軟件工程電子教案第九十二章面向?qū)ο笳n件

1、第九十二章面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù) 傳統(tǒng)的軟件工程方法學曾經(jīng)給軟件產(chǎn)業(yè)帶來巨大進步，部分地緩解了軟件危機，使用這種方法學開發(fā)的許多中、小規(guī)模軟件項目都獲得了成功。但是，人們也注意到當把這種方法學應(yīng)用于大型軟件產(chǎn)品的開發(fā)時，似乎很少取得成功。 在20世紀60年代后期出現(xiàn)的面向?qū)ο缶幊陶Z言Simula-67中首次引入了類和對象的概念，自20世紀80年代中期起，人們開始注重面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計的研究，逐步形成了面向?qū)ο蠓椒▽W。到了20世紀90年代，面向?qū)ο蠓椒▽W已經(jīng)成為人們在開發(fā)軟件時首選的范型。面向?qū)ο蠹夹g(shù)已成為當前最好的軟件開發(fā)技術(shù)。第1頁，共73頁。 面向?qū)ο笫钱斆嬗嬎銠C界的關(guān)心的重點，它是90年代軟件

2、開發(fā)方法的主流，面向?qū)ο蟮母拍詈蛻?yīng)用已超過了程序設(shè)計和軟件開發(fā)，擴展到很寬的范圍。如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、交互式界面、應(yīng)用結(jié)構(gòu)、應(yīng)用平臺、網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)、人工智能領(lǐng)域，它是軟件開發(fā)的一種新方法，新技術(shù)。 9.2面向?qū)ο蟮母拍疃x：面向?qū)ο?對象+類+繼承+通信。 OO=objects+classes+inheritance+communication with messages如果一個軟件系統(tǒng)是使用這樣4個概念設(shè)計和實現(xiàn)的，則可以認為這個軟件系統(tǒng)是面向?qū)ο蟮?。?頁，共73頁。9.2.1對象（object） 面向?qū)ο箝_發(fā)模式認為客觀世界是由各種對象組成的，任何事物都是對象，復(fù)雜的對象可以由比較簡單的對象以

3、某種方式組合而成。按照這種觀點，可以認為整個世界就是一個最復(fù)雜的對象。因此，面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)是由對象組成的，軟件中的任何元素都是對象，復(fù)雜的軟件對象由比較簡單的對象組合而成。 由此可見，面向?qū)ο蠓椒ㄓ脤ο蠓纸馊〈藗鹘y(tǒng)方法的功能分解。 對象是面向?qū)ο箝_發(fā)模式的基本成分是人們要進行研究的人和事物。第3頁，共73頁。一、對象的主要類型：1）有型實體：如計算機、機房、工件（某些零件）等。2）作用：指人或組織起的作用，如：醫(yī)生、教師、學生、公司、部門等。 3）事件：如：飛行、演出、開會等。4）性能說明：如產(chǎn)品名字、型號、各種性能指標等。 以上類型可以看出，對象不僅能表示結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而且能表示描象的事

4、件規(guī)律，復(fù)雜的工程實體等。因此對象具有很強的表達能力和描述功能。第4頁，共73頁。二、對象的狀態(tài)和行為 對象具有狀態(tài)，一個對象用數(shù)值來描述它的狀態(tài)，如某個具體的學生張三，他的姓名、年齡、性別等，用具體數(shù)據(jù)值來表示著個具體的學生的情況。 對象還有操作，用于改變對象的狀態(tài)，對象及其操作就是對象的行為，例某個工人經(jīng)過“增加工資”的操作后，他的工資額這個狀態(tài)就放生了變化。 對象實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和操作的結(jié)合，使數(shù)據(jù)和操作封裝于對象的統(tǒng)一體中。第5頁，共73頁。9.2.2其他概念一、類的定義 具有相同或相似性質(zhì)的對象的抽象就是類。 類的具體化，也就是類的實例是對象。類具有屬性： 類的屬性是對象的狀態(tài)的抽象，用數(shù)

5、據(jù)結(jié)構(gòu)來描述類的屬性。類具有操作： 它是對象的行為的抽象，用操作名和實現(xiàn)操作的方法來描述。第6頁，共73頁。例：工人就是一個類，每一個具體的工人就是對象：第7頁，共73頁。二、類的結(jié)構(gòu)類通常有兩種主要結(jié)構(gòu)。一般具體結(jié)構(gòu)稱為分類結(jié)構(gòu)，或者說是“is a”關(guān)系。例：汽車和交通工具都是類，但它們之間的關(guān)系是：汽車是（is a）一種交通工具，通常越上層的類，越具有一般性和共性，越下層的類越具體越細化。整體部分結(jié)構(gòu)稱為組裝結(jié)構(gòu)，或者是“has a”關(guān)系，例汽車和發(fā)動機都是類，它們之間的關(guān)系是“汽車 (has a) 有一個發(fā)動機。 在類的層次結(jié)構(gòu)中，通常上層類稱為父類，下層類稱為子類。第8頁，共73頁。三

