軟件工程導(dǎo)論

軟件工程導(dǎo)論第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法第一節(jié)面向?qū)ο蟾攀龅诙?jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍畹谌?jié)面向?qū)ο蠓治龅谒墓?jié)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)第五節(jié)面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)面向?qū)ο蟾攀鲆?、發(fā)展概述面向?qū)ο蟛⒎鞘且粋€(gè)新的概念，實(shí)際上它已有30多年的歷史。尋其根源可追溯到60年代的挪威，當(dāng)時(shí)挪威計(jì)算中心的KristenNygaard和Ole-JohanDahl開發(fā)了一種稱作Simula67的語言。Simula67首次引入了類、協(xié)同程序和子類的概念，這很象今天的面向?qū)ο笳Z言。70年代中期，XeroxPaloAlto研究中心的研究人員設(shè)計(jì)了Smalltalk語言，該語言的每個(gè)元素都被當(dāng)作一個(gè)對(duì)象來實(shí)現(xiàn)，其程序設(shè)計(jì)環(huán)境及相關(guān)的各個(gè)方面都是面向?qū)ο蟮?。?頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)面向?qū)ο蟾攀龅?，面向?qū)ο蟮耐茝V很慢。例如：Samlltalk的成果直到1981年8月因Byte雜志的介紹才為外界所知，許多軟件開發(fā)人員了解Samlltalk時(shí)，都把它看作是一個(gè)窗口系統(tǒng)，而不是程序設(shè)計(jì)技術(shù)的一次革命。80年代，C成為很受歡迎的程序設(shè)計(jì)語言，它不僅可用在微機(jī)上，還可用在多種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和環(huán)境中。80年代早期，AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的BjarneStroustrup把C語言擴(kuò)展為支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的C++。在C++中，程序員可以在其熟悉的語言環(huán)境下學(xué)習(xí)掌握面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)，而不必去探究一種新的語言和環(huán)境。第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)面向?qū)ο蟾攀鲎?0年代以來，軟件與硬件之間的差距至少有兩代處理器之多，并且這種差距還在增大。當(dāng)軟件系統(tǒng)變得更加復(fù)雜時(shí)，常規(guī)軟件工具、技術(shù)和概念已不足以應(yīng)付，從而使軟件開發(fā)者陷入了困境。但面向?qū)ο蟮姆椒軌蚩刂栖浖膹?fù)雜性，從而促進(jìn)了面向?qū)ο蟮陌l(fā)展，掀起了一股“面向?qū)ο蟆睙?。?頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)面向?qū)ο蟾攀龆?、研究領(lǐng)域目前國內(nèi)外關(guān)于面向?qū)ο蟮难芯款I(lǐng)域主要在以下幾個(gè)方面：1.理論：包括方法、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的本質(zhì)以及語義模型的研究。2.語言：包括現(xiàn)有面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言的研究、設(shè)計(jì)新的面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言，將面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想引入其它語言（如Ada，Prolog，Lisp，C，Pascal，F(xiàn)oxpro等）3.實(shí)現(xiàn)：包括體系結(jié)構(gòu)的支撐、編譯與解釋、其它特殊技術(shù)等。4.環(huán)境：包括面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)面向?qū)ο蟾攀?.重用：為了實(shí)現(xiàn)重用，需要研究對(duì)象的規(guī)格說明等。6.原型：面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法如何用于實(shí)現(xiàn)快速原型。