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第六章面向对象的软件工程
一、复习要求
1.了解面向对象的概念,包括什么是范型,面向对象的概念,对象和对象的分类等
2.了解用面向对象方法构造软件的__过程,包括应用生存期和类生存期的概念
3.了解面向对象分析方法,包括论域分析,应用分析的介绍
4.了解面向对象设计方法,包括高层设计模型和设计原则,类设计的目标和方针,复用设计及类设计的方法
5.了解有影响的coad方法、Booch方法和OMT方法的基本思想
二、内容提要面向对象技术是一个非常实用而强有力的软件__方法它的特征是方法的唯一性,即方法是对软件__过程所有阶段进行综合考虑而得到的从生存期的一个阶段到下一个阶段的高度连续性,即生存期后一阶段的成果只是在前一阶段成果的补充和修改把面向对象分析OOA、面向对象设计OOD和面向对象程序设计OOP集成到生存期的相应阶段
1.面向对象的概念1范型范型Paradigm又称为范例、风范或模式Pattern从软件__角度来看,范型与问题解决技术有关范型定义了特定的问题和应用的__过程中将要遵循的步骤,确定将用于表示问题和它的解决的那些成分的类型,并利用这些成分表示与问题解决有关的抽象,直接得到问题的结构因此,范型的选择影响整个软件__生存期就是说,它支配了设计方法、编码语言、测试和检验技术的选择
①流行的范型目前流行多种范型,它们提供了许多方法,可进行系统分解流行的范型有过程性的,逻辑的,面向存取的,面向进程的,面向对象的,函数型的,说明性的每个范型都有它的支持者和用户,每个范型都特别适合于某种类型的问题或子问题例如,逻辑程序设计范型是基于规则的,它把有关问题的知识分解成一组具体规则,用语言的“if_then”等结构来表示这些规则面向存取范型是一种在构造用户界面方面很有用的技术此外,每一个范型都用不同的方式考虑问题,每一个范型都使用不同的方法来分解问题,而且每一个范型都导致不同种类的块、过程、产生规则下面主要讨论三种范型研究的目的是帮助我们找到解决问题的入手点
②过程性范型过程性范型是使用最广泛、历史最长的软件范型它产生过程的抽象,这些抽象把软件视为处理流,并定义成由一系列步骤构成的算法每一步骤都是带有预定输入和特定输出的一个过程,把这些步骤串联在一起可产生合理的稳定的贯通于整个程序的控制流,最终产生一个简单的具有静态结构的体系结构,如图
6.1a所示过程性范型侧重建立构成问题解决的处理流,数据抽象、数据结构是根据算法步骤的要求__的,它贯穿于过程,提供过程所要__作的信息系统的状态是一组全局变量,这组全局变量保存状态的值,把它们从一个过程传送到另一个过程过程性范型是一种成熟的应用__过程对这种方法已有许多支持工具然而,在大型系统的__上存在一些问题
③面向对象范型在过程性范型中优先考虑的是过程抽象,而在面向对象范型中优先考虑的是实体,即问题论域的对象在面向对象范型中,把标识和模型化问题论域中的主要实体做为系统__的起点,主要考虑对象的行为而不是必须执行的一系列动作面向对象系统中的对象是数据抽象与过程抽象的综合系统的状态保存在各个数据抽象的核心所定义的数据存储中控制流包含在各个数据抽象中的操作内不像在过程性范型里那样,把数据从一个过程传送到另一个过程,而是把控制流从一个数据抽象通过消息传送到另一个数据抽象完成的系统体系结构更复杂但也更灵活,如图
6.2b所示把控制流分离成块,这样可以把复杂的动作视为各个局部间的相互作用图
6.1 过程性系统和面向对象系统的基本构造
④面向进程的范型面向进程的范型是把一个问题分解成__执行的模块让不只一个程序同时运行这些进程互相配合,解决问题面向进程范型产生的主要的块是进程一个进程中的活动__于其它进程的活动,但可以要求从其它进程得到信息,或为其它进程提供信息甚至可以异步处理,仅需要进程暂停发送或接收信息在面向对象范型中,各个对象是相对__的,但也存在单线索单线程控制面向进程范型支持与面向对象范型相同的封装,但可提供多线索多线程执行
⑤混合范型在大型系统的__中,很难说哪种范型对整个问题的解决最好系统__现在有一种补充步骤,可把大型问题分解成一组子问题对于每个子问题可以采用适当的软件范型例如,设计一个智能数据分析系统时,可把它分解为4个子系统,如图
6.2所示系统的数据库界面,可以使用面向对象的方法进行设计;智能数据分析用逻辑范型设计;而分析算法则是过程性的;系统通过一个用户界面来实用化,这个用户界面是用面向存取范型设计出来的这种设计需要有某种实现语言或一组协同语言的支持许多流行的功能不断增强的语言支持不只一种设计范型对于混合范型,现在已经存在不少技术像C++和并发C这样的语言都是多范型语言,支持过程性范型和面向对象范型并发C还支持面向进程范型系统可以使用单一的语言,利用两种或多种范型写成还可以利用可共享数据格式和连接规约的某些语言,把用这些语言分别编写的块链接到某个单一的应用中去2面向对象的概念关于“面向对象”,有许多不同的看法Coad和Yourdon给出了一个定义“面向对象=对象+类+继承+消息通信”如果一个软件系统是使用这样4个概念设计和实现的,则认为这个软件系统是面向对象的一个面向对象的程序的每一成份应是对象,计算是通过新的对象的建立和对象之间的消息通信来执行的3对象o__ect一般意义来讲,对象是现实世界中存在的一个事物可以是物理的,如一个家具或桌子,如图
6.3所示,可以是概念上的,如一个__项目对象是构成现实世界的一个__的单位,具有自己的静态特征用数据描述和动态特征行为或具有的功能例如人的特征姓名、性别、年龄等,行为衣、食、住、行等
①对象、属性、操作、消息定义对象可以定义为系统中用来描述客观事物的一个实体,它是构成系统的一个基本单位,由一组属性和一组对属性进行操作的服务组成属性一般只能通过执行对象的操作来改变操作又称为方法或服务,在C++中称为成员函数,它描述了对象执行的功能,若通过消息传递,还可以为其它对象使用而所谓的消息是一个对象与另一个对象的通信单元,是要求某个对象执行类中定义的某个操作的规格说明发送给一个对象的消息定义了一个操作名和一个参数表可能是空的,并指定某一个对象由一个对象接收的消息则调用消息中指定的操作,并将传递过来的实际参数与参数表中相应的形式参数结合起来接收对象对消息的处理可能会改变对象中的状态,即改变接收对象的属性,并发送一个消息给自己或另一个对象可以认为,这种消息的传递大致等价于过程性范型中的函数调用
②对象的分类外部实体与软件系统交换信息的外部设备、相关子系统、操作员或用户等信息结构问题信息域中的概念实体,如__、报表、显示信息等需要记忆的__在系统运行过程中可能产生并需要系统记忆的__,如单击鼠标左键、击打键盘“”键等角色与软件系统交互的人员所扮演的角色,如经理、部长、技术支持等组织机构有关机构,如单位、小组等位置作为系统环境或问题上下文的场所、位置,如客户地址、收件人机构地址等操作规程如操作菜单、某种数据输入过程等在标识对象时必需注意遵循“信息隐蔽”的原则必需将对象的属性隐藏在对象的内部,使得从对象的外部看不到对象的信息是如何定义的,只能通过该对象界面上的操作来使用这些信息对象的状态通过给对象赋予具体的属性值而得到它只能通过该对象的操作来改变对象有两个视图,分别表现在分析设计和实现方面从分析及设计方面来看,对象表示了一种概念,它们把有关的现实世界的实体模型化从实现方面来看,一个对象表示了在应用程序中出现的实体的实际数据结构之所以有两个视图,是为了把说明与实现分离,对数据结构和相关操作的实现进行封装4类class和实例instan__把具有相同特征和行为的对象归在一起就形成了类类成为某些对象的模板,抽象地描述了属于该类的全部对象的属性和操作属于某个类的对象叫做该类的实例对象的状态则包含在它的实例变量,即实例的属性中如图
6.4所示从“李杰”、“王辉”和“杨芳”等对象可得到类“学生”,而这些对象就称为该类的实例类定义了各个实例所共有的结构,类的每一个实例都可以使用类中定义的操作实例的当前状态是由实例所执行的操作定义的图
6.4对象、类与实例面向对象程序设计语言,如C++和__alltalk都定义了一个new操作,可建立一个类的新实例C++还引入了构造函数,用它在声明一个对象时建立实例此外,程序设计语言给出了不同的方法,来撤消称为析构实例,即当某些对象不再使用时把它们删去,把存储释放以备其它对象使用C++给出了一个操作delete,可以释放一个对象所用的空间C++还允许每个类定义自己的析构方法,在撤消一个对象时调用它__alltalk没有提供一个机制来撤消对象,但可以进行无用单元收集类常常可看做是一个抽象数据类型ADT的实现但更重要的是把类看做是表示某种概念的一个模型事实上,类是单个的语义单元,它可以很自然地管理系统中的对象,匹配数据定义与操作类加进了操作,给通常的记录赋予了语义,可提供各种级别的可访问性5继承inheritan__如果某几个类之间具有共性的东西信息结构和行为,抽取出来放在一个一般类中,而将各个类的特有的东西放在特殊类中分别描述,则可建立起特殊类对一般类的继承如图
6.5所示,各个特殊类可以从一般类中继承共性,这样避免了重复图
6.5特殊类对一般类的继承关系建立继承结构的好处易编程、易理解代码短结构清晰;易修改共同部分只要在一处修改即可;易增加新类只须描述不同部分6多继承如果一个类需要用到多个既存类的特征,可以从多个类中继承,称为多继承例如退休教师是继承退休者和教师这两个类的某些特征或行为而得到的一个新类7多态性和动态绑定对象互相通信,即一个对象发消息给另一个对象,执行某些行为或又发消息给另外的对象,从而执行系统的功能发送消息的对象可能不知道另一个对象的类型是什么如在C程序中使用命令ClearInt时要严格区分该命令适合一个整数,还是一个整数数组但在C++情形,ClearInt对两者都适用,它自己判断对象是哪一个这就是多态性它意味着一个操作在不同类中可以有不同的实现方式如清零操作ClearInt针对消息对象是intarray还是int,其实现是不同的在一个面向对象的多态性语言中,可能代替一个特定类型的类型的__就是它的子类__例如,图
6.7给出了4个类的继承层次使用这个继承结构,发送给多边形类的所有消息,它的所有子类都能够响应又例如,想要在屏幕上画一系列多边形,多态性允许一个表的元素可以属于一组指定的类型而不仅仅是一个类型,可以认为这是一个类族通过遍历这个表,发送给各个表元素以draw消息,画出所有的多边形动态绑定把函数调用与目标代码块的连接延迟到运行时进行这样,只有发送消息时才与接收消息实例的一个操作绑定它与多态性可以使我们建立的系统更灵活,易于扩充做为动态绑定的例子,考虑在多边形类中的方法containsaPoint这个操作可以在类层次的各层重新实现,以有效利用各个子类的特殊的特征例如,假定一个矩形有某些边与屏幕的边平行,这时,检查一个点是否包含在矩形内,比检查一个点是否在一个一般的四边形内的效率要高一些
2.面向对象软件的__过程面向对象范型不仅是一些具体的软件__技术与策略,而且是一整套关于如何看待软件系统与现实世界的关系以及如何进行系统构造的软件方法学用面向对象__方法构造的软件具有以下特点面向对象的技术建立的模型与客观世界一致,因而便于理解;适应变化的需要,修改局限在模块中;可复用性1应用生存期图
6.8给出应用生存期模型在图中各个阶段的顺序是线性的,但实际上__过程不是线性的还没有办法用图来逼真地反映在面向对象__过程中各个阶段之间的复杂交互有一部分分析工作在设计之前实行,但有些分析工作与其它部分的设计与实现并行进行图
6.8一个基于复用的应用生存期__可复用的软件构件是软件__过程的一部分面向对象方法以类作为单元,并分别考虑类的生存期与应用生存期类生存期可包含在图
6.8中的类__阶段中,可与应用生存期集成2类生存期在面向对象软件__过程中特别重视复用软件构件应__于当初__它们的应用而存在构件的__瞄准某些局部的设计和实现,它们可用于当前问题的解决,但为了在以后的项目中使用,它们还应当足够通用在以后的应用__中,可以调整这些__构件以适应新问题的需要因此,应使得类成为一个可复用的单元,图
6.9提出了一个类生存期类生存期与应用生存期交叉在应用生存期的每一个阶段都可做类的标识类生存期有自己的步骤,与任一特定应用的__无关按照这些步骤,可以完整地描述一个基本实体而不仅仅考虑当前正在__的系统系统__的各个阶段都可能会标识新的类随着各个新类的标识,类生存期引导__工作逐个阶段循序渐进例如,在应用分析中已经标识了对一个图形显示设备的要求如果这样一个图形显示设备类不存在,就应着手__但是,用到显示器所有可能操作的应用寥寥无几若把这些操作的__当做一个特定应用系统__的一部分,那么只可能标识和实现该系统所要求的那些操作但如果考虑让构件__于应用,就必须能够综合出超出当前系统需求的__要求,生成一种能表示成一个完全的概念的模型并可建立为以后其它系统复用的类在纯面向对象的系统__中,一个应用程序就“是”一个类基本的类,像list类,可不涉及应用,但基本类的实例要聚合到其它类的定义中这些类依次又聚合到更复杂的类定义中,最终将会遇到一个类,它涉及整个应用下面概括了类生存期各个阶段主要做的事情