6、、實例(instance) 實例就是由某個特定的類所描述的一個具體的對象。類是對具有相同屬性和行為的一組相似的對象的抽象，類在現(xiàn)實世界中并不能真正存在。 實際上類是建立對象時使用的“樣板”，按照這個樣板所建立的一個個具體的對象，就是類的實際例子，通常稱為實例。 當使用“對象”這個術(shù)語時，既可以指一個具體的對象，也可以泛指一般的對象，但是，當使用“實例”這個術(shù)語時，必然是指一個具體的對象。第9頁，共73頁。四、繼承（Inheritanle）繼承是類之間的一種關(guān)系，是子類自動共享父類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法的機制，是面向?qū)ο笤O(shè)計語言的最主要的特點。在類層次中，子類只繼承一個父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法，稱為單重繼承

7、。在類層次中，子類只繼承多個父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法，稱為多重繼承。第10頁，共73頁。五、封裝(encapsulation) 從字面上理解，所謂封裝就是把某個事物包起來，使外界不知道該事物的具體內(nèi)容。 在面向?qū)ο蟮某绦蛑?，把?shù)據(jù)和實現(xiàn)操作的代碼集中起來放在對象內(nèi)部。一個對象好像是一個不透明的黑盒子，表示對象狀態(tài)的數(shù)據(jù)和實現(xiàn)操作的代碼與局部數(shù)據(jù)，都被封裝在黑盒子里面，從外面是看不見的，更不能從外面直接訪問或修改這些數(shù)據(jù)和代碼。 使用一個對象的時候，只需知道它向外界提供的接口形式，無須知道它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)細節(jié)和實現(xiàn)操作的算法。第11頁，共73頁。綜上所述，對象具有封裝性的條件如下：（1） 有一個清晰的邊

8、界。所有私有數(shù)據(jù)和實現(xiàn)操作的代碼都被封裝在這個邊界內(nèi)，從外面看不見更不能直接訪問。（2） 有確定的接口（即協(xié)議）。這些接口就是對象可以接受的消息，只能通過向?qū)ο蟀l(fā)送消息來使用它。（3） 受保護的內(nèi)部實現(xiàn)。實現(xiàn)對象功能的細節(jié)（私有數(shù)據(jù)和代碼）不能在定義該對象的類的范圍外訪問。 封裝也就是信息隱藏，通過封裝對外界隱藏了對象的實現(xiàn)細節(jié)。 對象類實質(zhì)上是抽象數(shù)據(jù)類型。類把數(shù)據(jù)說明和操作說明與數(shù)據(jù)表達和操作實現(xiàn)分離開了，使用者只需知道它的說明（值域及可對數(shù)據(jù)施加的操作），就可以使用它。第12頁，共73頁。六、多態(tài)性 多態(tài)性指相同的操作、函數(shù)、過程可作用于多種類型的對象上，并獲得不同結(jié)果。即不同的對象，收

9、到同一消息可以產(chǎn)生不同的結(jié)果。例：MOVE操作，可以是窗口某一圖標的移動操作，也可以是象棋棋子移動的操作。圖標移動為了使窗口更清晰，棋子移動為贏這盤棋。同樣的函數(shù)作用不同對象效果不同。例：函數(shù)x、3+x、與3-x結(jié)果是完全不同的。 多態(tài)性允許每個對象以適合自身的方式去響應(yīng)共同的信息，用戶不必為相同的功能操作但作用于不同類型的對象而費心去識別，增強了軟件的重用性和可擴充性。第13頁，共73頁。9.3面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法當今面向?qū)ο箝_發(fā)方法有Coad方法、Booch方法、OMT方法和OOSE方法等。這幾種方法是早期產(chǎn)品，課堂上不介紹了?，F(xiàn)簡單介紹UML語音即統(tǒng)一建模語言（Unified Modeli

10、ng language） 1997年11月，國際對象管理組織OMG批準把UML 1.1作為基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標準建模語言。UML是97年軟件工程領(lǐng)域，最重要的成果之一，是面對象技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)占主導地位的標準建模語言，UML不僅統(tǒng)一了Booch、OMT、OOSE的表示方法并對其作了進一步的發(fā)展，最終統(tǒng)一為大眾所接受的標準建模語言。第14頁，共73頁。第十章面向?qū)ο蠓治龊透邔釉O(shè)計面向?qū)ο蟮姆治鍪擒浖_發(fā)過程中最重要的一步，也是使用面向?qū)ο蟮母拍?、原理、分析解決問題、求解問題的重要階段。面向?qū)ο蟮姆治鰪母拍钌戏譃閮蓚€層次：第一層：問題分析：主要任務(wù)是收集并確認用戶的需求信息，對實際問題進行功能分析和過程

