《軟件工程》課件第6章 面向?qū)ο蠹夹g(shù)

【本章引言】

面向?qū)ο蠹夹g(shù)是一整套實用的軟件開發(fā)方法，并在系統(tǒng)構(gòu)造中盡可能運用人類的自然思維方式，它是從面向?qū)ο蟪绦蛟O計語言發(fā)展起來，關(guān)于如何看待軟件系統(tǒng)與現(xiàn)實世界的關(guān)系，以什么如何進行系統(tǒng)構(gòu)造的軟件方法學，逐漸形成面向?qū)ο蠓治?OOA)和面向?qū)ο笤O計(OOD)以及面向?qū)ο缶幊?OOP)的方法。開發(fā)方法發(fā)展是一個進化的過程?！颈菊轮攸c】面向?qū)ο蟆㈩?、繼承、封裝、多態(tài)等面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的概念；面向?qū)ο蟮拈_發(fā)模型；面向?qū)ο蟮姆治?；面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設計過程；子系統(tǒng)設計、人機交互設計、任務管理設計和數(shù)據(jù)管理設計；面向?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)；

6.1面向?qū)ο蠹夹g(shù)的概述

面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的“對象”和“面向?qū)ο蟆钡年P(guān)系是這樣的，面向?qū)ο?Object-oriented)=對象(Object)+類(Classification)+繼承(Inheritance)+通信(Communication)。

面向?qū)ο蟮幕咎卣?.1.1面向?qū)ο蟮幕靖拍?.對象(Object)對象是面向?qū)ο箝_發(fā)模型的基本成分，是是可以用系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個實體。

2.類(Classification)類是一組具有相同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相同操作的對象的集合。類的定義包括一組數(shù)據(jù)屬性和在數(shù)據(jù)上的一組合法操作。6.1.1面向?qū)ο蟮幕靖拍?.封裝、繼承和多態(tài)封裝，也就是把客觀事物封裝成抽象的類，并且類可以把自己的數(shù)據(jù)和方法只讓可信的類或者對象操作，對不可信的進行信息隱藏。繼承使得程序員對共同的操作及屬性只說明一次，并且在具體的情況下可以擴展細化這些屬性及操作。多態(tài)性（polymorphism）是允許你將父對象設置成為和一個或更多的他的子對象相等的技術(shù)，賦值之后，父對象就可以根據(jù)當前賦值給它的子對象的特性以不同的方式運作。6.2面向?qū)ο蟮拈_發(fā)模型

面向?qū)ο蠓治霎a(chǎn)生三種分析模型：1．功能模型(即用例模型作為輸入)功能模型由多個數(shù)據(jù)流圖組成，它們指明從外部輸入，通過操作和內(nèi)部存儲，直到外部輸出，這整個的數(shù)據(jù)流情況。2．對象模型對用例模型進行分析,把系統(tǒng)分解成互相協(xié)作的分析類,通過類圖/對象圖描述對象/對象的屬性/對象間的關(guān)系,是系統(tǒng)的靜態(tài)模型。復雜問題（大型系統(tǒng)）的對象模型由下述五個層次組成：主題層（也稱為范疇層）、類－&－對象層、結(jié)構(gòu)層、屬性層和服務層3．動態(tài)模型描述系統(tǒng)的動態(tài)行為,通過時序圖/協(xié)作圖描述對象的交互,以揭示對象間如何協(xié)作來完成每個具體的用例,單個對象的狀態(tài)變化/動態(tài)行為可以通過狀態(tài)圖來表達。

6.3面向?qū)ο蟮姆治?.3.1論域分析（DomainAnalysis）6.3.2應用分析（

Analysis）面向?qū)ο蠓治觯∣bject-OrientedAnalysis，OOA，面向?qū)ο蠓治龇椒ǎ窃谝粋€系統(tǒng)的開發(fā)過程中進行了系統(tǒng)業(yè)務調(diào)查以后，按照面向?qū)ο蟮乃枷雭矸治鰡栴}。OOA（面向?qū)ο蟮姆治觯┠Ｐ陀?個層次（主題層、對象類層、結(jié)構(gòu)層、屬性層和服務層）和5個活動（標識對象類、標識結(jié)構(gòu)、定義主題、定義屬性和定義服務）組成。

6.3.1論域分析（DomainAnalysis）

論域分析是軟件開發(fā)方法中一個基本組成部分，它給出的一組抽象是論域的知識的高層表示，用來作為特定系統(tǒng)需求開發(fā)的參考。由于分析常常是在超出當前應用的范圍進行的，所以這個技術(shù)僅在擴充當前系統(tǒng)或?qū)斫⑵渌到y(tǒng)時找尋復用信息時才是實用的。6.3.2應用分析（Analysis）

