消息的對(duì)象稱為發(fā)送者，接收消息的對(duì)象稱為接收者。消息

8、中只包含發(fā)送者的要求，它告訴接收者需要完成哪些處理，但并不指示接收者應(yīng)該怎樣完成這些處理。消息完全由接收者解釋，接收者獨(dú)立決定采用什么方式完成所需的處理。發(fā)送一條消息必須包含接收者的對(duì)象名、發(fā)送給該對(duì)象的消息名(即對(duì)象名.方法名)以及傳遞消息的參數(shù)說明等。參數(shù)可以是接收者的局部變量或所有對(duì)象都使用的全局變量。 方法是類中操作的實(shí)現(xiàn)過程。一個(gè)方法包含方法名、參數(shù)和方法體。當(dāng)一個(gè)對(duì)象接收到一條消息后，它所包含的方法決定對(duì)象該做怎樣的處理。對(duì)象的內(nèi)部信息是隱蔽的(私有的)，對(duì)象間只能通過消息來連接，而對(duì)象私有的數(shù)據(jù)是用它的方法訪問的。 4. 4. 繼承性繼承性(Inheritance)(Inheri

9、tance) 繼承性是共享類、子類和對(duì)象中的方法和數(shù)據(jù)的機(jī)制。當(dāng)類A不但具有類B的屬性，而且還具有自己的獨(dú)特屬性時(shí)，這時(shí)稱類A繼承了類B，繼承關(guān)系常稱“即是”(is a)關(guān)系。 當(dāng)類A繼承類B時(shí)(如圖9.3所示)，就表明類A是類B的子類，而類B是類A的超類。子類A由兩部分組成：繼承部分和增加部分。繼承部分是從B繼承來的，增加部分是專為A編寫的新代碼。 繼承具有傳遞性。類的層次結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特點(diǎn)是繼承性。一個(gè)類(直接)繼承其超類的全部描述。這種繼承具有傳遞性，即如果C1繼承C2，C2繼承C3，則C1(間接)繼承C3。所以，一個(gè)類實(shí)際上繼承了層次結(jié)構(gòu)中在其上面的所有類的全部描述。因此，屬于某個(gè)類的

10、對(duì)象除具有該類所描述的特性外，還具有層次結(jié)構(gòu)中該類上面所有類描述的全部特性。 繼承分為單重繼承和多重繼承兩類。在類的層次結(jié)構(gòu)中，一個(gè)類可以有多個(gè)子類，也可以有多個(gè)超類。如果一個(gè)類至多只能有一個(gè)超類，則一個(gè)類至多只能直接繼承一個(gè)類，這種繼承方式稱為單重或簡單繼承(Single Inheritance)，如圖8.3所示。簡單繼承是樹型結(jié)構(gòu)。如果一個(gè)類可以直接繼承多個(gè)類，這種繼承方式稱為多重繼承(Multiple Inheritance)，如圖8.4所示。多重繼承是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。圖9.3 簡單繼承 繼承部分增加部分繼承BA圖9.4 多重繼承AB1Bn繼承繼承 5. 5. 封裝性封裝性(Encapsula

11、tion)(Encapsulation) 封裝是面向?qū)ο蟮囊粋€(gè)重要概念。封裝是一種信息隱蔽技術(shù)，用戶只能見到對(duì)象封裝界面上的信息，對(duì)象內(nèi)部對(duì)用戶是隱蔽的。也就是說，用戶只知道某對(duì)象是“做什么”的，不知道“怎么做”。封裝將外部接口與內(nèi)部實(shí)現(xiàn)分離開來，用戶不必知道行為實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，只須用消息來訪問該對(duì)象。 封裝體現(xiàn)了良好的模塊性，它將定義模塊和實(shí)現(xiàn)模塊分開。封裝使對(duì)象的內(nèi)部軟件的范圍有清楚邊界，有一個(gè)描述該對(duì)象和其他的對(duì)象之間通信的接口；使得模快內(nèi)部的數(shù)據(jù)受到很好的保護(hù)，避免外部的干擾。封裝大大增強(qiáng)了軟件的維護(hù)性、修改性，這也是軟件技術(shù)追求的目標(biāo)。 6. 6. 多態(tài)性多態(tài)性(Polymorphism