11、分析。第二層：應(yīng)用分析：主要任務(wù)是動態(tài)描述系統(tǒng)中，對象的合法狀態(tài)序列，即建立正確的模型。第15頁，共73頁。 為了更好地理解問題，人們常常采用建立問題模型的方法。所謂模型，就是為了理解事物而對事物作出的一種抽象，是對事物的一種無歧義的書面描述。通常，模型由一組圖示符號和組織這些符號的規(guī)則組成，利用它們來定義和描述問題域中的術(shù)語和概念。更進一步講，模型是一種思考工具，利用這種工具可以把知識規(guī)范地表示出來。對于那些因過分復(fù)雜而不能直接理解的系統(tǒng)，特別需要建立模型，建模的目的主要是為了減少復(fù)雜性。 模型可以幫助我們思考問題、定義術(shù)語、在選擇術(shù)語時作出適當?shù)募僭O(shè)，并且可以幫助我們保持定義和假設(shè)的一致性

12、。第16頁，共73頁。 面向?qū)ο蠓椒ㄗ罨镜脑瓌t，是按照人們習慣的思維方式，用面向?qū)ο笥^點建立問題域的模型，開發(fā)出盡可能自然地表現(xiàn)求解方法的軟件。 用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件，通常需要建立3種形式的模型，它們分別是描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對象模型，描述系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的動態(tài)模型和描述系統(tǒng)功能的功能模型。這3種模型都涉及到數(shù)據(jù)、控制和操作等共同的概念，只不過每種模型描述的側(cè)重點不同。這3種模型從3個不同但又密切相關(guān)的角度模擬目標系統(tǒng)，它們各自從不同側(cè)面反映了系統(tǒng)的實質(zhì)性內(nèi)容，綜合起來則全面地反映了對目標系統(tǒng)的需求。一個典型的軟件系統(tǒng)組合了上述3方面內(nèi)容：它使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(對象模型)，執(zhí)行操作(動態(tài)模型)，并且完

13、成數(shù)據(jù)值的變化(功能模型)。第17頁，共73頁。10.3 建立對象模型 面向?qū)ο蟮哪Ｐ妥罨镜挠腥齻€它們分別是：對象模型、動態(tài)模型、功能模型。 從客觀世界實體及實體間相互關(guān)系抽象出極有價值的對象模型；表示了靜態(tài)的、結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)數(shù)據(jù)性質(zhì)，表述了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。（描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），表現(xiàn)了對象關(guān)系。該模型主要關(guān)心系統(tǒng)中的：對象的結(jié)構(gòu)； 屬性； 操作和方法； 關(guān)聯(lián)和鏈； 類的層次。 對象模型是三個模型的核心也是其它兩個模型的框架。第18頁，共73頁。10.3.1對象和類對象是基本成分，使人們在研究問題時，把問題分解為若干對象，（對象可以是有形實體，也可以是作用、事件、性能說明等等）對象是一個具體的有

14、很強的表達能力和描述功能的獨立體。 對象的符號：將對象抽象成類，類的表示法，圖中的屬性和操作可寫可不寫，取決于詳細程度。（類名）屬性值第19頁，共73頁。對象和類的表示方法 示例 類 實例（具體對象）類名屬性名操作名（類名）屬性值正方形邊長位置邊界顏色內(nèi)部顏色畫圖擦圖移動第20頁，共73頁。10.3.4 屬性 解紹類時曾講過，類具有屬性。類的屬性： 是對象狀態(tài)的抽象，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述類的屬性。也就是說：類的屬性是類的對象所具有的性質(zhì)，不同的對象同一屬性可以具有相同或不同的屬性質(zhì)。但一個類中的屬性名是唯一的。例：正方形類中有“邊界顏色”這一屬性，正方形1的邊界顏色為紅色，正方形2的邊界顏色為綠色

15、，同一屬性不同的對象不同的屬性質(zhì)，但一個類中的屬性名是唯一的。第21頁，共73頁。10.3.3操作和方法操作： 是對象的行為的抽象（類中介紹），即操作是類中對象所使用的一種功能或變換。方法： 是類中操作的實現(xiàn)過程，即實現(xiàn)步驟。例：文件這個類，可以有打印這種操作；實現(xiàn)打印需設(shè)計不同的方法，即要寫不同的程序代碼段來實現(xiàn)：ASC文件的打印和數(shù)字圖像文件的打印方法是不同的，但所有的方法多是實現(xiàn)一個操作，即打印文件。第22頁，共73頁。10.3.2 關(guān)聯(lián)和鏈關(guān)聯(lián)是建立類之間關(guān)系的一種手段，鏈是建立對象之間關(guān)系的一種手段，正如對象與類的關(guān)系一樣，鏈是關(guān)聯(lián)的實例，關(guān)聯(lián)是鏈的抽象。兩個類之間的關(guān)聯(lián)稱為二元的關(guān)

16、聯(lián)，三個類之間的關(guān)聯(lián)稱為三元關(guān)聯(lián)。例： 三元關(guān)聯(lián) 鏈第23頁，共73頁。關(guān)聯(lián)的多重性指類中有多少個對象與關(guān)聯(lián)的類的一個對象有關(guān)。例： 1個、空心園0個或1個、實心圓多個。第24頁，共73頁。類的層次結(jié)構(gòu)1、聚集關(guān)系：是一種整體-部分關(guān)系，是has a （類的結(jié)構(gòu)中介紹了兩種結(jié)構(gòu)）。在這種關(guān)系中有整體類和部分關(guān)系之分，符號只是在關(guān)聯(lián)的整體類端多了一個菱形框。例：第25頁，共73頁。聚集可以有不同的層次，可以組成一個聚集樹。例：第26頁，共73頁。2、泛化關(guān)系 是一般具體關(guān)系稱為分類關(guān)系。是在保留對象差異的同時，共享對象相似性的一種高度抽象方法，即is a一般具體關(guān)系。符號是聯(lián)線加一個小三角例：汽

