uml 对象技术与可视化建模基础.ppt

UML建模语言及工具 第2章对象技术与可视化建模基础AnOverviewofObjectTechnologyandVisualModeling 3 Review AnApproachtotheObject Oriented 上升到面向对象面向对象技术概述定义 利益 研究内容面向对象技术发展历史 里程碑 现状 未来面向对象与结构化扬弃而非否定上升到面向对象利用面向对象的观点认识客观问题 4 学习线路图 5 Agenda1 ObjectandClassFourPrinciplesofOOGeneralizationandPolymorphismPrinciplesofVisualModelingTheUMLProcessandvisualmodeling 6 Object Informally anobjectrepresentsanentity eitherphysical conceptual orsoftwarePhysicalentityConceptualentitySoftwareentity 化学过程 7 Object FormalDefinition Anobjectisanentitywithawell definedboundaryandidentitythatencapsulatesstateandbehavior Stateisrepresentedbyattributesandrelationships Behaviorisrepresentedbyoperations methods andstatemachines 8 对象的标识 每一个对象都有一个唯一的标识 即使其状态有可能与其它对象一样 班机747on11 10 班机747on11 11 班机747on11 12 9 对象的标识 Professor JClark teachesBiology Professor JClark teachesBiology 10 对象的状态 一个对象的状态是它反映于现实世界的一系列属性 参数的数值 也就是 与对象有关系的数据 它与其它对象的关系 可能的状态 停泊运营着陆终止 班机747 11 对象的状态 Stateisaconditionorsituationduringthelifeofanobject whichsatisfiessomecondition performssomeactivity orwaitsforsomeevent Thestateofanobjectnormallychangesovertime Name JClarkEmployeeID 567138DateHired July25 1991Status TenuredDiscipline FinanceMaximumCourseLoad 3classes Name JClarkEmployeeID 567138HireDate 07 25 1991Status TenuredDiscipline FinanceMaxLoad 3 ProfessorClark 12 对象的行为 定义当其它对象发出请求时 该对象如何反应由为对象定义的一系列操作决定 13 对象的行为 Behaviordetermineshowanobjectactsandreacts Thevisiblebehaviorofanobjectismodeledbyasetofmessagesitcanrespondto operationsthattheobjectcanperform ProfessorClark ProfessorClark sbehaviorSubmitFinalGradesAcceptCourseOfferingTakeSabbaticalSetMaxLoad SubmitFinalGrades AcceptCourseOffering TakeSabbatical SetMaxLoad 14 Sample AnObject 15 RepresentingObjectsintheUML Anobjectisrepresentedasarectanglewithanunderlinedname NamedObject AnonymousObject 16 Class Aclassisadescriptionofasetofobjectsthatsharethesameattributes operations relationships andsemantics Anobjectisaninstanceofaclass AclassisanabstractioninthatitEmphasizesrelevantcharacteristics Suppressesothercharacteristics 17 Sample AClass ClassEmployee PropertiesNameAddressPositionSalaryStartDateEndDate BehaviorHireFirePromoteIncreaseSalaryRetire 18 RepresentingClassesintheUML Aclassisrepresentedusingarectanglewithcompartments 属性 操作 具有相同特征和操作的对象可以放到类中 在下面这副图中您看到了什么类 类 对象的类 您看到了几个类 21 属性 属性是类的特征或特性属性的值是某一特定对象的属性值在类中属性名必须是唯一的每一个类的实例都有为这个类定义的所有属性的值 银行帐户类属性帐号银行名称拥有者金额 Mary的银行帐户属性值12345678FirstNationalBankMarySmith 1024 48 22 属性取决于视点 