12、)(Polymorphism) 當(dāng)同樣的消息可以被送到一個(gè)父類的對(duì)象和它的子類的對(duì)象上時(shí)，被稱作多態(tài)性。也就是說，在類等級(jí)的不同層次中可以共享(公用)一個(gè)行為(方法)的名字，然而，不同層次中的每個(gè)類卻各自按自己的需要來實(shí)現(xiàn)這個(gè)行為，并得到不同的結(jié)果。同一個(gè)操作(方法)、函數(shù)或過程可以用不同類型的參數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)不同的結(jié)果。多態(tài)即一個(gè)名字可具有多種語義。在面向?qū)ο蟮恼Z言中，都有實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的機(jī)制，可允許每個(gè)對(duì)象以自己的解釋方式來響應(yīng)共同的消息。多態(tài)性機(jī)制不僅增加了面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)的靈活性、可理解性和可維護(hù)性，進(jìn)一步減少了信息冗余，而且顯著提高了軟件的可重用性和可擴(kuò)充性。 在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，對(duì)象封裝了方

13、法，恰好要利用如重名、重定義讓各對(duì)象以自己的解釋方式去執(zhí)行，而且這種多義性決不會(huì)帶來混亂，這就是對(duì)象的多態(tài)性。因?yàn)?，這些工作不需要涉及具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和類型，只是著重于揭示系統(tǒng)的邏輯合理性。這對(duì)于需求分析、模型設(shè)計(jì)極為有利。9.2 9.2 面向?qū)ο蠼Ｃ嫦驅(qū)ο蠼?1. 1. 建模與模型建模與模型 建模是問題域中定義軟件解的一種方法。系統(tǒng)開發(fā)中，要解決一個(gè)實(shí)際問題，也就是求該問題的軟件解。在解決問題之前，必須首先理解所要解決的問題，其次才是求解。只有對(duì)問題理解透徹了，才能解決它。這時(shí)我們可以借助于建模的方法來理解問題并解決問題。建模將問題域的解定義成一種模型，以幫助系統(tǒng)分析人員更好地理解問題。

14、模型是為了理解問題而對(duì)問題作出的一種抽象，而且是對(duì)問題的一種無歧義的描述。模型由一組圖示符號(hào)和組織這些符號(hào)的規(guī)則組成，利用它們來定義和描述問題域中的術(shù)語和概念?；蛘哒f，模型是一種思考工具，利用它可以把問題的解規(guī)范地表示出來，幫助我們思考問題、定義術(shù)語和選擇術(shù)語以理解問題。 建模的目的主要是為了減少復(fù)雜性。在開發(fā)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)分析員應(yīng)該從不同角度抽象出目標(biāo)系統(tǒng)的特性。使用精確的表示方法構(gòu)造系統(tǒng)的模型，驗(yàn)證模型是否滿足用戶對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的需求，并在設(shè)計(jì)過程中逐漸把和實(shí)現(xiàn)有關(guān)的細(xì)節(jié)加進(jìn)模型中，直至最終用程序?qū)崿F(xiàn)模型。對(duì)于那些特別復(fù)雜而不能直接理解的系統(tǒng)，更需要建立模型，把復(fù)雜的系統(tǒng)分解成若干個(gè)子

15、系統(tǒng)、子部分，從而降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度。 當(dāng)系統(tǒng)分析員面對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)束手無策時(shí)，建模是一種有效的方法，模型是一種有效的機(jī)制。 建立模型后，需要經(jīng)受用戶和各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业膰?yán)格評(píng)審。審查是為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和找出目標(biāo)系統(tǒng)中冗余的需求。然后，清除錯(cuò)誤，剔除冗余的需求，挖掘潛在的需求，通過多次修改逐步優(yōu)化模型，促使軟件開發(fā)人員透徹地理解問題，從而為軟件設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 2. 2. 面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο竽Ｐ?面向?qū)ο蠼Ｊ怯妹嫦驅(qū)ο蠹夹g(shù)和方法來定義、描述問題域中的軟件解的。對(duì)問題域的理解，同樣也是面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件的關(guān)鍵。面向?qū)ο蠓椒ㄗ罨镜脑瓌t，是按照人們習(xí)慣的思維方式，用面向?qū)ο笥^點(diǎn)建立問題域的模型，開

