面向對象系統(tǒng)的分析與設計

1、面向對象系統(tǒng)的分析與設計學習報告面向對象系統(tǒng)的分析與設計課程是本專業(yè)的一門重要的專業(yè)課。通過本課程的學習，使我在已有的計算機軟硬件基礎知識、程序設計知識、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡通信知識的基礎上系統(tǒng)掌握了面向對象系統(tǒng)的分析與設計方法和技術，并初步具備了針對特定環(huán)境下的應用問題進行信息系統(tǒng)開發(fā)（包括系統(tǒng)分析、設計與實現(xiàn)）的能力?，F(xiàn)將學習情況作以下匯報。一、面向對象概述在20世紀60年代以前，軟件開發(fā)者構造的軟件系統(tǒng)大多都是較小的，且相對簡單。編程語言及編程環(huán)境也相對簡單，隨著軟件復雜性的增長，為了更好地維護代碼，軟件開發(fā)也需要方法來進行約束。傳統(tǒng)的方法中，結構化方法和基于建模方法是典型的軟件開發(fā)方法。結構化

2、方法是結構化分析、結構化設計和結構化編程的總稱。結構化方法的思想萌發(fā)于20世紀60年代，是在70年代由Tom De Macro和Ed Yourdon等人被系統(tǒng)地進出來。其目的在于，提供一個有序的機制，通過抽象來理解待開發(fā)的系統(tǒng)，試圖產(chǎn)生結構良好的軟件系統(tǒng)。但對于較復雜的系統(tǒng)而言，容易導致模塊的低內聚和模塊間的高耦合，從面使得系統(tǒng)缺乏靈活性和可維護性?；诮７椒ㄔ?0世紀70年代末提出，即Peter Chen的實體關系法與Ed Codd的關系數(shù)據(jù)庫理論相結合提出的一種新的軟件開發(fā)方法。其強調對信息實體建模，而不是對象建模。結構化方法和基于建模方法都沒有較強地描述系統(tǒng)的動態(tài)行為的能力。隨著計算機

3、技術的飛速發(fā)展，計算機管理系統(tǒng)應用的普及，企業(yè)信息化勢在必行。傳統(tǒng)開發(fā)方法結構化開發(fā)的軟件存在很多問題，其有穩(wěn)定性、可修改性和可重用性都比較差，生產(chǎn)效率低等缺陷，這是因為傳統(tǒng)的軟件開發(fā)是面向過程的。然而，用戶需求的變化大部分是針對功能的，采用面向對象方法開發(fā)可以滿足用戶的需求，因為面向對象有以下優(yōu)點：能夠比較自然地反映現(xiàn)實事物，可重用性、可維護性和可擴展性比較強。什么是面向對象呢？“面向對象”本身沒有任何意義?！皩ο蟆贝蟾攀怯⒄Z中最普通的一個單詞。它在字典中的定義是這樣的。對象：能感覺到或能夠被感覺到的東西。換句話說，對象可以是任何東西！“面向”也沒有任何特別的含義，它的定義是“指向”。在這種

4、定義下，“面向對象”被理解為形容詞。因此，面向對象可以定義成這樣，面向對象：指向你可以想到的任何東西。毫無疑問，軟件工業(yè)無法為“面向對象”下一個統(tǒng)一的定義。這種模糊性使得任何一個軟件零售商都聲稱他們的商品是“面向對象”的。1面向對象的基本概念盡管權威人士對面向對象的概念沒有達成一致的意見，但從程序設計方法的角度來看，面向對象是一種新的程序設計范型。其基本思想是使用對象、類、封裝、繼承、關聯(lián)、聚合、消息、多態(tài)性等基本概念來進行程序設計。1.1對象(Object)對象是人們要進行研究的任何事物，它可以是有形的(比如一輛汽車)，也可以是無形的(比如一項計劃)。對象是構成世界的一個獨立單位，它具有自己