从销售人员的角度型号价格颜色里程数 一辆汽车具有的属性 从维修人员的角度马达类型传动类型维修记录 23 操作 对象的行为是由为此对象定义的一系列操作决定的操作访问或修改对象的属性值一个类可能同时存在多个实例 也可能在某一时刻没有实例一个类的所有实例都可以使用在这个类中定义的操作 24 类和对象 对象 实体 类 抽象数据类型 计算机世界 实例化 抽象 映射 映射 现实世界 25 类是生成对象的模板 类是生成对象的模板类的定义中包含有产生和删除对象的操作一个类定义了使用哪种数据表示法来描述属性每一个实例都采用有属性值的数据表示法一个类通过一系列操作来定义行为这种操作能在每个实例中激活 班机 26 类和对象的关系 每一个对象都是某一个类的实例每一个类在某一时刻都有零个或更多的实例类是静态的 它们的存在 语义和关系在执行前就已经定义好了对象是动态的 它们在程序执行时可以被创建和删除 27 Sample ObjectandClass 现实世界中的学生对象和对Student类的建模 Bob John Kate Beverly Student属性方法 一些学生对象 Student类 28 Agenda 2 ObjectandClassFourPrinciplesofOOGeneralizationandPolymorphismPrinciplesofVisualModelingTheUMLProcessandvisualmodeling 29 BasicPrinciplesofObjectOrientation 30 抽象 抽象 abstraction 就是过滤掉对象的一部分特性和操作 直到只剩下所需要的属性和操作 一些权威认为抽象对于建模者来说是最重要的技术 也就是说要搞清楚什么应该纳入模型中 什么应该舍去 抽取共同性 例如 准备编制游戏软件 其中需要实现不同人物使用魔法的功能 每个人物具有不同的魔法 并具备使用魔法的行为 抽象得到的人物类图如 31 Example Abstraction 一个项目的抽象依赖于定义抽象的上下文 32 封装性 Encapsulation Hidesimplementationfromclients Clientsdependoninterface 33 封装性 封装 encapsulation 是软件模块化思想的体现 也是面向对象的根本之一封装实现信息隐藏和数据抽象信息隐藏的出发点 对象的私有数据不能被外界存取 只能以合法的手段访问将数据抽象为一组行为 而不是内部的具体数据结构 把用户隔离在细节之外 从而使得软件各个部分依赖于抽象层 各模块获得自由 可以变化细节 可以替换 34 ProfessorClarkneedstobeabletoteachfourclassesinthenextsemester SubmitFinalGrades AcceptCourseOffering TakeSabbatical ProfessorClark SetMaxLoad Name JClarkEmployeeID 567138HireDate 07 25 1991Status TenuredDiscipline FinanceMaxLoad 4 SetMaxLoad 4 35 为什么要封装 结构化程序设计 程序 算法 数据结构 全局数据 算法 算法 算法 算法 一个大问题 如何保证数据的一致性 36 范例 数据一致性 classShippingAddress publiclongcityCode publicStringaddress 城市代码例如 北京为01上海为02 邮政地址 北京朝阳区静安里6号 操作这个数据结构的程序员 必须严格遵守一系列业务逻辑规则 否则很容易破坏数据的一致性结构化程序设计处理大项目时 多人协同开发时 本质上无法保证数据的一致性 classShippingAddress privatelongcityCode privatestringaddress publiclongModifyAddress Stringaddress 37 信息隐藏保证数据一致性 通过信息隐藏 1 外围代码无法随意访问底层数据 只能以合乎规范的方式操作数据2 保证数据一致性的逻辑只需正确开发一次 便可以供所有人反复使用3 业务逻辑知识被局限起来 协同开发难度降低信息隐藏是面向对象更适应大型软件开发的根本原因之一 38 数据隐藏的实现 C 文件域内的数据隐藏 粒度太粗 本文件域的私有数据 staticintuse count 0 voidfunc intarg use count C的结构体无数据隐藏机制 structSimpleObject t intmyInteger void setInteger int 39 数据隐藏的实现 C 用private访问级别关键字定义私有数据 隐藏内部数据structSimpleObject private intmyInteger public voidsetInteger inti SimpleObject inti 0 myInteger i 使用 SimpleObjectso 8 so myInteger 16 compileerrorso setInteger 16 OKC 对于对象私有数据的隐藏 完全是靠编译器保证 而由于C 过于强大的指针运算能力 编译器很容易被欺骗 所以 40 1 include2usingnamespacestd 345classA6 7private 8 a20 21intA GetA 22 23returna 24 2526doubleA GetB 27 28returnb 29 30 41 31int tmain intargc TCHAR argv 32 33Atest 3435cout beforepointeraccess n 36 