《软件工程引论教学课件》第6章 面向对象设计共77页
合集下载
软件工程 面向对象分析与设计PPT课件
面向过程
围绕功能，函数，数据公用，兼顾很多细节 系统规模大、数据多、操作烦杂，程序员难以应付 厂长，直接指挥每一个工人选用材料生产汽车
面向对象
面对的是一个个对象 实际上，每一组数据有特定的用途，一组操作调用一组数据，
将这组数据和操作代码，封装成一个对象，与外界相对隔离， 相对独立 厂长－车间1（发动机）车间2（轮胎）车间3（底盘）…… 类，对象，对象间接送消息，完成任务 降低难度，减少出错机会
面向对象分析的基本过程
面向对象分析法体现 在过程上的特点：不 强调活动的顺序，允 许各种活动的交替、 回溯进行
定义use case
发现对象
原
详
型 开
定义属性及服务
细 说
发
明
建立结构与连接
划分主题
建立交互图
1.23
© 2009 by Duym
Software Engineering
面向过程(po)与面向对象(OO)
利用自己已建立的类，或别人的放在类库中的类，缩短开 发周期
1.14
© 2009 by Duym
Software Engineering
2.5多态（polymorphism）
一班、二班、三班 铃声响了，走进不同的教室，上不同的课程
向不同的对象，发出相同的消息，执行不同的 操作
鼠标双击文件，exe文件则运行该文件，doc文件则运行 word打开该文档
对象模型是客观世界对象、属性以及对象彼 此间关系的抽象表达，描述了系统的静态结 构
表示方法
类与对象 结构与连接
一般特殊关系，分类关系，归纳关系，继承 整体部分关系，组成关系 实例连接，对象间属性之间的静态联系 消息连接，对象行为之间的动态联系
第6 章 面向对象的软件设计PPT课件
第6 章 面向对象的软件设计
（7）效率 （8）持久保存对象 （9）参数化类 （10）开发环境 2．面向对象语言的选择 （1）可复用性 （2）类库和开发环境 （3）其他因素
第6 章 面向对象的软件设计
6.4.2 程序设计风格 1．提高可重用性 （1）提高方法的内聚 （2）减小方法的规模 （3）保持方法的一致性 （4）把策略与实现分开 （5）全面覆盖
第6 章 面向对象的软件设计
举例：
第6 章 面向对象的软件设计
6.3 详细设计
6.3.1 系统详细设计 1．细化和重组类 2．增加遗漏的属性，指定属性的类型和可见性 3．分配职责，定义执行每个职责的方法 通用职责分配软件模式 ： （1)专家模式：应该将职责分配给信息专家 （2）创建者模式：如果类A和类B满足下列条件中的一个，
第6 章 面向对象的软件设计
2．详细设计 （1）细化、补充类的属性和操作 （2）设计类操作的实现算法 （3）优化数据访问路径 （4）实现外部交互式的控制 （5）调整类结构，增加继承性 （6）设计类之间的关联的实现方式 （7）确定对象属性的精确表示 （8）把类和关联打包归纳到模块中
第6 章 面向对象的软件设计
(6) 尽量不使用全局信息 （7）利用继承机制
第6 章 面向对象的软件设计
2．提高可扩充性 （1）封装实现策略 （2）不要用一个方法遍历多条关联链 （3）避免使用多分支语句 （4）精心确定公有方法 3．提高健壮性 （1）预防用户的操作错误 （2）检查参数的合法性 （3）不要预先确定限制条件 （4）先测试后优化
只和该子系统中的其他类协作； ✓ 子系统的数量不宜太多； ✓ 可以在子系统内部再次划分，以降低复杂度。
第6 章 面向对象的软件设计
6.2.2 物理体系结构建模 用构件图和部署图来描述系统的物理体系结构 1．构件图 构件图就是描述构件类及其它们之间的关系。 （1）构件间的依赖关系：主要是依赖关系，用
软件工程06第六章：面向对象学导论