5、的靜態(tài)特征和動態(tài)特征。對象是系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個實體，它是構成系統(tǒng)的一個基本單位。一個對象由一組屬性和對這組屬性進行操作的一組服務構成。1.2類(Class)具有相同或相似性質的對象的抽象就是類。因此，對象的抽象是類，類的具體化就是對象，也可以說類的實例是對象。類的確定主要是確定該類的所有對象有哪些屬性和哪些行為。這些屬性和行為必須覆蓋該類中的所有對象。例如在一個學生類中，它的屬性有姓名、學號、性別、所在院系，它的行為有選課、注冊等。抽象是指忽略事物的非本質特征，只注意那些與當前目標有拳本質特征，從而找出事物的共性;而分類是把具有共同性質的事物劃分為一類，得出一個抽象的概念。另外，每一

6、個屬性與行為都被封裝后，只能在類的內部起作用。1.3封裝（Encapsulation）為了實現(xiàn)信息的隱蔽，又提出了封裝，就是把對象的屬性和行為結合成一個獨立的單位，并盡可能隱蔽對象的內部細節(jié)。1.4繼承（Inheritance）任何一個子類都具有其父類所有的屬性、方法、事件。這一特性叫做類的繼承。如果父類的特性發(fā)生變化，其子類也相應改變。面向對象的編程技術強調了代碼的重用性，而可重用性即是能過繼承來實現(xiàn)的。簡化了人們對事物的認識和描述，也簡化了系統(tǒng)的構造強度及其文檔，非常有益于軟件復用。1.5關聯(lián)類之間的靜態(tài)聯(lián)系稱為關聯(lián)。關聯(lián)表示了類與類之間的關系，在實現(xiàn)這種關系時，可以通過對象的屬性表達出來

7、。例如“，學生”與“課程”類之間存在著關聯(lián)“選課”，用類“學生”的對象的屬性來記錄該對象具體選課的課程對象(由“課程”類創(chuàng)建)。1.6聚合是關聯(lián)的一種，只是關聯(lián)的語義沒有聚合那么明顯。聚合是具有整體一部分關系語義的關聯(lián)。1.7消息（Message）在面向對象方法中，把向對象發(fā)出的操作請求稱為消息。對象之間通過消息進行通信，實現(xiàn)了對象之間的動態(tài)聯(lián)系。1.8多態(tài)性面向對象設計借鑒了客觀世界的多態(tài)性，體現(xiàn)在不同的對象收到相同的消息時產(chǎn)生多種不同的行為方式。例如，在一般類“幾何圖形”中定義了一個行為“繪圖”，但并不確定執(zhí)行時到底畫一個什么圖形。特殊類“橢圓”和“多邊形”都繼承了幾何圖形類的繪圖行為，但

8、其功能卻不同，一個是要畫出一個橢圓，另一個是要畫出一個多邊形。這樣一個繪圖的消息發(fā)出后，橢圓、多邊形等類的對象接收到這個消息后各自執(zhí)行不同的繪圖函數(shù)。面向對象方法是一種運用對象、類、封裝、繼承、關聯(lián)、聚合、消息、多態(tài)性等概念來構造系統(tǒng)的軟件開發(fā)方法。2面向對象的特征面向對象技術強調在軟件開發(fā)過程中面向客觀世界或問題域中的事物，采用人類在認識客觀世界的過程中普遍運用的思維方法，直觀、自然地描述客觀世界中的有關事物。面向對象技術的基本特征主要有對象唯一性、分類性、繼承性和多態(tài)性。2.1對象唯一性每個對象都有自身唯一的標識，通過這種標識，可找到相應的對象。在對象的整個生命期中，它的標識都不改變，不同

9、的對象不能有相同的標識。2.2分類性分類性是指將具有一致的數(shù)據(jù)結構(屬性)和行為(操作)的對象抽象成類。一個類就是這樣一種抽象，它反映了與應用有關的重要性質，而忽略其他一些無關內容。任何類的劃分都是主觀的，但必須與具體的應用有關。2.3繼承性繼承性是子類自動共享父類數(shù)據(jù)結構和方法的機制，這是類之間的一種關系。在定義和實現(xiàn)一個類的時候，可以在一個已經(jīng)存在的類的基礎之上來進行，把這個已經(jīng)存在的類所定義的內容作為自己的內容，并加入若干新的內容。繼承性是面向對象程序設計語言不同于其它語言的最重要的特點，是其他語言所沒有的。采用繼承性，提供了類的規(guī)范的等級結構。通過類的繼承關系，使公共的特性能夠共享，提

