軟件工程第10章-面向?qū)ο蠓治?課件

軟件工程2第10章面向?qū)ο蠓治?024/5/16分析：提取系統(tǒng)需求理解表達：軟件需求規(guī)格說明 對象模型、動態(tài)模型、功能模型驗證3第10章面向?qū)ο蠓治?024/5/16面向?qū)ο蠓治?OOA)識別出問題域內(nèi)的對象分析它們相互間的關(guān)系最終建立起問題域的簡潔、精確、可理解的正確模型。在用面向?qū)ο笥^點建立起的三種模型中，對象模型是最基本、最重要、最核心的。42024/5/1610.1面向?qū)ο蠓治龅幕具^程10.2需求陳述10.3建立對象模型10.4建立動態(tài)模型10.5建立功能模型10.6定義服務(wù)10.7小結(jié)第10章面向?qū)ο蠓治?10.1.1概述2024/5/1610.1面向?qū)ο蠓治龅幕具^程610.1.2三個子模型與五個層次對象模型（靜態(tài)結(jié)構(gòu)）動態(tài)模型（交互次序）功能模型（數(shù)據(jù)變換）圖10.1復(fù)雜問題的對象模型的5個層次2024/5/1610.1面向?qū)ο蠓治龅幕具^程710.1分析過程2024/5/16面向?qū)ο蠓治龃篌w上按照下列順序進行： 尋找類與對象

識別結(jié)構(gòu)

