面向对象技术基础.ppt

第2章 面向对象技术基础,2.1 面向对象概述 2.2 对象 2.3 面向对象方法学概述 2.4 对象模型 2.5 小结,2.1 面向对象概述,2.1.1 传统软件开发方法存在的问题 传统的生命周期软件开发方法学主要存在下列问题： (1) 软件重用性差 (2) 软件可维护性差 (3) 开发出的软件不能满足用户需要,2.1.2 面向对象的基本概念 (1) 对象：现实世界中客观存在的事物都被称之为对象。 对象不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件，如旅游、球赛等都是对象。,(2) 对象的状态和行为：对象具有属性 (或状态)，一个对象用数据值来描述它的状态。对象还有操作(或行为、方法、算法、服务、函数)。操作用于改变对象的状态。对象由对象名、属性、操作组成。 对象实现了数据和操作的集成，使数据和操作封装于对象的统一体中。,(3) 类：类是具有相同或相似性质的对象的抽象。因此，对象的抽象是类，类的具体化就是对象，也说类的实例是对象。类具有属性，它是对象的状态的抽象，用数据结构来描述类的属性。类具有操作，它是对象的行为的抽象，用操作名和实现该操作的算法来描述。类由类名、属性、操作组成。,(4) 消息和方法：对象之间进行的通信叫做传递消息。在对象的操作中，当一个消息发送给某个对象时，消息包含接收对象去执行某种操作的信息。发送一条消息至少要包括说明接受消息的对象名、发送给该对象的消息名(即对象名、方法名)。一般还要对参数加以说明，参数应该是认识该消息的对象所知道的变量名。 类中操作的实现过程经常称为方法，一个方法有方法名、参数、方法体。,(5) 封装：对象的封装就是把对象包起来，使外界只能看到对象的接口，而不能知道对象内部的具体内容。一个对象的数据其它对象不能直接访问，一个对象的操作其它对象也不能直接使用。,封装性主要表现在如下两个方面： 有固定的接口。这些接口规定了对象接受消息的格式，其它对象只有通过这些接口才能向这个对象发送消息。, 保护内部实现。所有私有数据和私有操作都被封装在对象内部，其它对象不能直接访问。 封装性是保证软件部件具有优良的模块性的基础，对外界隐蔽了实现细节，有效地实现了信息隐蔽。面向对象的类是封装良好的模块。,(6) 继承：继承是子类自动共享基类属性和操作的机制，这是类之间的一种关系。在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础之上来进行，把这个已经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。,继承具有传递性，如果类C继承类B，类B又继承类A，则类C也继承了类A。一个类实际上可以继承它上层的所有基类的属性和操作。,在类层次中，子类只继承一个基类的属性和操作，则称为单重继承。 在类层次中，子类继承了多个基类的属性和操作，则称为多重继承。 类的继承性提高了软件的重用性。,(7) 多态：多态性指相同的操作可作用于多种类型的对象上并获得不同的结果。不同的对象，收到同一消息可以产生不同的结果，这种现象称为多态性。,多态性允许每个对象以适合自身的方式去响应共同的消息。 多态性增强了软件的灵活性，减少了信息冗余，提高了软件的重用性和可扩充性。,(8) 重载：重载是指同一个操作名，对于不同的参数结构，可以执行不同的操作。 重载提高面向对象系统的灵活性和可读性。,2.2 对象,2.2.1 一个对象实例,对象把它的内部数据和功能的实现封装起来，它向外界开放的操作就如录音机上的按键，对象A只有通过对象B的接口才能向对象B发送消息。对象中对外开放的操作就像录音机上的按键，使用者只需要知道操作的名字(如录音机的功能名)和需要的参数(如录音机中听某首歌曲，歌曲在磁带中的位置)，使用者不需要知道这些操作的具体实现方法(就如使用录音机录音，不需要知道具体实现的电路)。,对象的使用者也不需要知道对象内部的具体实现和数据内容。,对象的模型如图2.3所示，对象的属性数据是封装的，对象中实现功能的操作(算法)也是封装的，n个功能接口是对象的对外界面，其它对象根据接口的名称和参数向该对象发送消息。对象有力支持了抽象、信息隐蔽、模块化、局部化等软件工程基本原则。,对象是属性数据和操作的封装。 对象 对象名 操作集合 数据集合 对外接口集合,2.2.2 对象的定义,对象是封装了数据，并且封装了对数据的操作的模块，这个模块有惟一的名字，有公开的对外接口。