軟件工程與項(xiàng)目管理(第2版) 課件 第10章　面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)

10.1面向?qū)ο蟮母拍?/p>

10.2面向?qū)ο蟮哪Ｐ?/p>

10.3面向?qū)ο蟮姆治?/p>

10.4面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)

10.5面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)

10.6面向?qū)ο蠛突趯?duì)象的區(qū)別10.1面向?qū)ο蟮母拍蠲嫦驅(qū)ο?ObjectOriented，OO)是20世紀(jì)90年代以來主流的軟件開發(fā)方法。面向?qū)ο蟮母拍詈蛻?yīng)用已超越了程序設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)，擴(kuò)展到很寬的范圍，如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、交互式界面、應(yīng)用結(jié)構(gòu)、應(yīng)用平臺(tái)、分布式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)、CAD技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域。起初，“面向?qū)ο蟆笔菍Ｖ冈诔绦蛟O(shè)計(jì)中采用封裝、繼承、抽象等設(shè)計(jì)方法?？墒?，這個(gè)定義顯然不適合現(xiàn)在的情況。面向?qū)ο蟮乃枷胍呀?jīng)涉及軟件開發(fā)的各個(gè)方面，如面向?qū)ο蟮姆治?ObjectOrientedAnalysis，OOA)，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)(ObjectOrientedDesign，OOD)以及面向?qū)ο蟮木幊虒?shí)現(xiàn)(ObjectOrientedProgramming，OOP)。10.1.1傳統(tǒng)開發(fā)方法存在的問題傳統(tǒng)開發(fā)方法存在以下幾個(gè)問題。1.軟件重用性差重用性是指同一事物不經(jīng)修改或稍加修改就可多次重復(fù)使用的性質(zhì)。傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)通過庫函數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)重用，實(shí)踐表明標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫缺乏靈活性，往往難以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合的不同要求。對(duì)于用戶自己設(shè)計(jì)的功能模塊，對(duì)它的重用也有限制，一方面要保證功能完全相同，否則需要進(jìn)行修改，另一方面，過程和數(shù)據(jù)是相互依賴的，功能的變化往往涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變，如果新的應(yīng)用中的數(shù)據(jù)與原來模塊中的數(shù)據(jù)不同，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的同時(shí)，功能模塊也需要修改。2.軟件可維護(hù)性差軟件工程強(qiáng)調(diào)軟件的可維護(hù)性，強(qiáng)調(diào)文檔資料的重要性，規(guī)定最終的軟件產(chǎn)品應(yīng)該由完整、一致的配置成分組成。在軟件開發(fā)過程中，始終強(qiáng)調(diào)軟件的可讀性、可修改性和可測(cè)試性是軟件的重要的質(zhì)量指標(biāo)。實(shí)踐證明，用傳統(tǒng)方法開發(fā)出來的軟件，維護(hù)時(shí)其費(fèi)用和成本仍然很高，其原因是可修改性差，維護(hù)困難，導(dǎo)致可維護(hù)性差。3.開發(fā)出的軟件不能滿足用戶需要用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化方法開發(fā)大型軟件系統(tǒng)涉及各種不同領(lǐng)域的知識(shí)，在開發(fā)需求模糊或需求動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)時(shí)，所開發(fā)出的軟件系統(tǒng)往往不能真正滿足用戶的需要。用結(jié)構(gòu)化方法開發(fā)的軟件，其穩(wěn)定性、可修改性和可重用性都比較差，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化方法的本質(zhì)是功能分解，從代表目標(biāo)系統(tǒng)整體功能的單個(gè)處理著手，自頂向下不斷把復(fù)雜的處理分解為子處理，這樣一層一層地分解下去，直到僅剩下若干個(gè)容易實(shí)現(xiàn)的子功能處理為止，然后用相應(yīng)的工具來描述各個(gè)最底層的處理。因此，結(jié)構(gòu)化方法是圍繞實(shí)現(xiàn)處理功能的“過程”來構(gòu)造系統(tǒng)的。然而，用戶需求的變化大部分是針對(duì)功能的，因此，這種變化對(duì)于基于過程的設(shè)計(jì)來說是災(zāi)難性的。用這種方法設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)常常是不穩(wěn)定的，用戶需求的變化往往造成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的較大變化，從而需要花費(fèi)很大代價(jià)才能實(shí)現(xiàn)這種變化。10.1.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?.對(duì)象對(duì)象是人們要進(jìn)行研究的任何事物，它不僅能表示具體的事物，還能表示抽象的規(guī)則、計(jì)劃或事件。我們所指的對(duì)象是計(jì)算機(jī)中的對(duì)象，是對(duì)現(xiàn)實(shí)中對(duì)象的模擬，它抽象出現(xiàn)實(shí)世界中對(duì)象的特征和行為，分別用數(shù)據(jù)和函數(shù)刻畫，并封裝成一個(gè)整體。模擬后的計(jì)算機(jī)對(duì)象既能體現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界事物的狀態(tài)，也具有相應(yīng)的行為。在不同領(lǐng)域中對(duì)于對(duì)象有不同理解。一般地認(rèn)為，對(duì)象就是一種事物，一個(gè)實(shí)體。在面向?qū)ο蟮念I(lǐng)域中，則應(yīng)當(dāng)從概念和實(shí)現(xiàn)形式兩個(gè)角度來理解對(duì)象。從概念上講，對(duì)象是代表著正在創(chuàng)建的系統(tǒng)中的一個(gè)實(shí)體。例如，一個(gè)商品銷售系統(tǒng)，像顧客、商品、柜臺(tái)、廠家等都是對(duì)象，這些對(duì)象對(duì)于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的完整功能都是必要的。從實(shí)現(xiàn)形式上講，對(duì)象是一個(gè)狀態(tài)和操作(方法)的封裝體。狀態(tài)是由對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容和值定義的，方法是一系列的實(shí)現(xiàn)步驟，它是由若干操作構(gòu)成的。對(duì)象實(shí)現(xiàn)了信息隱藏，對(duì)象與外部是通過操作接口聯(lián)系的，方法的具體實(shí)現(xiàn)外部是不可見的。封裝的目的就是阻止非法的訪問，操作接口提供了這個(gè)對(duì)象的功能。對(duì)象是通過消息與另一個(gè)對(duì)象傳遞信息的，每當(dāng)一個(gè)操作被調(diào)用時(shí)，就有一條消息被發(fā)送到這個(gè)對(duì)象上，消息帶來了將被執(zhí)行的這個(gè)操作的詳細(xì)內(nèi)容。