test a test GetA n 37 test b test GetB n endl 38 43 valuechangingbypointer 44 privateA 1 45 privateB 2 5 4647cout afterpointeraccess n test a test GetA n test b test GetB n endl 50return0 51 39 accessobjecttestofclassAbypointer40int privateA reinterpret cast 42 运行后输出结果为 beforepointeraccess test a 0test b 0afterpointeraccess test a 1test b 2 5 42 Java中的数据隐藏 so SimpleObject对象实体 intmyInteger voidsetInteger inti 虽然so本身也是指针 在Java里叫做引用reference 但是Java没有提供任何指针运算 因此无法骗过编译器 能够完全保证私有成员数据不被非法访问 43 模块性 Modularity BreaksupsomethingcomplexintomanageablepiecesHelpspeopleunderstandcomplexsystemsCohesion 内聚 Coupling 耦合 Class Component Package 44 模块化例子 Forexample breakcomplexsystemsintosmallermodules 45 Package AgeneralpurposemechanismfororganizingelementsintogroupsAmodelelementthatcancontainothermodelelements Apackagecanbeused Toorganizethemodelunderdevelopment Asaunitofconfigurationmanagement 46 APackageCanContainClasses ThePackage UniversityArtifacts containsonepackageandfiveclasses 47 层次性 Hierarchy Anyrankingororderingofabstractionsintoatree likestructureTypesofHierarchy Inheritance Aggregation Increasingabstraction Decreasingabstraction Elementsatthesamelevelofthehierarchyshouldbeatthesamelevelofabstraction 48 Agenda 3 ObjectandClassFourPrinciplesofOOGeneralizationandPolymorphismPrinciplesofVisualModelingTheUMLProcessandvisualmodeling 49 Generalization Arelationshipamongclasseswhereoneclasssharesthestructureand orbehaviorofoneormoreclassesDefinesahierarchyofabstractionsinwhichasubclassinheritsfromoneormoresuperclassesSingleinheritanceMultipleinheritanceIsan isakindof relationship 50 范例 单一继承 Oneclassinheritsfromanother 51 范例 多重继承 Aclasscaninheritfromseveralotherclasses Usemultipleinheritanceonlywhenneededandalwayswithcaution 52 WhatIsInherited Asubclassinheritsitsparent sattributes operations andrelationshipsAsubclassmay Addadditionalattributes operations relationshipsRedefineinheritedoperations Usecaution Commonattributes operations and orrelationshipsareshownatthehighestapplicablelevelinthehierarchy 53 范例 继承什么 classStudent protectedstringname publicstringgetName publicAccounttheAccount classGraduateStudentextendsStudent 派生类 子类 从基类 超类 父类 中派生 继承了基类中全部的public和protected数据成员和方法 所以即使GraduateStudent中没有定义getName 也会从Student中得到getName 方法的全部实现派生类也会继承基类中的关系 因此GraduateStudent与Account也有聚合关系 54 继承的原始目的 在面向对象思想发展的初期 通过继承复用代码曾经被认为是面向对象最重要的目标之一当时人们的想法是 从基类获得大部分成熟的代码 实现主要的功能 而修改必要的部分 实现特色功能很遗憾 实践中人们发现无法达成事先预期的效果 55 继承并非代码复用的最佳机制 继承在代码复用方面不如其它方式灵活有效 