面向对象方法学引论

1、第第9章章 面向对象方法学引论面向对象方法学引论(Object-Oriented Methodology) 本章介绍面向对象方法学的概述、基本概念，以及本章介绍面向对象方法学的概述、基本概念，以及在用面向对象方法学开发软件过程中通常建立的在用面向对象方法学开发软件过程中通常建立的3 3种模种模型：对象模型、动态模型和功能模型。型：对象模型、动态模型和功能模型。 瀑布模型的缺点是僵化，要求：生命周期各阶段间遵守严格瀑布模型的缺点是僵化，要求：生命周期各阶段间遵守严格的顺序；预先定义并的顺序；预先定义并“冻结冻结”软件需求。软件需求。 SA-SD-SP 技术的缺点：本质上是功能分解，以实现功能的技

2、术的缺点：本质上是功能分解，以实现功能的过过程程为中心，而用户的需求变化主要是针对为中心，而用户的需求变化主要是针对功能功能的。这就使基于过的。这就使基于过程的设计程的设计不易被理解不易被理解；且；且功能功能变化往往引起结构变化较大，变化往往引起结构变化较大，稳定稳定性不好性不好。数据与操作分开处理，可能造成软构件对具体应用环境。数据与操作分开处理，可能造成软构件对具体应用环境的依赖，的依赖，可重用性可重用性(reusability)较差较差。1. OOM概述概述 尽可能模拟人类习惯的思维方式，即尽可能模拟人类习惯的思维方式，即问题域问题域与与求解域求解域在结构在结构上尽可能一致。与传统方法相

3、反，上尽可能一致。与传统方法相反，OOM以数据或信息为主线，以数据或信息为主线，把把数据和处理结合数据和处理结合构成统一体构成统一体 对象。这时程序不再是一系对象。这时程序不再是一系列工作在数据上的函数集合，而是相互协作又彼此独立的列工作在数据上的函数集合，而是相互协作又彼此独立的对象对象的集合。的集合。 OOM的四要点：的四要点：对象对象(object)：客观世界由：客观世界由对象对象组成。组成。 类类 (class) ：对象对象可划分为可划分为类类；单个对象可视为某一类的；单个对象可视为某一类的实例实例 (instance)。 OOM的特点：的特点： class Post_office p

4、rivate : loc_type location ; emp_type employee ; public : void send (req_type request, money_type payment); void sell (int goods, money_type payment) ; main ( ) Post_office My_PO ; req_type My_request ; money_type My_payment ; My_PO.Send ( My_request, My_payment) ; 1. OOM概述概述例如例如: 继承继承(inheritance)：

5、类可分层，下层：类可分层，下层子类子类与上层与上层父类父类有相同有相同特征，称为特征，称为继承继承。 消息消息(message)：对象间只能通过发送：对象间只能通过发送消息消息进行联系，外界不进行联系，外界不能处理能处理对象对象的内部数据，只能通过的内部数据，只能通过消息消息请求请求它进行处理（如果它提供相应消息的话）。它进行处理（如果它提供相应消息的话）。1. OOM概述概述OOM(Object-Oriented ) = Object+Classes+Inheritance+Communication with messagesObject-based = Object+Communicat

6、ion with messagesClass-based = Object+Classes+Communication with messagesOOM：以：以object 为核心，强调对现实概念的模拟而不强调算法。为核心，强调对现实概念的模拟而不强调算法。“面向对象方法学的基本原则，是按照人们习惯的思维方面向对象方法学的基本原则，是按照人们习惯的思维方式建立问题域的模型，开发出尽可能直观、自然地表现求式建立问题域的模型，开发出尽可能直观、自然地表现求解方法的软件系统解方法的软件系统”。 Class：由特殊到一般的归纳：由特殊到一般的归纳(induction) Inheritance：由一般到

7、特殊的演绎：由一般到特殊的演绎(deduction)2、面向对象方法学的优点、面向对象方法学的优点传统方法：面向过程设计，以算法为核心，数据与操作分离，不传统方法：面向过程设计，以算法为核心，数据与操作分离，不易理解。易理解。1. OOM概述概述 与人类习惯的思维方式一致与人类习惯的思维方式一致OOM：以：以object模拟实体，需求变化不会引起结构的整体变化，模拟实体，需求变化不会引起结构的整体变化，因为实体相对稳定，故系统也相应稳定。因为实体相对稳定，故系统也相应稳定。 面向对象软件稳定性好面向对象软件稳定性好传统方法：结构依赖于功能，不稳定。传统方法：结构依赖于功能，不稳定。传统方法：通