7.應(yīng)用：將面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法用于商業(yè)、教育及科學(xué)等實(shí)際問題的處理中。8.其它方面：將面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法用到數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、知識(shí)工程、人工智能、自然語言處理等其它領(lǐng)域。第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍钜弧?duì)象1.定義對(duì)象是和有數(shù)據(jù)及可對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的操作結(jié)合在一起所構(gòu)成的獨(dú)立單位的總稱，是具有一定知識(shí)和處理能力的獨(dú)立個(gè)體。它可以是具體的物理實(shí)體，如一個(gè)文件；也可是是人為抽象概念的，如多任務(wù)操作系統(tǒng)中的調(diào)度策略。從面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的角度看：對(duì)象是具有相同狀態(tài)的一組操作的集合。從信息模擬的角度看：對(duì)象是對(duì)問題域中某個(gè)東西的抽象，這種抽象反映了系統(tǒng)保存有關(guān)這個(gè)東西的信息和與它交互的能力，即對(duì)象是對(duì)屬性值和操作的封裝。第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍顝男问交嵌瓤矗簩?duì)象::=<ID,MS,DS,MI>其中：ID是對(duì)象的標(biāo)識(shí)或名字，MS是對(duì)象中的數(shù)據(jù)集合，DS是對(duì)象中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，MI是對(duì)象受理的消息名集合。第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍?.特點(diǎn)標(biāo)識(shí)唯一性：指對(duì)象是可區(qū)分的，并且由對(duì)象的內(nèi)在本質(zhì)來區(qū)分，而不是通過描述來區(qū)分。分類性：指可以將具有相同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（屬性）和行為（操作）的對(duì)象抽象成類。多態(tài)性：指同一個(gè)操作可以是不同對(duì)象的行為。封閉性：從外面看只能看到對(duì)象的外部特性，即能夠受理哪些信息，具有哪些處理能力；對(duì)象的內(nèi)部，即處理能力的實(shí)行和內(nèi)部狀態(tài)，對(duì)外是不可見的。從外面不能直接使用對(duì)象的處理能力，也不能直接修改其內(nèi)部狀態(tài)，對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)只能由其自身改變。第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍顒?dòng)態(tài)產(chǎn)生性：對(duì)象是在系統(tǒng)執(zhí)行過程中根據(jù)需要而動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的。一定的“智力”性：對(duì)象具有一定的“智力”，表現(xiàn)在能夠解釋傳來的信息，理解由消息帶來的要求，并獨(dú)立第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍疃?、?.定義類是對(duì)象類的略寫，是對(duì)象的抽象，是一種對(duì)象模型，它描述了屬于該對(duì)象類型的所有對(duì)象的性質(zhì)。例如：Integer是一個(gè)整數(shù)類，它描述了所有整數(shù)的性質(zhì)。2.實(shí)現(xiàn)類是關(guān)于對(duì)象性質(zhì)的描述，包括外部特性和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面。類通過描述消息模式及其相應(yīng)的處理能力定義類的外部屬性，通過描述內(nèi)部狀態(tài)的表現(xiàn)形式及固有處理能力的實(shí)現(xiàn)定義類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月類的實(shí)現(xiàn)圖示消息模式1：處理能力1

