软件工程第07章

第7章 面向对象的软件工程
B
继承 继承部分 增加部分 A
图7.3
简单继承
第7章 面向对象的软件工程
B1
…
Bn
继承
继承
A
图7.4
多重继承
第7章 面向对象的软件工程 5. 封装性(Encapsulation) 封装是面向对象的一个重要概念。封装是一种信息隐蔽技 术，用户只能见到对象封装界面上的信息，对象内部对用户是 隐蔽的。也就是说，用户只知道某对象是“做什么”的，不知道 “怎么做”。封装将外部接口与内部实现分离开来，用户不必知道 行为实现的细节，只须用消息来访问该对象。 封装体现了良好的模块性，它将定义模块和实现模块分 开。封装使对象的内部软件的范围有清楚边界，有一个描述该 对象和其他的对象之间通信的接口；使得模快内部的数据受到 很好的保护，避免外部的干扰。封装大大增强了软件的维护 性、修改性，这也是软件技术追求的目标。
第7章 面向对象的软件工程
对象名 属性 方法
图7.1 对象
第7章 面向对象的软件工程 2. 类(Class) 1) 类的概念 类是对一个或几个相似对象的描述。类是具有相同(或相似) 属性和操作的对象的集合，类是对象的抽象，而对象是类的具 体化。换句话说，类是对象的模板，而对象是类的实例 (Instance)。
第7章 面向对象的软件工程 2) 类的层次 一个类的上层可以有超类(Superclass)，下层可以有子类 (Subclass)，形成一种层次结构。超类也称基类，子类也称派生 类。这种类之间的结构关系主要有两种：一般与特殊结构关系和 整体与部分结构关系。 一般与特殊结构关系又称为分类结构关系，也就是“is a”关 系。例如，飞机和交通工具都是类，它们之间的关系是“is a”关 系，飞机是一种特殊的交通工具。通常，越上层的类越具有一般 性和共性，越下层的类越特殊、越具体。现实世界中的一般化的 抽象关 多态性(Polymorphism) 当同样的消息可以被送到一个父类的对象和它的子类的对象 上时，被称作多态性。也就是说，在类等级的不同层次中可以共 享(公用)一个行为(方法)的名字，然而，不同层次中的每个类却 各自按自己的需要来实现这个行为，并得到不同的结果。同一个 操作(方法)、函数或过程可以用不同类型的参数调用实现不同的 结果。多态即一个名字可具有多种语义。在面向对象的语言中， 都有实现多态性的机制，可允许每个对象以自己的解释方式来响 应共同的消息。多态性机制不仅增加了面向对象软件系统的灵活 性、可理解性和可维护性，进一步减少了信息冗余，而且显著提 高了软件的可重用性和可扩充性。
第7章 面向对象的软件工程 4. 继承性(Inheritance) 继承性是共享类、子类和对象中的方法和数据的机制。当 类A不但具有类B的属性，而且还具有自己的独特属性时，这时 称类A继承了类B，继承关系常称“即是”(is a)关系。 当类A继承类B时(如图8.3所示)，就表明类A是类B的子类， 而类B是类A的超类。子类A由两部分组成：继承部分和增加部 分。继承部分是从B继承来的，增加部分是专为A编写的新代 码。
第7章 面向对象的软件工程
第7章 面向对象的软件工程
7.1 软件工程的新途径 7.2 面向对象建模 7.3 对象模型 7.4 动态模型 7.5 功能模型
第7章 面向对象的软件工程
7.1 软件工程的新途径
7.1.1 面向对象的思想 在前面，我们介绍了传统的软件工程方法，这部分我们将要 介绍一种新方法。20世纪70年代末，面向对象方法学的一些基本 概念已在系统工程领域内萌发了出来，如对于系统中的某个模块 或构件，可表示为问题空间的一个对象或一类对象。到了20世纪 80年代，面向对象的程序设计方法得到了很快的发展，并显示出 其强大的生命力，因此使面向对象技术在系统工程、计算机、人 工智能等领域得到了广泛的应用。在更高的层次上、更广泛的领 域内开展面向对象技术的热点研究是在20世纪90年代，到目前， 这种技术已得到了广泛的应用，面向对象方法已成为软件工程的 一种新途径。面向对象可以表示为 面向对象(OO，Object Oriented)= 对象+类+继承+通信
第7章 面向对象的软件工程 建模的目的主要是为了减少复杂性。在开发复杂的软件系 统时，系统分析员应该从不同角度抽象出目标系统的特性。使 用精确的表示方法构造系统的模型，验证模型是否满足用户对 目标系统的需求，并在设计过程中逐渐把和实现有关的细节加 进模型中，直至最终用程序实现模型。对于那些特别复杂而不 能直接理解的系统，更需要建立模型，把复杂的系统分解成若 干个子系统、子部分，从而降低系统的复杂程度。
第7章 面向对象的软件工程
7.1.2 面向对象的基本概念 1. 对象(Object) 我们把客观世界的实体称之为问题空间(问题域)的对象。 例如， 一个人可以是一个对象，一条信息可以是一个对象，一 本书可以是一个对象，一家图书馆也可以是一个对象。可见， 对象是以初始的对象为基本元素，经过层层组合而成的。因 此，整个客观世界可认为是一个最复杂的对象。
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接收者 发送者 对象1 消息传递 对象2 消息传递 对象4 对象3 方法
图7.2
消息传递