16、發(fā)出盡可能自然地表現(xiàn)求解方法的軟件。 用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件，通常需要建立對(duì)象模型、動(dòng)對(duì)象模型、動(dòng)態(tài)模型和功能模型態(tài)模型和功能模型三種模型。對(duì)象模型對(duì)象模型是描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的，它始終都是目標(biāo)系統(tǒng)中最關(guān)鍵、最基本、最核心的；動(dòng)動(dòng)態(tài)模型態(tài)模型是描述系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的；功能模型功能模型是描述系統(tǒng)功能的。數(shù)據(jù)、控制和操作等是這三種模型都涉及到的共同概念，只不過是各自描述的側(cè)重點(diǎn)不同罷了。一個(gè)典型的軟件系統(tǒng)應(yīng)包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(對(duì)象模型)、執(zhí)行操作(動(dòng)態(tài)模型)和完成數(shù)據(jù)值的變化(功能模型)。這三種模型從不同但又密切相關(guān)的角度模擬目標(biāo)系統(tǒng)，它們各自從不同側(cè)面反映了系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，綜合起來則全面地反映了對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)

17、的要求。 用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件，在整個(gè)開發(fā)過程中，三種模型逐步發(fā)展、完善。在面向?qū)ο蠓治鲞^程中，構(gòu)造出完全獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用域模型；在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)過程中，把求解域的結(jié)構(gòu)逐漸加入到模型中；在實(shí)現(xiàn)階段，把應(yīng)用域和求解域的結(jié)構(gòu)都編成程序代碼并進(jìn)行嚴(yán)格的測試驗(yàn)證。對(duì)于大系統(tǒng)來說，建立上述三種模型有助于全面地理解問題域。這三種模型的相對(duì)重要程度在不同的應(yīng)用問題中會(huì)有所不同。9.3 9.3 對(duì)對(duì) 象象 模模 型型 對(duì)象模型描述了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是三個(gè)模型的最關(guān)鍵的一個(gè)模型。對(duì)象模型的作用是描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，包括構(gòu)成系統(tǒng)的類和對(duì)象、它們的屬性和操作，以及它們之間的聯(lián)系。面向?qū)ο蠓椒ㄊ且詫?duì)象為基礎(chǔ)來構(gòu)造系

18、統(tǒng)，而不是以功能為基礎(chǔ)來構(gòu)造系統(tǒng)的。對(duì)象模型為建立動(dòng)態(tài)模型和功能模型提供了實(shí)質(zhì)性的框架。對(duì)象模型是基礎(chǔ)，動(dòng)態(tài)模型和功能模型在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建。也就是說，一個(gè)系統(tǒng)只有創(chuàng)建了對(duì)象模型，才能創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模型和功能模型。 在建立對(duì)象模型時(shí)，我們的目標(biāo)是從問題域中提煉出對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)有價(jià)值的概念。 用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件時(shí)，與結(jié)構(gòu)化分析和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法不同，各個(gè)開發(fā)階段使用的表示方法都是相同的，從前一個(gè)階段到后一個(gè)階段只是做些檢查、細(xì)化和充實(shí)。 對(duì)象模型的圖形符號(hào)表示法以及規(guī)定組織這些符號(hào)的語義規(guī)則，即類、對(duì)象(類實(shí)例)、繼承關(guān)系、類和(或)對(duì)象間其他關(guān)系等符號(hào)，目前的表示法不統(tǒng)一。面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的著名專家，如Gr

19、ady Booch，Peter CoadEd Yourhon，James Rurnbaugh，Sally Shlaer等人，都提出了自己的表示方法。這些表示方法雖然形式各異，但是，它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)，那就是獨(dú)立于具體的開發(fā)模式。本書使用Peter CoadEd Yourhon的表示方法。9.3.1 9.3.1 類類- - -對(duì)象的表示符號(hào)對(duì)象的表示符號(hào) 1. 1. 類類- - -對(duì)象對(duì)象 “類-對(duì)象”是一個(gè)專用術(shù)語，它代表一個(gè)類和該類的對(duì)象。表示類-對(duì)象的圖形符號(hào)見圖9.5(a)，類-對(duì)象符號(hào)的變種是類符號(hào)，表示類的圖形符號(hào)見圖9.5(b)。圖9.5 類-對(duì)象和類的圖形符號(hào)類&對(duì)象屬

20、性方法(a)類名屬性方法(b) 類符號(hào)用一個(gè)矩形框表示，由三部分組成，上部分是類的名字，中間部分是該類內(nèi)定義的屬性，下面部分是該類提供的服務(wù)，即方法。類-對(duì)象符號(hào)用類符號(hào)外面再加一個(gè)虛線框表示，虛線框代表屬于該類的對(duì)象。 一般情況下，類內(nèi)定義的屬性和服務(wù)不需寫出來，只需在一個(gè)矩形框內(nèi)寫上類名代表該類。 2. 2. 命名命名 類名是一類對(duì)象的名字。命名是否恰當(dāng)直接影響系統(tǒng)的可理解性。應(yīng)該使用名詞或名詞短語命名，例如，圖書、課程、公司職員等；盡可能使用專業(yè)術(shù)語，例如，外部設(shè)備、服務(wù)臺(tái)、信號(hào)燈等。一般地，應(yīng)該使用在應(yīng)用領(lǐng)域中人們習(xí)慣的專業(yè)術(shù)語作為類名，而且含義明確。不要太隨便，或刻意創(chuàng)造；名字應(yīng)該是