10、高了軟件的重用性。2.4多態(tài)性(多形性)多態(tài)性使指相同的操作或函數(shù)、過程可作用于多種類型的對象上并獲得不同的結果。不同的對象，收到同一消息可以產(chǎn)生不同的結果，這種現(xiàn)象稱為多態(tài)性。多態(tài)性允許每個對象以適合自身的方式去響應共同的消息。多態(tài)性增強了軟件的靈活性和重用性。3面向對象開發(fā)的工作過程面向對象開發(fā)的過程一般包括：系統(tǒng)調查和需求分析、分析問題的性質和求解問題、整理問題、程序實現(xiàn)。3.1系統(tǒng)調查和需求分析對系統(tǒng)將要面臨的具體管理問題以及用戶對系統(tǒng)開發(fā)的需求進行調查研究，即先弄清要干什么的問題。3.2分析問題的性質和求解問題面向對象系統(tǒng)分析(ObjectOrientedAnalysisOOA)，在

11、繁雜的問題域中抽象地識別出對象以及其行為、結構、屬性、方法等。3.3整理問題面向對象系統(tǒng)設計(ObjectOrientedDesignOOD)即對分析的結果作進一步地抽象、歸類、整理，并最終以范式的形式將它們確定下來。3.4程序實現(xiàn)面向對象的程序設計(ObjectOrientedProgramming)即用面向對象的程序設計語言將上一步整理的范式直接映射（直接用程序語言來取代）為應用程序軟件。4面向對象開發(fā)的常用方法目前，面向對象開發(fā)方法的研究已日趨成熟，國際上已有不少面向對象產(chǎn)品出現(xiàn)。面向對象開發(fā)方法有Coad方法、Booch方法、OMT方法和UML(UnifiedModelingLangu

12、age)語言等。4.1Booch方法Booch最先描述了面向對象的軟件開發(fā)方法的基礎問題，指出面向對象開發(fā)是一種根本不同于傳統(tǒng)的功能分解的設計方法。面向對象的軟件分解更接近人對客觀事務的理解，而功能分解只通過問題空間的轉換來獲得。4.2Coad方法Coad方法是1989年Coad和Yourdon提出的面向對象開發(fā)方法。該方法的主要優(yōu)點是通過多年來大系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)驗與面向對象概念的有機結合，在對象、結構、屬性和操作的認定方面，提出了一套系統(tǒng)的原則。該方法完成了從需求角度進一步進行類和類層次結構的認定。盡管Coad方法沒有引入類和類層次結構的術語，但事實上已經(jīng)在分類結構、屬性、操作、消息關聯(lián)等概念中

13、體現(xiàn)了類和類層次結構的特征。4.3OMT方法OMT方法是1991年由JamesRumbaugh等5人提出來的，其經(jīng)典著作為“面向對象的建模與設計”。該方法是一種新興的面向對象的開發(fā)方法，開發(fā)工作的基礎是對真實世界的對象建模，然后圍繞這些對象使用分析模型來進行獨立于語言的設計，面向對象的建模和設計促進了對需求的理解，有利于開發(fā)得更清晰、更容易維護的軟件系統(tǒng)。該方法為大多數(shù)應用領域的軟件開發(fā)提供了一種實際的、高效的保證，努力尋求一種問題求解的實際方法。4.4UML(UnifiedModelingLanguage)語言軟件工程領域在1995年1997年取得了前所未有的進展，其成果超過軟件工程領域過去