一般地講，消息傳遞的語法隨系統(tǒng)不同而不同，其他組成部分包括：目標(biāo)對(duì)象、所請(qǐng)求的方法和參數(shù)。2.對(duì)象的狀態(tài)和行為對(duì)象具有狀態(tài)，一個(gè)對(duì)象用數(shù)據(jù)值來描述它的狀態(tài)。對(duì)象還有操作，用于改變對(duì)象的狀態(tài)，對(duì)象及其操作就是對(duì)象的行為。對(duì)象實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和操作的結(jié)合，使數(shù)據(jù)和操作封裝于對(duì)象的統(tǒng)一體中。3.類我們習(xí)慣上把具有相同或相似性質(zhì)的對(duì)象劃分成類。因此，對(duì)象的抽象是類，類的具體化就是對(duì)象，也可以說類的實(shí)例是對(duì)象。類是創(chuàng)建對(duì)象的樣板，它包含著所創(chuàng)建對(duì)象的狀態(tài)描述和方法的定義。類的完整描述包含了外部接口和內(nèi)部算法以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式。由一個(gè)特定的類所創(chuàng)建的對(duì)象被稱為這個(gè)類的實(shí)例，因此類是對(duì)象的抽象及描述，它是具有共同行為的若干對(duì)象的統(tǒng)一描述體。類中要包含生成對(duì)象的具體方法。類是抽象數(shù)據(jù)類型的實(shí)現(xiàn)。一個(gè)類的所有對(duì)象都有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且共享相同的實(shí)現(xiàn)操作的代碼，而各個(gè)對(duì)象有著各自不同的狀態(tài)，即私有的存儲(chǔ)。因此，類是所有對(duì)象的共同的行為和不同狀態(tài)的集合體。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。4.類的結(jié)構(gòu)在客觀世界中有若干類，這些類之間有一定的結(jié)構(gòu)關(guān)系。通常有兩種主要的結(jié)構(gòu)關(guān)系，即一般—具體結(jié)構(gòu)關(guān)系，整體—部分結(jié)構(gòu)關(guān)系。(1)一般—具體結(jié)構(gòu)稱為分類結(jié)構(gòu)，也可以說是“或”關(guān)系，或者是“isa”關(guān)系。(2)整體—部分結(jié)構(gòu)稱為組裝結(jié)構(gòu)，它們之間的關(guān)系是一種“與”關(guān)系，或者是“hasa”關(guān)系。5.消息和方法對(duì)象之間進(jìn)行通信的結(jié)構(gòu)叫做消息。在對(duì)象的操作中，當(dāng)一個(gè)消息發(fā)送給某個(gè)對(duì)象時(shí)，消息包含接收對(duì)象去執(zhí)行某種操作的信息。發(fā)送一條消息至少要包括說明接受消息的對(duì)象名、發(fā)送給該對(duì)象的消息名(即對(duì)象名、方法名)。一般還要對(duì)參數(shù)加以說明，參數(shù)可以是認(rèn)識(shí)該消息的對(duì)象所知道的變量名，或者是所有對(duì)象都知道的全局變量名。類中操作的實(shí)現(xiàn)過程叫做方法，一個(gè)方法有方法名、參數(shù)和方法體。消息傳遞如圖10.1所示。10.1.3面向?qū)ο蟮奶卣?1)對(duì)象唯一性。每個(gè)對(duì)象都有自身唯一的標(biāo)識(shí)，通過這種標(biāo)識(shí)，可找到相應(yīng)的對(duì)象。在對(duì)象的整個(gè)生命期中，它的標(biāo)識(shí)都不改變，不同的對(duì)象不能有相同的標(biāo)識(shí)。(2)分類性。分類性是指將具有一致的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(屬性)和行為(操作)的對(duì)象抽象成類。一個(gè)類就是這樣一種抽象，它反映了與應(yīng)用有關(guān)的重要性質(zhì)，而忽略其他一些無關(guān)內(nèi)容。任何類的劃分都是主觀的，但必須與具體的應(yīng)用有關(guān)。(3)繼承性。繼承性是子類自動(dòng)共享父類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法的機(jī)制，這是類之間的一種關(guān)系。在定義和實(shí)現(xiàn)一個(gè)類的時(shí)候，可以在一個(gè)已經(jīng)存在的類的基礎(chǔ)之上來進(jìn)行，把這個(gè)已經(jīng)存在的類所定義的內(nèi)容作為自己的內(nèi)容，并加入若干新的內(nèi)容。繼承性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言不同于其他語言的最重要的特點(diǎn)，是其他語言所沒有的。在類層次中，子類只繼承一個(gè)父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法，則稱為單重繼承。在類層次中，子類繼承了多個(gè)父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法，則稱為多重繼承。在軟件開發(fā)中，類的繼承性使所建立的軟件具有開放性、可擴(kuò)充性，這是信息組織與分類的行之有效的方法，它簡化了對(duì)象、類的創(chuàng)建工作量，增加了代碼的可重性。采用繼承性，提供了類的規(guī)范的等級(jí)結(jié)構(gòu)。通過類的繼承關(guān)系，使公共的特性能夠共享，提高了軟件的重用性。(4)多態(tài)性。多態(tài)性是指相同的操作或函數(shù)、過程可作用于多種類型的對(duì)象上并獲得不同的結(jié)果。不同的對(duì)象，收到同一消息可以產(chǎn)生不同的結(jié)果，這種現(xiàn)象稱為多態(tài)性。多態(tài)性允許每個(gè)對(duì)象以適合自身的方式去響應(yīng)共同的消息。多態(tài)性增強(qiáng)了軟件的靈活性和重用性。10.1.4面向?qū)ο蟮囊孛嫦驅(qū)ο蟮囊匕ǎ?1)抽象。抽象是指強(qiáng)調(diào)實(shí)體的本質(zhì)、內(nèi)在的屬性。在系統(tǒng)開發(fā)中，抽象指的是在決定如何實(shí)現(xiàn)對(duì)象之前的對(duì)象的意義和行為。使用抽象可以盡可能避免過早考慮一些細(xì)節(jié)。類實(shí)現(xiàn)了對(duì)象的數(shù)據(jù)(即狀態(tài))和行為的抽象。(2)封裝性(信息隱藏)。封裝性是保證軟件部件具有優(yōu)良的模塊性的基礎(chǔ)。面向?qū)ο蟮念愂欠庋b良好的模塊，類定義將其說明(用戶可見的外部接口)與實(shí)現(xiàn)(用戶不可見的內(nèi)部實(shí)現(xiàn))顯式地分開，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)按其具體定義的作用域提供保護(hù)。對(duì)象是封裝的最基本單位。封裝防止了程序相互依賴性而帶來的變動(dòng)影響。面向?qū)ο蟮姆庋b比傳統(tǒng)語言的封裝更為清晰、更為有力。(3)共享性。面向?qū)ο蠹夹g(shù)在不同級(jí)別上促進(jìn)了共享同一類中的共享。同一類中的對(duì)象有著相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這些對(duì)象之間是結(jié)構(gòu)、行為特征的共享關(guān)系。在同一應(yīng)用中共享。在同一應(yīng)用的類層次結(jié)構(gòu)中，存在繼承關(guān)系的各相似子類中，存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和行為的繼承，使各相似子類共享共同的結(jié)構(gòu)和行為。使用繼承來實(shí)現(xiàn)代碼的共享，這也是面向?qū)ο蟮闹饕獌?yōu)點(diǎn)之一。另一種共享是在不同應(yīng)用中的共享。