軟件工程第七章面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)

軟件工程第七章面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)第1頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)7.1傳統(tǒng)方法學(xué)的缺點7.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?.3對象模型7.4動態(tài)模型7.5功能模型

第2頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1傳統(tǒng)方法學(xué)的缺點

結(jié)構(gòu)化及其他方法學(xué)的本質(zhì)，是在具體的軟件開發(fā)工作開始之前，通過需求分析預(yù)先定義軟件需求。結(jié)構(gòu)化及其他方法學(xué)部分地緩解了軟件危機，對軟件開發(fā)工程化起了重要的促進作用。第3頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

結(jié)構(gòu)化及其他方法學(xué)并不能完全消除軟件危機。結(jié)構(gòu)化及其他方法學(xué)仍然有許多不足之處。對某些類型的軟件開發(fā)，這種方法學(xué)比較適用。對另一些類型的軟件則可能完全不適用。第4頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.1問題的表現(xiàn)生產(chǎn)效率低率 生命周期方法學(xué)中強調(diào)采用先進的結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計、編程技術(shù)和軟件工具的技術(shù)方法不能滿足軟件的需要量急劇增長。不能滿足用戶需要

第5頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月軟件復(fù)用程度很低 結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)程序設(shè)計技術(shù)開發(fā)軟件時，幾乎每一次開發(fā)一個新系統(tǒng)時都要針對這個具體的系統(tǒng)做大量重復(fù)繁瑣的勞動。軟件仍然很難維護 實踐的經(jīng)驗告訴我們，即使是用生命周期方法學(xué)開發(fā)出的軟件，維護起來仍然相當(dāng)困難，軟件維護成本仍然很高。第6頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.2問題的原因結(jié)構(gòu)化技術(shù)本身的問題預(yù)先定義的需求可能是過時語言鴻溝系統(tǒng)需求的模糊性第7頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2面向?qū)ο蟮幕靖拍畹?頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.1對象（object）對象是實現(xiàn)世界中一個實際存在的事物，它可以是有形的（比如一輛汽車），也可以是無形的（比如一項計劃）。第9頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月對象的定義： 對象是問題域或?qū)崿F(xiàn)域中某些事物的一個抽象，它反映該事物在系統(tǒng)中需要保存的信息和發(fā)揮作用；它是一組屬性和有權(quán)對這些屬性進行操作的一組服務(wù)的封裝體。第10頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月對象有如下一些基本特點：以數(shù)據(jù)為中心。對象是主動的。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)封裝。本質(zhì)上具有并行性。模塊獨立性好。第11頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.2類（class）

類的定義： 類是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，其內(nèi)部包括屬性和服務(wù)兩個主要部分。第12頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7.2類與對象的關(guān)系

類與對象的關(guān)系如同一個模具與用這個模具鑄造出來的鑄件之間的關(guān)系。他們的關(guān)系可以用圖7.2表示。

第13頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.3繼承（inheritance）

繼承是面向?qū)ο笾械闹匾拍?，在軟件實現(xiàn)中的重要手段。并且是面向?qū)ο蠹夹g(shù)可提高軟件開發(fā)效率的重要原因之一。 特殊類的對象擁有其一般類的全部屬性與服務(wù)，稱作特殊類對一般類的繼承。第14頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

一個特殊類既有自己新定義的屬性和服務(wù)，又有從它的一般類中繼承下來的屬性與服務(wù)。 繼承的實現(xiàn)是通過面向?qū)ο笙到y(tǒng)的繼承機制來保證的。 繼承關(guān)系具有傳遞性。第15頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

一個類可以是多個一般類的特殊類，它從多個一般類中繼承了屬性與服務(wù)，這種繼承模式叫作多繼承。第16頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.4封裝（encapsulation）

