第07章 面向对象的分析和设计

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面向对象的基本概念
1. 对象（object） 对象是指一组属性以及这组属性上的专用操 作的封装体。 属性（attribute）通常是一些数据，有时 它也可以是另一个对象。每个对象都有它自己 的属性值，表示该对象的状态。对象中的属性 只能通过该对象所提供的操作来存取或修改。 操作（operation）（也称方法或服务）规 定了对象的行为，表示对象所能提供的服务。
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有的面向对象方法中，把互相协作以完 成一组紧密结合在一起的责任的类的集合定 义为主题(subject)或子系统（subsystem）。 主题和子系统都是一种抽象，从外界观察系 统时，主题或子系统可看作黑盒，它有自己 的一组责任和协作者，观察者不必关心其细 节。观察一个主题或子系统的内部时，观察 者可以把注意力集中在系统的某一个方面。 因此，主题或子系统实际上是系统更高抽象 层次上的一种描述。
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内容摘要
• • • • • • • 面向对象的基本概念 面向对象的分析和设计过程 UML概述 用况建模 静态建模 动态建模 物理体系结构建模
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面向对象分析 Object-Oriented Analysis
面向对象分析的一般步骤如下： 1. 获取客户对系统的需求：包括标识场景（scenario） 和用况（use case，也称用例），以及建造需求模 型
软件工程
第7章 面向对象的分析和设计
内容摘要
• • • • • • • 面向对象的基本概念 面向对象的分析和设计过程 UML概述 用况建模 静态建模 动态建模 物理体系结构建模
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内容摘要
• • • • • • • 面向对象的基本概念 面向对象的分析和设计过程 UML概述 用况建模 静态建模 动态建模 物理体系结构建模
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3) 任务管理设计 Coad和Yourdon提出如下管理并发任务对象的 设计策略： (1) 确定任务的类型； (2) 必要时，定义协调者任务和关联的对象； (3) 将协调者任务和其它任务集成。 通常可通过了解任务是如何被启动的来确 定任务的类型，如事件驱动任务，时钟驱动任 务。每个任务应该定义其优先级，并识别关键 任务。当有多个任务时还可以考虑增加一个协 调者任务，以控制这些任务协同工作。
面向对象设计 （Object_Oriented Design）
面向对象设计的一般步骤如下： 1. 系统设计 • 将子系统分配到处理器
• 选择实现数据管理、界面支持和任务 管理的设计策略 • 为系统设计合适的控制机制 • 复审并考虑权衡（折衷）
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2. 对象设计 • 在过程级别（procedural lavel）设计 每个操作，即设计每个操作的实现细节 • 定义内部类 • 为类属性设计内部数据结构 3. 消息设计 使用对象间的协作和对象--关系模型，设计 消息模型 4. 复审 复审设计模型并在需要时迭代。
triangle
getArea Var p : polygon ; Var t : triangle := triangle.new ; Var r : rectangle := rectangle.new ;
rectangle length width getArea
hexagon
getArea
if 条件 then p := t ; else p := r ; area := p.getarea ;
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交通工具
飞行器
汽车
船
轿车 一般-特殊关系
货车
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如果一个子类只有唯一一个父类，这个继 承称为单一继承。如果一个子类有一个以上的 父类，这种继承称为多重继承。
水上交通工具
陆上交通工具
水陆两栖交通工具 多重继承
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4. 消息（message） 消息传递是对象间通信的手段，一个对象 通过向另一个对象发送消息来请求其服务。 一个消息通常包括接收对象名、调用的操作 名和适当的参数（如果有必要的话）。消息 只告诉接收对象需要完成什么操作，但并不 指示接收者怎样完成操作。消息完全由接收 者解释，接收者独立决定采用什么方法完成 所需的操作。
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封装（encapsulation）是一种信息隐 蔽技术，用户只能看见对象封装界面上 的信息，对象的内部实现对用户是隐蔽 的。封装的目的是使对象的使用者和生 产者分离，使对象的定义和实现分开。
一个对象通常可由对象名、属性和操 作三部分组成。
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2. 类（class） 类是一组具有相同属性和相同操作的对象的 集合。一个类中的每个对象都是这个类的一个 实例（instance）。 类是创建对象的模板，从同一个类实例化的 每个对象都具有相同的结构和行为。