比如函数库代码复用在今天的意义不象先前预期的那么大 原因是 代码只是细节 系统由接口定义 另外软件开发的人力资源越来越丰富 开发难度大幅降低但是继承所提供的代码复用仍然是一项重要的 福利 应当善加利用今天继承的主要意义在于为实现多态铺平了道路 56 WhatIsPolymorphism Theabilitytohidemanydifferentimplementationsbehindasingleinterface 57 范例 多态 abstractclassShape publicabstractvoiddraw classRectangleextendsShape 覆盖 override 基类方法publicvoiddraw 绘制矩形 classCircleextendsShape 覆盖 override 基类方法publicvoiddraw 绘制圆形 58 虚函数 多态 classShape public virtualvoidDraw void classCircle publicShape public virtualvoidDraw void classSphere publicShape public virtualvoidDraw void voidDrawShape Shape aShape aShape Draw main ShapeaShape CircleaCircle SphereaSphere DrawShape 59 应用多态性 假设我们有一个数组sharr 里面放着一排Shape 但是不知道哪些是Rectangle 哪些是Circle 利用多态性 我们可以 for inti 0 i sharr length i Shapeshape Shape sharr i shape draw 遍历整个数组的过程中 各个Shape自己知道应当如何在画布上绘制自己 shape draw 这同一行代码在shape指向不同的对象时表现出不同的行为 这就是所谓多态性 60 Agenda 4 ObjectandClassFourPrinciplesofOOGeneralizationandPolymorphismPrinciplesofVisualModelingTheUMLProcessandvisualmodeling 61 WhatIsaModel Amodelisasimplification 简化 ofreality 62 WhyModel Modelingachievesfouraims Helpsyoutovisualizeasystemasyouwantittobe Permitsyoutospecifythestructureorbehaviorofasystem Givesyouatemplatethatguidesyouinconstructingasystem Documentsthedecisionsyouhavemade YoubuildmodelsofcomplexsystemsbecauseyoucannotcomprehendsuchasysteminitsentiretyYoubuildmodelstobetterunderstandthesystemyouaredeveloping 63 建模的意义 模型是对现实的简化 建模是为了更好地理解系统 模型帮助我们按照实际情况或需求对系统可视化 掌握不了文字 画幅画代替 模型允许我们详细说明系统的结构 行为 模型给出了一个构造系统的模板 模型对我们作出的决策进行文档化 先有文档 再有代码 64 TheImportanceofModeling PaperAirplane FighterJet LessImportant MoreImportant 65 Principle1 TheChoiceofModelIsImportant ThemodelsyoucreateprofoundlyinfluencehowaproblemisattackedandhowasolutionisshapedInsoftware themodelsyouchoosegreatlyaffectyourworldviewEachworldviewleadstoadifferentkindofsystem 66 Principle2 LevelsofPrecisionMayDiffer Everymodelmaybeexpressedatdifferentlevelsofprecision 精度 Thebestkindsofmodelsletyouchooseyourdegreeofdetail dependingon WhoisviewingthemodelWhytheyneedtoviewit 67 Principle3 TheBestModelsAreConnectedtoReality AllmodelssimplifyrealityAgoodmodelreflectspotentiallyfatalcharacteristicsThetrickistobesurethatyoursimplificationsdon tmaskanyimportantdetails Agoodmodelrevealsanypotentiallyfatalflawsindesign 68 Principle4 NoSingleModelIsSufficient Nosinglemodelissufficient Everynon trivialsystemisbestapproachedthroughasmallsetofnearlyindependentmodels Createmodelsthatcanbebuiltandstudiedseparately