面向?qū)ο蟛粌H允許在同一應(yīng)用中共享信息，而且為未來目標(biāo)的可重用設(shè)計(jì)準(zhǔn)備了條件。通過類庫這種機(jī)制和結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用中的信息共享。(4)強(qiáng)調(diào)對(duì)象結(jié)構(gòu)而不是程序結(jié)構(gòu)。10.1.5面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法1.?Booch方法Booch最先描述了面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法的基礎(chǔ)問題，指出面向?qū)ο箝_發(fā)是一種根本不同于傳統(tǒng)的功能分解的設(shè)計(jì)方法。面向?qū)ο蟮能浖纸飧咏藢?duì)客觀事務(wù)的理解，而功能分解只通過問題空間的轉(zhuǎn)換來獲得。2.?Coad方法Coad方法是1989年Coad和Yourdon提出的面向?qū)ο箝_發(fā)方法。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是通過多年來大系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)與面向?qū)ο蟾拍畹挠袡C(jī)結(jié)合，在對(duì)象、結(jié)構(gòu)、屬性和操作的認(rèn)定方面，提出了一套系統(tǒng)的原則。該方法完成了從需求角度進(jìn)一步進(jìn)行類和類層次結(jié)構(gòu)的認(rèn)定。盡管Coad方法沒有引入類和類層次結(jié)構(gòu)的術(shù)語，但事實(shí)上已經(jīng)在分類結(jié)構(gòu)、屬性、操作、消息關(guān)聯(lián)等概念中體現(xiàn)了類和類層次結(jié)構(gòu)的特征。3.?OMT方法OMT方法是1991年由JamesRumbaugh等5人提出來的，其經(jīng)典著作為“面向?qū)ο蟮慕Ｅc設(shè)計(jì)”。該方法是一種新興的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法，開發(fā)工作的基礎(chǔ)是對(duì)真實(shí)世界的對(duì)象建模，然后圍繞這些對(duì)象使用分析模型來進(jìn)行獨(dú)立于語言的設(shè)計(jì)，面向?qū)ο蟮慕：驮O(shè)計(jì)促進(jìn)了對(duì)需求的理解，有利于開發(fā)出更清晰、更容易維護(hù)的軟件系統(tǒng)。該方法為大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的軟件開發(fā)提供了一種實(shí)際的、高效的保證，努力尋求一種問題求解的實(shí)際方法。4.?UML(UnifiedModelingLanguage)語言軟件工程領(lǐng)域在1995—1997年取得了前所未有的進(jìn)展，其成果超過軟件工程領(lǐng)域過去15年的成就總和，其中最重要的成果之一就是統(tǒng)一建模語言(UML)的出現(xiàn)。UML將是面向?qū)ο蠹夹g(shù)領(lǐng)域內(nèi)占主導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)建模語言。UML不僅統(tǒng)一了Booch方法、OMT方法和OOSE(面向?qū)ο筌浖こ?方法的表示方法，而且對(duì)其作了進(jìn)一步的發(fā)展，最終統(tǒng)一為大眾接受的標(biāo)準(zhǔn)建模語言。UML是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大且普遍適用的建模語言。它融入了軟件工程領(lǐng)域的新思想、新方法和新技術(shù)。它的作用域不限于支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)，還支持從需求分析開始的軟件開發(fā)全過程。10.2面向?qū)ο蟮哪Ｐ?0.2.1對(duì)象模型對(duì)象模型表示了靜態(tài)的、結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)數(shù)據(jù)性質(zhì)，描述了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，它是從客觀世界實(shí)體的對(duì)象關(guān)系角度來描述，表現(xiàn)了對(duì)象的相互關(guān)系。該模型主要關(guān)心系統(tǒng)中對(duì)象的結(jié)構(gòu)、屬性和操作，它是分析階段3個(gè)模型的核心，是其他兩個(gè)模型的框架。1.對(duì)象和類對(duì)象和類涉及以下內(nèi)容：(1)對(duì)象。對(duì)象建模的目的就是描述對(duì)象。(2)類。通過將對(duì)象抽象成類，可以使問題抽象化，抽象增強(qiáng)了模型的歸納能力。類的符號(hào)表示如圖10.2所示。(3)屬性。屬性指的是類中對(duì)象所具有的性質(zhì)(數(shù)據(jù)值)。(4)操作和方法。操作是類中對(duì)象所使用的一種功能或變換。類中的各對(duì)象可以共享操作，每個(gè)操作都有一個(gè)目標(biāo)對(duì)象作為其隱含參數(shù)。方法是類的操作的實(shí)現(xiàn)步驟。2.關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)用于描述類與類之間的連接。由于對(duì)象是類的實(shí)例，因此，類與類之間的關(guān)聯(lián)也就是其對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)。類與類之間有多種連接方式，每種連接的含義各不相同(語義的連接)，但外部表示形式相似，故統(tǒng)稱為關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)關(guān)系一般都是雙向的，即關(guān)聯(lián)的對(duì)象雙方彼此都能與對(duì)方通信。反過來說，如果某兩個(gè)類的對(duì)象之間存在可以互相通信的關(guān)系，或者說對(duì)象雙方能夠感知另一方，那么這兩個(gè)類之間就存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。描述這種關(guān)系常用的字句是：“彼此知道”“互相連接”等。根據(jù)不同的含義，關(guān)聯(lián)可分為普通關(guān)聯(lián)、遞歸關(guān)聯(lián)、限定關(guān)聯(lián)、或關(guān)聯(lián)、有序關(guān)聯(lián)、三元關(guān)聯(lián)(見圖10.3)和聚合7種。比較常用的關(guān)聯(lián)有普通關(guān)聯(lián)、遞歸關(guān)聯(lián)和聚合。1)普通關(guān)聯(lián)普通關(guān)聯(lián)是最常見的一種關(guān)聯(lián)，只要類與類之間存在連接關(guān)系就可以用普通關(guān)聯(lián)表示。比如，作家使用計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)會(huì)將處理結(jié)果等信息返回給作家，那么，在其各自所對(duì)應(yīng)的類之間就存在普通關(guān)聯(lián)關(guān)系。普通關(guān)聯(lián)的圖示是連接兩個(gè)類之間的直線，如圖10.4所示。2)遞歸關(guān)聯(lián)如果一個(gè)類與它本身有關(guān)聯(lián)關(guān)系，那么這種關(guān)聯(lián)稱為遞歸關(guān)聯(lián)。任何關(guān)聯(lián)關(guān)系中都涉及與此關(guān)聯(lián)有關(guān)的角色，也就是與此關(guān)聯(lián)相連的類中的對(duì)象所扮演的角色關(guān)聯(lián)中的角色通常用字符串命名。在類圖中，把角色的名字放置在與此角色有關(guān)的關(guān)聯(lián)關(guān)系(直線)的末端，并且緊挨著使用該角色的類。角色名是關(guān)聯(lián)的一個(gè)組成部分，建模者可根據(jù)需要選用。