14、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將是面向對象技術領域內占主導地位的標準建模語言。UML不僅統(tǒng)一了Booch方法、OMT方法、OOSE方法的表示方法，而且對其作了進一步的發(fā)展，最終統(tǒng)一為大眾接受的標準建模語言。UML是一種定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用的建模語言。它融入了軟件工程領域的新思想、新方法和新技術。它的作用域不限于支持面向對象的分析與設計，還支持從需求分析開始的軟件開發(fā)全過程。二、面向對象系統(tǒng)的分析在進行了需求分析和業(yè)務流程分析并得到客戶的認可之后，對項目進行系統(tǒng)分析是極其重要的。系統(tǒng)分析是能體現(xiàn)整個系統(tǒng)的靈魂的文檔，將客戶的需求從

15、具體到抽象的一個過程，并制定編碼人員可實施的規(guī)范和標準。在系統(tǒng)分析的過程中需要對需求分析進行進一步的深化和分析，通?？蛻艏皹I(yè)務人員在需求分析和流程分析的過程中比較注重功能上的表現(xiàn)和定義，即使是做出正規(guī)的用戶界面原型，對系統(tǒng)的需求也是不完整的，處于非技術人員的緣故，很難苛求能提出完整清晰專業(yè)的性能需求，但不意味著這需求不存在，而且這隱藏的需求對編碼人員來說是極其重要的。如果眼光僅僅放在滿足客戶眼下的需求，當問題不斷出現(xiàn)時再不斷修補，頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳，甚至系統(tǒng)構架需要不斷調整或重新設計，那么，很快就會陷入代碼泥潭或墜入系統(tǒng)重復開發(fā)的無底深淵，當初項目完成時的成就感將被無止境的沮喪所代替。因此，客

16、戶的需求能否在系統(tǒng)中得到真正的體現(xiàn)和實施，系統(tǒng)分析是至關重要的。1.對象的特性基本上，軟件對象本身具有三項特性，分別是繼承、封裝、動態(tài)連結(即多態(tài))。“繼承”特在面向對象設計上，是非常重要的一項觀念，同樣的數(shù)據(jù)和程序代碼，不必在每個需要的地方在重寫一遍。只要歸納整理成一個class，需要時再重制出所需要的instance即可。簡單的說，繼承性是class之間的一種再分類關系，它會讓幾個class之間會具有相同的數(shù)據(jù)結構或操作程序，減少重復的程序代碼，達到對象重復使用的目的。封裝性的意思是整個對象的數(shù)據(jù)和處理程序包在一起，透過一個標準、簡單的接口才能存取對象內的數(shù)據(jù)及使用對象提供的功能，這里所謂

17、的接口就是指對象的屬性properity和方法method由于軟件的開發(fā)功能越強，相對的也使得系統(tǒng)變得更復雜，為了降低整個系統(tǒng)的復雜度，所以就把整體分成許多塊對象，將每一塊對象的復雜度降低到一般軟件開發(fā)者可以負荷的程度，而且讓開發(fā)者能針對每一塊對象去作分析、設計的工作，不會影響到其它塊對象，這就是對象必須有的獨立特性，而對象封裝的目的就是為了達到對象的獨立。但是，對象封裝的前提是;對象里面封裝的程序代碼必須是正確的，而且要符合當初設計的需求。所謂動態(tài)連結是指在程序執(zhí)行時，系統(tǒng)才將message和method連結在一起，而不是在編譯的時候。message是送到對象的接口，用來啟動對象的工具，而m

18、ethod則是在message送達對象接口后，被選取的操作程序。透過動態(tài)連結的功能，我們不用事先考慮使用對象的型別，只要把message送出即可。等到程序執(zhí)行中，看哪個對象應該配合這個message，再把message和這個對象的method連結，然后執(zhí)行這個method。一個對象是由數(shù)據(jù)Data與方法Method兩部分所組成。在傳統(tǒng)的結構化程序設計中，數(shù)據(jù)結構與函數(shù)是分離的，這樣我們維護程序時會產(chǎn)生很大的困擾;而在對象導向中將這兩個東西緊密的包圍在一起，使得對象內的數(shù)據(jù)只有透過適當?shù)慕涌诜椒ú拍苡枰孕薷?，這便是信息隱藏InformationHiding。2.面向對象的分析面向對象分析的主要任