通常，客观世界中的实体既具有静态的属性，又具有 动态的行为。 软件系统本质上是信息处理系统。数据和处理原本是 密切相关的，把数据和处理人为地分离成两个独立的 部分，会增加软件开发的难度。 面向对象方法学所提供的“对象”概念，是让软件开 发者自己定义或选取解空间对象，然后把软件系统作 为一系列2．定义服务 每个对象应该知道怎样完成自己负责提供的服务功能 ，使用者只需向对象发送消息提出要求即可。 本例每个类中定义的属性都是简单变量，因此，实现 常规服务（即读/写属性值）的算法非常简单，仅用一 条读/写语句即可实现。
第六章：面向对象方法学导论
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9
第六章：面向对象方法学导论
传统的软件工程方法学 曾经给软件产业带来了巨大 进步，部分地缓解了软件危机，使用这种方法学开发 的许多中、小规模软件项目都获得了成功。但是，当 把这种方法学应用于大型软件产品的开发时，却很少 取得成功。 在20世纪60年代后期出现的面向对象编程语言Simula67中首次引入了类和对象的概念，自20世纪80年代中 期起，人们开始注重对面向对象分析和设计的研究， 从而逐步形成了面向对象方法学。到了20世纪90年代 ，面向对象方法学已经成为人们在开发软件时首选的 范型。可以说，面向对象技术是当前最好的软件开发 技术。
面向对象的要点
① 认为客观世界是由各种对象组成的，任何事物都是 对象，复杂的对象可以由比较简单的对象以某种方式 组合而成。 ② 把所有对象都划分成各种对象类，每个对象类都定 义了一组数据和一组方法。 ③ 按照子类（或称为派生类）与父类（或称为基类） 的关系，把若干个对象类组成一个层次结构的系统（ 也称为类等级）。 ④ 对象彼此之间仅能通过传递消息互相通信。
软件工程导论面向对象方法学引论第六张海潘编著分析PPT学习教案
对象响应消息时，按照消息模式找出与之匹配的 方法，并执行该方法。
第11页/共79页
2、对象的定义
从动态角度或对象的实现机制来看，对象是一台自动机来
模拟: 具有内部状态S，操作fi(i=1，2，…，n)，且与操作fi对应
的状态转换函数为gi(I=1，2，…，n)的一个对象。
输入fi , X
状态 S
第20页/共79页
7、继承 继（承，In是h子e类ri自ta动n地c共e）享基类中定义的数据和
方法的机制。
类A A的操作 A的变量
A的实例a1 类A
A的实例变量
类B：A的子类 从A的继承特性
B的操作 B的变量
B的实例b1 类B
继承来的A的实例变量
B的实例变量
图9.4 实现继承机制的原理
第21页/共79页
按键来操作； 按下“Play(放音)”键，则录音带正向转动，通过喇叭放出录音带中
记录的歌曲或其他声音； 按下“Record(录音)”键，则录音带正向转动，在录音带中录下新
的音响；
完成放音、录音的各种功能的电子线路被装在录音机的外壳中，人 们无须了解这些电子线路的工作原理就可以随心所欲地使用录音机 。
继承举例
第22页/共79页
8、多态性（Polymorphism）
多态性，指子类对象可以象父类对象那样使用，同样 的消息既可以发送给父类对象，也可以发送给子类对象。
即不同等级的类，可以公用一个方法的名字。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。
第23页/共79页
9、重载（Overloading）
使用对象的时候，只能通过对象与外界的界面来 操作；
操作时，只需知道该操作的名字和所需要的参数 ，不需要知道这些操作是如何实现的；
第11页/共79页
2、对象的定义
从动态角度或对象的实现机制来看，对象是一台自动机来
模拟: 具有内部状态S，操作fi(i=1，2，…，n)，且与操作fi对应
的状态转换函数为gi(I=1，2，…，n)的一个对象。
输入fi , X
状态 S
第20页/共79页
7、继承 继（承，In是h子e类ri自ta动n地c共e）享基类中定义的数据和
方法的机制。
类A A的操作 A的变量
A的实例a1 类A
A的实例变量
类B：A的子类 从A的继承特性
B的操作 B的变量
B的实例b1 类B
继承来的A的实例变量