8、过建立标准函数库来重用软构件。但标准函数缺少传统方法：通过建立标准函数库来重用软构件。但标准函数缺少必要的必要的“柔性柔性”，难以适应不同场合的不同需要。，难以适应不同场合的不同需要。OOM：一个：一个class所有的所有的 instances 都可重用它的代码；由都可重用它的代码；由 inheritance 派生出的新的派生出的新的 class 可重用其父类的代码，可重用其父类的代码，并且可以修改、扩充而不影响其父类的使用。并且可以修改、扩充而不影响其父类的使用。1. OOM概述概述 面向对象软件可重用性好面向对象软件可重用性好传统方法：在许多中、小规模软件开发中取得成功。传统方法：在许多中

9、、小规模软件开发中取得成功。OOM：构成软件系统的每个对象有自己的数据、操作、功能：构成软件系统的每个对象有自己的数据、操作、功能和用途。可以把大型软件产品分解成一系列本质上相和用途。可以把大型软件产品分解成一系列本质上相互独立的小产品，从而降低技术难度，便于管理。互独立的小产品，从而降低技术难度，便于管理。 较易开发大型软件产品较易开发大型软件产品稳定性好：软件功能需求的变化不牵动全局，只需局部修稳定性好：软件功能需求的变化不牵动全局，只需局部修改；改；Class 独立性强：只要修改不涉及独立性强：只要修改不涉及class的对外接口，则内部的对外接口，则内部修改完全不影响外部调用；修改完全不

10、影响外部调用；Inheritance和多态性和多态性(polymorphism)使其很容易被修改和扩使其很容易被修改和扩充；充；容易理解；容易理解；OOM：从以下几方面改善了可维护性：从以下几方面改善了可维护性 有这一条就什么都好办了！有这一条就什么都好办了！ 容易测试、调试。容易测试、调试。这一点还可商榷这一点还可商榷 面向对象软件可维护性好面向对象软件可维护性好1. OOM概述概述传统方法：可维护性是最令人头痛的问题。传统方法：可维护性是最令人头痛的问题。注：注：OOM并不是减少了开发时间并不是减少了开发时间，而是通过提高可重用性、可维护，而是通过提高可重用性、可维护性，进行扩充和修改的容

11、易程度等，从长远角度性，进行扩充和修改的容易程度等，从长远角度改进了软件的改进了软件的质量质量。3、面向对象的软件过程、面向对象的软件过程 任何开发方法学都必须完成任何开发方法学都必须完成的工作要素：的工作要素：“做什么做什么”、“怎怎样做样做”、“实现实现”和和“完善完善”。 迭代在迭代在OOM中更常见更容易实现中更常见更容易实现 开发重点应该是生命周期的分析阶开发重点应该是生命周期的分析阶段段 生命周期个阶段的区分并不重要、生命周期个阶段的区分并不重要、不明显不明显 整个开发过程中使用统一的软件概整个开发过程中使用统一的软件概念念“对象对象” 整个开发过程吻合一致，是整个开发过程吻合一致，

12、是“无缝无缝”连接的连接的 为避免开发过程过分无序，应以一为避免开发过程过分无序，应以一线性过程为总目标。线性过程为总目标。1. OOM概述概述进一步开发进一步开发运行状态运行状态集成和测试阶段集成和测试阶段编码阶段编码阶段面向对象设计阶段面向对象设计阶段面向对象分析阶段面向对象分析阶段陈述需求阶段陈述需求阶段维护期维护期f1f2 f3 fifnfi(X)Sgi(X,S)S输输出出输输出出2. 面向对象的概念面向对象的概念 对象是基本运行实体，由描述其属性的数据以及可以对这些对象是基本运行实体，由描述其属性的数据以及可以对这些数据施加的所有操作封装在一起构成的统一体。数据施加的所有操作封装在一