21、無歧義性的、簡潔的、而且具有描述性的。9.3.2 9.3.2 結(jié)構(gòu)的表示符號(hào)結(jié)構(gòu)的表示符號(hào) 結(jié)構(gòu)是一種思維組織的方式，但在面向?qū)ο蠓治雠c面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)是問題域復(fù)雜關(guān)系的表示，它與系統(tǒng)的任務(wù)直接相關(guān)，目標(biāo)系統(tǒng)的任務(wù)決定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。通常，結(jié)構(gòu)分為一般-特殊結(jié)構(gòu)和整體-部分結(jié)構(gòu)兩類。這兩種類型的結(jié)構(gòu)均是面向?qū)ο蠓治雠c面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法的重要組成部分。 1. 1. 一般一般 - - 特殊結(jié)構(gòu)特殊結(jié)構(gòu) 1) 一般 - 特殊結(jié)構(gòu)的概念 一般 - 特殊結(jié)構(gòu)也稱分類結(jié)構(gòu)(或歸納結(jié)構(gòu))，它是一個(gè)類與它的子類之間的分類關(guān)系。高層類(即基類)說明一般性的屬性，低層類(即派生類)說明特殊屬性。低層類對(duì)象“即是(

22、is a)”高層類對(duì)象的某種特殊情況，它繼承了在高層類中定義的屬性和服務(wù)。換句話說，一般-特殊關(guān)系具有繼承性，一般類和對(duì)象的屬性和方法被定義后，即可在特殊類和對(duì)象中使用。 2) 2) 一般一般 - - 特殊關(guān)系表示法特殊關(guān)系表示法 一般 - 特殊關(guān)系表示法為：頂部是一個(gè)一般類，下部是若干個(gè)特殊類，它們之間用線和半圓型標(biāo)記連接；半圓型的標(biāo)記表明圖形是一般 - 特殊關(guān)系，這種表示法是有向的，從半圓中心畫一條線所指到的是特殊類。一般來說，一般類總是放在上部，而特殊類放在下部，這種表示法便于理解模型。一般類與特殊類之間的連線端點(diǎn)應(yīng)連接到類(而不是對(duì)象)，這個(gè)端點(diǎn)位置表明是類之間的關(guān)系，如圖9.6所示。

23、 圖9.6 一般 - 特殊關(guān)系表示法一般類特殊類1特殊類2 3) 實(shí)例 圖9.7是一般 - 特殊關(guān)系的例子。在有關(guān)于人員的管理系統(tǒng)中，可以將人員定義成一般類，將教師和學(xué)生定義成人員的特殊類。它們之間構(gòu)成一般 - 特殊關(guān)系，這種表示法構(gòu)成了一般 - 特殊結(jié)構(gòu)。圖9.7 一般 - 特殊關(guān)系實(shí)例人員教師學(xué)生 2. 2. 整體整體 - - 部分結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu) 1) 整體 - 部分結(jié)構(gòu)的概念 整體 - 部分結(jié)構(gòu)也稱組裝結(jié)構(gòu)(聚集結(jié)構(gòu))，它反映了對(duì)象之間的構(gòu)成關(guān)系。整體 - 部分關(guān)系是人類思維的基本方法之一。在面向?qū)ο蠓治鲋?，它還能將具有特殊的整體 - 部分關(guān)系的類-對(duì)象組織到一起。它對(duì)于在問題域和系統(tǒng)任務(wù)

24、的邊界區(qū)域中識(shí)別類-&-對(duì)象是非常有用的。 2) 整體 - 部分關(guān)系表示法 整體 - 部分關(guān)系表示法為：在頂部是一個(gè)整體對(duì)象(用類-對(duì)象符號(hào)表示的對(duì)象)，下部是組成該整體的若干個(gè)部分對(duì)象(用類-對(duì)象符號(hào)表示的對(duì)象)，它們之間用線與三角標(biāo)記(結(jié)構(gòu)線)連接。三角標(biāo)記表明這是整體 - 部分關(guān)系，而且是有向的。通常，把整體對(duì)象畫在圖的上部而把部分對(duì)象放在下部，這樣布置有助于使模型容易理解。整體可有多個(gè)不同種類的部分。整體 - 部分關(guān)系線的終點(diǎn)位置是外框上，反映了對(duì)象之間(而不是類之間)的映射關(guān)系。整體 - 部分結(jié)構(gòu)線的每一端都標(biāo)有一個(gè)數(shù)量或數(shù)量的區(qū)域，它表示該整體可以擁有的部分?jǐn)?shù)，反之，表示該