butarestillinterrelated 69 建模的原理 选择创建什么模型对如何动手解决问题和如何形成解决方案有意义深远的影响 三只小猪盖房子摩天大厦每一种模型可以在不同的精度级别上表示 最好的模型可以让你根据观察的角色及原因选择它的详细程度 对每个系统最好用一组几乎独立的模型去处理 飞机模型 70 Agenda 5 ObjectandClassFourPrinciplesofOOGeneralizationandPolymorphismPrinciplesofVisualModelingTheUMLProcessandvisualmodeling 71 TheUML UML YouMustLearnUML UnifiedModelingLanguageUML是一种标准的图形化建模语言 它是面向对象分析与设计的一种标准表示 它 不是一种可视化的程序设计语言 而是一种可视化的建模语言不是工具或知识库的规格说明 而是一种建模语言规格说明 是一种表示的标准不是过程 也不是方法 但允许任何一种过程和方法使用它 72 WhatIstheUML TheUMLisalanguageforVisualizingSpecifyingConstructingDocumentingtheartifactsofasoftware intensivesystem UnifiedModelingLanguage 统一建模语言 是对象管理组织 OMG 制定的一个通用的 可视化的建模语言标准 可以用来可视化 visualize 描述 specify 构造 construct 和文档化 document 软件密集型系统的各种工件 artifacts 又译制品 73 UML是标准的符号 1 用UML画图很容易 摆脱符号烦恼 全心面对问题 2 UML仅仅是一种表达形式 用好UML首先需要掌握OOAD的基本原则和方法 并在一定的软件开发过程 如统一过程UP USDP RUP XP等 的指导下进行有取舍的运用 但知道要画什么是困难的 74 选择UML 1 MartinFlower 如果你正在使用其它的旧技术 我强列建议您马上转用UML 因为它明显地将成为符号系统的统一标准 如果你正在考虑开始使用设计符号来工作 UML是一个好的选择 因为它已经统治业界了 75 选择UML 2 UML不是万能的 很多场合并不适合使用1 传统的做法已完全适用 对OOAD的要求也不高 项目非常成功 无任何改进的必要2 开发的系统比较简单 直接用源码配上少量的文字就能解决问题 软件开发文档也无需添加图形来辅助说明3 开发人员更习惯于直接阅读源码 用源码交流 这样做不影响工作效率和质量4 开发的系统本身不属于OO方法 UML适用范围 76 选择UML 3 很多情况下 推荐使用UML 1 OO方法是项目决定采用的方法论 是整个项目或产品成功的关键2 开发人员感觉用源码说明不了真正的问题 希望利用可视化建模语言简化文档 提高交流效率 准确抓住问题本质3 系统的规模和设计都比较复杂 需要用图形抽象地表达复杂的概念 增强设计的灵活性 可读性和可理解性 以便暴露深层次的设计问题 降低开发风险4 组织希望记录已成功项目 产品的公共设计方案 在开发新项目时可以参考 重用过去的设计 以节省投入 提高开发效率和整体成功率5 有必要采用一套通用的图形语言和符号体系描述组织的业务流程和软件需求 促进业务人员 软件开发人员之间一致 高效的交流 77 UML发展背景 面向对象建模语言产生于1970年代中期1990年代初 建模语言数量达到50多种众多语言各有千秋 缺乏通用性语言之间的细小差别妨碍了用户的交流1990年代中期 三位主要的OO建模大师 Booch Rumbaugh Jacoson开始致力于建立统一建模语言的工作 78 三位面向对象大师 79 UML诞生 公众反馈 OOPSLA95UnifiedMethod0 8 工业化标准化统一化分散的各部分 Booch93OMT 2 1996 6和1996 10UML0 9 0 91 1997 9公布UML1 1 1997 1公布UML1 0 合作伙伴意见 1997 11 17UML1 1被OMG接纳为标准 Booch91OMT 1其他方法OOSE 80 UML统一 81 Agenda 6 ObjectandClassFourPrinciplesofOOGeneralizationandPolymorphismPrinciplesofVisualModelingTheUMLProcessandvisualmodeling 82 HowmuchyoucandependonUML TheUMLisnotaprocessormethodologyobject orientedanalysisanddesignGuidelines 指导 准则 fordesignMuchmoreimportant Skillindesigningwithobjects 83 ALanguageIsNotEnoughtoBuildaSystem 84 WhatIsaProcess DefinesWhoisdoingWhat Whentodoit andHowtoreachacertaingoal 85 开发过程概述 传统开发过程 瀑布模型统一软件开发过程 RUP 86 传统开发过程 瀑布模型 Requirements Analysis Design Implementation Test Time 87 OOAD的开发过程 大项目分解为一些子项目使用UML工具统一软件开发过程 RUP 是一个迭代 递增的开发过程 88 RUP的软件开发生命周期 89 OverviewoftheUnifiedProcess TheUnifiedProcessisIterativeandincrementalUsecasedrivenAr