13、起构成的统一体。1、对象、对象(Object)Object : = ID + Method + Attribute + Message = ID，MS，DS，MI 2. OO的概念的概念Object的特点：的特点： 以数据为中心以数据为中心，不设与数据无关的操作；，不设与数据无关的操作； Object主动处理主动处理而不而不 被动地等待被处理，外部只能通过被动地等待被处理，外部只能通过message请求操作；请求操作； 具有黑盒性具有黑盒性：外部操作时，无须知道该：外部操作时，无须知道该object内部的数据结内部的数据结构及算法；构及算法； 具有并行性具有并行性：不同：不同object各自独

14、立地处理自身数据，彼此间各自独立地处理自身数据，彼此间仅通过传递仅通过传递message完成通信；完成通信； 模块独立性好模块独立性好：内聚强（：内聚强（ ）、耦合弱（）、耦合弱（ ）class 中定义的数据，中定义的数据，object 有自己特有的属性值。有自己特有的属性值。7、封装、封装(Encapsulation)2、类、类(Class)2. OO的概念的概念具有相同数据和相同操作的一组相似对象。具有相同数据和相同操作的一组相似对象。3、实例、实例(Instance)某个某个class描述的一个具体对象。描述的一个具体对象。4、消息、消息(Message) 要求对象执行在定义它的那个类中

15、所定义的某个操作的规格说要求对象执行在定义它的那个类中所定义的某个操作的规格说明。明。Message: = object_ID. method_ID (parameter(s)5、方法、方法(Method) object能做的操作，亦称为能做的操作，亦称为service 、responsibility, 在在 class 中须中须定义相应的代码。定义相应的代码。6、属性、属性(Attribute) 把数据和实现操作集中放在对象内部，对外界隐藏了实现细节。把数据和实现操作集中放在对象内部，对外界隐藏了实现细节。Class 中国人中国人中国人中国人 Attributes中国人中国人 Methods

16、张山张山 (instance) Class 中国人中国人 张山的张山的 AttributesClass 重庆重庆人人 (子类子类) 重庆人重庆人 Attributes 重庆人重庆人 Methods Class 中国人中国人李士李士 (instance) 中国人李士的中国人李士的 Attributes 重庆人李士的重庆人李士的 Attributes Class 重庆人重庆人例：例：2. OO的概念的概念8、继承、继承(Inheritance) 子类自动共享父类的子类自动共享父类的attributes 和和methods ，而不必重复定义。，而不必重复定义。Inheritance的特点：的特点：

17、若若重庆人重庆人的的 methods中有与中有与中国人中国人的同名，则李士执行该的同名，则李士执行该 method 时以时以重庆人重庆人为准，不执行为准，不执行中国人中国人中定义的同名中定义的同名 method。 讲官话，这叫做讲官话，这叫做“低层性质低层性质override高层性质高层性质”讲土话，这叫做讲土话，这叫做“县官不如现管县官不如现管” 传递性传递性(transitivity)：AB、BC AC 一个一个 class 继承了上层全部继承了上层全部 classes 的一切性质。的一切性质。 一个子类只一个子类只 有有 一一 个父类称为单个父类称为单 继继 承承 (single inh

18、eritance), 一个一个子类可有多个父类称为多重继承子类可有多个父类称为多重继承(multiple inheritance). 2. OO的概念的概念FemaleChineseScholarI例：例：注意：注意：multiple inheritance 在定在定义中应避免二义性义中应避免二义性(ambiguity)，即二个父类中定义重名，但各即二个父类中定义重名，但各具不同性质。具不同性质。 修改与扩充可以很容易地通过派生子类来完成。修改与扩充可以很容易地通过派生子类来完成。9、多态性、多态性(Polymorphism) 不同层次的不同层次的 classes 可共享一个可共享一个meth

19、od名，但按各自的方式来名，但按各自的方式来实现这种实现这种 method。 C+ 中定义了虚函数中定义了虚函数(virtual function)来实现这一功能。即一来实现这一功能。即一个个method有多个版本，运行时才决定执行哪一个。故亦称为有多个版本，运行时才决定执行哪一个。故亦称为动态动态联编联编(dynamic binding)或或滞后联编滞后联编(late binding)2. OO的概念的概念10、重载、重载(Overloading) 对相同的函数名或运算符实现不同的函数算法或运算。分为对相同的函数名或运算符实现不同的函数算法或运算。分为函数重载和运算符重载两种。函数重载和运算

