uml對象技術(shù)與可視化建?；A(chǔ)PPT參考幻燈片

1、UML建模語言及工具,第 2 章對象技術(shù)與可視化建?；A(chǔ)An Overview of Object Technology and Visual Modeling,-3-,Review： An Approach to the Object-Oriented,上升到面向?qū)ο?面向?qū)ο蠹夹g(shù)概述 定義、利益、研究內(nèi)容 面向?qū)ο蠹夹g(shù)發(fā)展 歷史（里程碑）、現(xiàn)狀、未來 面向?qū)ο笈c結(jié)構(gòu)化 揚(yáng)棄而非否定 上升到面向?qū)ο?利用面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)認(rèn)識客觀問題,-4-,學(xué)習(xí)線路圖,-5-,Agenda 1,Object and Class Four Principles of OO Generalization and

2、Polymorphism Principles of Visual Modeling The UML Process and visual modeling,-6-,Object,Informally, an object represents an entity, either physical, conceptual, or software Physical entity Conceptual entity Software entity,化學(xué)過程,-7-,Object-Formal Definition,An object is an entity with a well-define

3、d boundary and identity that encapsulates state and behavior. State is represented by attributes and relationships. Behavior is represented by operations, methods, and state machines.,-8-,對象的標(biāo)識,每一個對象都有一個唯一的標(biāo)識, 即使其狀態(tài)有可能與其它對象一樣,班機(jī) 747 on 11/10,班機(jī) 747 on 11/11,班機(jī) 747 on 11/12,-9-,對象的標(biāo)識,Professor “J Cla

4、rk” teaches Biology,Professor “J Clark” teaches Biology,-10-,對象的狀態(tài),一個對象的狀態(tài)是它反映于現(xiàn)實(shí)世界的一系列屬性： 參數(shù)的數(shù)值 (也就是,與對象有關(guān)系的數(shù)據(jù)) 它與其它對象的關(guān)系,可能的狀態(tài)： 停泊 運(yùn)營 著陸 終止,班機(jī) 747,-11-,對象的狀態(tài),State is a condition or situation during the life of an object, which satisfies some condition, performs some activity, or waits for some ev

5、ent. The state of an object normally changes over time.,Name: J Clark Employee ID: 567138 Date Hired: July 25, 1991 Status: Tenured Discipline: Finance Maximum Course Load: 3 classes,Name: J Clark Employee ID: 567138 HireDate: 07/25/1991 Status: Tenured Discipline: Finance MaxLoad: 3,Professor Clark

6、,-12-,對象的行為,定義當(dāng)其它對象發(fā)出請求時，該對象如何反應(yīng) 由為對象定義的一系列操作決定,-13-,對象的行為,Behavior determines how an object acts and reacts. The visible behavior of an object is modeled by a set of messages it can respond to (operations that the object can perform).,Professor Clark,Professor Clarks behavior Submit Final Grades Ac

7、cept Course Offering Take Sabbatical Set Max Load,SubmitFinalGrades(),AcceptCourseOffering(),TakeSabbatical(),SetMaxLoad(),-14-,Sample-An Object,-15-,Representing Objects in the UML,An object is represented as a rectangle with an underlined name.,Named Object,Anonymous Object,-16-,Class,A class is a

8、 description of a set of objects that share the same attributes, operations, relationships, and semantics. An object is an instance of a class. A class is an abstraction in that it Emphasizes relevant characteristics. Suppresses other characteristics.,-17-,Sample-A Class,Class Employee,Properties Na

9、me Address Position Salary Start Date End Date,Behavior Hire Fire Promote Increase Salary Retire,-18-,Representing Classes in the UML,A class is represented using a rectangle with compartments.,屬性,操作,具有相同特征和操作的對象可以放到類中。 在下面這副圖中您看到了什么類?,類,-19-,對象的類,您看到了幾個類?,-20-,-21-,屬性,屬性是類的特征或特性 屬性的值是某一特定對象的屬性值 在類中