封裝就是把對象的屬性服務(wù)結(jié)合成為一個獨立的系統(tǒng)單位，并盡可能隱蔽對象的內(nèi)部細節(jié)。 封裝是一種信息隱蔽技術(shù)。封裝是面向?qū)ο蠓椒ǖ囊粋€重要原則。它有兩個涵義：把對象的全部屬性和全部服務(wù)結(jié)合在一起，形成一個不可分割的獨立單位。盡可能隱蔽對象的內(nèi)部細節(jié)，只保留有限的對外接口使之與外部發(fā)生聯(lián)系。第17頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

封裝是一種機制，封裝的信息隱蔽作用反映了事物的相對獨立性。 封裝的原則在軟件上的反映是：要求使對象以外的部分不能隨意存取對象的內(nèi)部數(shù)據(jù)（屬性），從而有效地避免了外部錯誤對它的“交叉感染”，使軟件錯誤能夠局部化。第18頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

封裝是面向?qū)ο蠓椒ǖ囊粋€原則，也是面向?qū)ο蠹夹g(shù)必須提供的一種機制。例如在面向?qū)ο蟮恼Z言中，要求把屬性和服務(wù)結(jié)合起來定義成一個程序單位，并通過編譯系統(tǒng)保證對象的外部不能直接存取對象的屬性或調(diào)用它的內(nèi)部服務(wù)。這種機制就叫作封裝機制。第19頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

強調(diào)嚴格的封裝，則對象的任何屬性都不允許外部直接存取，因此就要增加許多沒有其它服務(wù)意義，而僅負責(zé)讀或?qū)懙姆?wù)。這為編程工作增加了負擔(dān)。 所以我們在用面向?qū)ο筮M行編寫程序時，總會覺得程序顯得臃腫。為了避免這一點，語言往往采取一種比較現(xiàn)實的靈活態(tài)度–––允許對象有不同程度的可見性。

第20頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.5消息（message）

對象是一個獨立的單位，它通過對外提供的服務(wù)在系統(tǒng)中發(fā)揮作用。而只有當(dāng)系統(tǒng)中的其它對象向它請求某個服務(wù)時，它就響應(yīng)這個請求，才能體現(xiàn)其作用。 面向?qū)ο蠓椒ㄖ袑⑦@種向?qū)ο蟀l(fā)出的服務(wù)請求稱作消息。第21頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

面向?qū)ο蠓椒ǖ牧硪粋€原則是通過消息進行對象之間的通信。它與封裝的的原則有密切的關(guān)系。封裝使對象成為互不干擾的獨立單位；而消息通信則為它們提供合法動態(tài)聯(lián)系途徑，使它們互相配合構(gòu)成一個系統(tǒng)。第22頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月面向?qū)ο蠓椒ㄖ袑ο⒌亩x： 消息就是向?qū)ο蟀l(fā)出的服務(wù)請求，它應(yīng)該含有下述信息：提供服務(wù)的對象標(biāo)識、服務(wù)標(biāo)識、輸入信息和回答信息。第23頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.6結(jié)構(gòu)與連接

為了完成某種功能，需要用消息將獨立的對象聯(lián)系起來。在構(gòu)造系統(tǒng)中，對象間關(guān)系不僅僅是用消息的連接方式。為了使系統(tǒng)能夠有效地映射問題域，系統(tǒng)開發(fā)者需認識并描述對象之間的的分類關(guān)系、對象之間的組成關(guān)系、對象屬性之間的靜態(tài)聯(lián)系和對象行為之間的動態(tài)聯(lián)系。第24頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

面向?qū)ο蠓椒ㄟ\用一般-特殊結(jié)構(gòu)、整體-部分結(jié)構(gòu)、實例連接和消息連接描述對象之間的關(guān)系。第25頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一般-特殊結(jié)構(gòu)

一般-特殊結(jié)構(gòu)是由一組具有一般-特殊關(guān)系的類所組成的結(jié)構(gòu)。它是一個以類為結(jié)合，以繼承關(guān)系為邊的連通有向圖。