①类的规格说明对每一个类都要__它的规格说明,无论是在哪一个阶段标识的类都是如此类的规格说明定义了施加于对象的数据存储上的一组操作这组操作应工作在封装在对象内部的数据存储上,或返回关于对象状态的信息操作的名字应能反映这个操作本身的含义类的规格说明必须足够完整,使得它能够与在类资源库中的那些可复用的类的规格说明做比较
②类的设计与实现此时尽可能利用既存类提供为当前应用所需要的功能图
6.9给出了利用既存类的三个途径原封不动地复用既存类对既存类进行演化以得到满足要求的类演化可以是横向的,也可以是纵向的横向的演化生成既存类的一个新的版本,而纵向的演化将从既存类导出新类重新开始进行__一个新的继承结构将建立两种类一种是抽象类,它概括了将要表达的概念;另一种是具体类,它要实现这个概念
③求精和维护维护活动是针对应用系统的,但求精过程是针对类和结构的因为我们利用抽象进行__,因此,维护活动每时每刻都可能修改这些抽象随着经验的增长,还可以标识抽象的抽象,使得继承结构通过一般化,增加新的层次为便于类的调整,应尽量做到定义与实现分离,实现概念封装和信息隐蔽,使得类具有更大的__性在使用一个类或复用一个类时,类与类之间产生一种相互依赖关系但对一个类的公有界面所做的多次修改不应影响使用它的那些类,在公有界面上增加新的操作不应改变既存的软件需要谨慎处理的是删除操作或改变操作的特征3面向对象软件的__过程面向对象软件的__过程开始于问题论域,经历从问题提出到解决的一系列过程下面具体说明在过程中的这些步骤
①分析阶段分析阶段包括两个步骤论域分析和应用分析它们都要标识问题论域中的抽象在分析中,需要找到特定对象,基于对象的公共特性把它们组合成__,标识出对这个问题的一个抽象同时要标识抽象之间的关系,并建立对象之间的消息连接论域分析论域分析__问题论域的模型论域分析应当在应用分析之前进行,我们在了解问题之前应当对问题敞开思想考虑,考察问题论域内的一个较宽的范围,分析覆盖的范围应比直接要解决的问题更多应用分析应用或系统分析细化在论域分析阶段所__出来的信息,并且把注意力集中于当前要解决的问题因为通过论域分析,分析人员具有了较宽的论域知识,因而能__出更好的抽象
②高层设计在一个纯面向对象环境中,软件体系结构设计与类设计常常是同样的过程,但还是应当把体系结构设计与类的设计分开在高层设计阶段,设计应用系统的顶层视图这相当于__一个代表系统的类,通过建立该类的一个实例并发送一个消息给它来完成系统的“执行”
③类的__根据高层设计所标识的对各个类的要求和类的规格说明,进行类的__因为一个应用系统往往是一个类的继承层次对这些类的__是最基本的设计活动
④实例的建立建立各个对象的实例,实现问题的解决方案
⑤组装测试按照类与类之间的关系组装一个完整的应用系统的过程中进行的测试各个类的封装和类测试的完备性可减少组装测试所需要的时间
⑥维护维护的要求将影响应用和各个类继承关系可支持对现有应用的扩充,或者加入新的行为,或者改变某些行为的工作方式应用系统的维护包括在系统的操作中定位故障、在既存的系统中加入新的行为应用的维护能够简化对类实例的定位、修改其类的实现、通过改变消息或接收消息的次序来改变应用中特殊对象的角色新的行为可通过定义新的类和建立实例来实现类的维护把类的实现与其规格说明分离可局部化修改的影响一般情况下,修正问题要求应尽可能不改变类的界面然而,为了在系统中增加新的行为,偶尔会有改变界面的需求
3.面向对象分析OOA与模型化面向对象分析过程分为论域分析和应用分析论域分析建立大致的系统实现环境,应用分析则根据特定应用的需求进行论域分析1OOA分析的基本原则和任务为建立分析模型,要运用如下的5个基本原则
①建立信息域模型;
②描述功能;
③表达行为;
④划分功能、数据、行为模型,揭示更多的细节;
⑤用早期的模型描述问题的实质,用后期的模型给出实现的细节这些原则形成OOA的基础OOA的目的是定义所有与待解决问题相关的类包括类的操作和属性、类与类之间的关系以及它们表现出的行为为此,OOA需完成的任务是
①软件工程师和用户必须充分沟通,以了解基本的用户需求;
②必须标识类即定义其属性和操作;
③必须定义类的层次;
④应当表达对象与对象之间的关系即对象的连接;
⑤必须模型化对象的行为;
⑥反复地做任务
①―
⑤,直到模型建成2OOA概述目前已经衍生许多种OOA方法每种方法都有各自的进行产品或系统分析的过程,有一组可描述过程演进的图形标识,以及能使得软件工程师以一致的方式建立模型的符号体系现在广泛使用的OOA方法有以下几种
①Booch方法Booch方法包含“微__过程”和“宏__过程”微__过程定义了一组任务,并在宏__过程的每一步骤中反复使用它们,以维持演进途径BoochOOA宏__过程的任务包括标识类和对象、标识类和对象的语义、定义类与对象间的关系,以及进行一系列求精从而实现分析模型
②Rumbaugh方法Rumbaugh和他的同事提出的对象模型化技术OMT用于分析、系统设计和对象级设计分析活动建立三个模型对象模型描述对象、类、层次和关系,动态模型描述对象和系统的行为,功能模型类似于高层的DFD,描述穿越系统的信息流
③Coad和Yourdon方法Coad和Yourdong方法常常被认为是最容易学习的OOA方法建模符号相当简单,而且__分析模型的导引直接明了其OOA过程概述如下使用“要找什么”准则标识对象;定义对象之间的一般化∕特殊化结构;定义对象之间的整体∕部分结构;标识主题系统构件的表示;定义属性及对象之间的实例连接;定义服务及对象之间的消息连接
④Jacobson方法也称为OOSE面向对象软件工程Jacobson方法与其它方法的不同之处在于他特别强调使用实例usecase——用以描述用户与系统之间如何交互的场景Jacobson方法概述如下标识系统的用户和它们的整体责任;通过定义参与者及其职责、使用实例、对象和关系的初步视图,建立需求模型;通过标识界面对象、建立界面对象的结构视图、表示对象行为、分离出每个对象的子系统和模型,建立分析模型
⑤Wirfs―Brock方法Wirfs―Brock方法不明确区分分析和设计任务从评估客户规格说明到设计完成,是一个连续的过程与Wirfs―Brock分析有关的任务概述如下评估客户规格说明;使用语法分析从规格说明中提取候选类;将类分组以表示超类;定义每一个类的职责;将职责赋予每个类;标识类之间的关系;基于职责定义类之间的协作;建立类的层次表示;构造系统的协作图
⑥统一的OOA方法UML统一的建模语言UML已经在企业中广泛使用,它把Booch、Rumbaugh和Jacobson等各自__的OOA和OOD方法中最优秀的特色组合成一个统一的方法UML允许软件工程师使用由一组语法的语义的实用的规则支配的符号来表示分析模型在UML中用5种不同的视图来表示一个系统,这些视图从不同的侧面描述系统每一个视图由一组图形来定义这些视图概述如下用户模型视图这个视图从用户在UML中叫做参与者角度来表示系统它用使用实例usecase来建立模型,并用它来描述来自终端用户方面的可用的场景结构模型视图从系统内部来看数据和功能性即对静态结构类、对象和关系模型化行为模型视图这种视图表示了系统动态和行为它还描述了在用户模型视图和结构模型视图中所描述的各种结构元素之间的交互和协作实现模型视图将系统的结构和行为表达成为易于转换为实现的方式环境模型视图表示系统实现环境的结构和行为通常,UML分析建模的注意力放在系统的用户模型和结构模型视图,而UML设计建模则定位在行为模型、实现模型和环境模型3论域分析Do__in____ysis论域分析是基于特定应用论域,标识、分析、定义可复用于应用论域内多个项目的公共需求的技术它的目标是发现和创建一组应用广泛的类,这组类常常超出特定应用的范围,可以复用于其它系统的__论域分析可以被视为软件过程的一种保护伞活动,是与任一软件项目都没有牵连的软件工程活动论域分析员的工作是设计和建造可复用的构件,供许多工作在类似的但不一定相同的应用项目中的人员使用论域分析过程的关键输入∕输出参看图
6.10主要的过程活动有图
6.10论域分析的输入∕输出
①定义要研究的论域分析员首先隔离感兴趣的业务论域、系统类型或产品分类,再抽取OO项和非OO项其中,OO项包括既存应用的类的规格说明、设计和代码;支持类GUI类或数据库存取类;与论域相关的市售构件库;测试用例等非OO项包括方针、步骤、计划、标准和指南;既存的非OO应用的规格说明、设计和测试信息;度量、市售非OO软件等
②分类从论域抽取的项对所有的项进行归类并定义各个种类的一般定义特征提出种类的分类模式并定义每个项的命名惯例适当的时候建立分类的层次
③收集论域中各个应用的有代表性的样例为了完成这个活动,必须保证在问题中的应用具有适合已定义的某些种类的项
④分析样例中的每一个应用分析员接下来要做的事情是标识候选的可复用的对象;指明标识对象为可复用的理由;定义可复用对象的适合性;估计在论域中可做到对象复用的应用的百分比;用名字标识对象并使用配置管理技术控制它们一旦标识了对象,分析员应当估计一个典型的应用能够使用可复用对象构造的百分比此外,论域分析员还应建立一组复用指南,并给出一个例子,说明如何使用论域对象来建立新的应用总之,论域分析实际上是一种学习,涉及与应用论域有关的所有知识论域的边界可能很模糊,很多是凭借经验和实际考虑如可用资源主要思想是想把考虑的论域放宽一些,把相关的概念都标识到,以帮助更好地掌握应用的核心知识当用户改变他们对系统的需求时,范围广泛的分析可以帮助预测这些变化4应用分析应用分析的依据是在论域分析时建立起来的论域分析模型,并把它用于当前正在建立的应用当中客户对系统的需求可以当做限制来使用,用它们缩减论域的信息量就这一点来说,保留的信息受到论域分析视野的影响论域分析产生的模型并不需要用任何基于计算机系统的程序设计语言来表示,而应用分析阶段产生影响的条件则伴随着某种基于计算机系统的程序设计语言的表示响应时间需求、用户界面需求和某些特殊的需求,如数据安全等,都在这一层分解抽出许多模型识别的要求是针对不止一个应用的通常我们着重考虑两个方面应用视图和类视图必须对每个类的规格说明和操作详细化,还必须对形成应用结构的类之间的相互作用加以表示
4.面向对象设计(OOD)OOA和OOD之间有密切的衔接关系,从OOA到OOD是一个逐渐扩充模型的过程分析处理以问题为中心,可以不考虑任何与特定计算机有关的问题,而OOD则把我们带进了面向计算机的“实地”__活动中去通常,OOD分为两个阶段,即高层设计和低层设计高层设计建立应用的体系结构低层设计集中于类的详细设计1高层设计高层设计阶段__软件的体系结构,构造软件的总体模型在这个阶段,标识在计算机环境中进行问题解决工作所需要的概念,并增加了一批需要的类这些类包括那些可使应用软件与系统的外部世界交互的类此阶段的输出是适合应用软件要求的类、类间的关系、应用的子系统视图规格说明通常,利用面向对象设计得到的系统框架如图
6.11所示
①高层设计模型一个典型的高层设计模型即客户-服务器模型,它构造起应用软件的总体模型,这个模型导出的体系结构既可在过程性系统中使用,又可在面向对象的系统中使用客户-服务器模型的想法是让系统的一个部分服务器子系统提供一组服务给系统的另一个部分客户子系统请求服务的对象都归于客户子系统,而接受请求提供服务的部分就是服务器X-window系统在用户界面设计时就使用了客户—服务器方法来构造它的图形交互界面一个应用的核心“引擎”是服务器子系统的客户,如用户界面、打印服务器、数据库服务器等图
6.11OOD设计导出的体系结构图
6.12MVC框架结构在__alltalk中使用的软件体系结构是模型/视图/控制器MVC,Model/View/Controller,参看图
6.12在这个结构中,模型是软件中的应用论域的各种对象,它们的操作__于用户界面;视图则管理用户界面的输出;而控制器处理软件的输入输入__给出要发送给模型的消息一旦模型改变了它的状态,就立即通过关联机制通知视图,让视图刷新显示这个关联机制定义了在模型与各个视图之间的关系,它允许模型的运行__于与它相关联的视图类似地,控制器在输入__发生时将对视图及模型进行控制与调度此外,在软件体系结构中还使用了许多其它配置类的配置表示的多是子系统的体系结构而不是系统的总体结构它们是一些抽象类的__,可以定义这些抽象类的新的派生类,并把它们实例化,以实现所要求的特定行为,籍此构造要求的应用软件对于MVC来说,可以通过__模型的一个派生类,履行与应用相关联的处理,建立这个应用软件用户界面通过定义视图和控制器的派生类来建立,这些派生类中许多是可复用的既存类,像按钮和对话框等在多数__alltalk系统中已经存在这样就导致了新子系统的建立