对象中的数据值表示了对象所处的状态，对象的状态是可以变化的，一个对象的状态只能由该对象自己的操作改变。当一个对象收到其他对象的消息时，执行对应的操作，同时改变自身的状态。,2.2.3 对象的特点 (1) 独立性：对象是数据和对数据所有操作的统一体，对象经过消息接收、操作处理、变换对象状态，最后完成消息所指定的处理任务。对象自身状态的变化，完全取决于自身的操作,(2) 封闭性：对象以数据为中心。对象的数据被封装在对象的内部，外面是看不见的,(3) 交互性：交互性是指对象之间具有通信能力，对象之间通过互相发送消息进行通信。通过定义的接口互相传递信息，协调完成工作流程。,(4) 并行性：对象各自独立处理自己的数据，同时改变自己的状态；对象之间并行工作，通过发送消息实现相互通信。,(5) 被动性：被动性是指对象的功能都是由其它对象发送消息来启动的。一般情况下对象不能自发启动操作。,(6) 动态性：对象的动态性具有两个方面的含义，一是对象可以动态地被创建和取消，对象不是一开始运行软件就存在的，是在软件运行过程中被创建的，也是在软件运行过程中被取消的；二是对象的状态是不断变化的，随着软件的运行，对象的状态在不断变化。,2.3 面向对象方法学概述,2.3.1 面向对象方法学基本原则 面向对象方法学认为程序是相互独立而又相互协作的对象的集合，对象是最基本的程序单位。运行软件就是对象之间通过传递消息，互相协作、独立运行，完成预定的任务。,面向对象方法学具有下列重要特点： (1) 软件中一切元素都是对象。 软件中的任何元素都是对象，大的复杂对象由简单的小对象组成。,(2) 把所有对象都划分成各种对象类。对象的属性和操作是由类定义的，类中的数据结构定义了对象的属性数据，类中的算法定义了对象中的操作。 一个类定义的数据结构和操作，这个类的所有对象都可以使用。,(3) 类具有层次结构。对一些新的事物进行分类把差别不大的分为一类，再找出这一类的共同特征，一步步地细划，形成一个层次结构。最高层是最普通的，特征最简单，越往下层越具体。一旦高层类的某个特征被定义下来，所有在它之下的类就包含了该特征，不必再重新定义，这种现象称为继承。,(4) 对象之间通过传递消息进行协作。每个对象都有固定的对外界面，界面上有许多接口，每个接口都有惟一的名称和固定的参数，其它对象通过对象接口名和参数向该对象发送消息，对象接到消息后，执行该接口对应的操作。,总之，面向对象方法学的基本原则就是让软件分析、设计的思路与人类解决现实问题的思路尽可能一致，把软件危机的可能性降到最低。,2.3.2 面向对象方法学优点 优点： (1) 多角度模拟客观世界。面向对象的软开发方法以对象为核心，软件系统有各种对象组成。软件中的对象是客观世界中事物的抽象，客观事物的静态属性由对象的属性数据描述，客观事物的功能由对象的操作描述，客观事物互相之间以固有方式进行联系，协作完成某种任务，对象之间可以通过对象界面上的接口互相发送消息，协作完成一定的功能。对象与客观事物的存在方式基本一致。,面向对象方法学把人类认识的事物影射成软件中的对象，让对象自然地表示客观事物。 面向对象方法学强调模拟现实世界的概念，而不强调算法，要用应用领域的概念去分析设计软件结构，对于要解决的问题，按照人类解决问题的本来思路进行分析，确定软件中的对象，建立适当的类，根据事物之间的本来联系形式建立对象之间的消息传递模式，从多个侧面模拟客观世界。,(2) 具有较高的稳定性。面向对象的方法学以对象为基本元素构造软件系统，对象模拟客观世界的事物，以对象的协作模拟客观事物的联系。当软件系统需要优化功能时只需要对相关对象进行局部修改,(3) 重用性好。有两种方法实现重复使用一个类：最简单的是直接用类定义对象，另一种方法是将该类作为基类，用它派生出满足用户需要的新类。由老类派生出新类的技术称为继承，继承不仅可以让新类具有老类的所有属性数据类型与操作功能，新类还可以重新定义老类已经有的功能，也可以扩充新的功能，新类的这种修改一点不会影响老类的使用。,(4) 适合开发大型软件。,面向对象的软件系统，对软件维护的支持，体现在如下几个方面： (1) 稳定性好。对软件的进行维护时，不论是改进功能，还是添加功能，都是对具体对象的局部修改，只要对象的接口不变化，一个对象的改动基本不影响其它对象。,(2) 容易修改。对象是一个相对独立的模块，由于修改是针对对象的局部修改，不需要对整个系统做整体变动，所以容易实现。