软件工程

1. 软件工程 第九章 面向对象方法学引论

2. 第九章 面向对象方法学引论 • 9 . 1 面向对象方法学概述 • 9 . 2 面向对象概念 • 9 . 3 面向对象建模 • 9 . 4 对象模型 • 9 . 5 动态模型 • 9 . 6 功能模型 • 9 . 7 三种模型之间的关系

3. 学习重点和难点 • 理解面向对象技术中的基本思想、概念和原理等；理解面向对象建立的三种模型的功能和相互关系。

4. 9 . 1 面向对象方法学概述 • 软件工程发展的两个重要阶段 • 传统软件工程 • 面向对象软件的工程

5. 传统软件工程 • 以面向过程的结构化程序设计为基础； • 遵循“程序=数据结构+算法”的思路； • 由“追求技巧与效率”到“清晰第一，效率第二” • 缺点： • 不太适应规模大、特别复杂的项目； • 难以解决软件重用的问题； • 难以适应需求的变化； • 难以彻底解决维护问题。

6. 面向对象软件工程 • 按人类习惯的思维方法，以现实世界中客观存在的事物（即对象）为中心来思考和认识问题。 • 采用的思想方法与原则：抽象、分类、继承、聚合、封装等。 • 以易于理解的方式表达软件系统，建立问题域模型，使设计出的软件尽可能直接地描述现实世界，具有更好的可维护性

7. 软件工程学家Codd 和Yourdon认为： • 面向对象＝对象＋类＋继承＋通信 • 如果一个软件系统采用这些概念来建立模型并予以实现，那么它就是面向对象的。

8. 面向对象技术发展概述 • 初始阶段：上世纪 60 年代，挪威奥斯陆大学和挪威计算中心开发的 Simula67 的语言； • 70 年代中期， Xerox 研究中心开发的 Smallta Ik 语言，具备了面向对象语言的各种特征。 • 发展阶段：涌现大批面向对象编程语言（OOPL ）。如 C ++、 objective-C 、 ob j ect Pascal 、 Eiffel 、 Actor 等。 • 成熟阶段：面向对象分析（OOA ）和面向对象设计（ OOD ）的研究。出现各种著名的面向对象分析设计的方法，如： Coad/ Yourdon 的方法、 Booch 的方法、 OMT方法、 wirtf-Brock 的 RDD 方法、 Jacobson 的 OOSE 方法 … … 等。

9. 面向对象技术的基本观点 • ① 任何客观的事物或实体都是对象。对象组成客观世界，复杂的对象可以由简单的对象组成。 • ② 具有相同数据和操作的对象可以归并为一个类（class ) ，对象是对象类的一个实例。 • ③ 类可以派生出子类，子类继承父类的全部特性（数据和操作），又可以有自己的新特性。子类与父类形成类的层次结构。 • ④ 对象之间通过消息传递相互联系。

10. 面向对象方法学的优点 • 详见教材 P205 一 P208 页 • 1 、与人类习惯的思维方法一致 • 2 、稳定性好 • 3 、可重用性好 • 4 、较易开发大型软件产品 • 5 、可维护性好

11. 传统的开发方法与面向对象的开发方法比较

12. 9 . 2 面向对象的概念 • 9 . 2 . 1 对象（ objoct ) • 在现实世界中有意义的、与所要解决的问题有关系的任何事物都可以作为对象，包括具体的物理实体的抽象、人为的概念、任何有明确边界和意义的东西。 • 如：一名职工、一本图书、贷款、生产计划、一场演出等。 • 对象既有静态的属性，又有动态的行为（操作）。

13. 从软件开发的角度定义对象 • 系统中用来描述客观事物的实体，是构成系统的基本单位。 • 由一组属性和相关操作组成的服务组成。这是对象的两个基本要素： • 属性：用来描述对象静态特征的一个数据项； • 服务：用来描述对象动态特征（行为）的一个操作序列。 • 对象的属性和所有操作封装在一起，构成一个统一体。 • 属性一般只能通过执行对象的操作来改变。