25、部分可以擁有的整體數(shù)(當(dāng)數(shù)量為1時(shí)可省略)，詳見圖9.8。圖9.8 整體 - 部分關(guān)系表示法整體部分1部分21, m0, n 3) 約束 我們把反映對(duì)象之間映射關(guān)系中，相互擁有的數(shù)量叫約束，即約束是整體與部分相互擁有的數(shù)。整體約束部分叫多重性，部分約束整體叫參與性。 4) 實(shí)例 圖9.9是整體 - 部分關(guān)系的例子。一臺(tái)微機(jī)由主機(jī)、顯示器組成，主機(jī)又由主板、CPU、顯卡、硬盤等組成。該圖描繪一臺(tái)微機(jī)結(jié)構(gòu)的聚集樹，聚集樹是多級(jí)整體 - 部分結(jié)構(gòu)的一種簡化表示形式。也就是說，如果A是B的一部分，B是C的一部分，則A也是C的一部分，這種性質(zhì)稱傳遞性。傳遞性是整體 - 部分關(guān)系的一個(gè)最重要的性質(zhì)。圖8.

26、9 整體 - 部分關(guān)系實(shí)例微機(jī)主機(jī)顯示器11119.3.4 9.3.4 關(guān)聯(lián)與鏈屬性關(guān)聯(lián)與鏈屬性 1. 1. 屬性屬性 屬性是用來描述類-&-對(duì)象的特性的。一個(gè)屬性是一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)(狀態(tài)信息)，類中對(duì)象都有相應(yīng)的值(狀態(tài))。每個(gè)類-&-對(duì)象都由屬性描述，而屬性則按照類-對(duì)象的規(guī)范來描述。屬性放在類-&-對(duì)象表示符號(hào)的中間部位。 2. 2. 關(guān)聯(lián)關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系 1) 關(guān)聯(lián)的概念 關(guān)聯(lián)關(guān)系反映對(duì)象之間相互依賴、相互作用的關(guān)系。一個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系就是一個(gè)問題域映射模型，該模型反映了某個(gè)對(duì)象對(duì)其他對(duì)象的需求。關(guān)聯(lián)關(guān)系反映了對(duì)象之間的靜態(tài)關(guān)系，是二元關(guān)系。 2) 關(guān)聯(lián)的表示 關(guān)聯(lián)用兩個(gè)對(duì)象之

27、間的實(shí)線來表示。該線的端點(diǎn)位置表明該關(guān)聯(lián)是對(duì)象而不是實(shí)例之間的映射關(guān)系。關(guān)聯(lián)關(guān)系分為一對(duì)一(1:1)、一對(duì)多(1:m)和多對(duì)多(m:n)等三種基本類型，類型的劃分主要依據(jù)參與關(guān)聯(lián)的對(duì)象的數(shù)目。例如，一個(gè)學(xué)校有一個(gè)校長，學(xué)校與校長是一對(duì)一的關(guān)系；一個(gè)教師教許多學(xué)生，教師與學(xué)生是一對(duì)多的關(guān)系(關(guān)聯(lián)的表示如圖9.12所示)；一個(gè)學(xué)生可選修多門課程，一門課程可被多個(gè)學(xué)生選修，學(xué)生與課程是多對(duì)多的關(guān)系。 圖8.12 教師與學(xué)生之間關(guān)聯(lián)關(guān)系 教師學(xué)生1 3) 階數(shù) 對(duì)象的每條關(guān)聯(lián)關(guān)系上均標(biāo)有數(shù)字(m)或者范圍(m，n)，它說明了該對(duì)象對(duì)其他對(duì)象的約束。該數(shù)字或范圍表明可能發(fā)生的映射數(shù)目或范圍。如：“”表示