,(3) 容易理解。面向对象的软件开发方式与客观事物的本来存在形式一致，与人类习惯的思维方式也一致，因此软件的结构与客观事物的本来结构一致，这样就便于维护人员的理解，减少维护的难度。,(4) 容易测试和调试。,由于对象是一个独立的软件模块，对一个对象的修改，只需要测试和调试修改的对象，对没有修改的其他对象不需要进行测试和调试。把测试和调试的范围收缩到了最小的局部。,2.3.3 典型的面向对象过程模型 使用面向对象方法学开发软件时，面向对象的分析和设计是开发的重点。这种开发方法，在整个软件开发过程中使用统一的概念对象，各个阶段的模型概念基本一致，各个开发阶段无缝连接，在用户和软件开发人员对系统认识深化的过程中，对各个开发步骤进行多次重复迭代。图2.5展示的喷泉模型体现了软件开发过程的迭代和无缝的特性，是一种典型的面向对象软件开发模型。,面向对象的软件开发分析、设计和编码没有严格的界限，它们是在反复修正的过程中进行的。图2.5中的箭头表示该过程的迭代，圆圈重叠表示无缝连接并且没有明确的界限。,按照喷泉模型开发软件的过程如图2.6所示。实箭头表示开发顺序，空箭头表示回归迭代次序，下一个阶段发现问题，可能回归到任一个先前的阶段。,2.4 对象模型,模型是为了理解事物而对事物作出的一种抽象，是对事物作出的一种无二义性的符号描述。模型一般由图形符号和组织这些符号的规则组成。,对象模型描述对象和对象之间的关系，表示软件系统的静态结构。1997年，国际对象管理组织OMG把统一建模语言UML(Unified Modeling Language)作为面向对象技术的标准建模语言。在UML中，类的含义不仅包括类，还包括属于该类的对象。,2.4.1 类的表示 类图描述类以及类与类之间的静态关系，在UML中类图是最重要静态模型。类图通过使用可视化建模工具(如Rational Rose)可以直接生成VB等多种面向对象语言代码。另外，其他任何模型图的内容都会受到类图的影响。类是类图中的最基本元素。,图2.7是类的一般形式，矩形方框代表类的图标，它被分成3个区域。最上面的区域中是类名，中间区域是类的属性，最下面区域是类的操作(服务、功能、行为、函数)。,类名的定义要注意遵守下列原则： (1) 使用人们习惯的规范用语，不要随意创造名字。 (2) 使用具有确切含义的名字，不要使用含义模糊的名字。 (3) 可以使用名词短语。,类中的属性一般包括可见性、属性名和类型名。可见性通常有共有的(Public)和私有的(Private)。 类的属性名是软件开发人员给出的标识符，一般是代表属性含义的英文单词，类型名是计算机语言提供的类型名或者已经定义的类名。,类的服务，就是操作，或者称函数，其一般结构为： 可见性 操作名(参数表)返回值类型 在类的服务中，可见性、返回值类型同属性中的可见性、类型相同。,在VB中通过它的公共接口将类展示给可能的外部用户。一般类的属性说明为私有的，外部只有通过相应的操作访问属性。,VB中的操作一般有三种形式： (1) 属性操作：设定或者返回一个属性的值。 (2) 子程序：执行一组语句，没有返回值。 (3) 函数：执行一组语句，返回一个值。,关键的类图部件在VB中的表示如下： 类：确定的类在VB集成环境中自动生成类模块。 属性：类中确定的属性将生成类模块中的私有(或者公共)成员变量，每个属性在类模块中拥有类型为Get、Set和Let的公共属性过程。,接口：类的接口，或者说类的公共操作，以操作的形式加入类中。 操作：为任何一个类定义的操作将作为类的Public subroutines(没有返回值)或Public Function(有返回值)。开始的时候操作没有完整的标记(只有操作名称)而到最后将有完整的特定的标记。,终止类：终止类将被用来生成DDL形式中的数据库方案(假定使用关系数据库作为永久存储器)。,2.4.2 类之间的关系 类图包括类和类与类之间的关系。,(1) 关联 关联表示两个类之间有协作关系。图示符号用一条直线表示关联。关联是有方向，用箭头表示方向。,在关联图中，类与对象一般不加区分。若表示多个对象之间的关联可以在直线上加数字，表示重复对象的数字格式为： n 表示n个对象，n0 mn 表示m到n个对象，0mn m* 表示m到多个对象，0m,(2) 聚集 聚集是一种特殊的关联。聚集表示类与类之间的整体与部件的关系。聚集也称组成。用菱形符号和箭头表示聚集关系。菱形符号指向整体，箭头符号指向部件。,(3) 继承 继承体现了