引入角色的好處是能夠指明類和類的對(duì)象之間的聯(lián)系。注意，角色名不是類的組成部分，一個(gè)類可以在不同的關(guān)聯(lián)中扮演不同的角色。3)聚合聚合是關(guān)聯(lián)的特例。如果類與類之間的關(guān)系具有“整體與部分”的特點(diǎn)，則把這樣的關(guān)聯(lián)稱為聚合。例如，汽車由車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤等構(gòu)成，則表示汽車的類與表示輪子的類、發(fā)動(dòng)機(jī)的類、底盤的類之間的關(guān)系就具有“整體與部分”的特點(diǎn)，因此，這是一個(gè)聚合關(guān)系。識(shí)別聚合關(guān)系的常用方法是尋找“由……構(gòu)成”“包含”“是……的一部分”等字句，這些字句很好地反映了相關(guān)類之間的“整體-部分”關(guān)系。聚合的圖示方式為，在表示關(guān)聯(lián)關(guān)系的直線末端加一個(gè)空心的小菱形，空心菱形緊挨著具有整體性質(zhì)的類，如圖10.8所示，聚合關(guān)系中可以出現(xiàn)重?cái)?shù)、角色(僅用于表示部分的類)和限定詞，也可以給聚合關(guān)系命名，圖10.8所示的聚合關(guān)系表示海軍由許多軍艦組成。除去上述的一般聚合外，聚合還有兩種特殊的聚合方式，即共享聚合和復(fù)合聚合。如果聚合關(guān)系中的處于部分方的對(duì)象同時(shí)參與了多個(gè)處于整體方對(duì)象的構(gòu)成，則該聚合稱為共享聚合。比如，一個(gè)球隊(duì)(整體方)由多個(gè)球員(部分方)組成，但是一個(gè)球員還可能加入了多個(gè)球隊(duì)，球隊(duì)和球員之間的這種關(guān)系就是共享聚合。共享聚合關(guān)系可以通過聚合的重?cái)?shù)反映出來，如果作為整體方的類的重?cái)?shù)不是1，那么該聚合就是共享聚合，如圖10.9所示。如果構(gòu)成整體類的部分類，完全隸屬于整體類，則這樣的聚合稱為復(fù)合聚合。換句話說，如果沒有整體類，則部分類也沒有存在的價(jià)值，部分類的存在是因?yàn)橛姓w類的存在。比如，窗口由文本框、列表框、按鈕和菜單組成。整體方的重?cái)?shù)必須是零或1，部分方的重?cái)?shù)可取任意范圍值，如圖10.10所示。3.繼承一個(gè)類的所有信息(屬性或操作)能被另一個(gè)類繼承，繼承某個(gè)類的子類中不僅可以有屬于自己的信息，而且還擁有了被繼承類中的信息。引入繼承的好處在于由于把一般的公共信息放在父類中，因此處理某個(gè)具體特殊情況時(shí)只需要定義該情況的個(gè)別信息，公共信息從父類中繼承得來，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性、易維護(hù)性和可擴(kuò)充性。程序員只要定義新擴(kuò)充或更改的信息就可以了，舊的信息完全不必修改(仍可繼續(xù)使用)，大大縮短了維護(hù)系統(tǒng)的時(shí)間。繼承某類所有信息的具體類，稱為子類，被繼承類稱為父類?？梢詮母割愔欣^承的信息有屬性、操作和所有的關(guān)聯(lián)關(guān)系。建模過程如下：(1)識(shí)別繼承關(guān)系。確定了類中應(yīng)該定義的屬性之后，就可以利用繼承機(jī)制共享公共性質(zhì)，并對(duì)系統(tǒng)中眾多的類加以組織。繼承關(guān)系的建立實(shí)質(zhì)上是知識(shí)抽取的過程，它應(yīng)該反映出一定深度的領(lǐng)域知識(shí)，因此必須有領(lǐng)域?qū)＜颐芮信浜喜拍芡瓿伞ＴS多歸納關(guān)系都是根據(jù)客觀世界現(xiàn)有的分類模式建立起來的，只要可能，就應(yīng)該使用現(xiàn)有的概念。一般說來，可以使用以下兩種方式建立繼承(即歸納)關(guān)系。①自底向上：抽象出現(xiàn)有類的共同性質(zhì)泛化出父類，這個(gè)過程實(shí)質(zhì)上模擬人類歸納思維過程。②自頂向下：把現(xiàn)有類細(xì)化成更具體的子類，這模擬了人類的演繹思維過程。從應(yīng)用域中常常能明顯看出應(yīng)該做的自頂向下的具體化工作。例如，帶有形容詞修飾的名詞詞組往往暗示了一些具體類。但是，在分析階段應(yīng)該避免過度細(xì)化。使用多重繼承機(jī)制時(shí)，通常應(yīng)該指定一個(gè)主要父類，從它繼承大部分屬性和行為；次要父類只補(bǔ)充一些屬性和行為。(2)反復(fù)修改。在實(shí)際的建模過程中，僅僅經(jīng)過一次建模過程很難得到完全正確的對(duì)象模型。事實(shí)上，軟件建模過程本身就是一個(gè)反復(fù)修改、逐步完善的過程。在建模的任何一個(gè)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(jìn)行修改。由于面向?qū)ο蟮母拍詈头?hào)在整個(gè)開發(fā)過程中都是一致的，因此更容易實(shí)現(xiàn)反復(fù)修改及逐步完善的過程。4.對(duì)象模型對(duì)象模型由一個(gè)或若干個(gè)模板組成。模板將模型分為若干個(gè)便于管理的子塊，在整個(gè)對(duì)象模型和類及關(guān)聯(lián)的構(gòu)造塊之間，模板提供了一種集成的中間單元，模板中的類名及關(guān)聯(lián)名是唯一的。10.2.2動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型是與時(shí)間和變化有關(guān)的系統(tǒng)性質(zhì)。該模型描述了系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，它表示了瞬間的、行為化的系統(tǒng)控制性質(zhì)，它關(guān)心的是系統(tǒng)的控制，操作的執(zhí)行順序，它表示從對(duì)象的事件和狀態(tài)的角度出發(fā)，表現(xiàn)了對(duì)象的相互行為。該模型描述的系統(tǒng)屬性是觸發(fā)事件、事件序列、狀態(tài)、事件與狀態(tài)的組織。使用狀態(tài)圖作為描述工具。它涉及事件、狀態(tài)、操作等重要概念。1.事件事件是指定時(shí)刻發(fā)生的某件事。2.狀態(tài)狀態(tài)是對(duì)象屬性值的抽象。對(duì)象的屬性值按照影響對(duì)象顯著行為的性質(zhì)將其歸并到一個(gè)狀態(tài)中去。狀態(tài)指明了對(duì)象對(duì)輸入事件的響應(yīng)。3.狀態(tài)圖狀態(tài)圖用來描述一個(gè)特定對(duì)象的所有可能狀態(tài)及其引起狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件。大多數(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù)都用狀態(tài)圖表示單個(gè)對(duì)象在其生命周期中的行為。一個(gè)狀態(tài)圖包括一系列的狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移。10.2.3功能模型功能模型描述了系統(tǒng)的所有計(jì)算。功能模型指出發(fā)生了什么，動(dòng)態(tài)模型確定什么時(shí)候發(fā)生，而對(duì)象模型確定發(fā)生的客體。功能模型表明一個(gè)計(jì)算如何從輸入值得到輸出值，它不考慮計(jì)算的次序。功能模型由多張數(shù)據(jù)流圖組成。數(shù)據(jù)流圖用來表示從源對(duì)象到目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)值的流向，它不包含控制信息，控制信息在動(dòng)態(tài)模型中表示，同時(shí)數(shù)據(jù)流圖也不表示對(duì)象中值的組織，值的組織在對(duì)象模型中表示。數(shù)據(jù)流圖中包含有處理、數(shù)據(jù)流、動(dòng)作對(duì)象和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)象。(1)處理。數(shù)據(jù)流圖中的處理用來改變數(shù)據(jù)值。最低層處理是純粹的函數(shù)，一張完整的數(shù)據(jù)流圖是一個(gè)高層處理。