19、務是根基用戶的需求，建立一個準確的、完整的、一致的系統(tǒng)模型。使用面向對象分析方法能將客戶變化的需求映射到模型中，大大提高系統(tǒng)的擴展性和開發(fā)效率。面向對象的分析方法要求在設計中要映射現(xiàn)實世界中指定問題域中的對象和實體，例如：房子，樓盤，開發(fā)商，業(yè)主等。這就需要設計要盡可能地接近現(xiàn)實世界，即以最自然的方式表述實體。所以面向對象技術的優(yōu)點即為能夠構建與現(xiàn)實世界相對應的問題模型，并保持他們的結構、關系和行為為模式。面向對象的概念是在近10年才進入中國的，而它的思想至今也沒有真正意義上得到普及。簡單的說，面向對象就是面向世界，世界上的任何事物都是對象，因此面向對象是很自然的思想，是符合我們的思維習慣的。

20、面向對象的語言包括了Smalltalk、C+、Java，C#需求是不穩(wěn)定的，那么需求之中是不是沒有穩(wěn)定的東西呢?有的，就是對象。世界都是由對象組成的，而對象都是持久的，例如動物、植物已經(jīng)有相當長的時間。雖然對象也在變化，動物，植物也在不斷的進化。但對象在一個相當長的時期內都存在，動植物的存在時間肯定比任何一家企業(yè)長久。面向對象的開發(fā)方法的精髓就是從企業(yè)的不穩(wěn)定需求中分析出企業(yè)的穩(wěn)定對象，以企業(yè)對象為基礎來組織需求、構架系統(tǒng)。這樣得出的系統(tǒng)就會比傳統(tǒng)的系統(tǒng)要穩(wěn)定得多，因為企業(yè)的模式一旦變化，只需要將穩(wěn)定的企業(yè)對象重新組織就行了。這種開發(fā)的方法就被稱為面向對象的分析和設計，而分析出的企業(yè)對象就被稱

21、為BusinessObject。3.面向對象系統(tǒng)的分析方法面向對象分析的關鍵，是識別出問題域內的對象，并分析它們之間的關系，最終建立起問題域簡潔、精確、可理解的正確模型。面向對象分析建模需要建立的是軟件系統(tǒng)的用戶領域模型，需要著重了解的是該軟件系統(tǒng)的需求概念與術語，其分析內容是現(xiàn)實世界中的實體對象和各對象之間的關系，并不涉及編程概念。3.1用況圖（需求模型）UML建模語言中，用況圖被用來描述用戶與系統(tǒng)之間的交互關系，說明系統(tǒng)所具有的業(yè)務能力和業(yè)務流程，能夠方便開發(fā)者理解用戶領域的專有術術語和業(yè)務內容。參入者（Actor）：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)有關的類，涉及與系統(tǒng)交互的人，機器或其他系統(tǒng)，用于反映系統(tǒng)

22、跟周圍環(huán)境的關系。關系分為通信關系、使用關系和擴展關系。通信關系（CommunicatesRelationship）：描述參入者與用例之間的關系，其中單個參入者可以與多個用例聯(lián)系，反之，一個用例也可與多個參入者聯(lián)系。清晰的描述了“誰使用了哪個用例”。用況圖況例之間的關系。擴展關系（ExtendsRelationship）：當一個基本用例由需要附加一個用例來擴展或延伸其原有功能時，附加的擴展用例和原有用例之間的關系就體現(xiàn)為擴展關系。擴展用例可以繼承原有基本用例的一些功能，同時它又可以具有一些新的特有功能。使用關系（UsesRelationship）：當在一個基本用例中使用到了另一個用例時，則這兩

