系统设计之面向对象方法

常说的实例（instance）也会使用对象（object ）一词来替换，两者为同义词。系统运行期间， 会依据类的定义创建对象，如图8-1-21所示。
图8-1-21
类与对象
8.1.3
对象图
对象和类共用矩形图示，不过对象名称下方有底 线，类名称下方没有底线，如图8-1-22所示。对 象名称经常被省略，所以常见带有冒号的类名称 ，这其实是个缺名的对象。
图8-1-5
包等级的属性
8.1.2
3.关联
类图
关联（association）是对象之间最常见的关系， 用来连接有结构关系的对象。请看图8-1-6的例 子，关联的图示为实线，实线两端可以连接两个 不同的类，如图中的个人（person）类和公司（ company）类。 不过，关联的两端也可以连接相同的类，如图81-6中的个人类。虽然，关联两端连接相同的类 ，但它的链接（link）其实是连接两个不同的实 例（instance），只不过这两个实例诞生自相同 的类。
图8-1-12
组合关系
8.1.2
6.泛化
类图
实际上，常用继承（inheritance）一词，但是 UML没有使用继承这个词汇，不过UML提供了泛化 （generalization），来达到子类（subclass） 继承超类（superclass）的目的。 泛化将类分为较为泛化的类和较为特化的类，如 图8-1-13所示。通过泛化，子类可以继承超类预 先定义好的声明。泛化的图示为带有大三角形箭 头的实线，由特化的子类连接指向泛化的超类。
8.1.2
1.类
类图
一群对象（object）享有相同的结构、行为、约 束和语义时，称它们是同类（class）的对象。 换句话说，定义一个类就相当于描述了一群对象 。在类中， 使用属性（attribute） 表达对象 的结构， 使用操作（operation）表达对象的行 为。 如图8-1-1所示，定义员工（worker）类之后，便 可以依据此类的描述产生一群对象。这些 :Worker对象不仅可以共用类所定义的属性，拥 有自己的属性值，还可以共用类所定义的操作， 或者共用约束。
8.1.2
类图
图8-1-4
保护等级的属性
8.1.2
类图
最后来谈包可见性。顾名思义，它是为了包而设置的，它的 符号是否定号，如图8-1-5所示。同包的类可以看见其他 类内部的包属性及操作。所以，从图中可以得知，账户可 以看见顾客类的姓名和地址，但是分行（branch）却无法 看见，因为分行不是S包的成员。
图8-1-22
Worker是缺名的对象
8.1.3
对象图
两个对象之间的关系线称为链接（link），如图 8-1-23所示。
图8-1-23
链接
8.1.4
包图
包图（package diagram ）也是一种结构图，如 图8-1-24所示。包图主要用来为相关的元素分组 。对于拥有大量繁杂元素的项目而言，适合用包 图来维护管理元素。
8.1
8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4
面向对象系统设计
面向对象设计方法概述 类图 对象图 包图
8.1.1
面向对象设计方法概述
1.面向对象程序
程序由一系列协同完成某一任务的一组程序对象 组成。每个程序对象有程序逻辑和一些必要的属 性，这些逻辑和属性封装在一个单元中。对象之 间通过互相传递消息来协调工作，他们共同工作 来完成所需要执行的功能。
8.1.2
类图
图8-1-1
类与对象
类采用三格的矩形图示，顶格放置类名称，中格 放置属性名称，底格放置操作名称。
8.1.2
类图
不过，也可以将类的属性格或操作格隐藏起来，节省 空间，如图8-1-2所示。
图8-1-2
类图示
8.1.2
类图
2.可见性
对象具有封装（encapsulation）属性，可以把数 据结构和行为细节封装起来，外界无法随意存取 。对应UML的类概念，我们会看到类中有属性和 操作，同时可以设定这些成员是否能被外界存取 的可见性（visibility）。以图8-1-3为例，单 笔申购（purchase）封装了一个外界无法存取的 私有属性-金额（amount），以及一个外界可以 调用的公开操作-计算（calculate）。