17、車、火車是 交通工具。汽車火車第27頁，共73頁。10.3.5 建立對象模型的過程：1、確定類：標出來自問題域的相關(guān)對象類。2、準備數(shù)據(jù)字典 準備一個數(shù)據(jù)字典，準確描述各個類的精確含義。第28頁，共73頁。3、確定關(guān)聯(lián) 兩個或多個類之間的相互依賴關(guān)系就是關(guān)聯(lián)。4、確定屬性 對象的狀態(tài)的抽象，為類的屬性，屬性通常用形容詞或名詞詞組來表示。先列出屬性，再刪除不必要和不正確的屬性。5、使用繼承來細化類 有兩種方法：1）自底向上，把現(xiàn)有類的共同性質(zhì)一般化成一個父類，如：月報表、日報表、組成一個大類報表。2）自上向下，把現(xiàn)有類再細化成更小的類，例：菜單細化成固定菜單、頂部菜單、彈出菜單、下拉菜單等。第2

18、9頁，共73頁。6、完善對象模型 對象建模不可能一次就保證模型是完整正確的，面向?qū)ο箝_發(fā)的整個過程，就是不斷完善的過程，有些細化和完善工作是在設(shè)計階段才開始，即在設(shè)計和實現(xiàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題再回來細化和完善。第30頁，共73頁。10.4 建立動態(tài)模型 當問題涉及交互作用和時序時(例如，用戶界面及過程控制等)，動態(tài)模型是重要的。這個模型描述了系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，它關(guān)心的是系統(tǒng)的控制，操作的執(zhí)行順序，它從對象的時間和狀態(tài)的角度出發(fā)，表現(xiàn)了對象的相互行為。它涉及到事件、狀態(tài)、操作、狀態(tài)圖等概念。第31頁，共73頁。一、名詞解釋事件 事件是指定時刻發(fā)生的某種事情，它是某種事發(fā)生的信息沒有持續(xù)時間的 一種相對性

19、快速事件，如：按下啟動按鈕，火箭發(fā)射，某種時間你把信用卡放入ATM機里準備取款。事件可以看成是信息從一個對象到另一個對象的單向傳送，各事件將信息從一個對象傳到另一個對象中去，因此要確定各事件的發(fā)送對象和接收對象。 事件跟蹤圖用來表示事件，事件的接受對象和發(fā)送對象，各事件用水平箭頭線表示。箭頭方向是從發(fā)送對象指向接受方向，時間從上到下遞增。例上圖打電話的事件跟蹤圖。第32頁，共73頁。狀態(tài) 狀態(tài)是對象屬性值的抽象，狀態(tài)指明了對象輸入事件的響應(yīng)。 事件和狀態(tài)是孿生的，一事件分成兩種狀態(tài)，（行、不行），一個狀態(tài)分成兩個事件（能做、不能做）。說明一個狀態(tài)可以采用以下描述內(nèi)容：狀態(tài)名；狀態(tài)目的的描述；產(chǎn)

20、生該狀態(tài)的事件序列；表示狀態(tài)特征的事件；在狀態(tài)中接受的條件。狀態(tài)圖 狀態(tài)圖反映了狀態(tài)與事件的關(guān)系。當接收一事件時，下一狀態(tài)就取決于當前狀態(tài)和所接受的該事件，由該事件引起的狀態(tài)變化稱為轉(zhuǎn)換。利用狀態(tài)圖可能會發(fā)現(xiàn)一些遺漏的情況。第33頁，共73頁。狀態(tài)圖表示方法： 狀態(tài)用圓圈表示，圓圈內(nèi)有狀態(tài)名；用箭頭連線（弧）表示狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，上面標記事件名，箭頭表示轉(zhuǎn)換方向。示意圖： 初始狀態(tài)；最終狀態(tài)。進入最終狀態(tài)隱含著對象消失。例：象棋比賽中的單程狀態(tài)圖：一般將事件追蹤圖轉(zhuǎn)換成狀態(tài)圖。第34頁，共73頁。二、建立動態(tài)模型的過程：1、準備腳本 編寫腳本的過程，實質(zhì)上就是分析用戶對系統(tǒng)交互行為的要求的過程。在編