B的实例变量
图9.4 实现继承机制的原理
第21页/共79页
按键来操作； 按下“Play(放音)”键，则录音带正向转动，通过喇叭放出录音带中
记录的歌曲或其他声音； 按下“Record(录音)”键，则录音带正向转动，在录音带中录下新
的音响；
完成放音、录音的各种功能的电子线路被装在录音机的外壳中，人 们无须了解这些电子线路的工作原理就可以随心所欲地使用录音机 。
继承举例
第22页/共79页
8、多态性（Polymorphism）
多态性，指子类对象可以象父类对象那样使用，同样 的消息既可以发送给父类对象，也可以发送给子类对象。
即不同等级的类，可以公用一个方法的名字。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。
第23页/共79页
9、重载（Overloading）
使用对象的时候，只能通过对象与外界的界面来 操作；
操作时，只需知道该操作的名字和所需要的参数 ，不需要知道这些操作是如何实现的；
软件工程 6 面向对象分析
例：复查“图书借阅管理系统“中的参与者与用 例
建立用例图
第六章 面向对象分析
标题 用例名称： 用例标识号： 简要说明： 前置条件：
基本事件流：
其他事件流：
异常事件流：
后置条件：
编写用例描述
说明
借阅图书。
UC204
读者可通过此用例借阅图书，借阅成功后修改读者和图书的状态。
读者选择要借阅的图书。
⒈ 判断该读者的状态是否为正常。 ⒉ 判断该图书的状态是否为正常可借。 ⒊ 判断读者是否还能借阅图书，即是否已到最大借阅数。 ⒋ 上述条件都满足时，修改读者的状态和图书的状态，完成借阅过程。 ⒌ 用例结束。
需求人员事前准备 访谈内容的设计，列出大纲 访谈方式 可以全面了解用户的业务 不适用于大规模用户
访谈-用户访谈问题大纲第六章 面向对象分析
1. 用户情况
姓名：
（用户姓名）
公司及部门：
（用户所在公司及部门）
职务：
（用户在公司中的职务）
主要职责：
（用户在公司中所负的主要职责）
（注：多留些空白，以记录其他基本情况）
第六章 面向对象分析
访谈-用户访谈问题大纲（续）
4. 反馈理解情况 业务问题理解： 有否补充问题： 5. 询问非功能需求 可靠性预期： 性能预期： 维护和服务预期： 安全需求： 安装和配置需求： 其它需求： 6. 总结 访谈之后如何联系： 用户参加需求审阅： 需求优先级：
（对刚才询问用户的业务问题，用自己的话复述问题，以确认问题没有被误解） （用户对刚才的理解是否有需要补充之处）
用例向与之关联的角色输出什么信息？ 用例需要对哪些硬件设备进行操作？ 例：“图书借阅管理系统“中类的识别
第六章 面向对象分析
建立用例图
第六章 面向对象分析
标题 用例名称： 用例标识号： 简要说明： 前置条件：
基本事件流：
其他事件流：
异常事件流：
后置条件：
编写用例描述
说明
借阅图书。
UC204
读者可通过此用例借阅图书，借阅成功后修改读者和图书的状态。
读者选择要借阅的图书。
⒈ 判断该读者的状态是否为正常。 ⒉ 判断该图书的状态是否为正常可借。 ⒊ 判断读者是否还能借阅图书，即是否已到最大借阅数。 ⒋ 上述条件都满足时，修改读者的状态和图书的状态，完成借阅过程。 ⒌ 用例结束。
需求人员事前准备 访谈内容的设计，列出大纲 访谈方式 可以全面了解用户的业务 不适用于大规模用户
访谈-用户访谈问题大纲第六章 面向对象分析
1. 用户情况
姓名：
（用户姓名）
公司及部门：
（用户所在公司及部门）
职务：
（用户在公司中的职务）
主要职责：
（用户在公司中所负的主要职责）
（注：多留些空白，以记录其他基本情况）
第六章 面向对象分析
访谈-用户访谈问题大纲（续）
4. 反馈理解情况 业务问题理解： 有否补充问题： 5. 询问非功能需求 可靠性预期： 性能预期： 维护和服务预期： 安全需求： 安装和配置需求： 其它需求： 6. 总结 访谈之后如何联系： 用户参加需求审阅： 需求优先级：