(2)數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)流將對(duì)象的輸出與處理、處理與對(duì)象的輸入、處理與處理聯(lián)系起來。在一個(gè)計(jì)算機(jī)中，用數(shù)據(jù)流來表示中間數(shù)據(jù)值，數(shù)據(jù)流不能改變數(shù)據(jù)值。(3)動(dòng)作對(duì)象。動(dòng)作對(duì)象是一種主動(dòng)對(duì)象，它通過生成或者使用數(shù)據(jù)值來驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流圖。(4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)象。數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是被動(dòng)對(duì)象，它用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它與動(dòng)作對(duì)象不一樣，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)本身不產(chǎn)生任何操作，它只響應(yīng)存儲(chǔ)和訪問的要求。10.3面向?qū)ο蟮姆治雒嫦驅(qū)ο蠓治龅哪康氖菍?duì)客觀世界的系統(tǒng)進(jìn)行建模。以上面介紹的模型概念為基礎(chǔ)，結(jié)合“銀行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”的具體實(shí)例來構(gòu)造客觀世界問題的準(zhǔn)確、嚴(yán)密的分析模型。分析模型有3種用途：用來明確問題需求；為用戶和開發(fā)人員提供明確需求；為用戶和開發(fā)人員提供一個(gè)協(xié)商的基礎(chǔ)，作為后繼的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的框架。10.3.1面向?qū)ο蟮姆治鲞^程面向?qū)ο蟮姆治鲞^程如圖10.15所示。系統(tǒng)分析的第一步是：陳述需求。分析者必須同用戶一起工作來提煉需求，因?yàn)檫@樣才表示了用戶的真實(shí)意圖，其中涉及對(duì)需求的分析及查找丟失的信息。下面以“銀行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”為例，用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行開發(fā)。銀行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)問題陳述：設(shè)計(jì)一個(gè)支持銀行ATM計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)包括柜員機(jī)和自動(dòng)取款機(jī)(ATM)，由聯(lián)營機(jī)構(gòu)共享。每個(gè)營業(yè)部提供各自的計(jì)算機(jī)來維護(hù)它的賬戶和處理面臨的事務(wù)。柜員機(jī)屬于各營業(yè)部，并且直接與營業(yè)部計(jì)算機(jī)通信，柜員輸入賬務(wù)和處理數(shù)據(jù)。ATM與中心處理機(jī)通信。中心處理機(jī)分理事務(wù)到相應(yīng)的營業(yè)部。ATM接收現(xiàn)金卡，與用戶交互，與中心計(jì)算機(jī)通信完成事務(wù)處理，分配現(xiàn)金和打印收據(jù)。系統(tǒng)需要恰當(dāng)?shù)挠涗浐桶踩ＷC。系統(tǒng)必須正確控制并發(fā)訪問同一賬號(hào)。營業(yè)部提供自己的計(jì)算機(jī)軟件。共享系統(tǒng)的費(fèi)用由各營業(yè)部根據(jù)現(xiàn)金卡數(shù)量來分擔(dān)。圖10.16給出銀行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的示意圖。10.3.2建立對(duì)象模型首先標(biāo)識(shí)和關(guān)聯(lián)，因?yàn)樗鼈冇绊懥苏w結(jié)構(gòu)和解決問題的方法；其次是增加屬性，進(jìn)一步描述類和關(guān)聯(lián)的基本網(wǎng)絡(luò)，使用繼承合并和組織類；最后操作增加到類中去作為構(gòu)造動(dòng)態(tài)模型和功能模型的副產(chǎn)品。1.確定類構(gòu)造對(duì)象模型的第一步是標(biāo)出來自問題域的相關(guān)的對(duì)象類，對(duì)象包括物理實(shí)體和概念。所有類在應(yīng)用中都必須有意義，在問題陳述中，并非所有類都是明顯給出的。有些是隱含在問題域或一般知識(shí)中的。按圖10.17所示的過程確定類。查找問題陳述中的所有名詞，產(chǎn)生暫定類。根據(jù)下列標(biāo)準(zhǔn)，去掉不必要的類和不正確的類。(1)冗余類：若兩個(gè)類表述了同一個(gè)信息，則保留最富有描述能力的類。(2)不相干的類：除掉與問題沒有關(guān)系或根本無關(guān)的類。(3)模糊類：類必須是確定的，有些暫定類邊界定義模糊或范圍太廣。(4)屬性：如果某些名詞描述的是其他對(duì)象的屬性，則從暫定類中刪除。如果某一性質(zhì)的獨(dú)立性很重要，就應(yīng)該把它歸屬到類，而不把它作為屬性。(5)操作：如果問題陳述中的名詞有動(dòng)作含義，則描述的操作就不是類。但是具有自身性質(zhì)而且需要獨(dú)立存在的操作應(yīng)該描述成類。2.準(zhǔn)備數(shù)據(jù)字典為所有建模實(shí)體準(zhǔn)備一個(gè)數(shù)據(jù)字典。準(zhǔn)確描述各個(gè)類的精確含義，描述當(dāng)前問題中的類的范圍，包括對(duì)類的成員、用法方面的假設(shè)或限制。3.確定關(guān)聯(lián)兩個(gè)或多個(gè)類之間的相互依賴就是關(guān)聯(lián)。一種依賴表示一種關(guān)聯(lián)，可用各種方式來實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，但在分析模型中應(yīng)刪除實(shí)現(xiàn)的考慮，以便設(shè)計(jì)時(shí)更為靈活。關(guān)聯(lián)常用描述性動(dòng)詞或動(dòng)詞詞組來表示，其中有物理位置的表示、傳導(dǎo)的動(dòng)作、通信、所有者關(guān)系、條件的滿足等。從問題陳述中抽取所有可能的關(guān)聯(lián)表述，把它們記下來，但不要過早去細(xì)化這些表述。所有可能的關(guān)聯(lián)，大多數(shù)是直接抽取問題中的動(dòng)詞詞組而得到的。在陳述中，有些動(dòng)詞詞組表述的關(guān)聯(lián)是不明顯的。最后，還有一些關(guān)聯(lián)與客觀世界或人的假設(shè)有關(guān)，必須同用戶一起核實(shí)這種關(guān)聯(lián)，因?yàn)檫@種關(guān)聯(lián)在問題陳述中找不到。使用下列標(biāo)準(zhǔn)去掉不必要和不正確的關(guān)聯(lián)：(1)若某個(gè)類已被刪除，那么與它有關(guān)的關(guān)聯(lián)也必須刪除或者用其他類來重新表述。(2)不相干的關(guān)聯(lián)或?qū)崿F(xiàn)階段的關(guān)聯(lián)：刪除所有問題域之外的關(guān)聯(lián)或涉及實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的關(guān)聯(lián)。(3)動(dòng)作：關(guān)聯(lián)應(yīng)該描述應(yīng)用域的結(jié)構(gòu)性質(zhì)而不是瞬時(shí)事件。(4)派生關(guān)聯(lián)：省略那些可以用其他關(guān)聯(lián)來定義的關(guān)聯(lián)。因?yàn)檫@種關(guān)聯(lián)是冗余的。4.確定屬性屬性是個(gè)體對(duì)象的性質(zhì)，屬性通常用修飾性的名詞詞組來表示。形容詞常常表示具體的可枚舉的屬性值，屬性不可能在問題陳述中完全表述出來，必須借助于應(yīng)用域的知識(shí)及對(duì)客觀世界的知識(shí)才可以找到它們。