14. 表示内部状态的数据、实现各操作的代码及局部数据，被隐藏，无法从外面看见、访问或修改；表示内部状态的数据、实现各操作的代码及局部数据，被隐藏，无法从外面看见、访问或修改； • 使用对象的时候，只能通过对象与外界的界面来操作； • 操作时，只需知道该操作的名字和所需要的参数，不需要知道这些操作是如何实现的； • 简单、方便，安全性和可靠性高。

15. 9.2.2 其他概念 • 1、类（ Class ) • 具有相同属性和服务的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述。 • “类”好比是一个对象模板，用它可以产生多个对象。 类的描述

16. 例: • 类(class):是对象的“类型”（type） • 一般用关键字class来表示。 • Class CPeople{ • long ID; • string name; • void DoSomething(); • } • 对象是类的实例：CPeople Tom

17. 2、实例（instance） • 实例是某个特定类所描述的一个具休对象。 • 如：“张三”“李四”是类“学生”的实例。 • 对象：可以是一个具体的对象，也可以泛指一般的对象。 • 实例：必然是指一个在客观世界中存在的具体对象。

18. 3、消息(message) • 对象之间通信的手段，是一个对象要求另一对象执行类中定义的某个操作的规格说明。 • 通常一个消息由三部分组成： • 接收消息的对象 • 消息标识符（即消息名） • 零个或多个变元 • 例如： MyCircle.Show (Green ) • MyCircle是接收消息的对象的名字， Show 是消息名，Green是消息的变元。

19. 4 、方法（ method ) • 对象所能执行的操作称为方法，也就是类中所定义的服务。方法描述了对象执行的功能、响应消息的操作。 • 在 C + +中称为成员函数。

20. 5 、属性（ attribute） • 属性是对客观世界实体所具有的性质的抽象，是类中所定义的数据。 • 如：学生类属性有姓名、年龄、性别等。 • 不同对象的同一属性可以具有相同或不同的属性值。 • 如：张三的年龄为19 ，李四 的年龄为20。

21. 6 、封装(encapsulation ) • 封装是把对象的属性和实现操作的代码结合成一个独立的系统单位，并尽可能隐藏对象的内部细节，对象以外的部分不能直接作用于对象的内部数据（属性），对象间的通信只能通过明确的消息来进行。

22. 7、继承（ inheritance） • 在现存类定义的基础上，建立新定义类的技术。 • 新类的定义可以是现存类所声明的数据、定义与新类所增加的声明的组合。 • 新类复用现存类的定义，而不要求修改现存类。 • 现存类可当作父类（泛化类、基类或超类）来引用，则新类相应地可当作子类（特化类、子女类或派生类）来引用。

23. 实现继承机制的原理

24. 父类、子类、超类 • 父类：一个类的上层是父类。 • 子类：一个类的下层是子类。 • 超类：若 C2 是 C1 的子类， C3 是 C2 的子类，则 C1 是 C3的超类。

25. 单继承与多继承 • 单继承：一个类只允许有一个父类，即类等级为树形结构。 • 多继承：一个类允许有多个父类 • 继承的传递性： • 如果类 C 继承类 B , • 类 B 继承类 A ，则类 C 继承类 A 。

26. 继承性的优点 • 使得相似的对象可以共享程序代码和数据结构，大大减少程序中的冗余信息。 • 便于软件修改维护。 • 用户在开发新系统时不必从零开始，可以继承原有相似功能或者从类库中选取需要的类，再派生新类。

27. 8 、多态性（polymorphism ) • 指对象根据所接受的消息而做出动作，同样的消息为不同的对象接受时可导致完全不同的行动。

28. 9 、重载（ overloading） • 包括： • 函数重载：在同一作用域，若干个参数特征不同的函数可以使用相同的函数名字； • 运算符重载：同一个运算符可以施加于不同类型的操作数上面。

29. 9 .3 面向对象建模 • 模型：是一组图示符号和组织这些符号的规则，利用它们来定义和描述问题域中的术语和概念。 • 面向对象模型的组成： 描述系统控制结构 描述系统数据结构 描述系统功能