第7章 面向对象的软件工程 发送消息的对象称为发送者，接收消息的对象称为接收者。 消息中只包含发送者的要求，它告诉接收者需要完成哪些处理， 但并不指示接收者应该怎样完成这些处理。消息完全由接收者解 释，接收者独立决定采用什么方式完成所需的处理。发送一条消 息必须包含接收者的对象名、发送给该对象的消息名(即对象名. 方法名)以及传递消息的参数说明等。参数可以是接收者的局部 变量或所有对象都使用的全局变量。 方法是类中操作的实现过程。一个方法包含方法名、参数和 方法体。当一个对象接收到一条消息后，它所包含的方法决定对 象该做怎样的处理。对象的内部信息是隐蔽的(私有的)，对象间 只能通过消息来连接，而对象私有的数据是用它的方法访问的。
第7章 面向对象的软件工程 2. 面向对象模型 面向对象建模是用面向对象技术和方法来定义、描述问题 域中的软件解的。对问题域的理解，同样也是面向对象方法开 发软件的关键。面向对象方法最基本的原则，是按照人们习惯 的思维方式，用面向对象观点建立问题域的模型，开发出尽可 能自然地表现求解方法的软件。
第7章 面向对象的软件工程 用面向对象方法开发软件，通常需要建立对象模型、动态 模型和功能模型三种模型。对象模型是描述系统数据结构的， 它始终都是目标系统中最关键、最基本、最核心的；动态模型 是描述系统控制结构的；功能模型是描述系统功能的。数据、 控制和操作等是这三种模型都涉及到的共同概念，只不过是各 自描述的侧重点不同罢了。一个典型的软件系统应包含数据结 构(对象模型)、执行操作(动态模型)和完成数据值的变化(功能 模型)。这三种模型从不同但又密切相关的角度模拟目标系统， 它们各自从不同侧面反映了系统的实质性内容，综合起来则全 面地反映了对目标系统的要求。
第7章 面向对象的软件工程 当系统分析员面对复杂的系统束手无策时，建模是一种有 效的方法，模型是一种有效的机制。 建立模型后，需要经受用户和各个领域专家的严格评审。 审查是为了发现错误和找出目标系统中冗余的需求。然后，清 除错误，剔除冗余的需求，挖掘潜在的需求，通过多次修改逐 步优化模型，促使软件开发人员透彻地理解问题，从而为软件 设计奠定坚实的基础。
第7章 面向对象的软件工程 模型是为了理解问题而对问题作出的一种抽象，而且是对 问题的一种无歧义的描述。模型由一组图示符号和组织这些符 号的规则组成，利用它们来定义和描述问题域中的术语和概 念。或者说，模型是一种思考工具，利用它可以把问题的解规 范地表示出来，帮助我们思考问题、定义术语和选择术语以理 解问题。
第7章 面向对象的软件工程 对象是一个由信息及有关对它进行处理的描述所组成的 包。在面向对象的程序设计中，“对象”是系统中的基本运行实 体，也就是说，“对象”是具有特殊属性(数据)和行为方式(方 法)的实体。对象的特殊属性就确定了给定时刻对象的状态， 用数据值来描述它的状态，例如，用学号、姓名、性别、年龄 和专业等数据值描述一个学生对象的状态。与每一个对象相关 的方法定义了该对象上的操作，例如，学生信息登记、学生专 业查询等方法定义了学生对象的操作。因此，对象是数据和操 作的封装体，如图8.1所示。
第7章 面向对象的软件工程 整体与部分结构关系称为组装结构关系，也就是“has a”关 系。例如，飞机和发动机都是类，它们之间的关系是“has a”关 系，发动机是飞机的一部分。通常，上层的类具有整体性，下 层的类具有部分性、成员性。现实世界中的组成的抽象关系用 类的这种结构关系来描述。
第7章 面向对象的软件工程 3. 消息和方法(Message and Method) 消息用来请求对象执行某一处理或回答某些信息的要求。 对象间的通信是通过消息传递来实现的。消息传递是对象间的 一种通信机制。某一对象在执行相应的处理时，如果需要，它 可以通过传递消息请求其他对象完成某些处理工作或回答某些 信息；其他对象在执行所要求的处理活动时，同样可以通过消 息传递与别的对象通信。因此，在面向对象程序设计中，程序 的执行是靠在对象间传递消息来完成的，如图8.2所示。
第7章 面向对象的软件工程 类是一个抽象数据类型的实现，它定义的是一种对象类型， 它描述了属于该类型的所有对象的性质。例如，Integer是一个 类，它描述了所有整数的性质(包括整数的算术运算和大小比较 的实现)，“2”、“3”和“5”等这些具体整数都是Integer这个类的 对象，都具备算术运算和大小比较的处理能力。所以说，类具有 属性，它是对象的状态的抽象，用数据结构来描述类的属性；类 具有操作，它是对象的行为的抽象，用操作名和实现该操作的方 法来描述类的操作。 对象是在执行过程中由其所属的类动态创建的，一个类可以 创建多个不同的对象。类中的所有数据是私有的，该数据必须通 过类的公共接口(成员函数)来访问。
第7章 面向对象的软件工程 面向对象的基本思想是将一个实际问题看成是一个对象或 几个对象的集合。面向对象分析过程是在系统所要求解的问题 中找出对象(属性和行为)以及它所属的类，并定义对象与类； 面向对象设计是把系统所要求解的问题分解为一些对象及对象 间传递消息的过程；面向对象实现是把数据和出路数据的过程 结合为一个对象。对象既可以像数据一样被处理，又可以像过 程一样被描述处理的流程和细节。总之，面向对象分析到面向 对象设计再到面向对象实现(即OOA→OOD→OOI)不用转换。