識別主題

定義屬性

建立動態(tài)模型

建立功能模型

定義服務(wù)分析不可能嚴格地按照預(yù)定順序進行，大型、復(fù)雜系統(tǒng)的模型需要反復(fù)構(gòu)造多遍才能建成。通常，從子集逐漸擴充，直到完全、充分理解整個問題。810.1分析過程2024/5/16分析也不是一個機械的過程。大多數(shù)需求陳述都缺乏必要的信息，所缺少的信息主要從用戶和領(lǐng)域?qū)＜夷抢铽@取，同時也需要從分析員對問題域的背景知識中提取。在分析過程中，系統(tǒng)分析員必須與領(lǐng)域?qū)＜壹坝脩舴磸?fù)交流，以便澄清二義性，改正錯誤的概念，補足缺少的信息。910.2.1書寫要點內(nèi)容：問題范圍，功能需求，性能需求，應(yīng)用環(huán)境及假設(shè)條件等。闡明“做什么”而不是“怎樣做”描述用戶的需求而不是提出解決問題的方法。指出哪些是系統(tǒng)必要的性質(zhì)，哪些是任選的性質(zhì)。2024/5/1610.2需求陳述1010.2.1書寫要點避免對設(shè)計策略施加過多的約束，也不要描述系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因為這樣做將限制實現(xiàn)的靈活性。對系統(tǒng)性能及系統(tǒng)與外界環(huán)境交互協(xié)議的描述，是合適的需求。此外，對采用的軟件工程標準、模塊構(gòu)造準則、將來可能做的擴充以及可維護性要求等方面的描述，也都是適當?shù)男枨蟆?024/5/1610.2需求陳述11圖10.2ATM系統(tǒng)2024/5/1610.2需求陳述10.2.2例子1210.2需求陳述總行擁有多臺ATM，分別設(shè)在全市各主要街道上分行負責提供分行計算機和柜員終端。柜員終端設(shè)在分行營業(yè)廳及分行下屬的各個儲蓄所內(nèi)該系統(tǒng)的軟件開發(fā)成本由各個分行分攤2024/5/16自動取款機系統(tǒng)：自動取款機中央計算機分行計算機柜員終端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1310.2需求陳述一個儲戶可能擁有多個賬戶。柜員負責把事務(wù)輸進柜員終端，接收儲戶交來的現(xiàn)金或支票，或付給儲戶現(xiàn)金。柜員終端與相應(yīng)的分行計算機通信分行計算機具體處理針對某個賬戶的事務(wù)并且維護賬戶。2024/5/16柜員使用柜員終端處理儲戶提交的儲蓄事務(wù)用現(xiàn)金或支票存款開新賬戶從自己的賬戶中取款1410.2需求陳述將來可能還要求使用ATM辦理轉(zhuǎn)賬、存款等事務(wù)。2024/5/16儲戶可以申請現(xiàn)金兌換卡使用現(xiàn)金兌換卡可以通過ATM訪問自己的賬戶目前功能：提取現(xiàn)金查詢信息1510.2需求陳述一張卡可以訪問儲戶的若干個賬戶，但是不一定能訪問這個儲戶的全部賬戶。每張現(xiàn)金兌換卡僅屬于一個儲戶所有同一張卡可能有多個副本必須考慮同時在若干臺ATM上使用同樣的現(xiàn)金兌換卡的可能性。也就是說，系統(tǒng)應(yīng)該能夠處理并發(fā)的訪問。2024/5/16現(xiàn)金兌換卡：磁卡有分行代碼和卡號。分行代碼唯一標識總行下屬的一個分行卡號確定了這張卡可以訪問哪些賬戶1610.2需求陳述中央計算機確定這次事務(wù)與分行的對應(yīng)關(guān)系，并且委托相應(yīng)的分行計算機驗證用戶密碼。如果用戶輸入的密碼是正確的，ATM就要求用戶選擇事務(wù)類型。當用戶選擇取款時，ATM請求用戶輸入取款額。最后，ATM從現(xiàn)金出口吐出現(xiàn)金，并且打印出賬單交給用戶。2024/5/16使用ATM過程：插卡ATM要求用戶輸入密碼ATM將信息傳給中央計算機請求中央計算機核對這些信息并處理事務(wù)。1710.3.1確定類與對象類與對象是在問題域中客觀存在的，系統(tǒng)分析員的主要任務(wù)，就是通過分析找出這些類與對象。首先，找出所有候選的類與對象；然后，從候選的類與對象中篩選掉不正確的或不必要的。2024/5/1610.3建立對象模型18找出候選的類與對象對象是對問題域中有意義的事物的抽象可感知的物理實體人或組織的角色應(yīng)該記憶的事件兩個或多個對象的相互作用需要說明的概念2024/5/1610.3建立對象模型19找出候選的類與對象另一種更簡單的分析方法，是所謂的非正式分析。以用自然語言書寫的需求陳述為依據(jù)把陳述中的名詞作為類與對象的候選者用形容詞作為確定屬性的線索把動詞作為服務(wù)(操作)的候選者。2024/5/1610.3建立對象模型2010.3建立對象模型2024/5/16銀行、自動取款機(ATM)、系統(tǒng)、中央計算機、分行計算機、柜員終端、網(wǎng)絡(luò)、總行、分行、軟件、成本、市、街道、營業(yè)廳、儲蓄所、柜員、儲戶、現(xiàn)金、支票、賬戶、事務(wù)、現(xiàn)金兌換卡、余額、磁卡、分行代碼、卡號、用戶、副本、信息、密碼、類型、取款額、賬單、訪問。提取問題域中隱含的類?！巴ㄐ沛溌贰焙汀笆聞?wù)日志”。2110.3建立對象模型2024/5/16篩選出正確的類與對象篩選時主要依據(jù)下列標準，刪除不正確或不必要的類。冗余：儲戶與用戶，現(xiàn)金兌換卡與磁卡及副本無關(guān)：成本、街道、市、營業(yè)廳籠統(tǒng)：要么無需記憶，要么需要更明確。銀行、信息。屬性：現(xiàn)金、支票、取款額、余額操作：既可以作為名詞，又可以作為動詞的詞實現(xiàn)：事務(wù)日志、通信鏈路2210.3建立對象模型2024/5/16剩下的類：ATM、中央計算機、分行計算機、柜員終端、總行、分行、柜員、儲戶、賬戶、事務(wù)和現(xiàn)金兌換卡。2310.3建立對象模型2024/5/1610.3.2確定關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)：兩個或多個對象之間相互依賴、相互作用的關(guān)系。分析確定關(guān)聯(lián)，能促使分析員考慮問題域的邊緣情況，有助于發(fā)現(xiàn)那些尚未被發(fā)現(xiàn)的類。在分析確定關(guān)聯(lián)的過程中，不必花過多的精力去區(qū)分關(guān)聯(lián)和聚集。事實上，聚集不過是一種特殊的關(guān)聯(lián)，是關(guān)聯(lián)的一個特例。2410.3建立對象模型2024/5/16初步確定關(guān)聯(lián)大多數(shù)關(guān)聯(lián)可以通過直接提取需求陳述中的動詞詞組而得出。通過分析需求陳述，還能發(fā)現(xiàn)一些在陳述中隱含的關(guān)聯(lián)。最后，分析員還應(yīng)該與用戶及領(lǐng)域?qū)＜矣懻搯栴}域?qū)嶓w間的相互依賴、相互作用關(guān)系，根據(jù)領(lǐng)域知識再進一步補充一些關(guān)聯(lián)。