10、屬性名必須是唯一的 每一個類的實(shí)例都有為這個類定義的所有屬性的值,銀行帳戶類屬性 帳號 銀行名稱 擁有者 金額,Mary的銀行帳戶屬性值 12345678 First National Bank Mary Smith $1024.48,-22-,屬性取決于視點(diǎn),從銷售人員的角度 型號 價格 顏色 里程數(shù),一輛汽車具有的屬性:,從維修人員的角度 馬達(dá)類型 傳動類型 維修記錄,-23-,操作,對象的行為是由為此對象定義的一系列操作決定的 操作訪問或修改對象的屬性值 一個類可能同時存在多個實(shí)例，也可能在某一時刻沒有實(shí)例 一個類的所有實(shí)例都可以使用在這個類中定義的操作,-24-,類和對象,對象,實(shí)體,

11、類,抽象數(shù)據(jù)類型,計算機(jī)世界,實(shí) 例 化,抽 象,映 射,映 射,現(xiàn)實(shí)世界,-25-,類是生成對象的模板,類是生成對象的模板 類的定義中包含有產(chǎn)生和刪除對象的操作 一個類定義了使用哪種數(shù)據(jù)表示法來描述屬性 每一個實(shí)例都采用有屬性值的數(shù)據(jù)表示法 一個類通過一系列操作來定義行為 這種操作能在每個實(shí)例中激活,班機(jī),-26-,類和對象的關(guān)系,每一個對象都是某一個類的實(shí)例 每一個類在某一時刻都有零個或更多的實(shí)例 類是靜態(tài)的；它們的存在、語義和關(guān)系在執(zhí)行前就已經(jīng)定義好了 對象是動態(tài)的； 它們在程序執(zhí)行時可以被創(chuàng)建和刪除,-27-,Sample-Object and Class,現(xiàn)實(shí)世界中的學(xué)生對象和對St

12、udent類的建模,Bob,John,Kate,Beverly,Student 屬性 方法,一些學(xué)生對象,Student類,-28-,Agenda-2,Object and Class Four Principles of OO Generalization and Polymorphism Principles of Visual Modeling The UML Process and visual modeling,-29-,Basic Principles of Object Orientation,-30-,抽象,抽象（abstraction）就是過濾掉對象的一部分特性和操作， 直到

13、只剩下所需要的屬性和操作。,一些權(quán)威認(rèn)為抽象對于建模者來說是最重要的技術(shù)， 也就是說要搞清楚什么應(yīng)該納入模型中，什么應(yīng)該舍去。,抽取共同性,例如，準(zhǔn)備編制游戲軟件，其中需要 實(shí)現(xiàn)不同人物使用魔法的功能。 每個人物具有不同的魔法，并具備使 用魔法的行為，抽象得到的人物類圖如：,-31-,Example: Abstraction,一個項(xiàng)目的抽象依賴于定義抽象的上下文,-32-,封裝性-Encapsulation,Hides implementation from clients. Clients depend on interface.,-33-,封裝性,封裝（encapsulation）是軟件模

14、塊化思想的體現(xiàn)，也是面向?qū)ο蟮母局?封裝實(shí)現(xiàn)信息隱藏和數(shù)據(jù)抽象 信息隱藏的出發(fā)點(diǎn)：對象的私有數(shù)據(jù)不能被外界存取，只能以合法的手段訪問 將數(shù)據(jù)抽象為一組行為，而不是內(nèi)部的具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，把用戶隔離在細(xì)節(jié)之外，從而使得軟件各個部分依賴于抽象層，各模塊獲得自由，可以變化細(xì)節(jié)，可以替換,-34-,Professor Clark needs to be able to teach four classes in the next semester.,SubmitFinalGrades(),AcceptCourseOffering(),TakeSabbatical(),Professor Clark,S

15、etMaxLoad(),Name: J Clark Employee ID: 567138 HireDate: 07/25/1991 Status: Tenured Discipline: Finance MaxLoad:4,SetMaxLoad(4),-35-,為什么要封裝,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計：程序 = 算法 + 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),全局?jǐn)?shù)據(jù),算法,算法,算法,算法,一個大問題：如何保證數(shù)據(jù)的一致性？,-36-,范例：數(shù)據(jù)一致性,class ShippingAddress public long cityCode; public String address; ,城市代碼 例如：北京為01 上海為02,郵