只考慮與具體應(yīng)用直接相關(guān)的屬性，不要考慮那些超出問題范圍的屬性。首先找出重要屬性，避免那些只用于實(shí)現(xiàn)的屬性，要為各個(gè)屬性取有意義的名字。按下列標(biāo)準(zhǔn)刪除不必要的和不正確的屬性：(1)對(duì)象：若實(shí)體的獨(dú)立存在比它的值重要，那么這個(gè)實(shí)體不是屬性而是對(duì)象。(2)限定詞：若屬性值取決于某種具體上下文，則可考慮把該屬性重新表述為一個(gè)限定詞。(3)名稱：名稱常常作為限定詞而不是對(duì)象的屬性，當(dāng)名稱不依賴于上下文關(guān)系時(shí)，名稱即為一個(gè)對(duì)象屬性，尤其是它不唯一時(shí)。(4)標(biāo)識(shí)符：在考慮對(duì)象模糊性時(shí)，引入對(duì)象標(biāo)識(shí)符表示，在對(duì)象模型中不列出這些對(duì)象標(biāo)識(shí)符，它是隱含在對(duì)象模型中的，只列出存在于應(yīng)用域的屬性。(5)內(nèi)部值：若屬性描述了對(duì)外不透明的對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，則應(yīng)從對(duì)象模型中刪除該屬性。(6)細(xì)化：忽略那些不可能對(duì)大多數(shù)操作有影響的屬性。5.使用繼承來細(xì)化類使用繼承來共享公共機(jī)構(gòu)，以此來組織類，可以用兩種方式來進(jìn)行。(1)自底向上通過把現(xiàn)有類的共同性質(zhì)一般化為父類，尋找具有相似的屬性、關(guān)系或操作的類來發(fā)現(xiàn)繼承。有些一般化結(jié)構(gòu)常常是基于客觀世界邊界的現(xiàn)有分類，只要可能，盡量使用現(xiàn)有概念。對(duì)稱性常有助于發(fā)現(xiàn)某些丟失的類。(2)自頂向下將現(xiàn)有的類細(xì)化為更具體的子類。具體化常?？梢詮膽?yīng)用域中明顯看出來。應(yīng)用域中各枚舉字情況是最常見的具體化的來源。當(dāng)同一關(guān)聯(lián)名出現(xiàn)多次且意義也相同時(shí)，應(yīng)盡量具體化為相關(guān)聯(lián)的類。在類層次中，可以為具體的類分配屬性和關(guān)聯(lián)。各屬性都應(yīng)分配給最一般的適合的類，有時(shí)也加上一些修正。6.完善對(duì)象模型對(duì)象建模不可能一次就能保證模型是完全正確的，軟件開發(fā)的整個(gè)過程就是一個(gè)不斷完善的過程。模型的不同組成部分多半是在不同的階段完成的，如果發(fā)現(xiàn)模型的缺陷，就必須返回到前期階段去修改，有些細(xì)化工作是在動(dòng)態(tài)模型和功能模型完成之后才開始進(jìn)行的。具體的完善過程如下：(1)對(duì)于丟失對(duì)象的情況分析及解決辦法：·若同一類中存在毫無關(guān)系的屬性和操作，則分解這個(gè)類，使各部分相互關(guān)聯(lián)；·若一般化體系不清楚，則可能分離扮演兩種角色的類；·若存在無目標(biāo)類的操作，則找出并加上失去目標(biāo)的類；·若存在名稱及目的相同的冗余關(guān)聯(lián)，則通過一般化創(chuàng)建丟失的父類，把關(guān)聯(lián)組織在一起。(2)查找多余的類。(3)若類中缺少屬性、操作和關(guān)聯(lián)，則可刪除這個(gè)類。(4)查找丟失的關(guān)聯(lián)。(5)若丟失了操作的訪問路徑，則加入新的關(guān)聯(lián)以回答查詢。10.3.3建立動(dòng)態(tài)模型1.準(zhǔn)備腳本動(dòng)態(tài)分析從尋找事件開始，然后確定各對(duì)象的可能事件順序。在分析階段不考慮算法的執(zhí)行，算法是實(shí)現(xiàn)模型的一部分。2.確定事件確定所有外部事件。事件包括所有來自或發(fā)往用戶的信息、外部設(shè)備的信號(hào)、輸入、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作，可以發(fā)現(xiàn)正常事件，但不能遺漏條件和異常事件。3.準(zhǔn)備事件跟蹤表把腳本表示成一個(gè)事件跟蹤表，即不同對(duì)象之間的事件排序表，對(duì)象為表中的列，給每個(gè)對(duì)象分配一個(gè)獨(dú)立的列。4.構(gòu)造狀態(tài)圖對(duì)各對(duì)象類建立狀態(tài)圖，反映對(duì)象接收和發(fā)送的事件，每個(gè)事件跟蹤都對(duì)應(yīng)于狀態(tài)圖中的一條路徑。10.3.4建立功能模型功能模型用來說明值是如何計(jì)算的，表明值之間的依賴關(guān)系及相關(guān)的功能，數(shù)據(jù)流圖有助于表示功能依賴關(guān)系，其中的處理對(duì)應(yīng)于狀態(tài)圖的活動(dòng)和動(dòng)作，其中的數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)于對(duì)象圖中的對(duì)象或?qū)傩浴＝⒐δ苣Ｐ偷木唧w步驟如下：(1)確定輸入值、輸出值。先列出輸入、輸出值，輸入、輸出值是系統(tǒng)與外界之間的事件的參數(shù)。(2)建立數(shù)據(jù)流圖。數(shù)據(jù)流圖說明輸出值是怎樣從輸入值得來的，數(shù)據(jù)流圖通常按層次組織。10.3.5確定操作在建立對(duì)象模型時(shí)，確定了類、關(guān)聯(lián)、結(jié)構(gòu)和屬性，還沒有確定操作。只有建立了動(dòng)態(tài)模型和功能模型之后，才可能最后確定類的操作。10.4面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)1.面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的概念OOA主要通過對(duì)類的認(rèn)定和劃分，以確定問題空間中存在的類、確定類和類的結(jié)構(gòu)等，然后建立一個(gè)完整的分析模型。OOD將面向?qū)ο蠓治鼋⒌姆治瞿Ｐ妥儞Q成設(shè)計(jì)模型。軟件設(shè)計(jì)人員需要發(fā)現(xiàn)相關(guān)的對(duì)象，將它們的因子化為適當(dāng)粒度的類、定義類的接口和繼承層次結(jié)構(gòu)，并且建立它們之間的關(guān)系等。應(yīng)避免重復(fù)設(shè)計(jì)，至少使重復(fù)設(shè)計(jì)降到最低程度。設(shè)計(jì)可重用的面向?qū)ο筌浖抢щy的，但是，人們總是在設(shè)計(jì)過程中充分利用重用技術(shù)。軟件設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)人員都試圖重用它，并不斷地修改該設(shè)計(jì)，使它不斷完善和成熟。OOD把主要的系統(tǒng)構(gòu)件組織為子系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)“模塊”。數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法被封裝為對(duì)象，對(duì)象(類)是OO系統(tǒng)的構(gòu)造積木塊。OOD必須具有描述對(duì)象屬性的特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)組織以及個(gè)體操作過程的細(xì)節(jié)。OOD為了實(shí)現(xiàn)軟件需求，可能引入其他類和對(duì)象，也可能為提高軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率而改進(jìn)類結(jié)構(gòu)。例如，重用類庫中的類，通過類的認(rèn)定和類層次結(jié)構(gòu)的組織，確定解空間中存在的類和類結(jié)構(gòu)，并確定外部接口和主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。OOA和OOD很難截然分開，也就是說，面向?qū)ο蠓治雠c面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)之間不會(huì)用階段和時(shí)序來區(qū)分。