25（1）直接提取動詞短語得出的關(guān)聯(lián)ATM、中央計算機、分行計算機及柜員終端組成網(wǎng)絡(luò)?？傂袚碛卸嗯_ATMATM設(shè)在主要街道上分行提供分行計算機和柜員終端柜員終端設(shè)在分行營業(yè)廳及儲蓄所內(nèi)分行分攤軟件開發(fā)成本儲戶擁有賬戶分行計算機處理針對賬戶的事務(wù)分行計算機維護賬戶柜員終端與分行計算機通信2024/5/1610.3建立對象模型26柜員輸入針對賬戶的事務(wù)ATM與中央計算機交換關(guān)于事務(wù)的信息中央計算機確定事務(wù)與分行的對應(yīng)關(guān)系A(chǔ)TM讀現(xiàn)金兌換卡ATM與用戶交互ATM吐出現(xiàn)金ATM打印賬單系統(tǒng)處理并發(fā)的訪問2024/5/1610.3建立對象模型27（2）需求陳述中隱含的關(guān)聯(lián)總行由各個分行組成分行保管賬戶總行擁有中央計算機系統(tǒng)維護事務(wù)日志系統(tǒng)提供必要的安全性儲戶擁有現(xiàn)金兌換卡（3）根據(jù)問題域知識得出的關(guān)聯(lián)現(xiàn)金兌換卡訪問賬戶分行雇用柜員2024/5/1610.3建立對象模型2810.3建立對象模型2024/5/16篩選進一步篩選，以去掉不正確的或不必要的關(guān)聯(lián)。已刪去的類之間的關(guān)聯(lián)與問題無關(guān)的或應(yīng)在實現(xiàn)階段考慮的關(guān)聯(lián)瞬時事件：關(guān)聯(lián)應(yīng)該描述問題域的靜態(tài)結(jié)構(gòu)三元關(guān)聯(lián)派生關(guān)聯(lián)：可以用其他關(guān)聯(lián)定義的冗余關(guān)聯(lián)2910.3建立對象模型2024/5/16進一步完善應(yīng)該進一步完善經(jīng)篩選后余下的關(guān)聯(lián)，通常從下述幾個方面進行改進。正名分解：分解類與對象，以適應(yīng)不同的關(guān)聯(lián)補充：遺漏關(guān)聯(lián)的補充標明重數(shù)30圖10.3ATM系統(tǒng)原始對象圖2024/5/163110.3建立對象模型2024/5/1610.3.3劃分主題在開發(fā)大型系統(tǒng)時，需要劃分主題先識別類與對象和關(guān)聯(lián)，然后劃分主題。ATM系統(tǒng)：總行、分行、ATM三個主題。32把ATM系統(tǒng)劃分成三個主題2024/5/163310.3建立對象模型2024/5/1610.3.4確定屬性