30. 一般的建模顺序： • ① 对象模型（object model ) ：定义实体，描述系统数据，定义“对谁做” • ② 动态模型（ dynamic model ) ：描述系统控制结构，规定“何时做” • ③ 功能模型（ functional model ) ：描述系统功能，指明系统应“做什么”

31. 几种著名的面向对象方法 • Booch 方法（ 1991 ) • Coad 一 Yourdon 方法（ 1991 ) • Rumbaugh 方法（简称 OMT ) ( object Modeling Technology , 1991 ) • Jacobson 方法（简称 OOSE , 1992 ) • 由 Rumbaugh 、 Booch 、 Jacobson 提出的统一建模语言 ( 简称 UML ) ( Unify Modeling Language , 1994 )

32. UML 统一建模语言 • 一种可视化建模语言，能描述开发需要的各种视图，并以此为基础组建系统。 • 其发展过程如右图： • 常用的工具： Rational Rose

33. 面向对象的软件开发模型 • 对象模型: 描述系统数据结构的对象模型; • 动态模型：描述系统控制结构； • 功能模型：描述系统功能。 • 一个典型的软件系统使用数据结构（对象模型），执行操作（动态模型），并且完成数据值的变化（功能模型）。

34. 9 . 4 对象模型 • 描述系统内部对象的静态结构，包括对象本身的定义、对象的属性和操作、以及对象与其它对象之间的关系。 • UML 中，对象模型通常由“类图”组成。

35. 9 . 4 . 1 类图的基本符号

36. 9 . 4 . 2 表示关系的符号 • 类和类之间的联系称为“关系”；关系可以是物理的，也可以是逻辑的。 • 通常分为：关联、范化、依赖和细化四种。

37. 1 、关联 • 表示：在类之间画一条连线。 • 角色：关联的端点，说明类在关联中的作用和角色。

38. 关联的重数 • 表示类中有多少个对象与关联类中的一个对象相关。常见的描述有： • 未标明，默认为 1 ;0 .. 1 ; 0 ... *＋或 *; • 0+ 或1 .. ;1 .. 5 ; 3

39. 限定关联 • 对关联的含义做某种约束。通常用在一对多或多对多的关联关系中，把模型中的重数从一对多（或多对多）变成一对一（或多对一） 文件在目录内是唯一的

40. 关联的属性 • 进一步说明对象间关联的性质，可引入一个关联类来记录这些附加信息。关联类通过一条虚线与关联连接。

42. 类图

43. 2、聚合 • 一种“整体与成员”的关系。表示整体类的那一端增加一个菱形框。 • 包括共享聚合和组合聚合。如：

45. 4 、依赖和细化 • 依赖：一个模型元素是独立的，另一个依赖于这个独立的模型元素，若独立元素改变，将影响此元素。 • 如成绩依赖课程：

46. A B 细化：同一事物在不同抽象层次上描述时，这些描述之间具有细化关系。 B在A的基础上更详细的描述

47. 9 . 5 动态模型 • 状态图描述对象可能的状态及其转换，关心对象在某过程中的经历。 • 生命周期中的阶段也就是对象的状态。 • 一个触发行为称为一个事件. • 状态有持续性，它占用一段时间间隔。 • 事件表示时刻，状态代表时间间隔。 • 通过状态图来描绘对象的状态、触发状态转换的事件以及对象的行为。

48. 建模实例:描述客房状态的状态图

49. 9 . 6 功能模型 • 功能模型表示变化的系统的“功能”性质，它指明了系统应该“做什么”，因此更直接地反映了用户对目标系统的需求。 • UML提供的用例图也是进行需求分析和建立功能模型的强有力工具。 • 在UML中把用用例图建立起来的系统模型称为用例模型。 • 用例模型描述的是外部行为者(actor）所理解的系统功能。是其他视图的核心和基础。

50. 关系 行为者 方框代表系统 椭圆代表用例 图9.16自动售货机系统用例图