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1. 系统设计 1) 将分析模型划分成子系统 在OO系统设计中，我们把分析模型中紧密 相关的类、关系等设计元素包装成子系统。 通常，子系统的所有元素共享某些公共的 性质，它们可能都涉及完成相同的功能；它 们可能驻留在相同的产品硬件中；或者它们 可能管理相同的类和资源。子系统由它们的 责任所刻画，即，一个子系统可以通过它提 供的服务来标识。在OOD中，这种服务是完 成特定功能的一组操作。
2. 用基本的需求为指南，来选择类和对象（包括属性 和操作）。 3. 定义类的结构和层次。 4. 建造对象—关系模型。 5. 建造对象—行为模型。 6. 利用用况/场景来复审分析模型。 21/276
分析过程
1. 获取客户对系统的需求
需求获取必须让客户与开发者充分地交流，这里 介绍一种采用用况来收集客户需求的技术。分析员 首先标识使用该系统的不同的执行者（actor）， 这些执行者代表使用该系统的不同的角色。每个执 行者可以叙述他如何使用系统，或者说他需要系统 提供什么功能。执行者提出的每一个使用场景（或 功能）都是系统的一个用况的实例，一个用况描述 了系统的一种用法（或一个功能），所有执行者提 出的所有用况构成系统的完整的需求。
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5. 多态性（polymorphism） 多态性是指同一个操作作用于不同的对象 上可以有不同的解释，并产生不同的执行结 果。例如“画”操作，作用在“矩形”对象 上，则在屏幕上画一个矩形，作用在“圆” 对象上，则在屏幕上画一个圆。也就是说， 相同操作的消息发送给不同的对象时，每个 对象将根据自己所属类中定义的这个操作去 执行，从而产生不同的结果。
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6. 动态绑定（dynamic binding） 动态绑定是指在程序运行时才将消息所请 求的操作与实现该操作的方法连接起来。 传统的程序设计语言的过程调用与目标 代码的连接（即调用哪个过程）放在程序运 行前（即编译时）进行（称为静态绑定）， 而动态绑定则是把这种连接推迟到运行时才 进行。 动态绑定是一种在运行时确定被执行代 码的技术。
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多边形 顶点数 顶点坐标 计算面积 旋转
矩形 长 宽 对角线 计算面积 计算对角线
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有时，我们定义一个类，它把一些类组织起 来，提供一些公共的行为，但并不需要使用这 个类的实例，而仅使用其子类的实例。我们把 这种没有实例的类称为抽象类（abstract class）。在抽象类中可以定义抽象操作，抽 象操作指：只定义这个类的操作接口，不定义 它的实现，其实现部分由其子类定义。抽象操 作操作名用斜体字表示，也可以在操作特征 （signature）后面加上特征字符串{abstract}。
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轿
车
张经理的轿车
型号：字符串 颜色：字符串 牌照号：字符串 ．．．．
型号=桑塔纳 颜色=红色 牌照号=沪AN2037 ．．．．
类
实例对象
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3. 继承（inheritance） 继承是类间的基本关系，它是基于层次关系 的不同类共享数据和操作的一种机制。父类中 定义了其所有子类的公共属性和操作，在子类 中除了定义自己特有的属性和操作外，可以继 承其父类（或祖先类）的属性和操作，还可以 对父类（或祖先类）中的操作重新定义其实现 方法。
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4. 建造对象——关系模型 对象--关系模型描述了系统的静态结构， 它指出了类间的关系（relationship）。 类之间的关系有关联、依赖、泛化、实现 等。
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5. 建立对象——行为模型 对象--行为模型描述了系统的动态行为，它 们指明系统如何响应外部的事件或激励 （stimulus）。 建模的步骤如下： • 评估所有的用况，以完全理解系统中交互的 序列。 • 标识驱动交互序列的事件，理解这些事件如 何和特定的对象相关联。 • 为每个用况创建事件轨迹（event trace）。 • 为系统建造状态机图。 • 复审对象--行为模型，以验证准确性和一致 28/276 性。
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(1)
(2) (3) (4)
子系统的设计准则是： 子系统应具有定义良好的接口，通过接口 和系统的其它部分通信； 除了少数的“通信类” 外，子系统中的类 应只和该子系统中的其它类协作； 子系统的数量不宜太多； 可以在子系统内部再次划分，以降低复杂 性。
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2) 标识问题本身的并发性，并为子系统分配 处理器 通过对对象--行为模型的分析，可发现系 统的并发性。如果对象（或子系统）不是同时 活动的，则它们不需并发处理，此时这些对象 （或子系统）可以在同一个处理器上实现。反 之，如果对象（或子系统）必须对一些事件同 时异步地动作，则它们被视为并发的，此时， 可以将并发的子系统分别分配到不同的处理器， 或者分配在同一个处理器，而由操作系统提供 并发支持。
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面向对象方法的出现很快受到计算机软件 界的青睐，并成为20世纪90年代的主流开 发方法。我们可以从下列几个方面来分析其 原因：
1. 从认知学的角度来看，面向对象方法符合人 们对客观世界的认识规律。 2. 面向对象方法开发的软件系统易于维护，其 体系结构易于理解、扩充和修改。 3. 面向对象方法中的继承机制有力支持软件的 复用。