確定屬性的過程包括分析和選擇兩個步驟。分析名詞詞組屬性的確定既與問題域有關(guān)，也和目標系統(tǒng)的任務(wù)有關(guān)。應(yīng)該僅考慮與具體應(yīng)用直接相關(guān)的屬性，不要考慮那些超出所要解決的問題范圍的屬性。在分析過程中應(yīng)該首先找出最重要的屬性，以后再逐漸把其余屬性增添進去。在分析階段不要考慮那些純粹用于實現(xiàn)的屬性。3410.3建立對象模型2024/5/16選擇認真考察經(jīng)初步分析而確定下來的那些屬性，從中刪掉不正確的或不必要的屬性。通常有以下幾種常見情況。誤把對象當作屬性：具有自身性質(zhì)的實體應(yīng)該作為對象把關(guān)聯(lián)類的屬性誤作為一般對象的屬性把限定誤當成屬性誤把內(nèi)部狀態(tài)當成了屬性過于細化存在不一致的屬性：某些屬性與其他屬性毫不相干，應(yīng)該考慮重新分解類35圖10.4ATM對象模型中的屬性2024/5/163610.3建立對象模型2024/5/1610.3.5識別繼承關(guān)系繼承：知識抽取的過程確定了類中應(yīng)該定義的屬性之后，就可以利用繼承機制共享公共性質(zhì)，并對系統(tǒng)中眾多的類加以組織。建立繼承(即歸納)關(guān)系兩種方式：自底向上：抽象出現(xiàn)有類的共同性質(zhì)泛化出父類，這個過程實質(zhì)上模擬了人類歸納思維過程。自頂向下：把現(xiàn)有類細化成更具體的子類，這模擬了人類的演繹思維過程。37圖10.5帶有繼承關(guān)系的ATM對象模型2024/5/163810.3建立對象模型2024/5/1610.3.6反復(fù)修改僅僅經(jīng)過一次建模過程很難得到完全正確的對象模型。事實上，軟件開發(fā)過程就是一個多次反復(fù)修改、逐步完善的過程。在建模的任何一個步驟中，如果發(fā)現(xiàn)了模型的缺陷，都必須返回到前期階段進行修改。由于面向?qū)ο蟮母拍詈头栐谡麄€開發(fā)過程中都是一致的，因此遠比使用結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計技術(shù)更容易實現(xiàn)反復(fù)修改及逐步完善的過程。39圖10.6修改后的ATM對象模型2024/5/1640在交互式系統(tǒng)中，動態(tài)模型很重要。建立動態(tài)模型的第一步，是編寫典型交互行為的腳本。雖然腳本中不可能包括每個偶然事件，但至少必須保證不遺漏常見的交互行為。接下來從腳本中提取出事件，確定觸發(fā)每個事件的動作對象以及接受事件的目標對象。第三步，排列事件發(fā)生的次序，確定每個對象可能有的狀態(tài)及狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并用狀態(tài)圖描繪它們。最后，比較各個對象的狀態(tài)圖，檢查它們之間的一致性，確保事件之間的匹配。2024/5/1610.4建立動態(tài)模型4110.4.1編寫腳本腳本：系統(tǒng)在某一執(zhí)行期間內(nèi)出現(xiàn)的一系列事件。描述用戶與系統(tǒng)之間一個或多個典型的交互過程。編寫腳本的過程，實際上是分析用戶對系統(tǒng)交互行為的要求的過程。編寫腳本時，首先編寫正常情況的腳本；然后考慮特殊情況；最后考慮出錯情況。2024/5/1610.4建立動態(tài)模型422024/5/1610.4建立動態(tài)模型432024/5/1610.4建立動態(tài)模型442024/5/1610.4.2設(shè)想用戶界面動態(tài)模型著重表示應(yīng)用系統(tǒng)的控制邏輯分析階段也不能忽略用戶界面描述界面的信息交換方式確保能夠完成全部必要的信息交換10.4建立動態(tài)模型4510.4建立動態(tài)模型2024/5/1610.4.3畫事件跟蹤圖自然語言書寫的腳本往往存在二義性。通常在畫狀態(tài)圖之前先畫出事件跟蹤圖。為此首先需要進一步明確事件及事件與對象的關(guān)系。

4610.4建立動態(tài)模型2024/5/16確定事件

仔細分析每個腳本，以便從中提取出所有外部事件。事件包括系統(tǒng)與用戶(或外部設(shè)備)交互的所有信號、輸入、輸出、中斷和動作等。從腳本中容易找出正常事件不要遺漏了異常事件和出錯條件。傳遞信息的對象的動作也是事件。應(yīng)該區(qū)分出每類事件的發(fā)送對象和接受對象。47ATM系統(tǒng)正常情況腳本的事件跟蹤圖畫出事件跟蹤圖