②高层设计的规则最小化各构件间的通信在子系统的各个高层构件之间的通信量应当达到最小一个用户界面应当能够自行处理交互、错误改正和硬件控制,而不需打扰主应用隐藏复杂性子系统应当把那些成组的类打包,形成高度的内聚逻辑功能分组虽然输入和输出设备可能相互间不通信,但逻辑上把它们归组到一个处理输入/输出的子系统中这样比较容易识别并定位问题论域中的__类与通过概念封装的子系统十分类似事实上,每个子系统都可以被当做一个类来实现,这个类聚集它的构件,提供了一组操作类和子系统的结构是正交的,一个单个类的实例可能是不止一个子系统的一部分高层设计阶段增加了一批必要的类,主要包括了那些可使应用软件与系统的外部世界交互的类这些交互则包括与其它软件系统如数据库管理系统、鼠标和键盘的界面,与使用来进行数据收集或者负责控制的硬件设备的界面等高层设计可以表征为标识和定义模块的过程但这种模块可以是单个的类,还可以是由一些类组合成的子系统定义过程是职责驱动的高层设计和类设计这两个阶段是相对封闭的在这种情况下,应用软件中的每一个事物都是一个对象,包括应用软件自身在内!根据这个思想,这两个阶段又是连接的应用软件的设计是大类的设计,这种类设计考察应用软件所期望的每一个行为,并利用这些行为形成应用类的界面2类设计的目标和方针类设计的第一步是标识应用所需的概念应用分析过程包括了对问题论域所需的类的模型化;但在最终实现应用时不只有这些类,还需要追加一些类在类设计的过程中应当做这些工作类设计的主要目标如下
①单一概念的模型在分析与高层设计阶段常常需要使用多个类来表示一个“概念”一般人们在使用面向对象方法__软件时,常常把一个概念进行分解,用一组类来表示这个概念当然,也可以只用一个__的类来表示一个概念
②可复用的“插接相容性”构件我们希望所__的构件可以在未来的应用中使用因此,需要一些附加特性例如,在相关的类的__中界面的标准化,在一个__内部的类的“插接相容性”等
③可靠的构件应用软件必须是可靠的健壮的和正确定义的软件而这种可靠性与它的构件有关每个构件必须经过充分的测试但由于成本关系,往往测试不够完备然而,如果我们要建立可复用的类,则通过测试确保构件的可靠性是绝对必要的
④可集成的构件我们希望把类的实例用到其它类的__和应用中,这要求类的界面应当尽可能小,一个类所需要的数据和操作都定义在类定义中因此,类的设计应当尽量减少命名冲突面向对象语言的消息语法可通过鉴别带有实例名的操作名来减少可能的命名冲突类结构提供的封装使得把概念集成到应用的工作变得很容易封装特性保证了把一个概念的所有细节都组合在一个界面下,而信息隐蔽则保证了实现级的名字将不会其它类的名字互相干扰我们讨论的方针是类的模块设计的方针,还要给出类设计质量的度量
①信息隐蔽软件设计通过信息隐蔽可增强抽象,并可保护类的存储表示不被抽象数据类型实例的用户直接存取对其表示的唯一存取途径只能是界面
②消息限制类的设计者应当为类的命令设计一个明确的界面,该类实例的用户应当只使用界面提供的操作
③狭窄界面不是所有的操作都是公共的只有对其它类的实例是必要的操作才放到界面上,其它操作应是隐蔽实现的部分
④强内聚模块内部各个部分之间应有较强的关系,它们不能分别标识
⑤弱耦合一个单独模块应尽量不依赖于其它模块如果在类A的实例中建立了类B的实例,或者如果类A的操作需要类B的实例做为参数,或者如果类A是类B的一个派生类,则称类A“依赖于”类B一个类应当尽可能少地依赖于其它类耦合程度部分依赖于所使用的分解方法类A之所以依赖于类B,是因为类A要求类B提供服务这个依赖性可通过__类A中的类B的功能来消除但代码的__减少了系统的灵活性并增加了维护的困难继承结构损害了弱耦合的概念因为在建立一般化-特殊化关系的时候,继承引入了依赖
⑥显式信息传递除了依赖于最少的类外,还应该明确在这些类之间的信息流在类之间全局变量的共享隐含了信息的传递,并且是一种依赖形式因此,两个类之间的交互应当仅涉及显式信息传递显式信息传递是通过参数表来完成的
⑦派生类当做派生类型继承结构的使用是面向对象__方法的一大特色每个派生类应该当做基类的特殊化来__,而基类所具有的公共界面成为派生类的共有界面的一个子集C++允许设计者选择类的基类是共有的或私有的如果基类是共有的,则其共有界面将成为新的派生类的共有界面部分,这表明基类的行为成为派生类的行为部分这类似于类型与派生类型之间的关系如果基类是私有的,它的行为将不是继承类的公共行为部分而是实现部分它的提出是为了提供实现新类的服务
⑧抽象类某些语言提供了一个类,用它做为继承结构的开始点,所有用户定义的类都直接或间接以这个类为基类__alltalk提供了一个类O__ect做为所有类的继承树的根,而C++则支持多重继承结构每一种结构都包含了一组类,它们是或应该是某种概念的特殊化这个概念应抽象地由结构的根类来表示因此,每个继承结构的根类应当是目标概念的一个抽象模型这个抽象模型生成一个类,它不用于产生实例它定义了一个最小的共有界面,许多派生类可以加到这个界面上以给出概念的一个特定视图3通过复用设计类利用既存类来设计类,有4种方式选择,分解,配置和演变这是面向对象技术的一个重要优点许多类的设计都是基于既存类的复用
①选择设计类最简单的方法是从既存构件中简单地选择合乎需要的构件这就是__软件库的目的一个OO__环境应提供常用构件库,大多数语言环境都带有一个原始构件库如整数、实数和字符,它是基础层任一基本构件库如“基本数据结构”构件都应建立在这些原始层上这些都是些一般的和可复用的类这个层还包括一组提供其它应用论域服务的一般类,如窗口系统和图形图元表
6.1显示了建立在这些层上面的特定域的库最低层的论域库包括了应用论域的基础概念并支持广泛的应用__特定项目和特定组的库包括一些论域库,它包含为相应层所定义的信息 表
6.1一个面向对象构件库的层次特定组的构件─一个小组为他们自己组内所有成员使用而__特定项目的构件─一个小组为某一个项目而__特定问题论域的构件─购自某一个特定论域的软件销售商一般构件─购自专门提供构件的销售商特定语言原操作─购自一个编译器的销售商
②分解最初标识的“类”常常是几个概念的组合在设计时,可能会发现所标识的操作落在分散的几个概念中,或者会发现,数据属性被分开放到模型中拆散概念形成的几个组内这样我们必须把一个类分成几个类,希望新标识的类容易实现,或者它们已经存在
③配置在设计类时,可能会要求由既存类的实例提供类的某些特性通过把相应类的实例声明为新类的属性来配置新类例如,一种仿真服务器可能要求使用一个计时器来跟踪服务时间设计者不必__在这个行为中所需的数据和操作,而是应当找到计时器类,并在服务器类的定义中声明它
④演变要__的新类可能与一个既存类非常类似,但不完全相同此时,不适宜采用“选择”操作,但可以从一个既存类演变成一个新类,可以利用继承机制来表示一般化-特殊化的关系特殊化处理有三种可能的方式由既存类建立子类现要建立一个新类“起重车”它的许多属性和服务都在既存类“汽车”中关系如图
6.13所示新类是既存类的特殊情形这时直接让“起重车”类作为“汽车”类的子类即可
②建立继承层次由既存类建立新类现要增加一个新类“拖拉机”它的属性与服务有的与“汽车”类相同,有的与“汽车”类不同关系如图
6.14所示这时,调整继承结构建立一个新的一般的“车辆”类,把“拖拉机”与“汽车”类的共性放到“车辆”类中,“拖拉机”与“汽车”类都成为“车辆”类的子类“车辆”是抽象类,相关操作到子类“汽车”类去找图
6.14调整继承结构
③建立既存类的父类另一种情形是想在既存类的基础上加入新类,使得新类成为既存类的一般类例如,已经存在“三角形”类,“四边形”类,想加入一个“多边形”类,并使之成为“三角形”和“四边形”类的一般类继承结构如图
6.15所示从这个“多边形”类又可派生出新的类,如“六边形”类图
6.15建立一般类后两种涉及既存类的修改在这两种情况下,既存类中定义的操作或数据被移到新类中如果遵循信息隐蔽和数据抽象的原理,这种__应不影响已有的使用这些类的应用类的界面保持一致,虽然某些操作是通过继承而不是通过类的定义伸到这个类的4类设计方法通常,类中的实例具有相同的属性和操作,应当建立一个机制来表示类中实例的数据表示、操作定义和引用过程这时,类的设计是由数据模型化、功能定义和ADT定义混合而成的类是某些概念的一个数据模型,类的属性就是模型中的数据域,类的操作就是数据模型允许的操作要明确规定它们两个谁先确定是不可能的,两个处理是互补的类的标识有主动和被动之分被动类是数据为中心的,它们是根据系统的其它对象发送来的消息而修改其封装数据的;主动类则提供许多系统必须履行的基本操作与被动类的实例被动对象一样,主动类的实例主动对象接收消息,但这些对象是负责发送追加消息和控制某些应用部分的在窗口环境,一个窗口是一个被动对象,它基于发送给窗口的消息来显示某些内容窗口管理器是一个主动对象,它担负着各种在它控制的窗口上的操作在被动类与主动类的设计之间不存在明显的差别在设计主动类时,需要优先确定数据模型,稍后再确定操作;在设计被动类时,把类提供的服务翻译成操作在标识了服务之后再设计为支持服务所需要的数据许多类都是这两个极端的混合类中对象的组成包括了私有数据结构、共享界面操作和私有操作而消息则通过界面,执行控制和过程性命令因此,要分别讨论它们的实现类的设计描述包括两部分
①协议描述协议描述定义了每个类可以接收的消息,建立一个类的界面协议描述由一组消息及对每个消息的相应注释组成
②实现描述实现描述说明了每个操作的实现细节,这些操作应包含在类的消息中实现描述由以下信息构成类名和对一个类引用的规格说明私有数据结构的规格说明,包括数据项和其类型的指示每个操作的过程描述实现描述必须包含充足的信息,以提供在协议描述中所描述的所有消息的适当处理由一个类所提供服务的用户必须熟悉执行服务的协议,即定义“什么”被描述;而服务的提供者(对象类本身)必须关心服务如何提供给用户,即实现细节的封装问题
5.对象模型技术Rumbaugh等人提出对象模型技术OMT,它把分析时收集的信息构造在三类模型中,即对象模型、功能模型和动态模型图
6.16给出了这三个模型的建立次序从功能模型回到对象模型的箭头表明,这个模型化的过程是一个迭代的过程每一次迭代都将对这三个模型做进一步的检验、细化和充实图
6.16对象模型、功能模型和动态模型的建立次序1对象模型对象模型是三个模型中最关键的模型,它的作用是描述系统的静态结构,包括构成系统的类和对象,它们的属性和操作,以及它们之间的关系事实上,这个模型可以看作扩充的实体-关系模型E-R图
6.17给出了在对象模型中用以表示类和对象的图形符号在OMT中,类与类之间的关系叫做关联关联代表一组存在于两个或多个对象之间的、具有相同结构和含义的具体连接关联可以是物理的,也可以是逻辑的图
6.18给出与关联有关的几个特殊图形符号图
6.18关联的表示方法和实例上图是聚合,代表整体与部分关系,右边的例子说明“文章中的段落是由多个句子组成”句子一端的实心圆●表示“多个”,空心圆○表示“0个”,不加圆表示“1个”中图是限定,对关联的含义做某种约束右边的例子表明,附加的限定词在说明“一个目录包含多个文件”的基础上,更明确地指明“每一个文件都可由目录中的文件名属性来唯一地标识”下图是角色,由于多数关联具有两个端点,因而涉及到两个角色右边的例子表明,在公司与个人的关联中,公司的角色是雇主,个人的角色是雇员此外,还可用连接属性进一步说明对象之间的连接再看图中例子,由于一个人在成为公司的雇员时才有工资和职务因此,工资和职务不是个人属性,而是公司与个人之间的连接属性OMT的提出者指出,这种情况常常意味着有必要定义一个新类来取而代之OMT还定义了一般化与特殊化关系也称为继承性一般化与特殊化关系通常包含一个如果允许多重继承性,也可以是几个基类和几个派生类参看图
6.19基类表示了一个较为一般、普遍的概念,而每个派生类则是它的某个特殊形态因而派生类除了自然地继承基类所具有的属性和操作外,还具有反映自身特点的属性和操作图
6.19一般化与特殊化关系继承性的表示方法和示例2动态模型要想对一个系统了解得比较清楚,首先应考察它的静态结构,即在某一时刻它的对象和这些对象之间相互关系的结构;然后应考察在任何时刻对对象及其关系的改变系统的这些涉及时序和改变的状况,用动态模型来描述动态模型着重于系统的控制逻辑它包括两个图,一是状态图,一是__追踪图
①状态图状态图是一个状态和__的网络,侧重于描述每一类对象的动态行为在状态图中,状态是对某一时刻中属性特征的概括而状态迁移则表示这一类对象在何时对系统内外发生的哪些__做出何种响应图
6.20给出了状态图的表示方法图中的椭圆表示状态,状态之间的箭头表示从一个状态到另一个状态的迁移,附加在箭头上的短语说明触发此状态迁移的__在图