……消息模式n：處理能力n消息模式1

處理能力1的實(shí)現(xiàn)

……消息模式n

處理能力n的實(shí)現(xiàn)內(nèi)部狀態(tài)的表現(xiàn)形式外部特性內(nèi)部實(shí)現(xiàn)第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍?.父類、子類、超類父類：一個(gè)類的上層是父類。子類：一個(gè)類的下層是子類。超類：如果C2是C1的子類，C3是C2的子類，則C1是C3的超類。4.描述類名

屬性、方法等

第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍钊?、?shí)例實(shí)例是某個(gè)具體類所描述的一個(gè)具體對(duì)象。例如：“張三”、“李四”是類“中國人”的實(shí)例。對(duì)象既可以是一個(gè)具體的對(duì)象，也可以泛指一般的對(duì)象；而實(shí)例只能是一個(gè)具體的對(duì)象。第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍钏?、消息消息是用來?qǐng)求對(duì)象執(zhí)行某一處理或回答某一要求的信息，它統(tǒng)一了數(shù)據(jù)流和控制流。通常一個(gè)消息由三部分組成：接收消息的對(duì)象消息標(biāo)識(shí)符（即消息名）零個(gè)或多個(gè)變?cè)纾篗yCircle.Show(Green)MyCircle是接收消息的對(duì)象的名字，Show是消息名，Green是消息的變?cè)?。?6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍钊绾我髮?duì)象完成一定的處理動(dòng)作？對(duì)象間如何進(jìn)行聯(lián)系？所有這一切都只能通過消息傳遞來實(shí)現(xiàn)。傳遞消息的對(duì)象稱為發(fā)送者，接受消息的對(duì)象稱為接受者。消息中只包含傳遞者的要求，它告訴接受者需要哪些處理，但并不指示接受者應(yīng)該怎樣完成這些處理。消息完全由接受者解釋，接受者獨(dú)立決定采用什么方式完成所需的處理，發(fā)送者對(duì)接受者不起任何控制作用。一個(gè)對(duì)象能夠接受不同形式、不同內(nèi)容的多個(gè)消息；相同形式的消息可以送往不同的對(duì)象，不同的對(duì)象對(duì)于形式不同的消息可以有不同的解釋，能夠做出不同的反映。一個(gè)對(duì)象可以同時(shí)往多個(gè)對(duì)象傳遞信息，兩個(gè)對(duì)象也可以同時(shí)向某個(gè)對(duì)象傳遞消息。第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍钗?、屬性屬性是類中?duì)象所具有的數(shù)據(jù)值。如對(duì)象Person的屬性有姓名、年齡、體重等。不同對(duì)象的同一屬性可以具有相同或不同的屬性值。如張三的年齡為19，李四的年齡為20。張三、李四是兩個(gè)不同的對(duì)象，他們共同屬性“年齡”的值不同。屬性值應(yīng)該指的是純粹的數(shù)據(jù)值，而不能指對(duì)象。屬性表示在類圖中的第二部分。每個(gè)屬性名后均可附加一些說明，諸如類型和缺省值之類。第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍盍⒉僮骱头椒▽?duì)象所能執(zhí)行的操作稱為方法，也就是類中所定義的服務(wù)。方法描述了對(duì)象執(zhí)行操作的算法、響應(yīng)消息的操作。每個(gè)操作都有一目標(biāo)對(duì)象作為其隱含參數(shù)，操作的行為取決于其目標(biāo)對(duì)象所歸屬的類。對(duì)象“知道”其所歸屬的類，所以能正確地實(shí)現(xiàn)該操作。同一操作可適用于不同的類。操作的多態(tài)性指的是在不同的類中，同一操作的形式不同。第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍钇摺⒗^承性廣義地說，繼承是指能夠直接獲得已有的性質(zhì)和特征，而不必重復(fù)定義它們。在面向?qū)ο笾?，繼承是子類自動(dòng)地共享基類中定義的數(shù)據(jù)和方法的機(jī)制。父類：類的上層子類：類的下層第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍預(yù)的操作A的變量類A類AA的實(shí)例變量A的實(shí)例a1從A繼承特性B的操作B的變量類B：A的子類類B繼承來的A的實(shí)例變量B的實(shí)例變量B的實(shí)例b1實(shí)現(xiàn)繼承機(jī)制的原理第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍罾^承具有傳遞性如果類C繼承類B，類B繼承類A，則類C繼承類A。單繼承與多繼承單繼承：一個(gè)類只允許有一個(gè)父類，即類等級(jí)為樹形結(jié)構(gòu)。多繼承：一個(gè)類允許有多個(gè)父類第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍罾^承性的優(yōu)點(diǎn)共享程序代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，大大減少程序中的冗余信息，提高軟件的可重用性。便于軟件修改維護(hù)。當(dāng)需要擴(kuò)充原有的功能時(shí)，派生類的方法可以調(diào)用其基類的方法，并在此基礎(chǔ)上增加必要的程序代碼；當(dāng)需要完全改變?cè)械乃惴〞r(shí)，可以在派生類中實(shí)現(xiàn)一個(gè)與基類方法同名而算法不同的方法；當(dāng)需要增加新的功能時(shí)，可以在派生類中實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的方法。“站在巨人的肩頭上”。用戶在開發(fā)新系統(tǒng)時(shí)不必從零開始，可以繼承原有相似功能或者從類庫中選取需要的類，再派生新類。第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍畎?、多態(tài)性對(duì)象根據(jù)所接受的消息而做出動(dòng)作，同樣的消息為不同的對(duì)象接受時(shí)可導(dǎo)致完全不同的行動(dòng)，該現(xiàn)象稱為多態(tài)性。利用多態(tài)性，用戶能夠發(fā)送一般形式的消息，而將所有的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)都留給接受消息的對(duì)象。優(yōu)點(diǎn)：多態(tài)性機(jī)制增加了面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)的靈活性，進(jìn)一步減少了信息冗余。顯著提高軟件的可重用性和可擴(kuò)展性。第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖拍罹拧⒅剌d函數(shù)重載是指在同一作用域內(nèi)的若干個(gè)參數(shù)特征不同的函數(shù)可以使用相同的函數(shù)名字。運(yùn)算符重載是指同一個(gè)運(yùn)算符可以施加于不同類型的操作數(shù)上面。優(yōu)點(diǎn)：重載進(jìn)一步提高了面向?qū)ο笙到y(tǒng)的靈活性和可讀性。第25頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)面向?qū)ο蟮幕靖?/p>