16、政地址 “北京朝陽區(qū)靜安里6號”,操作這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的程序員，必須嚴(yán)格遵守一系列業(yè)務(wù)邏輯規(guī)則，否則很容易破壞數(shù)據(jù)的一致性 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計處理大項(xiàng)目時，多人協(xié)同開發(fā)時，本質(zhì)上無法保證數(shù)據(jù)的一致性,class ShippingAddress private long cityCode; private string address; public long ModifyAddress(String address) ,-37-,信息隱藏保證數(shù)據(jù)一致性,通過信息隱藏： 1. 外圍代碼無法隨意訪問底層數(shù)據(jù)，只能以合乎規(guī)范的方式操作數(shù)據(jù) 2. 保證數(shù)據(jù)一致性的邏輯只需正確開發(fā)一次，便可以供所有人反復(fù)使用

17、3. 業(yè)務(wù)邏輯知識被局限起來，協(xié)同開發(fā)難度降低 信息隱藏是面向?qū)ο蟾m應(yīng)大型軟件開發(fā)的根本原因之一,-38-,數(shù)據(jù)隱藏的實(shí)現(xiàn)：C,文件域內(nèi)的數(shù)據(jù)隱藏，粒度太粗 /* 本文件域的私有數(shù)據(jù) */ static int use_count = 0; void func(int arg) +use_count; C的結(jié)構(gòu)體無數(shù)據(jù)隱藏機(jī)制： struct SimpleObject_t int myInteger; void (*setInteger)(int); ;,-39-,數(shù)據(jù)隱藏的實(shí)現(xiàn)：C+,用private訪問級別關(guān)鍵字定義私有數(shù)據(jù)，隱藏內(nèi)部數(shù)據(jù) struct SimpleObject priv

18、ate: int myInteger; public: void setInteger(int i); SimpleObject(int i = 0): myInteger(i) 使用： SimpleObject so(8); so.myInteger = 16; / compile error so.setInteger(16); / OK C+對于對象私有數(shù)據(jù)的隱藏，完全是靠編譯器保證，而由于C+過于強(qiáng)大的指針運(yùn)算能力，編譯器很容易被欺騙，所以,-40-,1 #include 2 using namespace std; 3 4 5 class A 6 7 private: 8 / a 2

19、0,21 int A:GetA() 22 23 return a; 24 25 26 double A:GetB() 27 28 return b; 29 30,-41-,31 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv) 32 33 A test; 34 35 cout before pointer access:n 36 test.a = test.GetA() n 37 test.b = test.GetB() n endl; 38,43 / value changing by pointer! 44 *privateA = 1; 45 *privateB = 2

20、.5; 46 47 cout after pointer access:n test.a = test.GetA() n test.b = test.GetB() n endl; 50 return 0; 51 ,39 / access object test of class A by pointer 40 int* privateA = reinterpret_cast( 42,運(yùn)行后輸出結(jié)果為： before pointer access: test.a = 0 test.b = 0 after pointer access: test.a = 1 test.b = 2.5,-42-,J

21、ava中的數(shù)據(jù)隱藏,so,SimpleObject對象實(shí)體,int myInteger,void setInteger(int i),雖然so本身也是指針（在Java里叫做引用reference），但是Java沒有提供任何指針運(yùn)算，因此無法騙過編譯器，能夠完全保證私有成員數(shù)據(jù)不被非法訪問。,-43-,模塊性-Modularity,Breaks up something complex into manageable pieces Helps people understand complex systems Cohesion（內(nèi)聚）, Coupling（耦合） Class, Component

22、, Package,-44-,模塊化例子,For example, break complex systems into smaller modules.,-45-,Package,A general purpose mechanism for organizing elements into groups A model element that can contain other model elements. A package can be used: To organize the model under development. As a unit of configuration

23、 management.,-46-,A Package Can Contain Classes,The Package, University Artifacts, contains one package and five classes,-47-,層次性-Hierarchy,Any ranking or ordering of abstractions into a tree-like structure Types of Hierarchy：Inheritance, Aggregation,Increasingabstraction,Decreasingabstraction,Eleme