28、零個(gè)或一個(gè)，“”表示零個(gè)或多個(gè)，“1+”表示一個(gè)或多個(gè)，“1，3”(13)表示該范圍的上下限。固定數(shù)目的連接可使用單個(gè)數(shù)字來表示，圖9.12與圖9.13是兩個(gè)實(shí)例。圖8.13 一個(gè)商場有零個(gè)或多個(gè)職員關(guān)聯(lián)商場職員 4) 鏈屬性 鏈屬性就是關(guān)聯(lián)鏈的性質(zhì)。例如，學(xué)生與課程之間存在著多對(duì)多的關(guān)系，但是，每個(gè)學(xué)生對(duì)不同課程擁有不同的選課方式，學(xué)生與課程之間的關(guān)聯(lián)鏈的屬性就是選課方式(鏈屬性)。鏈屬性的表示方法如圖9.14所示。圖9.14 鏈屬性的表示方法學(xué)生課程1選課1 5) 受限關(guān)聯(lián) 兩個(gè)對(duì)象加上一個(gè)限定詞稱為受限關(guān)聯(lián)。限定詞是一種特殊的鏈屬性。利用限定詞通常能有效地減少關(guān)聯(lián)的階數(shù)。 例如，某一個(gè)學(xué)

29、校內(nèi)的一個(gè)系(院)有許多教職工，一個(gè)教職工僅屬于一個(gè)系(院)，在一個(gè)系(院)內(nèi)，職工號(hào)確定了惟一一個(gè)教職工。利用限定詞“職工號(hào)”表示了系(院)與教職工之間的關(guān)系，可見，利用限定詞把一對(duì)多關(guān)系可以簡化成一對(duì)一關(guān)系，如圖9.15所示。 由于系(院)加職工號(hào)可惟一地確定一個(gè)教職工，因此，限定詞“職工號(hào)”應(yīng)該放在靠近系(院)對(duì)象的那一端。限定提高了語義精確性，增強(qiáng)了查詢能力。在圖9.15中，限定的語法表明，職工號(hào)在其系(院)內(nèi)是惟一的。因此，查找一個(gè)教職工的方法就是，首先查找所需系(院)，然后在該系(院)內(nèi)查找指定的教職工。圖8.15 受限關(guān)聯(lián)表示方法院系教職工職工號(hào)9.3.5 9.3.5 服務(wù)與消息

30、連接服務(wù)與消息連接 1. 1. 服務(wù)服務(wù) 服務(wù)是指某個(gè)對(duì)象所具有的特定的行為，一個(gè)服務(wù)就是收到一條消息之后所執(zhí)行的處理。服務(wù)放在類-&-對(duì)象表示符號(hào)的下部。 2. 2. 消息連接的概念消息連接的概念 消息是對(duì)象之間傳送的信息，消息連接是指一個(gè)對(duì)象到另一個(gè)對(duì)象的映射。消息的連接，反映了一個(gè)對(duì)象對(duì)另一個(gè)對(duì)象的處理依賴關(guān)系。該關(guān)系表明，一個(gè)對(duì)象為了完成自己的任務(wù)，需要借助于另一個(gè)對(duì)象提供的服務(wù)時(shí)，發(fā)送(發(fā)送者)一個(gè)消息給另一個(gè)對(duì)象(接收者)，接收者接收到消息，經(jīng)過處理后，將結(jié)果反饋給發(fā)送者。消息連接反映了對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。 3. 3. 消息連接的表示消息連接的表示 消息連接可以用一個(gè)帶有箭

31、頭的實(shí)線來表示。箭頭從發(fā)送者指向接收者。箭頭的每一端通常都連接到一個(gè)對(duì)象(或偶爾到一個(gè)類)，以表明實(shí)際的參加者，如圖8.16所示。圖9.16 消息連接的表示發(fā)送者接收者9.3.6 9.3.6 對(duì)象模型舉例對(duì)象模型舉例 對(duì)象模型把面向?qū)ο蟮母拍?對(duì)象、類、繼承等)與傳統(tǒng)方法中常用的數(shù)據(jù)建模概念結(jié)合了起來，從而改進(jìn)和拓展了普通的數(shù)據(jù)模型，增強(qiáng)了模型的可理解性和表達(dá)能力。 圖8.17是一個(gè)圖書借閱管理的對(duì)象模型，它表明該公司有許多名職員為之工作，職員又進(jìn)一步劃分為館長和管理員兩類；館長可對(duì)圖書借閱工作進(jìn)行管理，每名管理員可管理多本圖書，每本圖書可由多名管理員管理；圖書擁有許多讀者，借書證號(hào)惟一地確定