應用(或系統(tǒng))分析細化在論域分析階段所開發(fā)出來的信息，并且把注意力集中于要解決的精確的問題。應當把客戶對系統(tǒng)的需求當做限制來使用，它們縮減了論域的信息量，而這種信息將是主動設計過程的一部分。以手機短信傳送的現(xiàn)實問題為實例

6.4面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設計6.4.1系統(tǒng)設計過程6.4.2子系統(tǒng)設計6.4.3人機交互設計6.4.4任務管理設計6.4.5數(shù)據(jù)管理設計6.4.1系統(tǒng)設計過程

面向?qū)ο笤O計分為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計和對象設計。在分析完成之后，對象設計之前，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計要確定給出一個解的框架，實現(xiàn)系統(tǒng)的策略和目標系統(tǒng)的高層結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)高層結(jié)構(gòu)是在時間和空間、軟件和硬件等系列之間作出權(quán)衡，例如子系統(tǒng)的劃分、內(nèi)在的并發(fā)、子系統(tǒng)對硬軟件的分配、數(shù)據(jù)管理資源協(xié)調(diào)以及邊界條件和優(yōu)先權(quán)。6.4.2子系統(tǒng)設計

軟件工程中設計復雜的應用系統(tǒng)的時候通常采用分而治之的方法，把系統(tǒng)分為若干功能模塊，然后分別設計每個部分。系統(tǒng)中每個部分稱之為子系統(tǒng)。例如，企業(yè)網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的子系統(tǒng)一般包括生產(chǎn)管理子系統(tǒng)、人事管理子系統(tǒng)、財務管理子系統(tǒng)以及后勤管理子系統(tǒng)等功能模塊。

6.4.3

人機交互設計對于交互系統(tǒng)，人機交互包括指定窗口和報表的形式、系統(tǒng)響應時間和設計命令層次等內(nèi)容。人機交互設計融合了一般交互、信息顯示和數(shù)據(jù)輸入的設計，整體上控制全局性，以保持界面的設計的友好高效。

6.4.4任務管理設計常見的任務有事件驅(qū)動型任務、時鐘驅(qū)動型任務、優(yōu)先任務、關(guān)鍵任務和協(xié)調(diào)任務等。設計任務管理子系統(tǒng)，包括確定各類任務并把任務分配給適當?shù)挠布蜍浖?zhí)行。6.4.5數(shù)據(jù)管理設計數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)是系統(tǒng)存儲或檢索對象的基本設施，它建立在某種數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)之上，并且隔離了數(shù)據(jù)存儲管理模式(文件、關(guān)系數(shù)據(jù)庫或面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫)的影響。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)是系統(tǒng)存儲或檢索對象的基本設施，它建立在某種數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)之上，并且隔離了數(shù)據(jù)存儲管理模式。6.5面向?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)面向?qū)ο髮崿F(xiàn)主要包括兩項工作：把面向?qū)ο笤O計結(jié)果翻譯成用某種程序語言書寫的面向?qū)ο蟪绦颍粶y試并調(diào)試面向?qū)ο蟮某绦?。具體測試并調(diào)試的過程將在第9章軟件測試中具體講解。6.5.1程序設計語言下面介紹在選擇面向?qū)ο笳Z言時應該著重考察的一些技術(shù)特點。1.支持類與對象概念的機制2.實現(xiàn)整體-部分(即聚集)結(jié)構(gòu)的機制3.實現(xiàn)一般-特殊(即泛化)結(jié)構(gòu)的機制4.實現(xiàn)屬性和服務的機制5.類型檢查6.類庫7.效率8.開發(fā)環(huán)境6.5.2類和應用程序的實現(xiàn)面向?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)可以劃分為類的實現(xiàn)以及應用程序的實現(xiàn)。類的實現(xiàn)開發(fā)是分層的。一個類建立在一些現(xiàn)存的類的基礎上，而這些現(xiàn)存的類又是建立在其他現(xiàn)存的類的基礎上。是從簡單到復雜的開發(fā)方案。軟件庫概念的引入，體現(xiàn)了類實現(xiàn)中存儲代碼的可靠性和復用性。實現(xiàn)類的一個主動方法是把類的參數(shù)約束和循環(huán)執(zhí)行等直接組織到代碼中，可以通過表示斷言的語言機制來實現(xiàn)。斷言表達了對一個過程、一段代碼的要求。軟件庫中的同一個類可以多重實現(xiàn)，一個類可以關(guān)聯(lián)到不止一個實現(xiàn)。設計者應該指出要求的實例所在的類，并確定所需的特定實現(xiàn)。6.6小結(jié)面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的“對象”和“面向?qū)ο蟆钡年P(guān)系是這樣的，面向?qū)ο?Object-oriented)=對象(Object)+類(Classification)+繼承(Inheritance)+通信(Communication)。在面向?qū)ο蟮脑O計方法中，對象和傳遞消息分別是表示事物和事物間聯(lián)系的。類和集成是使用人們思維方式的描述范式。方法是允許作用于類對象的操作和服務。充分體現(xiàn)封裝對象中類與類之間的繼承與多態(tài)的關(guān)系。面向?qū)ο蠼Ｒ约叭N模型及其關(guān)系。功能模型、對象模型、動態(tài)模型。面向?qū)ο蠓治龅幕具^程。面向?qū)ο笤O計的規(guī)則。面向?qū)ο笙到y(tǒng)設計的過程：問題域子系統(tǒng)、人機交互子系統(tǒng)、任務管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的內(nèi)容。面向?qū)ο髮崿F(xiàn)主要包括兩項工作：把面向?qū)ο笤O計結(jié)果翻譯成用某種程序語言書寫的面向?qū)ο蟪绦?；測試并調(diào)試面向?qū)ο蟮某绦颉＞唧w測試并調(diào)試的過程將在第9章軟件測試中具體講解。6.7習題什么是“對象”？試給出這7類對象的名稱，并舉例說明。什么叫面向?qū)ο?？面向?qū)ο蠓椒ǖ奶攸c是什么？為什么要用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件？什么是“類”？“類”與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型有什么關(guān)系？有什么區(qū)別？按照類生存期，類的開發(fā)有哪幾種方式？每一種方式需要做哪些事情？面向?qū)ο箝_發(fā)方法與面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法有什么不同？使用面向?qū)ο箝_發(fā)方法的優(yōu)點在什么地方？面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言具有數(shù)據(jù)抽象、信息隱蔽、(