但是，OOD建造系統(tǒng)仍然基于軟件設(shè)計(jì)的基本概念——抽象、信息隱藏、功能獨(dú)立、模塊性等。在傳統(tǒng)方法和OOD方法中有10種設(shè)計(jì)建模的主要構(gòu)成成分，它們可以用于比較各種傳統(tǒng)方法和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法。這10種設(shè)計(jì)建模的主要構(gòu)成成分是：①模塊層次的表示；②數(shù)據(jù)定義的規(guī)格；③過程邏輯的規(guī)格；④端到端處理序列的說明；⑤對(duì)象狀態(tài)和變遷的表示；⑥類及層次的定義；⑦類中操作的表示；⑧操作的詳細(xì)定義；⑨消息連接的規(guī)格；⑩排他服務(wù)的標(biāo)識(shí)。2.面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)模型傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有4個(gè)層次——體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和構(gòu)件設(shè)計(jì)。OOD方法與傳統(tǒng)方法相比，也存在以下4個(gè)層次：(1)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(系統(tǒng)設(shè)計(jì))；(2)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)(當(dāng)屬性被確定)；(3)接口設(shè)計(jì)(當(dāng)消息模型被開發(fā))；(4)構(gòu)件設(shè)計(jì)(當(dāng)對(duì)象被認(rèn)定后進(jìn)行對(duì)象設(shè)計(jì)等)。值得注意的是，OO設(shè)計(jì)的“體系結(jié)構(gòu)”更多的是關(guān)注對(duì)象之間的協(xié)助，而不是構(gòu)件間的功能控制流。系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)過程如下：(1)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。一個(gè)軟件系統(tǒng)往往有幾個(gè)主要組成部分，可以按主題把主要的系統(tǒng)構(gòu)件組織為子系統(tǒng)。子系統(tǒng)是可以相對(duì)獨(dú)立運(yùn)作的，各子系統(tǒng)之間具有盡可能簡單的明確的接口。子系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包括每一個(gè)子系統(tǒng)的表示，這些子系統(tǒng)能夠滿足用戶的軟件需求，并且實(shí)現(xiàn)支持用戶需求的技術(shù)設(shè)施。(2)類與對(duì)象設(shè)計(jì)。這里應(yīng)該包括每一個(gè)類與對(duì)象的表示和類結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建。例如類的層次結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建，可以用一般化類以及不斷逼近目標(biāo)的特殊化類的機(jī)制實(shí)現(xiàn)；組裝結(jié)構(gòu)可以用分析類的聚集來實(shí)現(xiàn)。(3)消息設(shè)計(jì)。它包括每一個(gè)對(duì)象能夠與協(xié)作對(duì)象通信的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。通過消息設(shè)計(jì)建立系統(tǒng)的內(nèi)部和外部接口。(4)責(zé)任設(shè)計(jì)。它包括每一個(gè)對(duì)象的所有屬性和操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及算法設(shè)計(jì)(服務(wù)、方法的具體實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié))。在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，存在著類和通信對(duì)象重復(fù)出現(xiàn)的模式，利用這些模式可以解決特定的問題，使得面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)更靈活和重用性更好。設(shè)計(jì)模式是基于過去的經(jīng)驗(yàn)而幫助設(shè)計(jì)者重用成功的設(shè)計(jì)，把設(shè)計(jì)模式應(yīng)用于設(shè)計(jì)問題中，就不需要重復(fù)設(shè)計(jì)。在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，設(shè)計(jì)模式可以通過應(yīng)用繼承和組合這兩種不同的機(jī)制被使用。使用繼承，現(xiàn)存的設(shè)計(jì)模式變成了新子類的模板，存在于模式中的屬性和操作也被子類所繼承而變成子類的一部分；組合導(dǎo)致對(duì)象的聚合概念。一個(gè)問題可能需要具有復(fù)雜功能的對(duì)象，復(fù)雜對(duì)象可以通過選擇一組設(shè)計(jì)模式并且聚合適當(dāng)?shù)膶?duì)象組裝而成。當(dāng)然可以考慮繼承和組合并存的方法，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，往往組合要優(yōu)先于繼承。過分地使用繼承會(huì)導(dǎo)致類層次越來越龐大而變得難以管理，組合關(guān)注的目標(biāo)是小的類層次和對(duì)象，組合可以用不修改的方式使用現(xiàn)存的設(shè)計(jì)模式——重用構(gòu)件。每一個(gè)設(shè)計(jì)模式可以被處理為黑盒，在模式之間的通信僅僅通過良好的接口來實(shí)現(xiàn)。Rumbaugh方法中的對(duì)象建模技術(shù)提出的設(shè)計(jì)活動(dòng)，有兩個(gè)不同抽象的級(jí)別，即系統(tǒng)設(shè)計(jì)和對(duì)象設(shè)計(jì)。(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它著重于構(gòu)造一個(gè)完整的軟件產(chǎn)品或者系統(tǒng)所有構(gòu)件的布局。具體來說，系統(tǒng)分析模型被劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)，然后被分配給處理器和任務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的策略被定義，訪問它們所需要的全局資源和控制被標(biāo)識(shí)。(2)對(duì)象設(shè)計(jì)。它著重于個(gè)體對(duì)象的詳細(xì)布局。具體來說，從系統(tǒng)分析模型中，為對(duì)象選擇出操作，并且為每一個(gè)操作定義算法；適合于屬性和算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被表示；類和類屬性的設(shè)計(jì)應(yīng)該能夠優(yōu)化對(duì)數(shù)據(jù)的訪問，并提高計(jì)算的功效；消息模型被創(chuàng)建，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)象關(guān)聯(lián)。由Coad/Yourdon提出的OOD模型如圖10.25所示。該模型表示系統(tǒng)由4個(gè)部件組成，即垂直分成4個(gè)部分：①主體部件(PDC)設(shè)計(jì)(問題領(lǐng)域部分)；②用戶界面部件(HIC)設(shè)計(jì)(人機(jī)交互部分)；③任務(wù)管理部件(TMC)設(shè)計(jì)；④數(shù)據(jù)管理部件(DMC)設(shè)計(jì)。每一個(gè)部件又有5個(gè)層次，即水平切片分成5層：①主題層；②類與對(duì)象層；③結(jié)構(gòu)層(分類、聚集)；④屬性層；⑤服務(wù)層。