20、符重载两种。double avg (const double a , int size) ;double avg (const int a , int size) ;double avg (const double a , int size) ; double sum = 0.0 ; for ( int i = 0; i size; +i ) sum += ai ; return ( sum / size ) ; double avg (const int a , int size) ; int sum = 0 ; for ( int i = 0; i size; +i ) sum += ai

21、 ; return ( (double) sum / size ) ; main() int k3 = 1, 2, 3 ; double x3 = 1.1, 2.2, 3.3 ; cout avg(k, 3) “ int average n” ; cout avg(x, 3) “ double average n” ; Function (or parameter) overloading :不同函数共用一个名字，而调用不同函数共用一个名字，而调用参数的特征不同。参数的特征不同。2. OO的概念的概念例：例： Operator overloading : 同一运算符同一运算符 (operato

22、r)作用于不作用于不同类型的操作数同类型的操作数 (operand) 。 在编译在编译(compile)阶段就决定了阶段就决定了使用类型及执行代码，故亦称为使用类型及执行代码，故亦称为静态联编静态联编 (static binding)或或先前先前联编联编 (early binding) 。3. 面向对象建模面向对象建模Object-Oriented Modeling 面向对象方法最基本的原则是：按照人们习惯的思维方式，面向对象方法最基本的原则是：按照人们习惯的思维方式，用面向对象观点建立问题域的模型，进而开发出尽可能自然用面向对象观点建立问题域的模型，进而开发出尽可能自然地表现求解方法的软件。

23、地表现求解方法的软件。 模型模型是为了理解事物而对事物作出的一种抽象，是对事物的是为了理解事物而对事物作出的一种抽象，是对事物的一种无歧义的书面描述。一种无歧义的书面描述。 影响较大的面向对象技术：影响较大的面向对象技术： Coad/Yourdon方法方法 Booch方法方法 OMT（Object Modeling Technique）技术）技术 UML（Unified Modeling Language）和）和RUP（Rational Unified Process）OMT方法建立三种模型：方法建立三种模型： 描述系统数据结构的对象模型描述系统数据结构的对象模型(object model).

24、 描述系统控制结构的动态模型描述系统控制结构的动态模型(dynamic model). 描述系统功能的功能模型描述系统功能的功能模型(function model). 三种模型从三种模型从3个不同但又密切相关的角度模拟目标系统，从不个不同但又密切相关的角度模拟目标系统，从不同侧面反映了系统的实质性内容，综合起来全面地反映对目标系同侧面反映了系统的实质性内容，综合起来全面地反映对目标系统的需求。统的需求。 三种模型都是必不可少的，其中的对象模型是最重要、最基本、三种模型都是必不可少的，其中的对象模型是最重要、最基本、最核心的。最核心的。3. 面向对象建模面向对象建模3. 面向对象建模面向对象建模

25、1、对象模型、对象模型(Object Model，OM)Class NameAttributesMethodsClass 对象模型表示静态的、结构化的系统的对象模型表示静态的、结构化的系统的“数据数据”性质，是对模性质，是对模拟客观世界实体的对象及对象彼此间的关系的映射，描述了系统拟客观世界实体的对象及对象彼此间的关系的映射，描述了系统的静态结构。的静态结构。 建立对象模型的目标是从客观世界中提炼出对具体应用有价值建立对象模型的目标是从客观世界中提炼出对具体应用有价值的概念。的概念。（1）类图的基本符号）类图的基本符号 通常使用通常使用UML提供的提供的类图类图来建立对象模型，来建立对象模型，

26、UML中类的实际含中类的实际含义是义是“一个类及属于该类的对象一个类及属于该类的对象”。 类类 属性属性 服务服务可见性可见性 属性名：类型名属性名：类型名=初值初值性质串性质串可见性可见性 操作名操作名(参数表参数表)：返回值类型：返回值类型性质串性质串注：注：可见性有可见性有3种种+(public)、-(private)、#(protected) 参数名：类型名参数名：类型名=默认值默认值例如：例如：圆圆 圆心坐标圆心坐标 半径半径 显示显示 隐藏隐藏 3. 面向对象建模面向对象建模半径：半径：integer1 关联关系表示两类对象之间存在着某种语义上的联系，即对象关联关系表示两类对象之间