如果是由一些存在單繼承關(guān)系的類形成的結(jié)構(gòu)又稱作層次結(jié)構(gòu)或樹型結(jié)構(gòu)； 如果由一些存在多繼承關(guān)系的類形成的結(jié)構(gòu)又稱作網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。第26頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7.3一般--特殊結(jié)構(gòu)第27頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月整體-部分結(jié)構(gòu) 當(dāng)一個對象是另一個（組）對象的組成或部分，則稱他們有整體-部分關(guān)系。整體-部分結(jié)構(gòu)由一組彼此間存在著這種組成關(guān)系的對象構(gòu)成。它描述對象之間的組成關(guān)系。即：如圖7--4所示。第28頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7--4整體-部分結(jié)構(gòu)第29頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

整體-部分結(jié)構(gòu)有兩種實現(xiàn)方式。用部分對象的類作為一種廣義的數(shù)據(jù)類型來定義整體對象的一個屬性，構(gòu)成一個嵌套對象。獨立地定義和創(chuàng)建整體對象和部分對象，并在整體對象中設(shè)置一個屬性，它的值是部分對象的對象標(biāo)識，或者是一個指向部分對象的指針。第30頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月實例連接 實例連接反映對象與對象之間的靜態(tài)聯(lián)系。例如教師和學(xué)生之間的關(guān)系。這種雙邊關(guān)系在實現(xiàn)中可以通過對象的屬性表達出來。所以這種關(guān)系稱作實例連接。第31頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月消息連接 描述對象之間的動態(tài)聯(lián)系是用消息連接。若一個對象在執(zhí)行自己的服務(wù)時，需要請求另一個對象為它完成某個服務(wù)。那么，這兩個對象之間存在著消息連接。消息連接是有向的，從消息發(fā)送者指向消息接收者。第32頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.7多態(tài)性（Polymorphism）

多態(tài)性是指允許不同類的對象對同一消息作出響應(yīng)。 多態(tài)性引用具有靜態(tài)類型和動態(tài)類型。動態(tài)類型可以在程序執(zhí)行期間在實例之間進行變化。靜態(tài)類型是在程序上下文中由實體說明決定的。第33頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

對象的多態(tài)性是指在一般類中定義的屬性或服務(wù)被特殊類繼承之后，可以具有不同的數(shù)據(jù)類型或表現(xiàn)出不同的行為。這使得同一個屬性或服務(wù)名在一般類及其各個特殊類中具有不同的語義。第34頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

如果一種面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言能支持對象的多態(tài)性，則可為開發(fā)者帶來不少方便。 多態(tài)性是一種比較高級的功能。多態(tài)性的實現(xiàn)需要面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言提供相應(yīng)的支持。第35頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月支持多態(tài)性的實現(xiàn)的語言應(yīng)具備的功能是：重載–––在特殊中對繼承來的屬性或服務(wù)進行重新定義。動態(tài)綁定–––在運行時根據(jù)對象接收的消息動態(tài)地確定要連接哪一段服務(wù)代碼。類屬（generic）–––服務(wù)參量的類型可以是參數(shù)化的。第36頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.8其他概念方法（Method） 方法，就是對象所能執(zhí)行的操作，也就是類中所定義的服務(wù)。方法描述了對象執(zhí)行操作的算法，響應(yīng)消息的方法。屬性（Attribute） 屬性，就是類中所定義的數(shù)據(jù)，它是是客觀世界實體所具有的性質(zhì)的抽象。類的每個實例都有自己特有的屬性值。第37頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月重載（Overloading） 有兩種重載：函數(shù)重載是指在一同一作用域內(nèi)的若干個參數(shù)特征不同的函數(shù)可以使用相同的函數(shù)名字；運算符重載是指同一運算符可以施加于不同類型的操作數(shù)上面。當(dāng)然，當(dāng)參數(shù)特征不同或被操作數(shù)的類型不同時，實現(xiàn)函數(shù)的算法或運算符的語義是不相同的。第38頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3對象模型

為了更好地理解問題，人們常常采用建立問題模型的方法。所謂模型，就是為了理解事物而對事物作出的一種抽象，是對事物的一種無歧以的書面描述。 模型由一組圖示符號和組織這些符號的規(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。第39頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