8.1.2
类图
图8-1-3
私有属性与公开操作
8.1.2
类图
目前，UML预设了四种可见性，分别为公开（ public）、私有（private）、保护（protected ）和包（package）。公开和私有可见性最常见 ，也最容易懂，如图8-1-3所示，减号（-）为私 有可见性，加号（+）为公开可见性。 私有可见性滴水不漏，就连子类也无法看见超类的 私有成员，这样，其实不利于继承机制。所以， UML设置保护等级的可见性，特别开放子类可以 看见超类的保护等级的属性及操作，以便提供更 方便的继承机制。保护可见性的符号是#号（#） ，如图8-1-4所示。
8.1.2
类图
图8-1-9
多重性
8.1.2
类图
5.聚合与组合
关联的两端是平等的，没有孰轻孰重的分别。若 想表达整体-部分（whole-part）关系，可以改 用聚合关系（aggregation）或组合关系（ composition）。 聚合与组合都具有整体-部分的特性，唯一的差别 在于可否分享（share）。聚合关系中的部件（ part object）可以与其他整体（whole object ）分享，但是组合关系中的部件则由整体独自拥 有。先来看聚合关系，聚合端为空心小菱形，如 图8-1-10所示。
图8-1-15
接口
8.1.2
类图
实际上，可能会先设计出接口与实现者，这种接口特别称 为供给接口（provided interface），指由实现类所供 给的接口，也可以改用接口独特的圆形图示，如图8-116所示。
图8-1-16
供给接口
8.1.2
类图
也可以先设计出使用者以及所需要的接口，这时称这类的 接口为需求接口（required interface），其图示为半 圆形，如图8-1-17所示，以便能够一眼区分出该接口为 供给接口或需求接口。
图8-1-17
需求接口
8.1.2
类图
如果把实现者、使用者、需求接口和供给接口全都凑在一 起，可以使用图8-1-18的简图，以节省图面空间。
图8-1-18
简图
8.1.2
9.注释
类图
注释（comment）可以附加在任何元素上，其内放 置说明文字，就像3M的便利贴（Post-it）一样 。注释可以用在任何图中，不局限于类图。注释 的图示是右上角有折角的矩形，通过虚线连接被 注释的元素，如图8-1-19所示。
包图
2.元素导入
元素导入（element import）可以将包内的任一元 素导入到另一个包中。如图8-1-26所示，元素导入 采用带箭头的虚线表示，旁边标上<<import>>关键 字，意味着Program包导入了Time数据类型。
图8-1-26
元素导入
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8.1.4
3.包导入
包图
如果一次导入整个包里的所有元素，可以使用包导 入（package import）。如图8-1-27所示，Order System与Domain DataType之间有包导入的关系， 所以Order System内的Employee和Order可以直接 使用Domain DataType里的Address和Date。
类图
有时候会看到带箭头实线，那是在标示导航性（ navigation），意味着可以由来源端（source end） 导航到箭头所在处的目标端（target end）。如图81-8所示，:Member对象可以链接到:Password对象，但 是反向则不成立，也就是说，无法从:Password对象链 接到:Member对象，因为两者之间是单向的关联。
8.1.2
类图
图8-1-10
聚合关系
8.1.2
类图
因为船（boat）和引擎（engine）之间采用聚合 关系，意味着船为整体，而引擎为它的部件。而 且，倘若a船被删除了，或者a船不再需要这个引 擎而删除之间的链接，b船可以接手使用这个引 擎部件，如图8-1-11所示。
图8-1-11
部件可重用
8.1.2
8.1.2
类图
图8-1-6
关联
8.1.2
类图