23、個用例之間就構成了使用關系。一般說來，如果多個用例中有一些共同的功能，則可以把這些共同的功能提取出來單獨構成為一個實例，而其他用例則可以通過“使用關系”共同使用這些用例。3.2類圖（建立基本模型）類圖的獲取是一個不斷細化的過程，一般我們先從分析類開始。分析類是概念層面上的類，是進行類設計的基礎，獲取分析類是系統(tǒng)分析中一項很重要的工作。獲取分析類的是一個需要大量技巧的工作，我們主要根據(jù)用例描述來確定分析類。屬性與操作（1）屬性：屬性用來描述類的特征，表示需要處理的數(shù)據(jù)。（2）操作：對數(shù)據(jù)的具體處理方法的描述則放在操作部分，操作說明了該類能做些什么工作，完成什么任務。操作通常稱為函數(shù)，它是類的一個

24、組成部分，只能作用于該類的對象上。確定關系3.3建立輔助模型順序圖：是一種交互圖，描述對象之間的動態(tài)合作關系以及合作過程，常用來描述一個用例的行為。通信圖：通信圖是一種強調發(fā)送和接受消息的對象結構組織的圖，用以展示圍繞對象以及他們之間的連接器而組織的交互?；顒訄D：描述操作實現(xiàn)中完成的工作以及用例實例或對象中的活動，活動圖是狀態(tài)圖的一個變種。狀態(tài)圖：描述某個對象，子系統(tǒng)，系統(tǒng)的生命周期。包圖：描述對模型元素分組以及分組之間的依賴的圖，其中要用到的包是對模型元素進行分組的機制。四、面向對象系統(tǒng)的設計設計建模需要把分析階段的結果擴展成技術解決方案。需要建立的是軟件系統(tǒng)的技術構造模型。從OOA到OOD

25、不是轉換；而是調整和增補。增補人機交互部分、構建及部屬部分、控制驅動部分、數(shù)據(jù)管理部分。4.1問題域部分的設計問題域部分的設計要對OOA結果按實現(xiàn)條件進行補充與調整。即要繼續(xù)運用OOA的方法，包括概念、表示法及一部分策略。不但要根據(jù)實現(xiàn)條件進行OOD設計，而且由于需求變化或新發(fā)現(xiàn)了錯誤，也要對OOA的結果進行修改。4.2人機交互部分的設計把人機交互部分作為系統(tǒng)中一個獨立的組成部分，進行分析和設計，有利于隔離界面支持系統(tǒng)的變化對問題域部分的影響。4.3控制驅動部分的設計為了描述問題域固有的并發(fā)行為，表達實現(xiàn)所需的設計決策，需要在OOD部分對控制驅動部分進行建模?？刂屏黩寗硬糠?，用于定義和表示并發(fā)

26、系統(tǒng)中的每個控制流。用主動對象表示每個控制流（進程、線程）所有的主動類構成控制流驅動部分。4.4數(shù)據(jù)管理部分的設計數(shù)據(jù)管理部分是負責在特定的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中存儲和檢索對象的組成部分。其目的是，存儲問題域的持久對象、封裝這些對象的查找和存儲機制，以及為了隔離數(shù)據(jù)管理方案的影響。在傳統(tǒng)的結構化設計方法中，很容易將實體關系圖映射到關系數(shù)據(jù)庫中。而在面向對象設計中，我們可以將UML類圖看作是數(shù)據(jù)庫的概念模型，但在UML類圖中除了類之間的關聯(lián)關系外，還有繼承關系。4.5構件及部署部分的設計當前的一種主流的做法是在面向對象的系統(tǒng)設計階段的后期，考慮如何對系統(tǒng)的構件進行描述、構造和組織，以及構件如何在節(jié)點上進行分布。五、面向對象分析與設計的發(fā)展趨勢5.1面向對象分析與設計的方法將被越來越多的人接受迄今為止，“面向對象”本身還沒有一個統(tǒng)一的讓所有人都能接受的概念。然而，面向對象中的一些最基本的概念已經(jīng)和正在被人們所接受，比如類、對象、繼承、封裝等；一些最有效的表示方法也正在被人們所共同采用，比如圖形表示、基本輸入要求和輸出結果等。并且這種趨勢在越是較晚出現(xiàn)的方法和工具中