（对刚才询问用户的业务问题，用自己的话复述问题，以确认问题没有被误解） （用户对刚才的理解是否有需要补充之处）
用例向与之关联的角色输出什么信息？ 用例需要对哪些硬件设备进行操作？ 例：“图书借阅管理系统“中类的识别
第六章 面向对象分析
《软件工程》-电子教案 第6章 面向对象技术
系统设计过程 子系统设计 人机交互设计 任务管理设计 数据管理设计
6.4.1
系统设计过程
面向对象设计分为系统结构设计和对象设 计。在分析完成之后，对象设计之前，系统结 构设计要确定给出一个解的框架，实现系统的 策略和目标系统的高层结构。系统高层结构是 在时间和空间、软件和硬件等系列之间作出权 衡，例如子系统的划分、内在的并发、子系统 对硬软件的分配、数据管理资源协调以及边界 条件和优先权。
3．动态模型 描述系统的动态行为,通过时序图/协作图 描述对象的交互,以揭示对象间如何协作 来完成每个具体的用例,单个对象的状态 变化/动态行为可以通过状态图来表达。
6.3 面向对象的分析
6.3.1论域分析（Domain Analysis） 6.3.2应用分析（ Analysis）
【本章重点】
面向对象、类、继承、封装、多态等 面向对象技术中的概念； 面向对象的开发模型； 面向对象的分析； 面向对象的系统设计过程； 子系统设计、人机交互设计、任务管 理设计和数据管理设计； 面向对象的实现；
6.1 面向对象技术的概述
面向对象技术中的“对象”和“面向对象”的 关系是这样的， 面向对象(Object-oriented)= 对象(Object )+ 类(Classification)+继承 (Inheritance)+通信(Communication)。
面向对象实现主要包括两项工作： 把面 向对象设计结果翻译成用某种程序语言 书写的面向对象程序；测试并调试面向 对象的程序。具体测试并调试的过程将 在第9章软件测试中具体讲解。
对于交互系统，人机交互包括指定窗口和报表 的形式、系统响应时间和设计命令层次等内容。 人机交互设计融合了一般交互、信息显示和数 据输入的设计，整体上控制全局性，以保持界 面的设计的友好高效。
《软件工程》第6章 面向对象的软件开发技术2
– 实现表示对该契约的具体实现细节(如何做)
• 例：接口/子系统、用例/用例实现、操作/方法…
北京大学远程教育课程
Software Engineering_Chapter6－21
通用划分(续)
• 类型和角色的分离(新增)
– 任何作为其它实体结构的一部分实体(如属性)都具有两个方面的特 性：
• 从固有类型派生出来的含义 • 在语境中的角色派生出来的含义
北京大学远程教育课程
Software Engineering_Chapter6－24
构造型（stereotypes）
• 构造型（stereotypes）
– 根据模型中的其他元素定义一个新元素 – 建立在UML已定义的模型元素基础上
– 可以用于所有的UML模型元素，如类、关联、用例、构件等
– 每个UML元素只能定义一种构造型 – UML规范提供了一些预定义的构造型
UML发展背景
• 90年代：面向对象分析设计方法学之战 • 方法大战
– B.H. Sellers等提出喷泉模型 – G. Booch提出面向对象开发OMT方法等 – P. Coad和E.Yourdon提出OOA和OOD – Jacobson提出OOSE – ……
北京大学远程教育课程
Software Engineering_Chapter6－8
– 主要UML 1.3、UML 1.4 – 2003年3月正式发布UML 1.5
• UML 2.0
– 2003年6月OMG采纳了UML 2.0的Superstructure的提案 – 2005年7月正式发布Infrastructure和Superstructure – OCL, XMI, MDA, ….？
Software Engineering_Chapter6－14
软件工程课件Ch_6 面向对象基础