21、寫腳本的過程中，需要與用戶充分交換意見，編寫后還應(yīng)該經(jīng)過他們審查與修改。 動態(tài)分析尋找事件的開始，然后確定各對象的可能事件的順序。例：要建一個自動取款機的動態(tài)模型，就要找出取款事件、存款事件、查詢事件。第35頁，共73頁。2、確定事件 確定所有事件、條件和外部事件，事件包括所有來自用戶和設(shè)備的輸入信息和發(fā)行出去給用戶和設(shè)備的輸出信息。不要有遺漏、異常事件和條件。3、準備事件跟蹤表 列出一個事件排序表。 下一頁打電話事件排序表4、構(gòu)造狀態(tài)圖 將事件表變成反映狀態(tài)與事件的關(guān)系狀態(tài)圖。利用狀態(tài)圖發(fā)現(xiàn)是否有遺漏的情況。第36頁，共73頁。打電話者 電話線 接電話者 拿起受話機 電話忙音開始 撥號（8）

22、 電話忙音結(jié)束 撥號（2） 撥號（2） 鈴聲 電話振鈴 響應(yīng)電話 停止振鈴 停止振鈴 通話 通話 掛斷電話 電話切斷 電話切斷 掛斷電話 第37頁，共73頁。10.5 建立功能模型 功能模型描述了系統(tǒng)的所有計算，即系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳送和處理，功能模型定義“做什么”，動態(tài)模型定義“什么時間做”做的順序，對象模型定義“對誰做”。功能模型不考慮計算的次序，它由多張數(shù)據(jù)流圖組成。數(shù)據(jù)流圖中包含處理、數(shù)據(jù)流、動作對象和數(shù)據(jù)存儲對象。其中的處理功能可以用IPO圖(或表)、偽碼等多種方式進一步描述。1、處理： 數(shù)據(jù)流圖中的處理用來改變數(shù)據(jù)值，橢圓表示處理，其中含有對處理的描述，各處理均有輸入流和輸出流。第38

23、頁，共73頁。2、數(shù)據(jù)流： 數(shù)據(jù)流將對象的輸出與處理；處理與對象的輸入；處理與處理聯(lián)系起來。3、動作對象： 為數(shù)據(jù)流的輸入流的產(chǎn)生對象和輸出流的接收對象。如果動作對象位于數(shù)據(jù)流圖的邊界，既是輸入流的源點和輸出流的終點，動作對象用長方形表示。 控制流 數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)存儲區(qū)產(chǎn)生對象1過程1過程2接收對象2第39頁，共73頁。4、數(shù)據(jù)存儲對象 它與動作對象不一樣，其本身不產(chǎn)生任何操作，它只響應(yīng)存儲和訪問數(shù)據(jù)的要求，存儲可以用文件來實現(xiàn)，而動作對象也可用外部設(shè)備來體現(xiàn)。5、建立功能模塊的過程： 1、確定輸入值、輸出值。 2、建立數(shù)據(jù)流圖第40頁，共73頁。小結(jié)面向?qū)ο蟮姆治鲞^程：面向?qū)ο蟮姆治龊透邔釉O(shè)計

24、，就是在了解業(yè)務(wù)和用戶的需求基礎(chǔ)上建立出這三個模型（對象、動態(tài)、功能）。第41頁，共73頁。第十一章 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計 面向?qū)ο蟮姆治隹s寫為OOA，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計縮寫為OOD。一、什么是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計面向?qū)ο蟮脑O(shè)計是把分析階段得到的需求，（即三個模型）轉(zhuǎn)變到計算機系統(tǒng)要實現(xiàn)方案的過程中；面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計是一個逐步擴充模型的過程；盡管面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計的定義有明顯區(qū)別，但在實際的軟件開發(fā)過程中二者的界限是模糊的，許多分析可以直接映射成設(shè)計結(jié)果，而設(shè)計過程中又往往會加深和補充對系統(tǒng)需求的理解，從而進一步完善分析結(jié)果。第42頁，共73頁。 因此分析和設(shè)計活動是一個多次反復(fù)迭代的過程，面向?qū)?/p>

25、象方法學在概念和表現(xiàn)方法上的一致性，保證了在各項開發(fā)活動之間的平滑（無縫)過度，領(lǐng)域?qū)＜液烷_發(fā)人員能夠比較容易地跟蹤整個系統(tǒng)開發(fā)過程，這是面向?qū)ο蠓椒ㄅc傳統(tǒng)比起來具有的一大優(yōu)勢。 二、相對結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法的總體設(shè)計和詳細設(shè)計，面向?qū)ο笤O(shè)計也可大致分成系統(tǒng)設(shè)計和對象設(shè)計。 第43頁，共73頁。11.1 面向?qū)ο笤O(shè)計的準則 模塊化設(shè)計的幾條基本原理，在面向?qū)ο笤O(shè)計時仍適用，但增加了一些新的特點。面向?qū)ο笤O(shè)計的準則：1、模塊化 支持把系統(tǒng)分成模塊的設(shè)計原理：對象就是模塊，它是把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作這些數(shù)據(jù)的方法緊密地結(jié)合在一起所構(gòu)成的模塊。2、抽象 面向?qū)ο蟮姆椒ú粌H支持工程抽象而且支持數(shù)據(jù)抽象，類實際上是