清晰的表示事件序列以及事件與對象的關(guān)系2024/5/1648畫出事件跟蹤圖

ATM系統(tǒng)異常情況的腳本2024/5/164910.4建立動態(tài)模型2024/5/1610.4.4畫狀態(tài)圖把這些事件作為狀態(tài)圖中的有向邊(即箭頭線)，邊上標以事件名。兩個事件之間的間隔就是一個狀態(tài)。一般說來，如果同一個對象對相同事件的響應(yīng)不同，則這個對象處在不同狀態(tài)。應(yīng)該盡量給每個狀態(tài)取個有意義的名字。通常，從事件跟蹤圖中當前考慮的豎線射出的箭頭線，是這條豎線代表的對象達到某個狀態(tài)時所做的行為(往往是引起另一類對象狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件)。5010.4建立動態(tài)模型2024/5/16根據(jù)一張事件跟蹤圖畫出狀態(tài)圖之后，再把其他腳本的事件跟蹤圖合并到已畫出的狀態(tài)圖中。為此需在事件跟蹤圖中找出以前考慮過的腳本的分支點(例如“驗證賬戶”就是一個分支點，因為驗證的結(jié)果可能是“賬戶有效”，也可能是“無效賬戶”)，然后把其他腳本中的事件序列并入已有的狀態(tài)圖中，作為一條可選的路徑?？紤]完正常事件之后再考慮邊界情況和特殊情況，其中包括在不適當時候發(fā)生的事件(例如，系統(tǒng)正在處理某個事務(wù)時，用戶要求取消該事務(wù))。51圖10.9ATM類的狀態(tài)圖2024/5/1652圖10.10總行類的狀態(tài)圖2024/5/1653圖10.11分行類的狀態(tài)圖2024/5/165410.4建立動態(tài)模型2024/5/1610.4.5審查動態(tài)模型各個類的狀態(tài)圖通過共享事件合并，構(gòu)成了系統(tǒng)的動態(tài)模型。檢查系統(tǒng)的完整性和一致性。重點審查沒有前驅(qū)或者沒有后繼的狀態(tài)。552024/5/1610.5建立功能模型56功能模型由一組數(shù)據(jù)流圖組成。表明了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)之間的依賴關(guān)系以及有關(guān)的數(shù)據(jù)處理功能10.5.1畫出基本系統(tǒng)模型圖2024/5/1610.5建立功能模型5710.5建立功能模型2024/5/1610.5.2畫出功能級數(shù)據(jù)流圖把基本系統(tǒng)模型中單一的處理框分解成若干個處理框，以描述系統(tǒng)加工、變換數(shù)據(jù)的基本功能，就得到功能級數(shù)據(jù)流圖。10.5.3描述處理框功能把數(shù)據(jù)流圖分解細化到一定程度之后，就應(yīng)該描述圖中各個處理框的功能。應(yīng)該注意的是，要著重描述每個處理框所代表的功能，而不是實現(xiàn)功能的具體算法。描述既可以是說明性的，也可以是過程性的。58圖10.13ATM系統(tǒng)的功能級數(shù)據(jù)流圖2024/5/16592024/5/1610.5建立功能模型60建立了動態(tài)模型和功能模型之后，才能最終確定類中服務(wù)。在確定類中服務(wù)時，既要考慮該類實體的常規(guī)行為，又要考慮在本系統(tǒng)中特殊需要的服務(wù)。1常規(guī)行為定義了讀、寫該類每個屬性的操作。2從事件導(dǎo)出的操作狀態(tài)圖中發(fā)往對象的事件也就是該對象接收到的消息，因此該對象必須有由消息選擇符指定的操作，這個操作修改對象狀態(tài)（即屬性值）并啟動相應(yīng)的服務(wù)。所啟動的這些服務(wù)，通常就是接受事件的對象在相應(yīng)狀態(tài)的行為。

2024/5/1610.6定義服務(wù)6110.6定義服務(wù)2024/5/163與數(shù)據(jù)流圖中處理框?qū)?yīng)的操作數(shù)據(jù)流圖中的每個處理框都與一個對象(也可能是若干個對象)上的操作相對應(yīng)。應(yīng)該仔細對照狀態(tài)圖和數(shù)據(jù)流圖，以便更正確地確定對象應(yīng)該提供的服務(wù)。4利用繼承減少冗余操作應(yīng)該盡量利用繼承機制以減少所需定義的服務(wù)數(shù)目。只要不違背領(lǐng)域知識和常識，就盡量抽取出相似類的公共屬性和操作，以建立這些類的新父類，并在類等級的不同層次中正確地定義各個服務(wù)。621、需求陳述在一幢有m層樓的大廈中需要一套控制n部電梯的產(chǎn)品，要求這n部電梯根據(jù)下列約束條件在樓層間移動。C1：每部電梯有m個按鈕，每個按鈕代表一個樓層。當按下一個按鈕時該按鈕指示燈亮，同時電梯駛向相應(yīng)的樓層，當?shù)竭_由按鈕指定樓層時指示燈熄滅。C2：除了大廈的最底層和最高層之外，每層樓都有兩個按鈕分別指示電梯上行和下行。當這兩個按鈕之一被按下時相應(yīng)的指示燈亮，當電梯到達此樓層時燈熄滅，電梯向要求的方向移動。C3：當電梯無升降動作時，關(guān)門并停在當前樓層。2024/5/16面向?qū)ο蠓治鰧嵗?32、建立對象模型（1）精確地定義問題 在一個m層樓的大廈里，用每層樓的按鈕和電梯內(nèi)的按鈕來控制n部電梯的移動。（2）提出非形式化策略 在一幢有m層樓的大廈里，用電梯內(nèi)的和每個樓層的按鈕控制n部電梯的運動。當按下電梯按鈕以請求在某一指定樓層停下時，按鈕指示燈亮；當請求獲得滿足時，指示燈熄滅。當電梯無升降操作時，關(guān)門并停在當前樓層。2024/5/16面向?qū)ο蠓治鰧嵗?4（3）把策略形式化類的候選：按鈕、電梯、樓層、運動、大廈、指示燈、請求和門。篩選：樓層和大廈處于問題邊界之外運動、請求作為電梯的操作門作為電梯的屬性指示燈作為按鈕的屬性結(jié)果：電梯和按鈕20