所謂對象模型就是表示靜態(tài)的、結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)”性質(zhì)。它是客觀世界實體的對象以及對象彼此間的關(guān)系的映射的模擬，描述了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。第40頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

在建立對象模型時，我們的目標(biāo)是從客觀世界中提煉出對具體應(yīng)用有價值的概念。為了建立對象模型，需要定義一組圖形符號，并且規(guī)定一組組織這些符號以表示特定語義的規(guī)則。第41頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的有許多表示方法，這些表示方法雖然形式各異。但是，它們共同的特點就是獨立于具體的開發(fā)模式。 現(xiàn)有的用于建立對象模型的表示方法，都包含下列符號：

1．表示類的符號（應(yīng)該既能表示屬性又能表示服務(wù)）；第42頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2．表示對象（類實例）的符號；3．表示繼承關(guān)系的符號；4．表示類和（或）對象間其他關(guān)系的符號。第43頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3.1表示法1.對象符號 類符號通常用來代表一個沒有實例的抽象類。類符號是一個矩形框，由兩條橫線把矩形框分為三部分，最上面部分是類的名字，中間部分列出該類內(nèi)定義的屬性，最下面部分列出該類提的服務(wù)。第44頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7--5表示類的圖形符號普通對象由圖7--5所示的類符號表示。

第45頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)不需要詳細描述一個類內(nèi)定義了哪些屬性和服務(wù)時，可以僅在一個矩形框內(nèi)寫上類名代表該類；當(dāng)不需要列出一個類所提供的服務(wù)時，可以僅用一條橫線把代表該類的矩形框分成兩半，上半部分寫上該類的名字，下半部分列出該類內(nèi)定義的屬性。第46頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2.命名 類名是一類對象的名字，命名是否恰當(dāng)對系統(tǒng)的可理解性影響相當(dāng)大。名字應(yīng)該是富于描述性的、簡潔的而且無二義性的。因此，命名時應(yīng)該遵守以下幾條準(zhǔn)則：（1）使用標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語。（2）使用具有確切含義的名詞。第47頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）必要時用名詞短語作名字。第48頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3.2表示結(jié)構(gòu)

在面向?qū)ο蠓治龊兔嫦驅(qū)ο笤O(shè)計中，結(jié)構(gòu)表示了問題域中的復(fù)雜關(guān)系，是對客觀世界實體相互間關(guān)系的抽象。 結(jié)構(gòu)與目標(biāo)系統(tǒng)的任務(wù)直接相關(guān)，也就是說，目標(biāo)系統(tǒng)的任務(wù)決定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。第49頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一般一特殊關(guān)系 一般--特殊關(guān)系反映了一個類與若干個互不相容的子類之間的分類關(guān)系。高層類定義一般性的屬性與服務(wù)，低層類說明特殊屬性與服務(wù)。第50頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7—6表示一般--特殊關(guān)系的符號

第51頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2.整體一部分關(guān)系 整體-部分結(jié)構(gòu)又稱組裝結(jié)構(gòu)，用于描述系統(tǒng)中各類對象之間的組成關(guān)系，通過它可以看出某個類的對象以另外一些類的對象作為其組成部分。第52頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7—7表示整體-部分關(guān)系的圖形符號第53頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

傳遞性是整體-部分關(guān)系具有的最重要的特性。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。當(dāng)組合關(guān)系有多個層次時，可以用一棵簡單的聚集樹來表示它。第54頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

聚集樹是多級組合關(guān)系的一種簡化表示形式。圖7--8是描繪一所學(xué)校結(jié)構(gòu)的聚集樹，它表明，一所學(xué)校由教務(wù)、總務(wù)、財務(wù)及若干系組成，每系由若干教研室和實驗實組成。第55頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7--8學(xué)校結(jié)構(gòu)的聚集樹第56頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.關(guān)聯(lián)關(guān)系 通常把兩類對象之間的二元關(guān)系再細分為一對一（1:1）、一對多（1:M）和多對多（M:N）等三種基本類型，類型的劃分依據(jù)參與關(guān)聯(lián)的對角的數(shù)目。第57頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