6.20中,“__A”是一个单纯的__,而“__B[条件]”是一个有条件的__,在给定条件满足时才起作用OMT区分两种不同的行为,即操作和活动操作是一个伴随状态迁移的瞬时发生的行为,与触发__一起表示在有关的状态迁移之上活动则是发生在某个状态中的行为,往往需要一定的时间来完成,因此与状态名一起出现在有关的状态之中状态图中所有这些成份都可以根据具体要求而予以取舍
6.20状态图的表示方法对一个__的响应依赖于接收它的对象的状态,它可以包括状态的改变、发送另一个__给原来的发送者或第三个对象对于一给定类的__、状态及状态的迁移,可以抽象并表示成一个状态图动态模型由多个状态图组成,对于每一个具有重要动态行为的类都有一个状态图,从而表明整个系统活动的模式各个状态图并发地执行,并可以__地改变状态对于各种类的状态图可以通过共享__组合到一个动态模型中
②__一个__发生在某一时刻一个__在逻辑上可能领先于另一个__,或者两者没有关系两个没有因果关系的__叫做并发的,它们之间互相不影响在模型化一个系统时,一般不考虑并发__的次序,因为它们可能以任一次序发生一个分布系统的模型必须包括并发__和活动__都是单独发生的,我们把它们纳入__类中,并给每个__一个名字,以指明共同结构和行为对于所有的__来说,__发生的时间是隐蔽的__从一个对象向另一个对象传送信息有些__类可能传送简单的__“要发生某件事”,而有些__类则可能传送数据值由__传送的数据值叫做属性,属性可以在__类名之后用括号列出
③__追踪图__追踪图侧重于说明发生于系统执行过程中的一个特定“场景”即脚本,是完成系统某个功能的一个__序列场景通常起始于一个系统外部的输入__,结束于一个系统外部的输出__,它可以包括发生在这个期间的系统所有的内部__,也可以只包括那些撞到的或由系统中某些对象生成的__脚本可以是系统执行的历史记录,还可以是执行一个拟议中系统的设想实验下面是使用__的一个脚本这个脚本只包含影响__的__
[1]打__者拿起__受话器
[10]__在打__者的__上传出
[2]__忙音开始
[11]接__者回答
[3]打__者拨数字8
[12]接__者的__停止振铃
[4]__忙音结束
[13]__在打__者的__中消失
[5]打__者拨数字2
[14]通__
[6]打__者拨数字3
[15]接__者挂断__
[7]打__者拨数字7
[16]__切断
[8]打__者拨数字3
[17]打__者挂断__图
6.21打__的__追踪图
[9]接__者的__开始振铃每个__从一个对象向另一个对象传送信息在写出这个场景后,下一步就是要标识每个__的发送者对象和接收者对象各种有关__的序列关系以及由此而表现出来的对象之间的交互作用可以通过__追踪图表达在这个图上,竖线表示对象,带有箭头的横线表示__,箭头从发送者对象指向接收者对象时间自上向下延续,与间隔的空间无关这只是__序列的表示,没有精确的时序图
6.21就是一个打__的__追踪图此外,并发__也可以发送例如,__线并发地发送__给打__者与接__者概括地讲,状态图叙述一个对象的个体行为,而__追踪图则给出多个对象所表现出来的__行为它们从不同侧面来说明同一系统的行为,因此必然存在着密切的内在关系例如,一个__追踪图指出某一对象在接受一个__之后发出另一__,同一行为在此对象的状态图中也应当有所表示另外,由于状态图的复杂程度会随着应用问题的增大而呈指数型迅速增加,这使得分析和验证十分困难针对这个问题,OMT允许将一个复杂状态分解为一些比较简单的子状态,以前者对系统或系统的某一部分做高度的抽象和概括,以后者来提供在前者中省略掉的有关细节这样,不仅保证了对系统行为的充分说明,而且有效地限制了状态图本身的复杂性 3功能模型功能模型着重于系统内部数据的传送和处理它是模型化三角架的第三只脚功能模型定义“做什么”,动态模型定义“何时做”,对象模型定义“对谁做”功能模型表明,通过计算,从输入数据能得到什么样的输出数据,不考虑参加计算的数据按什么时序执行功能模型由多个数据流图组成,它们指明从外部输入,通过操作和内部存储,直到外部输出,这整个的数据流情况功能模型还包括了对象模型内部数据间的限制数据流图不指出控制或对象的结构信息,它们包含在动态模型和对象模型中图
6.22给出了数据流图的表示方法图中的实线表示数据流,虚线表示控制流,圆框代表处理数据的过程,矩形框表示产生与接收数据的对象,平行线框表示数据存储区熟悉数据流图的人可以发现,它基本上就是传统的数据流图加上控制流但OMT指出,虽然控制流有时是有用的,但它重复了动态模型中的有关部分,因而应尽量少用图
6.22数据流图的表示方法功能模型中所有的数据流图往往形成一个层次结构在这个层次结构中,一个数据流图中的过程可以由下一层的数据流图做进一步的说明一般来讲,高层的过程相应于作用在聚合对象上的操作,而低层的过程则代表作用于一个简单对象上的操作4基于三个模型的分析过程OMT强调对“现实”的模型化这里,“现实”是指我们所面对的实际应用问题即就是说,分析模型是对实际问题的抽象分析模型中的对象代表实际问题中的对象,分析模型中对象之间的关系反映了实际问题中对象之间的关系与此同时,OMT还对具体做法给出很多建议比如,如何识别类及类与类之间的关系,何时考虑属性和操作,怎样利用继承对对象模型做进一步的细化等此外,OMT还建议通过识别触发系统内部活动的__,以及系统对这些__的反应来建立动态模型;通过分析输入和输出数据这些通常是伴随__的有关参数的相关性,以及有关的中间结果来建立功能模型
6.Coad与Yourdon的OOA方法我们采用Coad与Yourdon提出的面向对象分析方法来讨论分析的过程这种方法是在信息模型化技术,面向对象程序设计语言及知识库系统的基础上发展起来的1面向对象的分析的考虑Coad与Yourdon认为面向对象分析OOA的主要考虑在于与一个特定应用有关的对象以及对象与对象之间在结构与相互作用上的关系OOA有两个任务形式地说明我们所面对的应用问题,最终成为软件系统基本构成的对象,还有系统所必须遵从的,由应用环境所决定的规则和约束明确地规定构成系统的对象如何协同合作,完成指定的功能这种协同在模型中是以一组消息连接来表示的,它们承担了各个对象之间的通信通过OOA建立的系统模型是以概念为中心的,因此称为概念模型这样的模型由一组相关的类组成OOA可以采用自顶向下的方法,逐层分解建立系统模型,也可以自底向上地从已经定义的基本类出发,逐步构造新的类软件规格说明就是基于这样的概念模型形成的,以模型描述为基本部分,在加上接口要求、性能限制等其它方面的要求说明构造和评审OOA概念模型的顺序和由五个层次组成这五个层次不是构成软件系统的层次,而是分析过程中的层次,也可以说是问题的不同侧面每个层次的工作都为系统的规格说明增加了一个组成部分当五个层次的工作全部完成时,OOA的任务也就完成了这五个层次是类与对象、属性、服务、结构和主题图
6.23给出了这五个层次,以及每个层次中涉及到的主要概念和相应的图形表示图
6.23面向对象分析的概念模型2标识对象和类OOA的第一个层次是识别类和对象类和对象是对与应用有关的概念的抽象不仅是说明应用问题的重要手段,同时也是构成软件系统的基本元素这一层的工作是整个分析模型的基础
①如何找出对象和类对于一个给定的问题论域,找出一个适当的对象__才能确保可复用性和可扩充性,并能借助面向对象的__模式,提高软件__的质量和生产率在做问题识别时,系统分析员应按以下五个步骤找出描述应用论域的对象和类亲自到现场了解在相同应用论域中类似系统的运行情况;注意听取该应用论域的专家对问题解决相关问题的解说,并进行讨论;调查以往是否有相同或类似应用论域的面向对象分析的结果若有,看是否有可复用对象和类详细阅读客户提交的问题陈述,并阅读与该应用论域相关的资料或书籍同时,将在客户的问题陈述中出现的所有名词开列出来建立系统原型,交给客户试用,根据客户___和要求,修改系统规格说明
②基于语言的信息分析(Linguistic-basedInfor__tion____ysis,简称LIA)对象是与应用论域的有关概念紧密结合在一起的概念的处理主要是基于自然语言书面语或口语将语言规则应用到软件系统分析中的处理方法称为基于语言的信息分析LIA)LIA的目的是标识出问题论域的所有概念及这些概念之间的关系有两种十分有效的LIA技术短语频率分析和矩阵分析短语频率分析短语频率分析搜索选定的问题陈述,标识可以表示问题论域概念的术语PFA的优点在于能广泛地标识问题论域的概念__,并对它们进行评估,判定它们中哪些与目标软件无关,避免因某些主观原因,而导致误选、遗漏或产生冗余矩阵分析矩阵的行和列是应用论域的概念,这些概念通常可以产生所标识对象的初始__矩阵中的元素表示了相对应的行与列上的概念之间的关联关系初始矩阵可以从问题陈述中机械地构造出来,分析员逐个元素地评审和讨论这个矩阵,标识出应用论域的关系事务规则
③三视图模型3VM(3-ViewModeling)在做面向对象分析时,还用到3种非常有用的传统系统分析工具数据流图、实体–关系图以及状态–迁移图,它们涉及系统的3个不同的、相互__的方面(处理过程、数据和控制),称为三视图模型3VM(3-ViewModeling)实体–关系图简称ERD在ERD中的实体很有可能成为对象,实体的属性可表示成最终要由对象进行存储的数据,实体之间的关系有可能将建立“关联对象”此外,表示关系连接的基数,以及因果条件可能成为维持这些关系的服务所以ERD是OOA的一个有力的工具ERD的问题是标识的实体可能与应用论域概念无关,且对于那些不存储数据的对象显得__为力数据流模型有两种形式的数据流模型上下文图和分层的数据流图上下文图确定一个全局的系统边界,描述系统和外部实体的交互,这些外部实体应是候选的对象对象__必须阐明外部实体的数据流是如何被接收、处理及生成的分层的数据流图描述系统的功能是如何分解成为一些基本单元的,这些基本单元最终将成为系统的基本处理规格说明PrimitivePro__ssSpecifications简称PPSs,以PPSs描述对象的方法或服务此外,还可用判定表或场景描述系统的功能状态–迁移模型有两种形式的状态–迁移模型__–响应模型和状态–迁移图任何一个系统中的对象必须是__的识别者或__的响应者如果一个对象既不能识别__的发生,也不能响应任一__,它就不是属于这个系统的对象因此,__–响应模型必须标识出系统必须识别的所发生的每一个__,以及系统必须作出的预期响应的__,还必须标识一系列的识别__的对象、产生响应的对象状态–迁移图则可用来标识__识别对象和对__产生响应的对象,标识保存状态信息的属性
②选择类的原则对象应该具有记忆其自身状态的能力而且对象的属性应当是系统所关心的,或是系统正常运行所必需的对象应当具有有意义的服务(操作),可用以修改对象本身的状态(属性值)而且对象可以利用其服务为系统中的其它对象提供外部服务如果类不需提供任何服务,则此类或对象可不必包含在分析模型中对象应当具有多个有意义的属性仅有一个属性的对象最好表示为其他对象的属性为对象定义的属性应适合于对象的所有实例如果对象的某一个实例不具备某属性,则意味着应用论域中存在尚未发现的继承关系应该利用继承关系将原来的对象和特殊的实例区分为两个对象为对象定义的有关服务应适合于对象的所有实例一个类中应当有一个以上的实例如果一个类中只要一个实例或对象,那么有可能这个类没有存在的必要但如果一个类虽然只有一个实例,但它反映的应用论域的某一种概念,那么它必须作为一个类存在对象应是软件分析模型的必要成分,与设计和实现方法无关有时为了提高执行速度,需要增加一些类或对象或属性,用以保存另一些类或对象产生的暂时结果,以避免重复计算但这应是设计阶段考虑的问题,不应是分析阶段做的事在面向对象的分析活动中,对对象的识别和筛选取决于应用问题及其背景也取决于分析员的主观思维3标识结构OOA的下一个层次是结构层,用于标识了对象之间的组装和继承关系在OOA中,标识结构是处理OOA模型复杂性的机制之一典型的结构有两种一般化–特殊化结构和整体–部分结构,如图
6.24和
6.25所示整体–部分结构也叫做组装结构,表示聚合关系,即由属于不同类的成员聚合而形成新的类,它用符号△表示有向性,在△的上面是一个整体对象,下面是部分对象一般化–特殊化结构也叫做分类结构其中,特殊化类是一般化类的派生类,一般化类是特殊化类的基类分类结构具有继承性,一般化类和对象的属性和服务一旦被识别,即可在特殊化类和对象中使用采用继承来显式地表达属性和服务的公共部分,这可以实现在分类结构中恰如其分地分配属性和服务将共同的属性放在上层,而将特有的属性放在下层;将共同的服务放在上层,而将特有的服务放在下层分类结构还可以形成层次或网络,以描述复杂的特殊化类,有效地表示公共部分图
6.24一般化–特殊化结构的例子图