32、一個(gè)讀者；讀者又可分為教師和學(xué)生兩類，每名教師或?qū)W生可以借閱數(shù)本圖書，每一種圖書可供多名教師或?qū)W生借閱。這個(gè)對(duì)象模型描述了類-對(duì)象所具有的屬性，以及類-對(duì)象提供的服務(wù)。圖9.17 圖書借閱管理的對(duì)象模型借書號(hào)11圖書館名稱電話聘用職員職工號(hào)姓名地址職務(wù)1為之工作館長電話管理員電話部門名管理讀者借書證號(hào)姓名教師教師證號(hào)電話學(xué)生學(xué)生證號(hào)班級(jí)1管理11借閱借閱圖書書名書號(hào)11管理9.4 9.4 動(dòng)動(dòng) 態(tài)態(tài) 模模 型型 動(dòng)態(tài)模型表示瞬時(shí)的、行為化的系統(tǒng)的控制性質(zhì)，它描述了系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài)模型考察在任何時(shí)刻對(duì)象及其聯(lián)系的改變，從對(duì)象的事件和狀態(tài)的角度出發(fā)，表現(xiàn)對(duì)象的相互行為，規(guī)定對(duì)象模型中對(duì)象的合法

33、變化序列。 動(dòng)態(tài)模型側(cè)重于系統(tǒng)的控制邏輯，它包括狀態(tài)圖和事件追蹤圖。狀態(tài)圖用來描繪對(duì)象的狀態(tài)、觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件以及對(duì)象的行為(對(duì)事件的響應(yīng))；事件追蹤圖側(cè)重于說明發(fā)生于系統(tǒng)執(zhí)行過程中的一個(gè)事件序列。 動(dòng)態(tài)模型由多個(gè)狀態(tài)圖組成。每個(gè)類的動(dòng)態(tài)行為用一張狀態(tài)圖來描繪，各個(gè)類的狀態(tài)圖通過共享事件組合起來，從而構(gòu)成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。也就是說，動(dòng)態(tài)模型是基于事件共享而互相關(guān)聯(lián)的一組狀態(tài)圖的集合。 1. 1. 事件事件 1) 事件的概念 事件是某個(gè)特定時(shí)刻所發(fā)生的事情，是某事物發(fā)生的信息，它使對(duì)象從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。事件沒有持續(xù)時(shí)間，是瞬間完成的。 事件就是引起對(duì)象狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制信息。模型中，各對(duì)象

34、之間相互觸發(fā)，一個(gè)觸發(fā)行為稱作一個(gè)事件。對(duì)象對(duì)事件的響應(yīng)，取決于接收該觸發(fā)的對(duì)象當(dāng)時(shí)所處的狀態(tài)，響應(yīng)包括改變自己的狀態(tài)或者又形成一個(gè)新的觸發(fā)行為。 事件從一個(gè)對(duì)象向另一個(gè)對(duì)象傳送信息。這種信息傳送可視為單向傳送。發(fā)送事件的對(duì)象可能期望對(duì)方答復(fù)，被此事件觸發(fā)的對(duì)象，可以發(fā)送答復(fù)事件也可以不發(fā)送答復(fù)事件。如果發(fā)送答復(fù)事件，該答復(fù)事件也是受被觸發(fā)對(duì)象所控制的一個(gè)獨(dú)立事件。 2) 事件類 事件類由各個(gè)獨(dú)立事件的共同結(jié)構(gòu)和行為抽象組成。有些事件類可能傳送的是簡單的“要發(fā)生某事件”的信息，而其他事件類則可能傳送的是數(shù)據(jù)值。由事件傳送的數(shù)據(jù)值叫屬性。屬性可以在事件類名之后用括號(hào)列出，如表9.1所示。表表9.

35、1 9.1 事件類的屬性描述事件類的屬性描述事 件 類屬 性描 述列車出發(fā)按下鼠標(biāo)按鈕數(shù)字撥號(hào)線路、班次、城市按鈕、位置數(shù)字列車出發(fā)(線路、班次、城市)按下鼠標(biāo)按鈕(按鈕、位置)數(shù)字撥號(hào)(數(shù)字) 2. 2. 狀態(tài)狀態(tài) 1) 狀態(tài)的概念 狀態(tài)是對(duì)對(duì)象屬性值的一種抽象。也就是說，對(duì)象所具有的屬性值稱為對(duì)象的狀態(tài)。狀態(tài)是影響對(duì)象的重要行為的體現(xiàn)，狀態(tài)表明了對(duì)象對(duì)輸入事件的響應(yīng)。各對(duì)象之間相互觸發(fā)(即作用)，就形成了一系列的狀態(tài)變化。 2) 狀態(tài)的特性 狀態(tài)具有時(shí)間性。事件表示時(shí)刻，狀態(tài)代表時(shí)間間隔。一個(gè)對(duì)象在接收事件前后是兩個(gè)不同的狀態(tài)，換句話說，同一個(gè)對(duì)象，在接收兩個(gè)事件之間是一個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)依賴于