27、存在着某种语义上的联系，即对象之间有相互作用、相互依靠的关系。之间有相互作用、相互依靠的关系。（2）表示关系的符号）表示关系的符号3. 面向对象建模面向对象建模 关联关系关联关系校校 长长学学 校校一对一一对一(1:1)教教 师师讲讲 义义一对多一对多(1:M)1M教教 师师学学 生生多对多多对多(N:M)MN 关联的多重性：在表示关联的直线两端写上重数关联的多重性：在表示关联的直线两端写上重数0.1 表示表示0到到1个对象个对象0.*或或* 表示表示0到多个对象到多个对象1+或或1.* 表示表示1到多个对象到多个对象1.10 表示表示1到到10个对象个对象5 表示表示5个对象个对象3. 面向

28、对象建模面向对象建模1+目目 录录文文 件件文件名文件名 名称：常见的关联是双向的关系名称：常见的关联是双向的关系作作 家家计算机计算机1+*使用使用 被使用被使用 关联的限定：受限的关联由两类对象及限定词组成关联的限定：受限的关联由两类对象及限定词组成 关联类：为说明关联的性质，引入关联类来表示这些附加信息关联类：为说明关联的性质，引入关联类来表示这些附加信息电梯控制器电梯控制器电电 梯梯按钮按钮4*队队 列列 角色：类对象在关联中的特定作用角色：类对象在关联中的特定作用工工 人人公公 司司*雇主雇主雇员雇员 聚集关系聚集关系3. 面向对象建模面向对象建模 聚集（聚合）是聚集（聚合）是关联的

29、特例，表示一类对象与另一类对象之关联的特例，表示一类对象与另一类对象之间的关系是整体与部分的关系。间的关系是整体与部分的关系。 共享聚集：处于部分方的对象可以同时参与多个处于整体方共享聚集：处于部分方的对象可以同时参与多个处于整体方对象对象 组合聚集：部分类对象完全隶属于整体类对象组合聚集：部分类对象完全隶属于整体类对象窗窗 口口列表框列表框*按按 钮钮菜菜 单单文本框文本框*包含包含课题组课题组人人1.*成员成员3. 面向对象建模面向对象建模 泛化关系泛化关系 泛化关系就是通常的继承关系，是通用类和具体类泛化关系就是通常的继承关系，是通用类和具体类之间的关系。之间的关系。具体类完全拥有通用类

30、的数据和操作，并且还可以补充一些数据具体类完全拥有通用类的数据和操作，并且还可以补充一些数据和操作。和操作。注：注： 泛化是针对类而不针对实泛化是针对类而不针对实例，指出在类与类之间存例，指出在类与类之间存在在“一般一般-特殊特殊”关系。关系。 抽象类是没有具体对象的抽象类是没有具体对象的类。类。 抽象操作是抽象类的操作。抽象操作是抽象类的操作。 普通泛化：就是继承关系普通泛化：就是继承关系(2)交通工具交通工具abstractdrive()abstract汽车汽车drive()轮船轮船drive() 受限泛化：具有进一步说明泛化使用方法或扩充方法的附加约受限泛化：具有进一步说明泛化使用方法或

31、扩充方法的附加约束条件的泛化关系。束条件的泛化关系。预定义的约束有多重、不相交、完全和不完全预定义的约束有多重、不相交、完全和不完全4种。种。3. 面向对象建模面向对象建模 依赖和细化关系依赖和细化关系 依赖关系：描述两个类或用例之间的语义连接关系。表明一个依赖关系：描述两个类或用例之间的语义连接关系。表明一个类对象为了完成自己的任务需要借助另一个类对象提供的服务。类对象为了完成自己的任务需要借助另一个类对象提供的服务。 如：一个类使用另一个类的对象作为操作的参数或数据成员、如：一个类使用另一个类的对象作为操作的参数或数据成员、一个类向另一个类发消息等。一个类向另一个类发消息等。类类 B类类

32、A 细化关系：描述同一个事物的不同抽象层次的类对象。细化关系：描述同一个事物的不同抽象层次的类对象。分析类分析类设计类设计类 即：即：“分析类分析类”和和“设计类设计类”描述同一事物但抽象层次不同，描述同一事物但抽象层次不同，“设计类设计类”是在是在“分析类分析类”的基础上的更详细的描述（的基础上的更详细的描述（“设计设计类类”细化了细化了“分析类分析类”，或，或“分析类分析类”细化成了细化成了“设计类设计类”）。）。三要素：三要素： 事件事件 (event)：引发：引发 object 状态改变的控制信息状态改变的控制信息(瞬时瞬时)。 状态状态(status)：即即 object 的的 at