6.25整体–部分结构的例子继承适合于结构、表格和定义,不适用于值例如,“鸡”是“鸟”的特殊化,它们之间共享了许多属性和服务如“翅膀”“鸡”和“鸟”可以共享“翅膀”的定义,但不能共享“翅膀”的特定值从整体的视点来看,一个整体–部分结构可看作一个“hasa”结构例如,VehiclehasaEngine其中,Vehicle是整体对象,Engine是局部对象整体–部分结构不是类与类之间的对应关联,而是类的实例与实例之间的对应关联一个整体对象可以有不同种类的部分对象,且可以有多个部分对象因此,在整体–部分连线的两端应标注一个数量Amount或范围Range,以表明一个整体对象可以拥有的部分对象的数目通常,这种结构表明以下几种关联总体–部分Assembly–Parts关联,如飞机–发动机之间的关系包容–内含Container–Content关联,如飞机–飞行员之间的关系收集–成员Collection–Members关联,如机构–职员之间的关系从特殊化的视点来看,一个一般化–特殊化结构可以看作是“isa”或“isakindof”结构例如,aTruckVehicleisaVehicle或aTruckVehicleisakindofVehicle一般化–特殊化结构形成的继承关系可能是单继承,也可能是多继承它们形成一个层次结构在单继承的层次结构中,派生类之间可能会出现一些冗余信息;而多继承的层次结构常常会导致较多的派生类,增加了模块复杂性,但能够很好地标识共同性4标识属性下一个层次为属性层,属性层包括对象属性和对象之间的关系实例连接对象所保存的信息称为它的属性,通常把它们封装在对象内部类的属性所描述的是状态信息,每个实例的属性值表达了该实例的具体状态值实例连接可以看成是一种事务规则或应用论域限制,表达了一个类的实例与其它类的实例的可能对应关系
①标识属性的策略分析人员应从问题陈述中搞清哪些性质在当前问题的背景下完全刻画了被标识的某个对象?通常,属性对应于带定语的名词如“文件的__”、“学生的出生年月”等等属性在问题陈述中不一定有完整的显式的描述,要识别出所关心的潜在属性,需要对应用论域有深刻的理解每个对象至少应含有一个属性,使得对象的实例能够被唯一地标识必须仔细地定义属性的取值属性的取值必须能应用于对象类中的每一个实例其取值不能为“不适用”出现在一般化–特殊化关系中的对象所继承的属性必须与一般化–特殊化关系一致子对象不能继承那些不是为该子对象定义的属性所继承的属性必须在应用论域中有意义所有系统的存储数据需求必须说明为属性在识别属性的过程中,为避免找出冗余的或不正确的属性,应注意以下问题对于应用论域中的某个实体,如果不仅其取值有意义,而且它本身也有必要__存在,那么,应将该实体作为一个对象,而不宜作为另一个对象的属性对象的导出属性应当略去例如,“年龄”是由属性“出生年月”与系统当前日期导出因此,“年龄”不应作为人的基本属性在分析阶段,如果某属性描述对象的外部不可见状态,应将该属性从分析模型中删去如果在标识属性的过程中发生以下情况,应考虑调整对象识别的结果如果属性只适应于对象的某些实例,而不适应于对象的另外一些实例,则往往意味着存在另一类对象,而且这两类对象之间可能存在着继承关系仅有一个属性的对象可以标识为其它对象的属性对于对象的某一个属性,如果该对象的某一个特定实例针对该属性有多重属性值,则应当将该对象分为几个对象通常,属性放在哪一个类中应是很明显的较一般的属性应放在一般化–特殊化结构中较高层的类或对象中,较特殊的属性应放在较低层的类或对象中数据视图ERD中实体可能对应于某一对象这样,实体属性就会简单地成为对象属性如果实体(如人)不只对应于一类对象,那么这个实体的属性必须分配到OOA模型的不同类的对象之中
②找出实例连接实例连接是一种表示应用论域的映象模型,它表明某一对象为完成其职责,需要其它对象的参与这一步骤要为每一个实例连接定义重复度1:11:mm:m当标识完实例连接之后,可能需要对对象进行调整查看是否有什么属性描述的是多对多的实例连接,如果有,则可能需要增加一个新的“交互”对象查看在同一个类各个实例之间的实例连接对于每一个连接,看是否有属性描述它如果有,应当建立新的类或对象例如,“婚姻”是人与人之间的关系,为描述婚姻发生的地点、时间等,除了“人”这个对象外,还需要建立“婚姻”__对象检查对象之间的实例连接情况如果两个对象之间有两个或两个以上的实例连接时,可能需要加入一个类或对象来区分这些实例连接的含义5标识服务下一个层次称为服务层在这一层标识对象所执行的服务以及对象之间传递的消息建立对象之间的动态关系其目的在于定义对象的行为和对象之间的通信消息连接说明所标识的各种对象是如何共同协作,使系统运作起来定义服务的步骤如下
①标识在每个对象中必须封装的一组服务;简单的服务每一个类或对象都应具备的服务,这些服务包括建立和初始化一个新对象,建立或切断对象之间的关联,存取对象的属性值,释放或删除一个对象复杂的服务分为两种计算服务利用对象的属性值计算,以实现某种功能;监控服务处理对外部系统的输入∕输出,外部设备的控制和数据的存取
②将服务与对象的属性相比较,验证其一致性如果已经标识了对象的属性,那么每个属性必然关联到某个服务,否则该属性就形同虚设,永远不可能被访问;
③画出对象之间的消息通信路径,协调系统的行为通常消息有以下几类发送对象激活接收对象;发送对象传送信息给接收对象;发送对象询问接收对象;发送对象请求接收对象提供服务这几种类型可根据描述对象之间动作关系的动词和句型来区分对象之间的通信只能通过消息的发送和接收来完成消息由发送对象传给接收对象,其中包含有发送者希望完成的服务名和相关的参数自底向上的方法访问每一个对象,给出在对象生存期中从建立到消亡的所有状态每一状态的改变都关联到对象之间消息的传递从对象着手,逐渐向上分析自顶向下的方法一个对象必须识别某个系统中发生或出现的__,产生发送给其它对象的消息,由那些对象作出响应所以对象应能够询问需要执行什么服务,以便接收、处理、产生每个消息它是从系统行为着手,然后逐渐分析到对象当一个对象将一个消息传送给另一个对象时,另一个对象又可传送一个消息给另一个对象,如此下去就可得到一条执行线索检查所有的执行线索,确定哪些是关键执行线索CriticalThreadsofExecution这样有助于我们检查模型的完备性应当指出的是,从服务层中的消息连接可以看到一个对象在什么状态下对哪个消息做出怎样的反应也就是说,每个对象被看成一个自动机系统中所有这样的自动机构成了描述系统动态行为的基础然而,这种零散的说明让人很难从中形成一个总体的概念因此,Coad与Yourdon加上了__–响应对象交互图EROI类似于OMT的__追踪图,用来标识和描述对象之间的相互通信对于每一个__,EROI图表明了由哪一个对象来识别__的发生,产生什么消息;其它哪些对象接收这些消息,并产生什么响应EROI图的表示方法如图
6.26所示图
6.26__–响应对象交互图EROI6标识主题对于复杂的应用,可能会识别出大量的对象,但分析员同时能处理的对象却不宜过多因此引入主题机制通过建立多个主题,可以处理规模比较大的复杂模型,降低系统的复杂性每个主题可以看作为一个子模型,甚至是一个子系统在分析的某一时刻,分析人员只需重点__某个特定的主题域可以依据子论域、子系统,甚至组织或地域区分主题对于非常庞大与复杂的系统,可以建立多级主题,在主题中可以包含另一主题,形成一个层次结构但要避免将多级主题变成层次分解不同的主题之间可以有重叠部分,用自顶向下(先建立主题层)或自底向上(先建立对象–类层和结构层)方式都可以建立主题何时将主题加入到分析模型中,应当根据待__系统的__计划而定如果__计划中规定的类或对象的个数不超过40,可以在完全了解所有的类或对象之后再将主题加入如果系统__计划规定的系统规模较大,主题则应尽快加入,以便将问题论域划分成若干问题子论域,进而建立工作单元为作到这一点,需要由有经验的分析员很快标识出类和结构,粗略确定一些暂时的主题,将它们分发给负责__的各个小组去继续进行分析在深入了解问题论域和应用系统的职责之后,还需要对那些暂时的主题进行修正及调整
7.Coad与Yourdon面向对象设计方法OOD模型类似于构造蓝图,以最完整的形式全面地定义了如何用特定的实现技术建立起一个目标系统在OOA模型和OOD模型中使用了共同的表示法这有助于从分析到设计的转换,并有助于在当前的设计和实现中维护OOA模型与OOA模型一样,OOD模型也有5层结构,又被划分成了4个组成部分问题论域、用户界面、任务管理和数据管理这些组成部分把实现技术隐藏起来,使之与系统的基本问题论域行为分离开来这种策略能够帮助提高产品的可复用性,有助于产品的升级换代在OOA中,我们实际上只涉及到问题论域部分,其它三个部分是在OOD中加进来的由于问题论域部分包括与我们所面对的应用问题直接有关的所有类和对象由于识别和定义这些类和对象的工作在OOA中已经开始,这里只是对它们做进一步的细化在其它的三个部分中,将识别和定义新的类和对象这些类和对象形成问题论域部分与用户、与外部系统和专用设备,以及与磁盘文件和数据库管理系统的界面Coad与Yourdon强调这三部分的作用主要是保证系统基本功能的相对__,以加强软件的可复用性假如外部的通信系统更新了,相应的通信协议也应有所变化在这种情况下,我们只需修改任务管理部分中的某些类和对象,而不必对其它几个部分做任何修改1问题论域部分PDC的设计完整的未经改动的OOA模型将成为初始的OOD模型的PDC部分然后根据实现技术及实现方面的限制,对初始PDC部分的模型中的某些类与对象、结构、属性、操作进行组合与分解但保留在OOA模型中所捕获到的基本的系统行为如果使用可复用的类,那么它也要引入到PDC中另外根据OOD的附加原则,增加必要的类、属性和关系
①复用设计根据问题解决的需要,把从类库或其它来源得到的既存类增加到问题解决方案中去既存类可以是用面向对象程序语言编写出来的,也可以是用其它语言编写出来的可用程序要求标明既存类中不需要的属性和操作,把无用的部分维持到最小限度并且增加从既存类到应用类之间的一般化―特殊化的关系进一步地,把应用中因继承既存类而成为多余的属性和操作标出还要修改应用类的结构和连接,必要时把它们变成可复用的既存类
②把应用论域相关的类关联起来在设计时,从类库中引进一个根类,做为包容类,把所有与应用论域有关的类关联到一起,建立类的层次把同一应用论域的一些类__起来,存于类库中
③加入一般化类以建立类间协议有时,某些特殊类要求一组类似的服务在这种情况下,应加入一个一般化的类,定义为所有这些特殊类共用的一组服务名,这些服务都是虚函数在特殊类中定义其实现
④调整继承支持级别在OOA阶段建立的对象模型中可能包括有多继承关系,但实现时使用的程序设计语言可能只有单继承,甚至没有继承机制,这样就需变更PDC中类的层次结构图
6.27a是多继承模式a多继承b通过实例连接分解多继承c平铺为单继承图
6.27多继承改为单继承针对单继承语言的调整利用单继承语言,可使用两种方法把多继承结构转变为单继承结构一是把特殊类的对象看做是一个一般类对象所扮演的角色,通过实例连接把多继承的层次结构转换为单继承的层次结构,如图
6.27b所示;一是把多继承的层次结构平铺,成为单继承的层次结构,如图
6.27c所示在这种情况下,有些属性或操作在同层的特殊类中会重复出现针对无继承语言的调整当使用无继承的程序设计语言时,必须把具有继承关系的类层次结构平铺开来,成为一组类和对象一般可利用命名惯例,把这些类或对象关联起来
⑤修改设计以提高性能提高执行效率和速度是系统设计的主要指标之一有时,必须改变问题论域的结构以提高效率如果类之间经常需要传送大量消息,可合并相关的类,使得通信成为对象内的通信,而不是对象间的通信;或者使用全局数据作用域,打破封装的原则,以减少消息传递引起的速度损失增加某些属性到原来的类中,或增加低层的类,以保存暂时结果,避免每次都要重复计算造成速度损失为提高性能,在对OOA模型进行大规模的改动之前,应考虑下面一些问题如果没有性能准则,不要去人为地建立当软件运行在一个CPU速度很快的计算机上,并是单机的人机交互时,大多数的时钟周期都用在了等待用户输入上不要认为象C++之类的OOPL就一定效率不高有一些事实表明,非OOPL的紧凑代码的效率比OOPL的效率高近10倍,但在大多数情况下,OOPL的效率损失约为10%而且用非OOPL编程会令程序员非常疲劳,容易出错提高一个现存系统的工作效率比重新设计一个高效的系统要容易一开始应当建立一个原始的简单的设计,实现和调试不会太困难如果对设计有性能要求,只需加入少量的工作就可以了通常系统80%的开销都集中在20%的代码段上与其为了尽量处处节省系统开销而破坏完善的系统结构,还不如找出系统开销最集中的地方,只对那部分做优化预测软件开销集中在什么地方是困难的进行优化最有效的方法是在系统运行时使用性能监测工具对系统进行观测一些像继承、动态绑定、消息传递等处理虽然看起来简单,但需要大量的系统开销有的代码看起来复杂,但效率不见得低在代码复杂性与运行的低效之间没有相关性提高性能最好的方法是采用最出色的解决方案,而不是拼命地去节省几个微秒、几个字节这个结论在面向对象技术出现是这样,在面向对象论域仍然是这样