實際上，在面向?qū)ο蠓治龊兔嫦驅(qū)ο笤O(shè)計中遇到的絕大多數(shù)關(guān)聯(lián)都是二元的，多元關(guān)聯(lián)的語義，表示及實現(xiàn)，都比二元關(guān)聯(lián)復(fù)雜得多，只要有可能就應(yīng)該避免使用多元關(guān)聯(lián)。第58頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3.3例子

對象模型把面向?qū)ο蟮母拍睿▽ο?、類、繼承等）與傳統(tǒng)方法中常用的住處建模概念結(jié)合起來了，從而改進和拓廣了普通的信息模型析可理解性和表達能力。第59頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7--9是一家公司的對象模型，它表明，該公司有許多部門，部門名唯一地確定一個部門；每個部門由一名經(jīng)理管理，也有的經(jīng)理并不管理任何一個部門；每個部門生產(chǎn)多種產(chǎn)品，每種產(chǎn)品僅由一個部門生產(chǎn)。第60頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7--9公司的對象模型第61頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

該公司有許多員工為之工作，員工又進一步劃分為經(jīng)理和工人兩類。每名工人可參加多個工程項目，每個項目需要多名工人；每位經(jīng)理可以主持多個項目，每個項目僅有一人主持。這個對象模型還描述了某些類對象所具有的屬性，以及公司類對象提供的服務(wù)。第62頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4動態(tài)模型

一旦建立起對象模型之后，就需要考察對象的動態(tài)行為。動態(tài)模型是表示瞬時的、行為化的系統(tǒng)的“控制”性質(zhì)，它規(guī)定了對象模型中的對象的合法變化序列。第63頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.1術(shù)語事件 在某個特定時刻所發(fā)生的事情稱為事件。它是對引起對象從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)的現(xiàn)實世界中的事件的抽象。2.狀態(tài) 對象在某個特定階段所處的情形就是狀態(tài)。它是對象行為的屬性值的一種抽象。狀態(tài)規(guī)定了對象對輸入事件的響應(yīng)方式。第64頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

狀態(tài)與事件密不可分，一個事件分開兩個狀態(tài)，一個狀態(tài)隔開兩上事件。事件表示時刻，狀態(tài)代表時間間隔。在定義狀態(tài)的時候，應(yīng)該忽略那些不影響對象行為的屬性。第65頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.行為 行為是指對象達到某種狀態(tài)時所做的一系列處理操作。這些操作是需要耗費時間的。所有對象都具有自己的生命周期。第66頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.2表示方法圖7--10給出了狀態(tài)圖中使用的主要表示符號。第67頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

狀態(tài)用圓形框或橢圓框表示，框內(nèi)可標(biāo)上狀態(tài)名也可以不給狀態(tài)起名字，行為在框內(nèi)用關(guān)鍵字do(后接冒號)標(biāo)明。 從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換用箭頭線表示，線上標(biāo)以事件名。必要時可在事件名后面加一個方括號，括號內(nèi)寫上狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件。第68頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.3例子第69頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖中表明，沒有創(chuàng)建時，棧處于空狀態(tài)；如果如果壓入數(shù)據(jù)，棧處于半空狀態(tài)；這時既可以繼續(xù)壓入，直到壓滿進入滿狀態(tài)。也可以彈出，當(dāng)彈出最后一個數(shù)據(jù)后，棧就重新處于空狀態(tài)。就緒后……。第70頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5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。第71頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5.1表示方法

通常，功能模型由一組數(shù)據(jù)流圖組成。一般說來，與對象模型和動態(tài)模型比較起來，數(shù)據(jù)流圖并沒有增加新的信息，但是，建立功能模型有助于軟件開發(fā)人員更深入地理解問域，改進和完善自己的設(shè)計。因此，不能完全忽視功能模型的作用。第72頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5.2與其他兩種模型的關(guān)系

面向?qū)ο蠼Ｐ图夹g(shù)所建立的三種模型，分別從三個不同側(cè)面描述