36、接收的事件序列。 狀態(tài)具有持續(xù)性，需要一段時(shí)間間隔表示一個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)與連續(xù)的活動(dòng)有關(guān)，這些活動(dòng)需要一定的時(shí)間才能完成。狀態(tài)與事件相互依賴，一個(gè)事件可將兩個(gè)狀態(tài)分開，一個(gè)狀態(tài)可將兩個(gè)事件隔開。 3. 3. 行為行為 行為是指被事件觸發(fā)的對(duì)象達(dá)到某種狀態(tài)時(shí)，所做的一系列處理操作。這些操作是需要耗費(fèi)一定時(shí)間的。 4. 4. 腳本腳本 腳本也叫場景(Scenarios)。腳本是指系統(tǒng)在某一執(zhí)行期間內(nèi)出現(xiàn)的一系列事件。腳本通常起始于一個(gè)系統(tǒng)外部的輸入事件，結(jié)束于一個(gè)系統(tǒng)外部的輸出事件。腳本可以包括系統(tǒng)中所有事件，也可以只包括某些對(duì)象觸發(fā)或產(chǎn)生的事件。 表8.2給出使用電話的腳本，該腳本包括影響電話線的事

37、件：表表9.2 9.2 使用電話的腳本使用電話的腳本編號(hào)事 件編號(hào)事 件1呼叫者拿起電話10呼叫者撥號(hào)(4)2響撥號(hào)聲 11電話鳴響聲3呼叫者撥電話號(hào)碼(2) 12接收者拿起電話4撥號(hào)聲停 13停鳴響聲5呼叫者撥號(hào)(3) 14電話接通6呼叫者撥號(hào)(3) 15通電話7呼叫者撥號(hào)(6) 16接收者掛斷電話8呼叫者撥號(hào)(6) 17電話中斷9呼叫者撥號(hào)(5) 18呼叫者掛斷電話 5. 5. 事件追蹤圖事件追蹤圖 1) 事件追蹤圖的概念 事件追蹤圖側(cè)重于描述發(fā)生于系統(tǒng)執(zhí)行過程中的一個(gè)特定“場景”(腳本)，是完成系統(tǒng)某個(gè)功能的一個(gè)事件序列。 寫好腳本后，需要確定事件追蹤，即確定在對(duì)象之間傳送信息的各個(gè)事件

38、。即首先標(biāo)識(shí)每個(gè)事件的發(fā)送者對(duì)象和接收者對(duì)象，然后，用事件追蹤圖按事件序列順序，來表示事件、事件的發(fā)送者對(duì)象和事件的接收者對(duì)象。 2) 事件追蹤圖的畫法 事件追蹤圖中，用豎線表示對(duì)象，帶箭頭的橫線表示事件，箭頭從發(fā)送者對(duì)象指向接收者對(duì)象。時(shí)間自上向下延續(xù)，與間隔的空間無關(guān)，沒有精確的時(shí)序，請(qǐng)參見圖9.18。圖8.18 打電話事件追蹤圖呼叫者電話線拿起電話響撥號(hào)聲撥號(hào)(2)撥號(hào)聲停撥號(hào)(3)鳴響聲撥號(hào)(4)接收者接收者拿起電話響鈴?fù)ｘQ響聲鈴聲停電話接通通話接收者掛斷電話中斷電話中斷呼叫者掛斷 6. 6. 狀態(tài)圖狀態(tài)圖 1) 狀態(tài)圖的概念 狀態(tài)圖是一個(gè)狀態(tài)與事件的網(wǎng)絡(luò)，它側(cè)重于描述每一類對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為。狀態(tài)是某一時(shí)刻中屬性特征的概括，而狀態(tài)轉(zhuǎn)換則表示這一類對(duì)象在何時(shí)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)外發(fā)生的哪些事件作出何種響應(yīng)。 2) 狀態(tài)圖的畫法 用圓形框或橢圓框表示狀態(tài)，框內(nèi)可標(biāo)上狀態(tài)名也可以不給狀態(tài)命名，行為在框內(nèi)用關(guān)鍵字do(后接冒號(hào))標(biāo)明。用箭頭