⑥加入较低层的构件在做面向对象分析时,分析员往往专注于较高层的类和对象,避免考虑太多较低层的实现细节但在做面向对象设计时,设计师在找出高层的类和对象时,必须考虑到底需要用到哪些较低层的类和对象2用户界面部分的设计通常在OOA阶段给出了所需的属性和操作,在设计阶段必须根据需求把交互的细节加入到用户界面的设计中,包括有效的人机交互所必需的实际显示和输入如Windows、Pane、Selector等用户界面部分设计主要由以下几个方面组成
①用户分类进行用户分类的目的是明确使用对象,针对不同的使用对象设计不同的用户界面,以适合不同用户的需要分类的原则有按技能层次分类外行/初学者/熟练者/专家按组织层次分类行政人员/管理人员/专业技术人员/其它办事员按职能分类顾客/职员
②描述人及其任务的场景对以上定义的每一类用户,列出对以下问题做出的考虑什么人、目的、特点、成功的关键因素、熟练程度以及任务场景
③设计命令层研究现行的人机交互活动的内容和准则这些准则可以是非正式的,如“输入时眼睛不易疲劳”,也可以是正式规定的;建立一个初始的命令层可以有多种形式,如一系列MenuScreens、或一个MenuBar、或一系列Icons细化命令层这时,要考虑以下几个问题排列命令层次把使用最频繁的操作放在前面;按照用户工作步骤排列通过逐步分解,找到整体-部分模式,帮助在命令层中对操作进行分块对菜单宽度与深度进行比较,把深度尽量限制在三层之内减少操作步骤在完成必须任务的前提下,把点取、拖动和键盘操作减到最少
④设计详细的交互用户界面设计有若干原则,其中包括一致性采用一致的术语、一致的步骤和一致的活动操作步骤少减少敲键和鼠标点取的次数,减少完成某件事所需的下拉菜单的距离不要“哑播放”即每当用户等待系统完成一个活动时,要给出一些反馈信息,说明工作正在进展,以及进展的程度Undo在操作出现错误时,恢复或部分恢复原来的状态减少人脑的记忆负担不应在一个窗口使用在另一个窗口中记忆或写下的信息;需要人按特定次序记忆的东西应当组织得容易记忆学习的时间和效果提供联机的帮助信息趣味性在外观和__上,尽量采取图形界面,符合人类习惯,有一定吸引力
⑤继续做原型用户界面原型是用户界面设计的重要工作人需要对提交的人机交互活动进行体验、实地操作,并精炼成一致的模式使用快速原型工具或应用构造器,对各种命令方式,如菜单、弹出、填充以及快捷命令,做出一些可供选择的原型,让用户使用,收集用户的反映,通过修改、演示的迭代,使界面越来越有效
⑥设计HIC人机交互类设计HIC类,首先从组织窗口和构件的用户界面界面的设计开始窗口需要进一步细化,通常包括类窗口、条件窗口、检查窗口、文档窗口、画图窗口、过滤器窗口、模型控制窗口、运行策略窗口、模板窗口等每个类包括窗口的菜单条、下拉菜单、弹出菜单的定义还要定义用于创建菜单、加亮选择项、引用相应的响应的操作每个类还负责窗口的实际显示所有有关物理对话的处理都封装在类的内部必要时,还要增加在窗口中画图形图符的类、在窗口中选择项目的类、字体控制类、支持剪切和粘贴的类等与机器有关的操作实现应隐蔽在这些类中
⑦根据图形用户界面进行设计图形用户界面区分为字型、坐标系统和__图形用户界面的字型是字体、字号、样式和颜色的组合坐标系统主要因素有原点基准点、显示分辨率、显示维数等__则是图形用户界面程序的核心,操作将对__做出响应,__的工作方式有两种直接方式和排队方式所谓直接方式,是指每个窗口中的项目有它自己的__处理程序,一旦__发生,则系统自动执行相应的__处理程序所谓排队方式,是指当__发生时系统把它排到队列中,每个__可用一些子程序信息来激发3任务管理部分的设计所谓任务,是进程的别称,是执行一系列活动的一段程序当系统中有许多并发行为时,需要依照各个行为的协调和通信关系,划分各种任务,以简化并发行为的设计和编码而任务管理主要包括任务的选择和调整,它的工作有以下几种
①识别__驱动任务一些负责与硬件设备通信的任务是__驱动的,也就是说,这种任务可由__来激发,而__常常是当数据到来时发出一个__
②识别时钟驱动任务以固定的时间间隔激发这种__,以执行某些处理某些人机界面、子系统、任务、处理机或与其它系统需要周期性的通信
③识别优先任务和关键任务根据处理的优先级别来安排各个任务在系统中,有些操作具有高优先级,因此必须在很强的时间限制内完成;有些操作具有较低的优先级,可进行时间要求较低的处理如后台处理通常需要有一个附加的任务,把各个任务分离开来所谓关键任务是对系统的成败起关键作用的处理必须使用附加的任务来分离这种任务,并对其安全性仔细进行设计、编程和测试
④识别协调者当有三个或更多的任务时,应当增加一个附加任务,起协调者的作用它的行为可以用状态转换矩阵来描述这种任务仅用于协调任务
⑤评审各个任务必须对各个任务进行评审,确保它能满足选择任务的工程标准──__驱动、时钟驱动、优先级/关键任务或协调者
⑥定义各个任务定义任务的工作主要包括它是什么任务、如何协调工作及如何通信它是什么任务为任务命名,并简要说明这个任务如何协调工作定义各个任务如何协调工作指出它是__驱动还是时钟驱动对于__驱动的任务,描述激发该任务的__;对于时钟驱动的任务,指明激发之前所经过的时间间隔,同时指出是一次性的还是重复性的时间间隔如何通信定义各个任务之间如何通信任务从哪里取值,结果送往何方一个模版任务的定义─任务名、描述、优先级、包含的操作、经由谁通信4数据管理部分的设计数据管理部分提供了在数据管理系统中存储和检索对象的基本结构,包括对永久性数据的访问和管理它分离了数据管理机构所关心的事项,包括文件、关系型DBMS或面向对象DBMS等数据管理方法主要有3种文件管理、关系数据库管理和面向对象库数据管理文件管理提供基本的文件处理能力关系数据库管理系统RDBMS关系数据库管理系统建立在关系理论的基础上,它使用若干表格来管理数据通常根据规范化的要求,可对表格和它们的各栏重新组织,以减少数据冗余,保证修改一致性数据不致出错规范化的要求用“范式”来定义面向对象数据库管理系统OODBMS通常,面向对象的数据库管理系统以两种方法实现一是扩充的RDBMS,二是扩充的面向对象程序设计语言OOPL扩充的RDBMS主要对RDBMS扩充了抽象数据类型和继承性,再加上一些一般用途的操作来创建和操纵类与对象扩充的OOPL对面向对象程序设计语言嵌入了在数据库中__管理存储对象的语法和功能这样,可以统一管理程序中的数据结构和存储的数据结构,为用户提供了一个统一视图,无需在它们之间做数据转换5程序设计语言的影响详细的面向对象设计是与语言有关的这样,可以有效地为过程型语言、面向软件包的语言、面向对象的语言所用一般地,所有的语言都可以完成面向对象实现,但某些语言能够提供更丰富的语法,能够显式地描绘在面向对象分析和面向对象设计过程中所使用的表示法
①面向对象设计与过程型语言过程型语言,如C、Pascal、FORTRAN、COBOL,只直接支持过程抽象,但可以增加数据抽象及封装如利用结构化设计的信息隐蔽模块虽然某些公共部分可以作为单独的子程序,但无法明确地表示继承性也无法明确支持整体与部分、类与成员、对象与属性等关系也许,面向过程型语言的面向对象设计尽管在技术上不令人满意,但它确实还是能成为一种实用的且可行的方法从面向对象分析,到面向对象设计,再到具有面向对象特性的过程型语言
②面向对象设计与基于对象的语言基于对象的语言,也叫做面向软件包的语言,如Ada等,能够直接支持过程抽象、数据抽象、封装和对象与属性关系虽然某些公共部分可作为单独的子程序,但它仍无法明确地表示继承性,也无法明确地表示类与成员、整体与部分的关系也许,基于对象语言的面向对象设计比较符合人的习惯,它代表着一种可行的__方法从面向对象分析,到面向对象设计,再到具有面向对象特性的基于对象的语言
③面向对象设计与面向对象的程序设计语言面向对象的程序设计语言,包括C++、__alltalk、Actor、O__ective-C、Eiffel、J__a等,都直接支持过程抽象、数据抽象、封装、继承、以及对象与属性、类与成员关系虽然它们不明确地支持整体与部分关系,但可以方便地表示组装对象因此,从面向对象分析,到面向对象设计,再到面向对象程序设计语言OOPL是一种与表示法十分一致的策略
④面向对象设计与面向对象数据库语言OO-DBL面向对象数据库管理系统OO-DBMS及其语言OO-DBL,是面向对象程序设计语言OOPL与数据管理能力的组合OO-DBMS有四种不同的体系结构大属性扩充关系型DBMS,使容纳大属性,如一个文档松散耦合一个OOPL与大量的DBMS组合在一起紧密耦合一个OOPL与某个专用的DBMS集成为一个系统扩充关系型扩充关系型DBMS,使容纳“过程”之类的属性紧密耦合体系结构在程序设计和数据操纵中使用了同一种语言,它更能显式地表达面向对象分析和面向对象设计的语义
8.Booch的方法就面向对象的方法而言,Booch是最早的倡导者之一,他的工作可回溯到80年代初期1Booch方法的设计过程Booch认为软件__是一个螺旋上升的过程在这个螺旋上升的每个周期中,有以下几个步骤
①发现类和对象从说明应用问题的词法和概念中识别对象,通过对具体对象的抽象化来发现类
②确定它们的含义进行行为分析,描画相关的场景,考虑已识别的类和对象在完成系统功能上应承担的责任和所起到的作用,在这个基础上确定每一类的属性和操作
③找出它们之间的相互关系找出类与类,对象与对象之间的相互关系密切相关的一些对象协同作业,以完成部分的系统功能,同时也构成系统的一个必要组成部分,Booch称之为“机构”识别这样的机构也是这一步的一个重要目的
④说明每一个类和对象的界面和实现说明每一类的界面和实现,同时将类和对象分配到不同的模块中,将可同时执行的进程分配到不同的处理机上这一步是对已有定义的细化和完善过程,往往有助于发现新的类和对象,因而导致下一周期的__工作Booch对每一步的目的,具体做法,最后的产品,以及检验方法都做了详细的讨论图
6.28给出了Booch的面向对象的__模型这个模型分为逻辑设计和物理设计两个部分逻辑设计部分包括两个文件类图和对象图,着重于类和对象的定义物理设计部分也包括两个文件模块图和进程图,针对着软件系统的结构Booch还区分静态模型和动态模型静态模型侧重于系统的构成和结构,而动态模型则侧重于系统在执行过程中的行为除了上面提到的几个基本文件以外,Booch的方法还包括状态迁移图和时序图,这两个文件主要用于描述系统的动态行为2Booch方法的基本的模型在Booch方法中,用于说明系统要求的表示方法和手段非常丰富,相当灵活
①类图类图用于表示类的存在以及类与类之间的相互关系,是从系统构成的角度来描述正在__的系统图
6.29所给出的以虚线为边界的云状图符(云图)表示一个类它的名字,属性和操作则可列于其中所有的图形表示都伴随有详细的文字说明,不必将全部细节都画在图中一个类的存在不是孤立的类与类之间以不同方式互相合作,共同完成某些系统功能图
6.30给出了几种基本的关系及其图形表示关联关系表示两个类之间存在着某种语义上的__,其真正含义要由附加在横线之上的一个短语来予以说明在表示继承关系的图符中,箭头由子类指向基类在表示包含关系的图符中,带有实心圆的一端表示整体,相反的一端表示部分在表示使用关系的图符中,带有空心圆的一端连接在请求服务的类,相反的一端连接在提供服务的类图
6.31给出了一个有关温室管理系统的类图
②对象图对象图用于表示对象的存在以及它们间的相互关系在系统的生存期中,类的存在基本上是稳定的,而对象则不断地从产生到消灭,经历着一系列的变化一个对象图则是描述在这个过程中某一时刻的场景,也可以说是用来说明决定系统行为的基本结构从图
6.32中的对象图中可以看到,用实线的云状图符表示对象,右下侧有黑影的云状图符表示系统程序库中的公用程序,云状图符之间的连线及其之上的箭头表示消息的传送和方向,为表示消息传送的次序,序列号码附加在每个消息之间3状态迁移图状态迁移图用来说明每一类的状态空间、触发状态迁移的__,以及在状态迁移所执行的操作它提供了描述一个类的动态行为的手段图
6.33给出了“环境控制器”类的状态迁移图从图中可以看到Booch的表示方法非常类似于OMT的表示方法同样地,Booch也主张采用类似结构化的方法来减少状态迁移图的复杂性4交互作用图Booch方法中的交互作用图不仅在概念上,而且在表示方法上都与OMT的__追踪图十分相似不同的是Booch的交互作用图主要表示操作而不是__交互作用图用于追踪系统执行过程中的一个可能的场景,也就是几个对象在共同完成某一系统功能中所表现出来的交互关系Booch指出交互作用图实际上是另一种形式的对象图,完全有可能利用软件工具在一个图的基础上自动地生成另一个图