33、tributes 所处的情形所处的情形(可持续可持续)。 行为行为(action)：object 要达到某种要达到某种 status 所做的操作所做的操作(耗时耗时)。 动态模型表示系统瞬时的、行为化的系统控制性质，规定了动态模型表示系统瞬时的、行为化的系统控制性质，规定了对象模型中对象模型中的对象的合法变化序列。的对象的合法变化序列。表示方法：表示方法： 用用UML提供的状态图提供的状态图(P.66)来描述对象的状态、触发状态转换来描述对象的状态、触发状态转换的事件以及对象的行为。的事件以及对象的行为。注注：每个类的动态行为用一张：每个类的动态行为用一张状态图状态图来描绘，各个类的状态图通来

34、描绘，各个类的状态图通过共享事件合并起来构成系统的动态模型。过共享事件合并起来构成系统的动态模型。2、动态模型、动态模型(Dynamic Model，DM)3. 面向对象建模面向对象建模闲闲 置置拨拨 号号通通 话话断断 线线拨号音拨号音do/do/响拨号音响拨号音超超 时时do/do/响蜂鸣音响蜂鸣音存储的信息存储的信息do/do/播放信息播放信息接通中接通中do/do/试接通试接通振振 铃铃do/do/振振 铃铃忙忙 音音do/do/响忙音响忙音拿起听筒拿起听筒数字数字数字数字有效号码有效号码已接通已接通受话人回话受话人回话受话人挂断电话受话人挂断电话挂断电话挂断电话超超 时时挂断电话挂断

35、电话超时超时无效号码无效号码信息播完信息播完占占 线线例：电话系统的状态图例：电话系统的状态图3. 面向对象建模面向对象建模表示方法：表示方法： 数据流图（数据流图（DFD）(P.40) 用例模型（用例模型（Case Model）（1）用例图）用例图(Case Diagram) UML提供的用例图是进行需求分析和建立功能模型的有力工具。提供的用例图是进行需求分析和建立功能模型的有力工具。在在UML中用用例图建立起来的系统模型称用例模型。中用用例图建立起来的系统模型称用例模型。 用例图包含的模型元素有系用例图包含的模型元素有系统、行为者、用例及用例之间统、行为者、用例及用例之间的关系。的关系。3

36、. 面向对象建模面向对象建模3、功能模型、功能模型(Function Model，FM)功能模型表示变化的系统的功能性质，表明系统应该功能模型表示变化的系统的功能性质，表明系统应该做什么做什么。自动售货机系统自动售货机系统售货售货供货供货取货款取货款顾客顾客供货人供货人收银员收银员3. 面向对象建模面向对象建模 系统系统 用矩形框表示系统。方框的边线表示系统的边界，用于划定系用矩形框表示系统。方框的边线表示系统的边界，用于划定系统的功能范围，定义了系统所具有的功能。统的功能范围，定义了系统所具有的功能。 用例用例 UML中用例定义为系统完成一个完整功能的一系列动作，其结中用例定义为系统完成一个

37、完整功能的一系列动作，其结果能被特定的行为者感受到。具有如下特征：果能被特定的行为者感受到。具有如下特征： 用例代表用户可见的功能，实现一个具体的用户目标用例代表用户可见的功能，实现一个具体的用户目标 用例是被行为者启动的，并向行为者提供确切的值用例是被行为者启动的，并向行为者提供确切的值 用例可大可小，但必须是相对完整的用例可大可小，但必须是相对完整的注注： 用例置于系统方框内用例置于系统方框内 用例是一个类，代表一类功能而不是使用该类功能的某个用例是一个类，代表一类功能而不是使用该类功能的某个具体实例具体实例 用例的实例是系统的一种实际使用方法（脚本）用例的实例是系统的一种实际使用方法（脚本） 用例除完成内部计算与工作外，还包括与外部的通信用例除完成内部计算与工作外，还包括与外部的通信3. 面向对象建模面向对象建模 行为者行为者 用例之间的关系用例之间的关系 是与系统交互的人或其他系统，代表系统外部的实