26、一種規(guī)格說明抽象。第44頁，共73頁。3、信息隱蔽 在面向?qū)ο蟮姆椒ㄖ校畔㈦[蔽通過對象的封裝性來實現(xiàn)。 對類的用戶來說，屬性的表示方法和操作的實現(xiàn)算法都應(yīng)該是隱蔽的。4、低耦合 在面向?qū)ο蠓椒ㄖ校瑢ο笫亲罨镜哪K，因此耦合主要指不同對象之間相互關(guān)聯(lián)的緊密程度，低耦合是設(shè)計的一個重要標準。第45頁，共73頁。5、高內(nèi)聚 面向?qū)ο笤O(shè)計存在下述三種內(nèi)聚：1）操作內(nèi)聚： 一個操作只能完成一個功能。2）類內(nèi)聚： 一個類應(yīng)該只有一個用途，它的屬性和操作是高內(nèi)聚的，不包含無用的屬性和操作，如果某個類有多個用途，通常應(yīng)該把它分解成多個專用類。3）一般具體內(nèi)聚： 設(shè)計類的一般具體結(jié)構(gòu)應(yīng)該符合多數(shù)人的概念，準

27、確地說：這種結(jié)構(gòu)應(yīng)該是對象應(yīng)用領(lǐng)域知識的正確抽取。第46頁，共73頁。11.2 面向?qū)ο笤O(shè)計的啟發(fā)規(guī)則雖然面向?qū)ο箝_發(fā)軟件的歷史不長，但人的也積累了一些經(jīng)驗，這經(jīng)驗?zāi)軒椭浖_發(fā)人員提高開發(fā)軟件的質(zhì)量，這些經(jīng)驗稱啟發(fā)規(guī)則：1、設(shè)計結(jié)果應(yīng)清晰易懂，（用詞一致，避免模糊定義，使用已有的協(xié)議等）。2、一般具體結(jié)構(gòu)的深度應(yīng)適當，（中等規(guī)模系統(tǒng)100類左右，類結(jié)構(gòu)層次數(shù)應(yīng)保持為5至9）。第47頁，共73頁。3、設(shè)計簡單的類（設(shè)計的類不要包括太多的屬性和操作）4、使用簡單的協(xié)議（消息中的參數(shù)不要超過3個，這不是絕對的）。5、使用簡單的操作（類的操作一般，只有35行源程序語句）。6、把設(shè)計變動減到最小 通常

28、設(shè)計的質(zhì)量越高，設(shè)計得修改范圍就越小，開始改動大，方案越成熟改動也越小。第48頁，共73頁。11.3 軟件重用11.3.1 概述1. 重用 重用也叫再用或復(fù)用，是指同一事物不作修改或稍加改動就多次重復(fù)使用。廣義地說，軟件重用可分為以下3個層次：(1) 知識重用(例如，軟件工程知識的重用)。(2) 方法和標準的重用(例如，面向?qū)ο蠓椒ɑ驀抑贫ǖ能浖_發(fā)規(guī)范的重用)。(3) 軟件成分的重用。 前兩個重用層次屬于知識工程研究的范疇，本節(jié)僅討論軟件成分重用問題。第49頁，共73頁。2. 軟件成分的重用級別 軟件成分的重用可以進一步劃分成以下3個級別：(1) 代碼重用 通常把它理解為調(diào)用庫中的模塊。實

29、際上，代碼重用也可以采用下列幾種形式中的任何一種： 1）源代碼剪貼：這是最原始的重用形式。這種重用方式的缺點是，復(fù)制或修改原有代碼時可能出錯，更糟糕的是，存在嚴重的配置管理問題，人們幾乎無法跟蹤原始代碼塊多次修改重用的過程。第50頁，共73頁。 繼承：利用繼承機制重用類庫中的類時，無須修改已有的代碼，就可以擴充或具體化在庫中找出的類，因此，基本上不存在配置管理問題。(2) 設(shè)計結(jié)果重用 設(shè)計結(jié)果重用指的是，重用某個軟件系統(tǒng)的設(shè)計模型(即求解域模型)。這個級別的重用有助于把一個應(yīng)用系統(tǒng)移植到完全不同的軟硬件平臺上。(3) 分析結(jié)果重用 這是一種更高級別的重用，即重用某個系統(tǒng)的分析模型。這種重用特

30、別適用于用戶需求未改變，但系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本變化的場合。第51頁，共73頁。3. 典型的可重用軟件成分更具體地說，可能被重用的軟件成分主要有以下10種：（1） 項目計劃。軟件項目計劃的基本結(jié)構(gòu)和許多內(nèi)容（例如，軟件質(zhì)量保證計劃）都是可以跨項目重用的。這樣做減少了用于制定計劃的時間，也降低了與建立進度表和進行風險分析等活動相關(guān)聯(lián)的不確定性。（2） 成本估計。因為在不同項目中經(jīng)常含有類似的功能，所以有可能在只做極少修改或根本不做修改的情況下，重用對該功能的成本估計結(jié)果。（3） 體系結(jié)構(gòu)。即使在考慮不同的應(yīng)用領(lǐng)域時，也很少有截然不同的程序和數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)。因此，有可能創(chuàng)建一組類屬的體系結(jié)構(gòu)模板（例