24、nts at the same level of the hierarchy should be at the same level of abstraction,-48-,Agenda-3,Object and Class Four Principles of OO Generalization and Polymorphism Principles of Visual Modeling The UML Process and visual modeling,-49-,Generalization,A relationship among classes where one class sh

25、ares the structure and/or behavior of one or more classes Defines a hierarchy of abstractions in which a subclass inherits from one or more superclasses Single inheritance Multiple inheritance Is an “is a kind of” relationship.,-50-,范例：單一繼承,One class inherits from another,-51-,范例：多重繼承,A class can in

26、herit from several other classes,Use multiple inheritance only when needed and always with caution!,-52-,What Is Inherited?,A subclass inherits its parents attributes, operations, and relationships A subclass may: Add additional attributes, operations, relationships Redefine inherited operations (Us

27、e caution!) Common attributes, operations, and/or relationships are shown at the highest applicable level in the hierarchy,-53-,范例：繼承什么？,class Student protected string name;public string getName() public Account theAccount; class GraduateStudent extends Student 派生類（子類）從基類（超類、父類）中派生，繼承了基類中全部的public和p

28、rotected數(shù)據(jù)成員和方法。所以即使GraduateStudent中沒有定義getName()，也會從Student中得到getName()方法的全部實(shí)現(xiàn) 派生類也會繼承基類中的關(guān)系，因此GraduateStudent與Account也有聚合關(guān)系,-54-,繼承的原始目的,在面向?qū)ο笏枷氚l(fā)展的初期，通過繼承復(fù)用代碼曾經(jīng)被認(rèn)為是面向?qū)ο笞钪匾哪繕?biāo)之一 當(dāng)時人們的想法是：從基類獲得大部分成熟的代碼，實(shí)現(xiàn)主要的功能，而修改必要的部分，實(shí)現(xiàn)特色功能 很遺憾，實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)無法達(dá)成事先預(yù)期的效果,-55-,繼承并非代碼復(fù)用的最佳機(jī)制,繼承在代碼復(fù)用方面不如其它方式靈活有效比如函數(shù)庫 代碼復(fù)用在今天

29、的意義不象先前預(yù)期的那么大，原因是：代碼只是細(xì)節(jié)，系統(tǒng)由接口定義。另外軟件開發(fā)的人力資源越來越豐富，開發(fā)難度大幅降低 但是繼承所提供的代碼復(fù)用仍然是一項(xiàng)重要的“福利”，應(yīng)當(dāng)善加利用 今天繼承的主要意義在于為實(shí)現(xiàn)多態(tài)鋪平了道路,-56-,What Is Polymorphism?,The ability to hide many different implementations behind a single interface,-57-,范例：多態(tài),abstract class Shape public abstract void draw(); class Rectangle extend

30、s Shape / 覆蓋(override)基類方法 public void draw() . /* 繪制矩形 */ class Circle extends Shape / 覆蓋(override)基類方法 public void draw() /* 繪制圓形 */ ,-58-,虛函數(shù)多態(tài),class Shape public: virtual void Draw (void) ; ; class Circle : public Shape public: virtual void Draw (void) ; ; class Sphere : public Shape public: vir

31、tual void Draw (void) ; ,void DrawShape(Shape *aShape) aShape-Draw(); main() Shape aShape; Circle aCircle; Sphere aSphere; DrawShape( ,-59-,應(yīng)用多態(tài)性,假設(shè)我們有一個數(shù)組sharr，里面放著一排Shape，但是不知道哪些是Rectangle，哪些是Circle。利用多態(tài)性，我們可以： for (int i = 0; i sharr.length； +i) Shape shape = (Shape)sharri; shape.draw(); 遍歷整個數(shù)組的過

32、程中，各個Shape自己知道應(yīng)當(dāng)如何在畫布上繪制自己。shape.draw()這同一行代碼在shape指向不同的對象時表現(xiàn)出不同的行為，這就是所謂多態(tài)性,-60-,Agenda-4,Object and Class Four Principles of OO Generalization and Polymorphism Principles of Visual Modeling The UML Process and visual modeling,-61-,What Is a Model?,A model is a simplification（簡化） of reality,-62-,Wh