6.34的交互作用图与图
6.32的对象图表现系统执行过程中的同一场景,但以不同的形式来表达交互作用图可以清楚地展示消息传送的序列而对象图则能够表现较为复杂的操作调用因而,Booch的方法包括这两种图5模块图模块图在系统的物理设计中说明如何将类和对象分配到不同的软件模块中具体方法与最后代码编写时所采用的程序设计语言有关在多数语言中,文件就是基本的模块图
6.35给出了一个模块图的例子图中的方形图符用以表示声明文件,其右下策的黑影表示相应的定义文件从一个文件图符到另一个文件图符的箭头表示两者之间的编译依赖关系,也就是说,在箭头所指向的文件编译完成之后,相反一端的文件不可进行编译除了文件层的模块图以外,Booch的方法还建议用子系统层的模块图来描述系统的主要部分之间以及与外部系统如数据库之间的关系6进程图进程图在系统的物理设计中说明如何将可同时执行的进程分配到不同的处理机上即使对于运行于单处理机之上的系统,进程图也是有用的,因为它可以表示同时处于活动状态的对象,以便决定进程调度方法图
6.36给出的是温室管理系统的进程图立方形的图符代表进程,它们之间的连线表示进程之间的通信关系总之,Booch的方法内涵丰富,涉及到面向对象的软件系统所有各个方面,是广为使用的几个面向对象的方法之一Booch不仅建立了__方法,还提出了对设计人员的技术要求,以及在__过程的不同阶段(分析、设计、代码编写、测试与集成)中资源与人力的分配此外,他还讨论了设计阶段的工作何时结束,实现阶段的工作何时结束这样一些较为困难的问题
三、例题分析【例1】请说明下面有关范型的叙述的正确答案1问题的解决是基于规则的,它把有关问题的知识分解成一组具体规则,用语言的if_then等结构来表示这些规则2问题的解决把软件视为由一系列步骤构成的算法每一步骤都是带有预定输入和特定输出的一个过程,连贯起来产生合理的稳定的贯通于整个程序的控制流3把一个问题分解成__执行的模块让不只一个程序进程同时运行这些进程互相配合,解决问题4把标识和模型化问题论域中的主要实体做为系统__的起点,主要考虑对象的行为而不是必须执行的一系列动作供选择的答案
①面向存取
②面向对象
③过程性
④逻辑性
⑤函数型
⑥面向进程
⑦说明型
⑧原型答案1
④2
③3
⑥4
②分析逻辑性的范型把有关问题的知识分解成一组具体的规则,这些规则常常是用一种语言的“if_then”结构等来表示过程性的范型产生过程的抽象,这些抽象把软件视为处理流,定义构成一系列步骤的算法,每一步骤都是带有预定义输入和特定输出的一个过程,把这些步骤串联在一起可产生合理的稳定的贯通于整个程序的控制流面向对象范型把标识和模型化问题论域中的主要实体做为系统__的起点,主要考虑对象的行为而不是必须执行的一系列动作面向对象系统中的对象是数据抽象与过程抽象的一个混合体表示这些实体的数据抽象是面向对象设计过程的主要产品,系统的状态保存在各个数据抽象的核心所定义的数据存储中控制流被分成块,并被包括在各个在数据抽象上的各个操作里面不像在过程性范型里那样,把数据从一个过程传送到另一个过程,而是控制流从一个数据抽象被传送到另一个数据抽象面向进程的范型把一个问题分解成__执行的模块在某种意义上来说,就是让不只一个程序同时运行这些程序,或更正确地说,这些进程互相配合,从而解决问题可以认为一个进程在面向进程__模式中就是一个模块构件面向进程__模式产生的主要的块是进程在一个进程中的活动总的来说是__于其它进程的那些活动的,除非要求从其它进程得到信息,或为其它进程提供信息甚至可以异步处理,仅需要进程暂停发送或接收信息在面向对象范型中,各个对象是相对__的,但也存在单线索控制面向进程范型支持与面向对象范型相同的封装,但可继续提供多线索线程执行【例2】对象是面向对象范型的(A)每个对象可用它自己的一组(B)和它可以执行的一组(C)来表征应用执行对象的(C)可以改变该对象的(B)它的应用必须通过(D)的传递可以认为,这种(D)的传递大致等价于过程性范型中的函数调用某些语言提供了特殊功能,允许对象引用自己若一个对象没有显式地被引用,则可让该对象(E)供选择的答案A.
①基本单位
②最小单位
③最大单位
④语法单位BC.
①行为
②功能
③操作
④数据
⑤属性D.
①接口
②消息
③信息
④操作
⑤过程E.
①撤消
②歇着
③缺省
④隐式引用
⑤引用自己答案A.
①B.
⑤C.
③D.
②E.
③分析对象是面向对象范型的基本单位每个对象可用它自己的一组属性和它可以执行的一组操作来表征应用执行对象的操作可以改变该对象的属性,属性一般只能通过操作来改变它的应用必须通过消息的传递发送给一个对象的消息定义了一个方法名和一个参数表(可能是空的),并指定某一个对象而由一个对象接收的消息则引用消息中指定的方法的代码,并将实际参数与参数表中相应的形式参数结合起来接收对象对消息的处理可能会改变对象中的状态,即改变接收对象的属性,并发送一个消息给自己或另一个对象可以认为,这种消息的传递大致等价于过程性范型中的函数调用然而,执行方法得到消息结果的目的是想修改相关对象的内部状态,而不只是修改变元并返回它们某些语言提供了特殊功能,像__alltalk提供了self,允许对象引用自己若一个对象没有显式地被引用,则可让该对象缺省【例3】在面向对象软件__过程中特别重视复用软件构件应__于当初__它们的应用而存在在以后的应用__中,可以调整这些__构件以适应新问题的需要因此,应使得类成为一个(A)的单元这样就有一个(B)生存期问题(B)生存期有自己的步骤,与任一特定应用的__(C)按照这些步骤,可以完整地描述一个基本(D)而不仅仅考虑当前正在__的系统系统__的各个阶段都可能会标识新的类随着各个新类的标识,(B)生存期引导__工作逐个阶段循序渐进在设计与实现类时,应尽可能利用既存类提供为当前应用所需要的功能,利用既存类的三个可能途径是E复用既存类;对既存类进行(F)以得到满足要求的类;重新开始进行__供选择的答案A.
①可复用
②可测试
③可适用
④可靠B.
①应用
②寿命
③类
④软件C.
①相关
②密切相关
③负相关
④无关D.
①概念
②实体
③__
④事情EF.
①修改
②更新
③照原样
④演化答案A.
①B.
③C.
④D.
②E.
③F.
④分析在面向对象软件__过程中特别重视复用软件构件应__于当初__它们的应用而存在构件的__瞄准某些局部的设计和实现,它们可用于当前问题的解决,但为了在以后的项目中使用,它们还应当足够通用在以后的应用__中,可以调整这些__构件以适应新问题的需要为使得类成为一个可复用的单元,有一个类生存期的问题类生存期与应用生存期交叉在应用生存期的每一个阶段都可做类的标识类生存期有自己的步骤,与任一特定应用的__无关按照这些步骤,可以完整地描述一个基本实体而不仅仅考虑当前正在__的系统系统__的各个阶段都可能会标识新的类随着各个新类的标识,类生存期引导__工作逐个阶段循序渐进在设计与实现类的时候,有三种利用既存类的途径原封不动地复用既存类对既存类进行演化以得到满足要求的类重新开始进行__【例4】类常常被看做是一个抽象数据类型的实现,更合适的是把类看做是某种(A)的一个模型事实上,类是单个的(B)语义单元类的用户能够操纵的操作叫做类的(C)类定义的其余部分给出数据定义和辅助功能定义,包括类的实现类的实现常常包括了其它类的实例,这些实例(D)被其它对象存取,包括同一个类的其它实例类的实现可能还包括某些私有方法,实现它们的类可以使用,而其它任何对象都不能使用类,就它是一个数据值的聚合的意义上来看,与Pascal中的记录或C中的结构类似,但又有差别类扩展了通常的记录语义,可提供各种级别的(E)类不同于记录,因为它们包括了操作的定义,这些操作与类中声明的数据值有相同的地位供选择的答案A.
①功能
②概念
③结构
④数据B.
①语法
②词法
③语义
④上下文环境C.
①界面
②操作
③行为
④活动D.
①可自由地
②可有控制地
③可通过继承
④应受保护不E.
①可移植性
②可重复性
③可访问性
④继承性答案A.
②B.
③C.
①D.
④E.
③分析类常常被看做是一个抽象数据类型的实现这个定义不太够,更合适的是把类看做是某种概念的一个模型事实上,类是单个的语义单元,它可以更自然地管理系统中的对象,匹配数据定义与操作许多面向对象范型的语言都提供数据抽象机制这个机制为类定义提供了一个手段,以指明类的用户能够操纵的操作这组操作叫做类的界面类定义的其余部分给出数据定义和辅助功能定义,包括类的实现这种分离把类的用户与类内部修改的影响隔离开来类的实现常常包括了其它类的实例,它们往往提供了新类所需要的服务这些实例应受保护不被其它对象存取,包括同一个类的其它实例类的实现可能还包括某些私有方法,实现它们的类可以使用,而其它任何对象都不能使用类,就它是一个数据值的聚合的意义上来看,与Pascal中的记录或C中的结构类似,但又有差别类扩展了通常的记录语义,可提供各种级别的可访问性也就是说,记录的某些成份可能是不可访问的,而这些成份对于本记录型来说具有可访问性类不同于记录,因为它们包括了操作的定义,这些操作与类中声明的数据值有相同的地位【例5】有一种非形式的技术,对于捕获信息有时很有用,它就是CRC卡片CRC是A、B和C的缩写它可以用来组织在每一个子系统中的类以CRC卡片为辅助工具的设计有以下几个步骤识别A和B,分配B,找寻C,细化CRC的__强调模拟在执行每个基本功能时系统内部出现的D,以此推动细化工作的进行在这个过程中,CRC卡片是十分重要的一个工具用CRC卡片来进行设计,既不是传统的“自上而下”,也不是“自下而上”,而是从已知到未知的逐步E的过程供选择的答案AC.
①控制
②协__
③可靠性
④类
⑤计算
⑥职责
⑦比较
⑧上下文环境D.
①场景
②算法
③进程
④变换E.
①演化
②进展
③展开
④认识答案A.
④B.
⑥C.
②D.
①E.
③分析CRC是Class类、Responsibility职责和Collaborators协__的缩写这个技术是由Beck等__的,在标识实体和定义界面的行为时在小组对话中使用由于它的简单有效,以后逐渐成为职责驱动方法的一部分,并结合到其它的面向对象方法中去CRC卡片的特点是用人格化的方法,将软件系统中的每个部件,即类,看成一个__的个体,在探索如何与其它个体携手合作完成某一系统功能中逐步完成自身的定位为了便于分组,查找,以及修改每张卡片分为三个部分,分别记录一个类的名称,它的主要职责和协__以CRC卡片为辅助工具的设计有以下几个步骤1识别类和职责CRC卡片的__建议使用自然语言的分析方法LIA,从用户需求规格说明书中的名词,物理和概念的实体中发现有用的类引进适当的基类或子类,以形成继承关系的层次结构然后,从用户的需求说明书中寻找对有关的信息和行为的描述,以发现职责职责就是需做的事,必须完成的任务,后要解决的问题,但不涉及如何实现2分配职责将职责分配到类,并记录在相应的卡片上CRC的__指出应尽可能确保行为与有关信息不要分开,与同一实体的信息要集中在一起如有必要,有些职责可以由几个类共同承担3找寻协__任何一个类在完成自己的职责时往往都需要其它类的协作这一步就是要找到与每一个类协作的伙伴,并记录在相应的卡片上具体做法是依次检查每一类所承担的每一项责任,看是否需要其它类的帮助来完成如果需要,进一步确定需要其做什么4细化CRC的__强调模拟在执行每个基本功能时系统内部出现的场景,以此推动细化工作的进行通常在模拟一个场景的过程中,每当一个类开始“执行”时,它的卡片就被拿出来加以讨论,当“控制”传送到另一个类时,我们的注意力就从前一张卡片转移到另一张上去了不同的场景,包括例外和出错状况,都应逐一加以模拟在这个过程中,可以验证已有的定义,不断发现新的类、职责以及伙伴用CRC卡片来进行设计,既不是传统的“自上而下”,也不是“自下而上”,而是从已知到未知的逐步展开的过程场景模拟有助于以试验性的方式来从事设计由于检索卡片灵活、易于修改,不同的设计方案可以很快地形成,并进行检验【例6】论域分析的A和对应用分析和高层设计的B就构成问题论域的模型已有许多建立这种模型的技术,一种特别适用的技术就是语义数据模型语义数据模型来源于Codd的C数据模型和实体—__模型,并对这类模型进行了扩充和一般化语义数据模型可以表达问题论域的内涵,还可以表示复杂对象和对象之间的__语义数据模型与C数据模型本来都是在D设计时使用的,但它们的范围已经扩展到系统的__作为D结构标准的ANSI/SPARC建议提出了三层模型外部模型、概念模型和E模型这三层可以被映象到面向对象设计的三个层次上去外部模型与概念模型层相当于高层设计阶段供选择的答案AB.
①控制
②输出
③输入
④处理
⑤计算
⑥解释
⑦比较
⑧创建C.