关联不一定是二元关联（binary association） ，也可以是多元关联（n-ary association）。 多元关联的图示是连接大菱形的实线，如图8-17所示为三元关联（ternary association）。
图8-1-7
三元关联
8.1.2
8.1.2
类图
例如，结账时需要用到信用卡，所以结账（check out）类依赖信用卡（credit card）类，如图8-114所示。依赖的图示是带箭头虚线，由依赖元素指 向供应者元素。
图8-1-14
依赖
8.1.2
8.接口
类图
接口（interface）如同契约，负责的类必须负责实现 它的公开操作，以及负责维护它的公开属性。以图 8-1-15为例，ProximitySensor类负责实现ISensor 接口内部的active操作与read操作，而TheftAlarm 类则可以使用ISensor接口。
8.1.2
类图
图8-1-13
泛化
8.1.2
7.依赖
类图
某一模型元素需要另一个模型元素所提供的规格 （specification）或实现（implementation） 时，两者之间的关系称为依赖（dependency）。 也就是说，少了供应者元素（supplier element ）的话，依赖元素（depending element）在语 义上（semantically）或者结构上（ structurally）可能会不完整（imcomplete）。 因此，一旦供应者元素变动，很可能会影响到依 赖元素。
8.1.1
面向对象设计方法概述
2.面向对象程序设计的原则
（1）封装：即对象实例化所需的数据与对象包含 在一起，对象的逻辑和类包含在一起，它们组成 了对象的模板。封装简化了调试，因为数据的任 何变化都是由类中的代码所引起的。 （2）信息隐藏：它与封装是相关联的，它使一个 系统中某一对象的数据域不为其他对象所见。一 般来说，在面向对象程序设计中，属性虽不为外 界所见，但它的方法是可见的，即能通过一个外 部消息来调用这些方法。
图8-1-24
包图
8.1.4
1.包
包图
包（package）就像一般的纸箱，可以将相关、欲 放置在一起的东西打包成箱。包的图示是上小下 大的两个重叠矩形，可以将元素放置其内，如图 8-1-25a所示。也可以将包的内容隐藏起来，形 成如图8-1-25b所示，以节省图面空间。
图8-1-25
包
8.1.4
类图
但是，如果图8-1-11改成组合关系，b船就无法重用引擎部 件了。因为组合关系中的整体不会分享部件，所以一旦a 船被删除，或者a船不再需要这个引擎时，a船都会负责将 引擎销毁掉。请看图8-1-12的例子，组合端为实心小菱形 ，意味着视窗（window）被删除时，构成视窗的部件都会 连带被删除，这是常见的组合关系。
本章要点
面向对象程序的基本概念
类图 对象图 包图
8.1
面向对象系统设计
系统分析和设计方法是紧密联系的，如 果分析阶段用的是面向对象模型，那么设计 阶段也应该用面向对象模型完成。面向对象 设计模型在面向对象分析模型和面向对象程 序之间架起了一座桥梁。下面将首先了解面 向对象程序是如何工作的，然后将讨论如何 设计模型以及为了支持面向对象程序设计应 该怎样构建模型。
图8-1-19
注释的图示
8.1.2
类图
10.图书管理系统的类图 参见书P178图8-5.
8.1.3
对象图
对象图（object diagram）也是一种结构图，如 图8-1-20所示，用来呈现系统在特定时刻的对象 （object），以及对象之间的链接（link）。
图8-1-20
对象图
8.1.3
对象图
图8-1-8
导航性
8.1.2
类图
4.多重性
多重性元素（multiplicity element）主要包含 一组上下限数，用来指出可被允许生成的实例（ instance）数量，即最多可以生成多少数目（上 限），最少不得低于多少数目（下限）。关联的 两端以"下限..上限"的格式标示出多重性，如图 8-1-9中的1..*。星号（*）代表无指定上限，下 限最低为0。如果上下限数相同，标示出一个数 目就可以了。因此，可以解读为： 一个顾客（customer）可以拥有一个到多个的账 户（account），但是一个账户只能由一个顾客 所拥有。