33、y Model?,Modeling achieves four aims: Helps you to visualize a system as you want it to be. Permits you to specify the structure or behavior of a system. Gives you a template that guides you in constructing a system. Documents the decisions you have made. You build models of complex systems because

34、you cannot comprehend such a system in its entirety You build models to better understand the system you are developing,-63-,建模的意義,模型是對現(xiàn)實(shí)的簡化，建模是為了更好地理解系統(tǒng)。 模型幫助我們按照實(shí)際情況或需求對系統(tǒng)可視化；(掌握不了文字，畫幅畫代替) 模型允許我們詳細(xì)說明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為； 模型給出了一個構(gòu)造系統(tǒng)的模板； 模型對我們作出的決策進(jìn)行文檔化。（先有文檔，再有代碼）,-64-,The Importance of Modeling,Paper Airpla

35、ne,Fighter Jet,Less Important,More Important,-65-,Principle 1: The Choice of Model Is Important,The models you create profoundly influence how a problem is attacked and how a solution is shaped In software, the models you choose greatly affect your world view Each world view leads to a different kin

36、d of system,-66-,Principle 2: Levels of Precision May Differ,Every model may be expressed at different levels of precision（精度） The best kinds of models let you choose your degree of detail, depending on: Who is viewing the model Why they need to view it,-67-,Principle 3: The Best Models Are Connecte

37、d to Reality,All models simplify reality A good model reflects potentially fatal characteristics The trick is to be sure that your simplifications dont mask any important details. A good model reveals any potentially fatal flaws in design,-68-,Principle 4:No Single Model Is Sufficient,No single mode

38、l is sufficient. Every non-trivial system is best approached through a small set of nearly independent models. Create models that can be built and studied separately, but are still interrelated,-69-,建模的原理,選擇創(chuàng)建什么模型對如何動手解決問題和如何形成解決方案有意義深遠(yuǎn)的影響。 三只小豬蓋房子 摩天大廈 每一種模型可以在不同的精度級別上表示。 最好的模型可以讓你根據(jù)觀察的角色及原因選擇它的詳細(xì)程

39、度。 對每個系統(tǒng)最好用一組幾乎獨(dú)立的模型去處理。 飛機(jī)模型,-70-,Agenda-5,Object and Class Four Principles of OO Generalization and Polymorphism Principles of Visual Modeling The UML Process and visual modeling,-71-,The UML,UMLYou Must Learn UMLUnified Modeling Language UML是一種標(biāo)準(zhǔn)的圖形化建模語言，它是面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計的一種標(biāo)準(zhǔn)表示，它： 不是一種可視化的程序設(shè)計語言，而是一種可

40、視化的建模語言 不是工具或知識庫的規(guī)格說明，而是一種建模語言規(guī)格說明，是一種表示的標(biāo)準(zhǔn) 不是過程，也不是方法，但允許任何一種過程和方法使用它,-72-,What Is the UML?,The UML is a language for Visualizing Specifying Constructing Documenting the artifacts of a software-intensive system,Unified Modeling Language（統(tǒng)一建模語言）是對象管理組織（OMG）制定的一個通用的、可視化的建模語言標(biāo)準(zhǔn)，可以用來可視化（visualize） 、描述（

41、specify）、構(gòu)造（construct）和文檔化（document）軟件密集型系統(tǒng)的各種工件（artifacts，又譯制品）,-73-,UML是標(biāo)準(zhǔn)的符號,1. 用UML畫圖很容易,擺脫符號煩惱,全心面對問題,2. UML僅僅是一種表達(dá)形式,用好UML首先需要掌握OOAD的基本原則和方法，并在一定的軟件開發(fā)過程（如統(tǒng)一過程UP/USDP/RUP、XP等）的指導(dǎo)下進(jìn)行有取舍的運(yùn)用,但知道要畫什么是困難的！,-74-,選擇UML-1,Martin Flower：如果你正在使用其它的舊技術(shù)，我強(qiáng)列建議您馬上轉(zhuǎn)用UML，因?yàn)樗黠@地將成為符號系統(tǒng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。如果你正在考慮開始使用設(shè)計符號來工作，U