详细描述的（Specifying）
详细描述意味着建立精确的和无歧义的模型 UML 为所有重要的分析、设计和实现决策提供 了精确的、无歧义的和完整的描述。
33
6.3.1 什么是UML
构造的（ Constructing ）
UML 不是一种可视化的编程语言，但它所描述的 模型可以映射成不同的编程语言，如 JAVA、C++ 和 Visual Basic 。 正向工程：从 UML 模型到编程语言的代码生成。 逆向工程：由编程语言代码重新构造 UML 模型
12
6.2.1 面向对象基本概念
属性是用来描述对象静态特征的一个数据 项。 服务是用来描述对象动态特征（行为）的 一个操作序列。
13
6.2.1 面向对象基本概念
2.类（Class）是具有相同属性和服务的一组 对象的集合，它为属于该类的全部对象提 供了统一的抽象描述，其内部包括属性和 服务两个主要部分。 类代表一个抽象的概念或事物，对象是在 客观世界中实际存在的类的实例。 类体现了人们认识事物的基本思维方法： 分类 问题：类还是对象？
软件开发的常见问题
需求的错误
• 不完整、不一致、不明确 • 开发人员和用户无法以同样的方式说明需求
需求的变化
• 需求在整个项目过程中始终发生变化 • 设计后期发生改变
持续的变化
• 系统功能不断变化 • 许多变化出现在项目后期 • 维护过程中发生许多变化
系统结构的崩溃
• 系统在不断的变化中最终变得不可用
1
问题的解决方法
解决方法
严格的需求和规划阶段 设计系统结构使其适应变化
分析
问题域相对而言是稳定的
银行系统：帐户、客户、ATM
系统功能和数据表示极有可能发生变化
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
面向对象的设计（OOD）概述
什么是面向对象设计
OOD——按实现条件对OOA模型进行调整，并补充几个新的 组成部分（也是由对象构成）
与实现有关的因素：
图形用户界面系统
OOA 模型
硬件、操作系统及网络 数据管理系统
补充
其他——编程语言、可复用
OOA与OOD的关系：
1、从OOA到OOD不是转换；
MiniLibrary：识别设计元素
MiniLibrary：识别设计元素
识别子系统接口
在确定了设计元素之后，需要描述子系统的行为，也 就是准确定义接口操作的集合。同时，还要确定“子 系统接口”与其他设计元素之间的依赖关系
数据存储策略
数据文件
数据文件是由操作系统提供的存储形式，应用系统将数 据按字节顺序存储，并定义如何以及何时检索数据
定义关系
在详细设计阶段，需要进一步确定详细的关联关 系、依赖关系和聚合关系等 不同对象之间的可能连接
12
MiniLibrary：软件体系结构
MiniLibrary：软件体系结构
MiniLibrary：软件体系结构
识别设计元素
识别设计元素
确定设计元素的基本原则
如果一个“分析类”比较简单，代表着单一的逻辑抽 象，那么可以将其映射为“设计类” 如果一个“分析类”的职责比较复杂，很难由单个“ 设计类”承担，则应该将其映射成“子系统接口” 子系统的划分应该符合高内聚低耦合的原则
在辅助模型中要增加分别用 于描述构件模型和部署模型 的构件图和部署图
OOD过程模型 ➢问题域部分的设计 ➢人机交互部分的设计 ➢控制流管理部分的设计 ➢数据管理部分的设计 ➢构件部署部分的设计
前4项不强调次序
每个部分均采用与OOA一致的概念、表示法及活动，但具 有自己独特的策略。
进行构件部署设计要在其前面四个部分完成后进行。
何时选择关系数据库
复杂的数据查询 数据集规模大
何时选择面向对象数据库
数据集处于中等规模 对象间没有规则联系
部署子系统
部署图反映了系统中软件和硬件的物理架构，表示系统运 行时的处理节点以及节点中组件的配置
MiniLibrary系统的部署图
详细设计
详细设计需要细化分析和系统设计产生的模型，确定新的 设计对象，消除问题域与实现域之间的差距 详细设计模型可以分割成类的集合，通常由单个开发人员 实现