A

)等特征。作為運算單位的對象應具有下列特性：(

B

)、(

C

)、(

D

)。(

E

)是面向?qū)ο蟮恼Z言。

A：①對象調(diào)用

②對象變換

③非過程性

④信息繼承

⑤并發(fā)性

B~D：①對象把數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的操作結(jié)合為一體②在程序運行時對象都處于活動狀態(tài)③對象在計算中可向其他對象發(fā)送消息④接受消息的對象必須給消息發(fā)送者以回答⑤對象的內(nèi)部狀態(tài)只根據(jù)外部送來的消息才操作

E：①C++，SMALLTALK，objectC

②C，Ada，Modula2③PASCAL，C++，APL

④Ada，objectC，C面向?qū)ο蟮男枨蠓治鲞^程主要分為兩個階段：論域分析和應用分析。試討論它們各自承擔什么任務？如何銜接？使用面向?qū)ο笤O計方法進行設計，以建立系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)有哪幾種主要的組成部分？每一部分所承擔的職責是什么？由RumBaugh等人提出的一種面向?qū)ο蠓椒ń凶鰧ο竽Ｐ突夹g(shù)(OMT)，即三視點技術(shù)，它要求把分析時收集的信息建立在三個模型中。第一個模型是(

A

)，它的作用是描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，包括構(gòu)成系統(tǒng)的對象和類，它們的屬性和操作，以及它們之間的聯(lián)系。第二個模型是(

B

)，它描述系統(tǒng)的控制邏輯，主要涉及系統(tǒng)中各個對象和類的時序及變化狀況。(

B

)包括兩種圖，即(

C

)和(

D

)。(

C

)描述每一類對象的行為，(

D

)描述發(fā)生于系統(tǒng)執(zhí)行過程中的某一特定場景。第三個模型是(

E

)，它著重于描述系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳送與處理，它由多個數(shù)據(jù)流圖組成。

A,B,E：①數(shù)據(jù)模型

②功能模型

③行為模型

④信息模型⑤原型

⑥動態(tài)模型

⑦對象模型

⑧邏輯模型⑨控制模型

⑩仿真模型

C,D：

①對象圖

②概念模型圖

③狀態(tài)遷移圖

④數(shù)據(jù)流程圖⑤時序圖

⑥事件追蹤圖

⑦控制流程圖

⑧邏輯模擬圖

⑨仿真圖

⑩行為圖10.

在面向?qū)ο筌浖O計過程中，應按如下要求進行類的設計：只有類的共有界面的成員才能成為使用類的操作，這就是軟件設計的(

A

)原則。當且僅當一個操作對類的實例的用戶有用時，它才是類公共界面的一個成員，這是軟件設計的(

B

)原則。由同屬一個類的操作負擔存取或加工類的數(shù)據(jù)，這是軟件設計的(

C

)原則。兩個類之間的交互應當僅涉及參數(shù)表，這是軟件設計的(

D

)原則。每個派生類應該當做基類的特殊化來開發(fā)，而基類所具有的公共界面成為派生類的共有界面的一個子集，這是軟件設計的(

E

)原則。A：①過程抽象

②功能抽象

③信息隱蔽

④共享性

⑤連通性B：①標