42、ML是一個好的選擇，因?yàn)樗呀?jīng)統(tǒng)治業(yè)界了,-75-,選擇UML-2,UML不是萬能的，很多場合并不適合使用 1）傳統(tǒng)的做法已完全適用，對OOAD的要求也不高，項(xiàng)目非常成功，無任何改進(jìn)的必要 2）開發(fā)的系統(tǒng)比較簡單，直接用源碼配上少量的文字就能解決問題，軟件開發(fā)文檔也無需添加圖形來輔助說明 3）開發(fā)人員更習(xí)慣于直接閱讀源碼，用源碼交流，這樣做不影響工作效率和質(zhì)量 4）開發(fā)的系統(tǒng)本身不屬于OO方法、UML適用范圍,-76-,選擇UML-3,很多情況下，推薦使用UML： 1）OO方法是項(xiàng)目決定采用的方法論，是整個項(xiàng)目或產(chǎn)品成功的關(guān)鍵 2）開發(fā)人員感覺用源碼說明不了真正的問題，希望利用可視化建模語言簡

43、化文檔，提高交流效率，準(zhǔn)確抓住問題本質(zhì) 3）系統(tǒng)的規(guī)模和設(shè)計都比較復(fù)雜，需要用圖形抽象地表達(dá)復(fù)雜的概念，增強(qiáng)設(shè)計的靈活性、可讀性和可理解性，以便暴露深層次的設(shè)計問題，降低開發(fā)風(fēng)險 4）組織希望記錄已成功項(xiàng)目、產(chǎn)品的公共設(shè)計方案，在開發(fā)新項(xiàng)目時可以參考、重用過去的設(shè)計，以節(jié)省投入，提高開發(fā)效率和整體成功率 5）有必要采用一套通用的圖形語言和符號體系描述組織的業(yè)務(wù)流程和軟件需求，促進(jìn)業(yè)務(wù)人員、軟件開發(fā)人員之間一致、高效的交流,-77-,UML發(fā)展背景,面向?qū)ο蠼ＵZ言產(chǎn)生于1970年代中期 1990年代初，建模語言數(shù)量達(dá)到50多種 眾多語言各有千秋，缺乏通用性 語言之間的細(xì)小差別妨礙了用戶的交流

44、1990年代中期，三位主要的OO建模大師：Booch,Rumbaugh,Jacoson開始致力于建立統(tǒng)一建模語言的工作,-78-,三位面向?qū)ο蟠髱?-79-,UML誕生,公眾 反饋,OOPSLA95 Unified Method 0.8,工業(yè)化 標(biāo)準(zhǔn)化 統(tǒng)一化 分散的 各部分,Booch93 OMT-2,1996.6和1996.10 UML 0.9&0.91,1997.9公布 UML 1.1,1997.1公布 UML 1.0,合作伙伴意見,1997.11.17 UML 1.1被OMG 接納為標(biāo)準(zhǔn),Booch91 OMT-1 其他方法 OOSE,-80-,UML統(tǒng)一,-81-,Agenda-6,

45、Object and Class Four Principles of OO Generalization and Polymorphism Principles of Visual Modeling The UML Process and visual modeling,-82-,How much you can depend on UML?,The UML is not a process or methodology object-oriented analysis and design Guidelines(指導(dǎo)、準(zhǔn)則) for design Much more important:

46、Skill in designing with objects.,-83-,A Language Is Not Enough to Build a System,-84-,What Is a Process？,Defines Who is doing What, When to do it, and How to reach a certain goal.,-85-,開發(fā)過程概述,傳統(tǒng)開發(fā)過程 瀑布模型 統(tǒng)一軟件開發(fā)過程（RUP）,-86-,傳統(tǒng)開發(fā)過程,瀑布模型,Requirements,Analysis,Design,Implementation,Test,Time,-87-,OOAD的開發(fā)過程,大項(xiàng)目分解為一些子項(xiàng)目 使用UML工具 統(tǒng)一軟件開發(fā)過程(RUP)是一個迭代、遞增的開發(fā)過程,-88-,RUP的軟件開發(fā)生命周期,-89-,Overview of the Unified Process,The Unified Process is Iterative and incre