31、如，事務(wù)處理體系結(jié)構(gòu)），并把那些模板作為可重用的設(shè)計框架。通常把類屬的體系結(jié)構(gòu)模板稱為領(lǐng)域體系結(jié)構(gòu)。第52頁，共73頁。（4） 需求模型和規(guī)格說明。類和對象的模型及規(guī)格說明是明顯的重用的候選者，此外，用傳統(tǒng)軟件工程方法開發(fā)的分析模型（例如，數(shù)據(jù)流圖），也是可重用的。（5） 設(shè)計。用傳統(tǒng)方法開發(fā)的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)、接口和過程設(shè)計結(jié)果，是重用的候選者，更常見的是，系統(tǒng)和對象設(shè)計是可重用的。（6） 源代碼。用兼容的程序設(shè)計語言書寫的、經(jīng)過驗證的程序構(gòu)件，是重用的候選者。（7） 用戶文檔和技術(shù)文檔。即使針對的應(yīng)用是不同的，也經(jīng)常有可能重用用戶文檔和技術(shù)文檔的大部分。第53頁，共73頁。（8） 用戶界面。

32、這可能是最廣泛被重用的軟件成分，GUI（圖形用戶界面）軟件經(jīng)常被重用。因為它可占到一個應(yīng)用程序的60%代碼量，因此，重用的效果非常顯著。（9） 數(shù)據(jù)。在大多數(shù)經(jīng)常被重用的軟件成分中，被重用的數(shù)據(jù)包括： 內(nèi)部表、列表和記錄結(jié)構(gòu)，以及文件和完整的數(shù)據(jù)庫。（10） 測試用例。一旦設(shè)計或代碼構(gòu)件將被重用，相關(guān)的測試用例應(yīng)該“附屬于”它們也被重用。第54頁，共73頁。11.3.2 類構(gòu)件 利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，可以更方便更有效地實現(xiàn)軟件重用。面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的“類”，是比較理想的可重用軟構(gòu)件，不妨稱之為類構(gòu)件。類構(gòu)件有3種重用方式，分別是實例重用、繼承重用和多態(tài)重用。下面進一步講述與類構(gòu)件有關(guān)的內(nèi)容。1. 可

33、重用軟構(gòu)件應(yīng)具備的特點 為使軟構(gòu)件也像硬件集成電路那樣，能在構(gòu)造各種各樣的軟件系統(tǒng)時方便地重復(fù)使用，就必須使它們滿足下列要求。(1) 模塊獨立性強。具有單一、完整的功能，且經(jīng)過反復(fù)測試被確認是正確的。它應(yīng)該是一個不受或很少受外界干擾的封裝體，其內(nèi)部實現(xiàn)在外面是不可見的。第55頁，共73頁。(2) 具有高度可塑性。軟構(gòu)件的應(yīng)用環(huán)境比集成電路更廣闊、更復(fù)雜。顯然，要求一個軟構(gòu)件能滿足任何一個系統(tǒng)的設(shè)計需求是不現(xiàn)實的。因此，可重用的軟構(gòu)件必須具有高度可裁剪性，也就是說，必須提供為適應(yīng)特定需求而擴充或修改已有構(gòu)件的機制，而且所提供的機制必須使用起來非常簡單方便。(3) 接口清晰、簡明、可靠。軟構(gòu)件應(yīng)該

34、提供清晰、簡明、可靠的對外接口，而且還應(yīng)該有詳盡的文檔說明，以方便用戶使用。 精心設(shè)計的“類”基本上能滿足上述要求，可以認為它是可重用軟構(gòu)件的雛形。第56頁，共73頁。2. 類構(gòu)件的重用方式(1) 實例重用 由于類的封裝性，使用者無須了解實現(xiàn)細節(jié)就可以使用適當?shù)臉?gòu)造函數(shù)，按照需要創(chuàng)建類的實例。然后向所創(chuàng)建的實例發(fā)送適當?shù)南ⅲ瑔酉鄳?yīng)的服務(wù)，完成需要完成的工作。這是最基本的重用方式。此外，還可以用幾個簡單的對象作為類的成員創(chuàng)建出一個更復(fù)雜的類，這是實例重用的另一種形式。雖然實例重用是最基本的重用方式，但是，設(shè)計出一個理想的類構(gòu)件并不是一件容易的事情。第57頁，共73頁。(2) 繼承重用 面向?qū)?/p>

35、象方法特有的繼承性提供了一種對已有的類構(gòu)件進行裁剪的機制。為提高繼承重用的效果，關(guān)鍵是設(shè)計一個合理的、具有一定深度的類構(gòu)件繼承層次結(jié)構(gòu)。這樣做有下述兩個好處： 1）每個子類在繼承父類的屬性和服務(wù)的基礎(chǔ)上，只加入少量新屬性和新服務(wù)，這就不僅降低了每個類構(gòu)件的接口復(fù)雜度，表現(xiàn)出一個清晰的進化過程，提高了每個子類的可理解性，而且為軟件開發(fā)人員提供了更多可重用的類構(gòu)件。因此，在軟件開發(fā)過程中，應(yīng)該時刻注意提取這種潛在的可重用構(gòu)件，必要時應(yīng)在領(lǐng)域?qū)＜規(guī)椭?，建立符合領(lǐng)域知識的繼承層次。 2）為多態(tài)重用奠定了良好基礎(chǔ)。第58頁，共73頁。(3) 多態(tài)重用 利用多態(tài)性還提供了一種簡便可靠的軟構(gòu)件組合機制。系