雖然有各種各樣的設(shè)計(jì)方法，每一種設(shè)計(jì)方法有各自不同的術(shù)語。但是，整體的OOD過程是基本一致的。為了完成面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)人員應(yīng)該完成下列步驟：(1)描述每個(gè)子系統(tǒng)并將其分配到處理器或任務(wù)；(2)選擇實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、界面支持和任務(wù)管理的設(shè)計(jì)策略；(3)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的控制機(jī)制；(4)通過創(chuàng)建每個(gè)操作的過程表示和類屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而完成對(duì)象設(shè)計(jì)；(5)使用對(duì)象間的協(xié)作和對(duì)象關(guān)系，完成消息設(shè)計(jì)；(6)創(chuàng)建消息模型；(7)評(píng)審設(shè)計(jì)模型并在需要時(shí)迭代。3.面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，有5種標(biāo)準(zhǔn)用于判斷設(shè)計(jì)方法的模塊化能力，它也可以用于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中。(1)分解性(Decomposability)：設(shè)計(jì)方法幫助設(shè)計(jì)者將一個(gè)大型問題分解為易于求解的子問題的程度。(2)組裝性(Composability)：設(shè)計(jì)方法保證程序構(gòu)件(模塊)一旦被設(shè)計(jì)和建造后，可被重用創(chuàng)建其他系統(tǒng)的程度。(3)易理解性(Understandability)：程序構(gòu)件在不參考其他信息或者其他模塊的情況下，易于理解的程度。(4)連貫性(Continuity)：在程序中進(jìn)行小修改的能力，這些修改展示它們自己與一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)模塊中對(duì)應(yīng)修改的能力。(5)保護(hù)性(Protection)：如果一個(gè)錯(cuò)誤在特定的模塊中發(fā)生，將減少副作用傳播的能力。優(yōu)秀的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)應(yīng)該權(quán)衡各種因素，降低設(shè)計(jì)成本，提高軟件的可維護(hù)性。根據(jù)以上5個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可導(dǎo)出以下的基本原則：(1)模塊化。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一樣，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法也支持系統(tǒng)分解和系統(tǒng)模塊化的設(shè)計(jì)原理。實(shí)際上對(duì)象就可以理解為構(gòu)件(模塊)，它是把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作這些數(shù)據(jù)方法緊密地結(jié)合在一起的構(gòu)件(模塊)。(2)抽象。面向?qū)ο蠓椒ú粌H支持過程抽象，而且支持?jǐn)?shù)據(jù)抽象。類實(shí)際上就是一種抽象數(shù)據(jù)類型，類的公共接口構(gòu)成了類的規(guī)格說明，使用者通過類的接口就可以使用類中定義的數(shù)據(jù)，無須知道類中具體算法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)元素表示方法，通常把這類抽象稱為規(guī)格說明抽象。有一些面向?qū)ο笳Z言支持參數(shù)化抽象。C++語言提供的“模板”機(jī)制就是一種參數(shù)化抽象機(jī)制。由模板定義的類稱為參數(shù)化類，也稱為類屬類。類屬類本身不依賴具體的數(shù)據(jù)類型，即與實(shí)際操作的基本數(shù)據(jù)類型無關(guān)，它主要描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特征。例如，類屬棧的主要特征是棧中的元素先進(jìn)后出，而元素的數(shù)據(jù)類型作為類屬類的參數(shù)，在類屬類實(shí)例化時(shí)才確定。這意味著把數(shù)據(jù)類型作為參數(shù)傳遞。參數(shù)化抽象使得類的抽象程度更高，應(yīng)用范圍更廣，可重用性更高。(3)信息隱藏。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，信息隱藏體現(xiàn)在封裝性，封裝性是重要機(jī)制之一，也是軟件設(shè)計(jì)的重要原則之一。把屬性和操作封裝為對(duì)象，對(duì)于類的用戶而言，屬性的表示方法和具體操作的算法實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)都應(yīng)該是隱藏的。(4)低耦合。耦合指一個(gè)軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊之間互連的緊密程度。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ校瑢?duì)象是最基本的模塊，因此，耦合主要指不同對(duì)象之間相互關(guān)聯(lián)的緊密程度。低耦合是優(yōu)秀設(shè)計(jì)的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，低耦合使得系統(tǒng)中某一部分的變化對(duì)其他部分的影響降到最低程度。在理想情況下，對(duì)某一部分的理解、測(cè)試或修改，無須涉及系統(tǒng)的其他部分。如果一個(gè)類(對(duì)象)過多地依賴其他類(對(duì)象)來完成自己的工作，則不僅給理解、測(cè)試或修改這個(gè)類帶來很大困難，而且還將大大降低類的可重用性和可移植性。為了達(dá)到低耦合，模塊之間應(yīng)該有很少的接口、很小的接口和顯式的接口。很少的接口是指模塊之間接口的數(shù)量應(yīng)該最小化；很小的接口就是某一個(gè)接口移動(dòng)的信息量應(yīng)該最小化；顯式的接口就是當(dāng)模塊通信時(shí)應(yīng)該用明顯的和直接的方式。如果對(duì)象之間的耦合通過消息連接來實(shí)現(xiàn)，則這種耦合就是交互耦合。交互耦合應(yīng)該盡量減少消息中包含的參數(shù)個(gè)數(shù)，降低消息連接的復(fù)雜程度，應(yīng)減少對(duì)象發(fā)送或接收的消息數(shù)。繼承耦合是一般化類與特殊類之間的一種耦合形式，應(yīng)該提高繼承耦合程度。為獲得緊密的繼承耦合，特殊類應(yīng)該確實(shí)是對(duì)它的一般化類的一種具體化。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使特殊類盡量多繼承并使用其一般化類的屬性和服務(wù)，從而更緊密地耦合到它的一般化類。(5)高內(nèi)聚。內(nèi)聚是衡量一個(gè)模塊內(nèi)各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度，或者說，設(shè)計(jì)中使用的一個(gè)構(gòu)件內(nèi)的各個(gè)元素，對(duì)完成一個(gè)定義明確的目的所做出的貢獻(xiàn)程度。設(shè)計(jì)中應(yīng)該力求做到高內(nèi)聚。在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中，服務(wù)內(nèi)聚是指一個(gè)服務(wù)應(yīng)該完成一個(gè)且僅完成一個(gè)功能。類內(nèi)聚就是它的屬性和服務(wù)應(yīng)該是高內(nèi)聚的，