统一建模语言UML
图：部署图
面向对象的设计
面向对象设计的过程
体系结构 设计说明
详细 设计说明
系统设计
设计系统的体系结构
选择合适的体系结构策略，建立系统的总体结构
识别设计元素
识别类和子系统 识别子系统接口
定义数据的存储策略 部署子系统
选择硬件配置和系统平台，将子系统分配到相应 的物理节点
检查系统设计
——是调整和增补
将OOA模型搬到OOD； 进行必要的调整， 作为OOD模型的问题域 部分；
增补其它部分，成为完 整的OOD模型。
OOA 模型
控制驱动部分
人
数
机 交
问题域
据 管
互 部分 理
部
部
分
分
构件部署部分
9
2、采用一致的概念和表示法
——不存在分析与设计之间的鸿沟
分析
数据流图 （DFD）
设计
模块结构图 （MSD） 实体-关系图（ERD）
具体说明属性的名称、类型、缺省值、可见性等
基本原则
将所有属性的可见性设置为private; 仅通过set方法更新属性； 仅通过get方法访问属性； 在属性的set方法中，实现简单的有效性验证，而在独立 的验证方法中实现复杂的逻辑验证。
定义属性
定义状态
在详细设计阶段，状态建模一般只发生在依赖状 态展示不同行为的类上
详细设计的主要任务
精化类的属性和操作
－明确定义操作的参数和基本的实现逻辑 －明确定义属性的类型和可见性
明确类之间的关系 整理和优化设计模型
详细设计
边界类的设计策略
用户界面设计因素
－用户界面的开发工具 －所创建的界面数量
外部系统接口类
实体类的设计策略
考虑性能需求对实体对象的影响
控制类的设计策略
是否真正需要？是否应该继续细化？ 考虑复杂性、变化适应性、分布性和性能、事务处 理等要求
统一建模语言UML
图：活动图
活动图反映系统中从一个活动到另一个活动的流 程，强调对象间的控制流程
统一建模语言UML
图：组件图
组件图描述组件以及它们之间的关系，表示系统 的静态实现视图
统一建模语言UML
图：部署图
部署图反映了系统中软件和硬件的物理架构，表 示系统运行时的处理节点以及节点中组件的配置
关系数据库
在关系数据库中，数据是以表的形式存储在预先定义好 的称为Schema的类型中
面向对象数据库
与关系数据库不同的是，面向对象数据库将对象和关系 做为数据一起存储
数据存储策略
何时选择文件
存储大容量数据、临时数据、低信息密度数据
何时选择数据库
并发访问要求高、系统跨平台、多个应用程序使用相同 数据
属性赋值
+ setName(name : String) + setAddress(address : String)
其他
+ addLoan(theLoan : Loan) + removeLoan(theLoan : Loan) + isAllowed() : Boolean ……
定义属性
定义属性
OOA
OOD
一致的
OO模型
概念 一致的
OO模型
表示法
传统方法分析与设 计之间的鸿沟
面向对象的分析与设计 之间不存在鸿沟
3、有不同的侧重点和不同的策略
OOA主要针对问题域，识别有关的对象以及它们之间的 关系，产生一个满足用户需求，独立于实现的OOA模型。
OOD主要解决与实现有关的问题，基于OOA模型，针
对具体的软、硬件条件（如机器、网络、OS、GUI、
DBMS等）产生一个可实现的OOD模型。
10
OOD模型和过程
OOD模型
——从两个侧面来描述
从另一侧面观察 OOD模型每个部分 如何用OO概念表达 ——采用OOA的概念
及 模型组织方式
从一个侧面观察 OOD模型包括几个主
要部分 ——一个核心部分加
几个外围部分
定义操作
定义操作的过程
找出满足基本逻辑要求的操作 补充必要的辅助操作
－初始化类的实例 －验证两个实例是否等同 －……
完整地描述操作
－确定操作的名称、参数、返回值、可见性等 －应该遵从程序设计语言的命名规则
简要说明操作的内部实现逻辑
定义操作
举例：BorrowerInfo类
构造函数
<<class>> + new()