36、統(tǒng)運行時，根據(jù)接收消息的對象類型，由多態(tài)性機制啟動正確的方法，去響應(yīng)一個一般化的消息，從而簡化了消息界面和軟構(gòu)件連接過程。為充分實現(xiàn)多態(tài)重用，在設(shè)計類構(gòu)件時，應(yīng)該把注意力集中在下列一些可能影響重用性的操作上：與表示方法有關(guān)的操作。例如，不同實例的比較、顯示、擦除等等。與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)大小等有關(guān)的操作。與外部設(shè)備有關(guān)的操作。例如，設(shè)備控制。實現(xiàn)算法在將來可能會改進(或改變)的核心操作。 如果不預(yù)先采取適當措施，上述這些操作會妨礙類構(gòu)件的重用。第59頁，共73頁。11.3.3 軟件重用的效益1. 質(zhì)量 理想情況下，為了重用而開發(fā)的軟件構(gòu)件已被證明是正確的，且沒有缺陷。事實上，由于不能定期進行形式化

37、驗證，錯誤可能而且也確實存在。但是，隨著每一次重用，都會有一些錯誤被發(fā)現(xiàn)并被清除，構(gòu)件的質(zhì)量也會隨之改善。隨著時間的推移，構(gòu)件將變成實質(zhì)上無錯誤的。第60頁，共73頁。2. 生產(chǎn)率 當把可重用的軟件成分應(yīng)用于軟件開發(fā)的全過程時，創(chuàng)建計劃、模型、文檔、代碼和數(shù)據(jù)所需花費的時間將減少，從而將用較少的投入給客戶提供相同級別的產(chǎn)品，因此，生產(chǎn)率得到了提高。 由于應(yīng)用領(lǐng)域、問題復(fù)雜程度、項目組的結(jié)構(gòu)和大小、項目期限、可應(yīng)用的技術(shù)等許多因素都對項目組的生產(chǎn)率有影響，因此，不同開發(fā)組織對軟件重用帶來生產(chǎn)率提高的數(shù)字的報告并不相同，但基本上30%50%的重用大約可以導致生產(chǎn)率提高25%40%。第61頁，共73

38、頁。3. 成本軟件重用帶來的凈成本節(jié)省可以用下式估算：C=Cs-Cr-Cd其中，Cs是項目從頭開發(fā)（沒有重用）時所需要的成本；Cr是與重用相關(guān)聯(lián)的成本；Cd是交付給客戶的軟件的實際成本?？梢允褂帽緯?3章講述的技術(shù)來估算Cs，而與重用相關(guān)聯(lián)的成本Cr主要包括下述成本：領(lǐng)域分析與建模的成本；設(shè)計領(lǐng)域體系結(jié)構(gòu)的成本；為便于重用而增加的文檔的成本；第62頁，共73頁。維護和完善可重用的軟件成分的成本；為從外部獲取構(gòu)件所付出的版稅和許可證費；創(chuàng)建（或購買）及運行重用庫的費用；對設(shè)計和實現(xiàn)可重用構(gòu)件的人員的培訓費用。 雖然和領(lǐng)域分析及運行重用庫相關(guān)聯(lián)的成本可能相當高，但是它們可以由許多項目分攤。上面列

39、出的很多其他成本所解決的問題，實際上是良好軟件工程實踐的一部分，不管是否優(yōu)先考慮重用，這些問題都應(yīng)該解決。第63頁，共73頁。11.4 面向?qū)ο笤O(shè)計的過程設(shè)計過程也可大體分成兩個部分：一、系統(tǒng)設(shè)計，具體步驟：1、系統(tǒng)分解。將系統(tǒng)分解子系統(tǒng)，最低層的子系統(tǒng)，稱為模塊，它不是一個功能（而是類、關(guān)聯(lián)、操作事件和約束的集合）。2、確定并發(fā)性，確定有些必須是同時動作的對象，哪些不是。3、處理器及任務(wù)分配，（硬件和子系統(tǒng)的分配）。第64頁，共73頁。 4、數(shù)據(jù)存儲管理。 數(shù)據(jù)存儲管理是系統(tǒng)存儲或檢索對象的基本設(shè)施，它建立在某種數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)之上，并隔離了數(shù)據(jù)存儲管理模式（文件、關(guān)系數(shù)據(jù)庫或面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫）的影響。不同數(shù)據(jù)存儲管理模式有不同特點，設(shè)計時要注意。 5、人機交互接口 對系統(tǒng)的人機交互接口進行詳細設(shè)計，確定細節(jié)其中包括指定窗口和報表形式，設(shè)計命令層次等項內(nèi)容。第65頁，共73頁。二、對象設(shè)計