①变换
②关系
③抽象
④事务D.
①网络
②程序
③算法
④数据库E.
①低层
②底层
③内部
④存储答案A.
③B.
②C.
②D.
④E.
③分析论域分析的输出和对应用分析和高层设计的输入就构成问题论域的模型一种特别适用的技术就是语义数据模型语义数据模型来源于Codd的关系数据模型和实体—__模型,并对这类模型进行了扩充和一般化语义数据模型可以表达问题论域的内涵,还可以表示复杂对象和对象之间的__语义数据模型与关系数据模型本来都是在数据库设计时使用的,但它们的范围已经扩展到系统的__作为数据库结构标准的ANSI/SPARC建议提出了三层模型外部模型、概念模型和内部模型这三层可以被映象到面向对象设计的三个层次上去,如表所示外部模型与概念模型层相当于高层设计阶段语义数据模型主要特征面向对象设计外部模型数据的用户视图类的定义(规格说明)概念模型实体及其之间__的内涵类之间的应用__内部模型数据的物理模型类的实现1外部模型层外部模型是来自应用的外部现实世界的视图,它反映了用户对问题的理解而不是实现者对问题的理解在这一层__的类应具有对应于用户活动的操作规格说明2概念模型层概念模型层考虑在外部模型层所标识的实体之间的__这些__就是可直接观察到的交互关系在这一层,通常可以由系统的用户来识别和理解这些____的重要属性是实例连接一个__的实例连接是指在该__中一个实体的实例对应于该__中其它实体的实例的数目3内部模型层这一层考虑实体的物理模型,这是我们生存期中的类设计阶段物理模型包括两类属性数据和方法方法属性对实体的行为模型化,而数据属性对实体的状态模型化在模型中方法分为两种一种可作为共有界面来使用,而另一种是私有的【例7】从分析到设计的过程流如图所示一旦已经__完成一个合理完整的A模型后,就要着手B的设计这需要描述B的特征,以准确表达待实现的用户需求,以及实现需求所必须的支持环境一旦定义了各个B,就开始C设计,这时,可利用CRC卡片,将属性转换为D,将关系转换为E供选择的答案AC.
①分析
②系统设计
③模块设计
④子系统设计
⑤对象设计
⑥数据设计
⑦操作设计
⑧行为设计DE.
①对象
②数据结构
③算法
④消息传递
⑤控制
⑥并发处理
⑦进程
⑧过程答案A.
①B.
④C.
⑤D.
②E.
④分析从分析到设计的过程流如图所示一旦已经__完成一个合理完整的分析模型后,就要着手子系统的设计这需要描述子系统的特征,以准确表达待实现的用户需求,以及实现需求所必须的支持环境在定义子系统时,需要在用户需求的整个上下文环境中互相协调各个用户需求分配给哪个子系统?在OOA中定义的对象驻留在哪个子系统内?哪些子系统并发运行?负责协调和控制它们的系统构件是谁?全局资源在子系统中如何管理?等在设计子系统的过程中,需要定义4种重要的设计构件问题论域负责实现用户需求的子系统人机交互实现用户界面的子系统(包括可复用的GUI子系统)任务管理负责控制和协调各种__驱动、时钟驱动、并发执行任务的子系统数据管理负责对象存储和检索的子系统每一个构件都可以用一些类、必须的关系和行为来定义构件之间的关系可以通过建立每个构件的消息模型来建立一旦定义了各个子系统,包括上述的各个设计构件,就开始对象类设计,这时,可利用CRC卡片,将类转换为设计实现,转换工作如图所示
四、习题【6-1】什么叫面向对象?面向对象方法的特点是什么?___要用面向对象方法__软件?【6-2】什么是“对象”?识别对象时将潜在对象分成7类,试给出这7类对象的名称,并举例说明【6-3】什么是“类”?“类”与传统的数据类型有什么关系?有什么区别?【6-4】基于复用的面向对象__过程分为哪几个阶段?每一个阶段需要做哪些事情?【6-5】按照类生存期,类的__有哪几种方式?每一种方式需要做哪些事情?【6-6】面向对象__方法与面向数据流的结构化__方法有什么不同?使用面向对象__方法的优点在什么地方?【6-7】面向对象的程序设计语言具有数据抽象、信息隐蔽、A等特征作为运算单位的对象应具有下列特性B、C、DE是面向对象的语言供选择的答案A
①对象调用
②对象变换
③非过程性
④信息继承
⑤并发性BD
①对象把数据和处理数据的操作结合为一体
②在程序运行时对象都处于活动状态
③对象在计算中可向其他对象发送消息
④接受消息的对象必须给消息发送者以回答
⑤对象的内部状态只根据外部送来的消息才操作E
①C++,__ALLTALK,o__ectC
②C,Ada,Modula2
③PASCAL,C++,APL
④Ada,o__ectC,C【6-8】基于复用的面向对象的需求分析过程主要分为两个阶段论域分析和应用分析试讨论它们各自承担什么任务?如何衔接?【6-9】建立分析和设计模型的一种重要方法是UML试问UML是一种什么样的建模方法?它如何表示一个系统?【6-10】使用面向对象设计方法进行高层设计,以建立系统的体系结构这样的结构有哪几种主要的组成部分?每一部分所承担的职责是什么?【6-11】由RumBaugh等人提出的一种面向对象方法叫做对象模型化技术OMT,即三视点技术,它要求把分析时收集的信息建立在三个模型中第一个模型是A,它的作用是描述系统的静态结构,包括构成系统的对象和类,它们的属性和操作,以及它们之间的__第二个模型是B,它描述系统的控制逻辑,主要涉及系统中各个对象和类的时序及变化状况B包括两种图,即C和DC描述每一类对象的行为,D描述发生于系统执行过程中的某一特定场景第三个模型是E,它着重于描述系统内部数据的传送与处理,它由多个数据流图组成供选择的答案ABE
①数据模型
②功能模型
③行为模型
④信息模型
⑤原型
⑥动态模型
⑦对象模型
⑧逻辑模型
⑨控制模型⑩仿真模型CD
①对象图
②概念模型图
③状态迁移图
④数据流程图
⑤时序图
⑥__追踪图
⑦控制流程图
⑧逻辑模拟图
⑨仿真图⑩行为图【6-12】在类的设计中需要遵循的方针是什么?三个主要的设计准则抽象、信息隐蔽和模块化如何才能作到?【6-13】在面向对象软件设计过程中,应按如下要求进行类的设计只有类的共有界面的成员才能成为使用类的操作,这就是软件设计的A原则当且仅当一个操作对类的实例的用户有用时,它才是类公共界面的一个成员,这是软件设计的B原则由同属一个类的操作负担存取或__类的数据,这是软件设计的C原则两个类之间的交互应当仅涉及参数表,这是软件设计的D原则每个派生类应该当做基类的特殊化来__,而基类所具有的公共界面成为派生类的共有界面的一个子集,这是软件设计的E原则供选择的答案A
①过程抽象
②功能抽象
③信息隐蔽
④共享性
⑤连通性B
①标准调用
②最小界面
③高耦合
④高效率
⑤可读性C
①数据抽象
②低内聚
③高内聚
④低复杂度
⑤低强度D
①显式信息传递
②高内聚
③低内聚
④相互操作性
⑤连接性E
①动态联编
②异质表
③信息隐蔽
④多态性
⑤继承性【6-14】在类的通过复用的设计中,主要的继承关系有哪几种?试举例说明
五、习题解答【6-1】关于“面向对象”,有许多不同的看法Coad和Yourdon给出了一个定义“面向对象=对象+类+继承+消息通信”如果一个软件系统是使用这样4个概念设计和实现的,则认为这个软件系统是面向对象的面向对象方法的特点是方法的唯一性,即方法是对软件__过程所有阶段进行综合考虑而得到的从生存期的一个阶段到下一个阶段的高度连续性,即生存期后一阶段的成果只是在前一阶段成果的补充和修改把面向对象分析OOA、面向对象设计OOD和面向对象程序设计OOP集成到生存期的相应阶段使用面向对象方法__软件的好处是__方法的唯一性,__阶段的高度连续性,表示方式的一致性;问题空间实体的自然表示,减轻了设计者的负担,在设计系统之初不必考虑一个很完整的解决方案建立稳定的系统结构,可促进复用性,易于维护,易于修改,可合理利用共同性,减少复杂性【6-2】对象的定义对象是面向对象__模式的基本成分,是现实世界中个体或事物的抽象表示每个对象可由一组属性和它可以执行的一组操作来定义可能的潜在对象有7类外部实体它们产生或接受为目标系统所使用的信息如各种物理设备、使用人员、其它相关的子系统事物问题的信息域所涉及的概念实体如各种报告、显示、文字、__、规格说明等__系统运行时发生的并需要系统记忆的__如状态转换、物理运动等角色与系统有交互的各种人员所扮演的角色如经理、工程师、销售人员等场所或位置建立系统整体环境或问题上下文的场所、位置如基于计算机的系统的__场所等组织机构与应用有关的组织机构如组织,部门等结构定义由一组成分对象组成的聚合对象,或在极端情况下,定义对象的相关类如传感器、四轮驱动车、计算机等【6-3】把具有相同特征和行为的对象归在一起就形成了类类成为某些对象的模板,抽象地描述了属于该类的全部对象的属性和操作属于某个类的对象叫做该类的实例对象的状态则包含在它的实例变量,即实例的属性中类定义了各个实例所共有的结构,类的每一个实例都可以使用类中定义的操作实例的当前状态是由实例所执行的操作定义的类,就它是一个数据值的聚合的意义上来看,与Pascal中的记录或C中的结构类似,但又有差别类扩展了通常的记录语义,可提供各种级别的可访问性也就是说,记录的某些成份可能是不可访问的,而这些成份对于本记录型来说具有可访问性类不同于记录,因为它们包括了操作的定义,这些操作与类中声明的数据值有相同的地位【6-4】基于复用的面向对象__过程分为6个阶段,如右图中虚线框所围
①论域分析论域分析__问题论域的模型论域分析应当在应用分析之前进行,我们在了解问题之前应当对问题敞开思想考虑,考察问题论域内的一个较宽的范围,分析覆盖的范围应比直接要解决的问题更多
②应用分析应用或系统分析细化在论域分析阶段所__出来的信息,并且把注意力集中于当前要解决的问题因为通过论域分析,分析人员具有了较宽的论域知识,因而能__出更好的抽象
③高层设计在一个纯面向对象环境中,软件体系结构设计与类设计常常是同样的过程,但还是应当把体系结构设计与类的设计分开在高层设计阶段,设计应用系统的顶层视图这相当于__一个代表系统的类,通过建立该类的一个实例并发送一个消息给它来完成系统的“执行”
④类的__根据高层设计所标识的对各个类的要求和类的规格说明,进行类的__因为一个应用系统往往是一个类的继承层次对这些类的__是最基本的设计活动
⑤实例的建立建立各个对象的实例,实现问题的解决方案
⑥组装测试按照类与类之间的关系组装一个完整的应用系统的过程中进行的测试各个类的封装和类测试的完备性可减少组装测试所需要的时间【6-5】按照右图所示的类生存期,类的__有三种方式1既存类的复用只要有可能就应复用既存类为了达到此目的,__人员必须能够找到这样一些类,它们都能选用来提供所需要的行为有时应用要解决的问题与以前遇到的一些问题密切相关,因此那些问题中定义和实现的类可以复用然而,多数照原样复用被限制在低层上最基本的类,像基本数据结构对于较一般的结构,可以在实例化时,使用参数来规定它们的行为2从既存类进行演化多数复用情况是一个类已经存在,它提供的行为类似于要为新类定义的行为__人员可以使用既存类做为定义新类的起点新类将根据既存类渐进式地演变而成这样,在__一个新类时,只需要花费较少的工作量就能复用许多既存类,得到所需要的新类演化可以是横向的,也可以是纵向的横向的演化导致既存类的一个新的版本,而纵向的演化将从既存类导出新类我们在这里将主要讨论类的纵向渐进式__
①渐进式设计设计既存类的一个特殊化类通过确定新类中打算要的所有成员,设计者可以确定哪些追加的行为可以加到类中去,哪些既存的行为应当重新实现
②渐进式实现许多实现可以从既存类直接继承;有时可以仅使用很少的新代码就能利用既存类的实现,而这些新代码必须当做老方法的上文或下文进行编写此外,在渐进式设计阶段增加的那些行为也必须实现
③渐进式测试在测试中最花费时间的就是测试用例的生成许多新类的测试用例可以从既存类的测试用例组中得到新类的某些部分因为在测试既存类时已经测试过,因此可以不再需要测试3从废弃型进行__这个分支仅在不得已的情况下使用任何一个类,只要它的__不涉及既存类,就可看做是一个新的继承结构的开始因此,将建立两种类一种是抽象类,它概括了将要表达的概念;另一种是具体类,它要实现这个概念
①设计设计阶段需把分析阶段所产生的界面当做输入,并确定类的其它属性设计给出类的所有细节这个阶段的输出是有关类的属性的足够的细节,可支持它们的实现单个类的设计包括构造数据存储,它是类定义的核心其内部表示还包括一些私有函数,它们实现了共有操作的某些部分单个类的低层设计还涉及一些重要__,如继承和组装关系
②实现通过变量的声明、操作界面的实现及支持界面操作的函数的实现,可实现一个类的预期行为和状态在变量中存储的数据通常是其它类的实例,它们提供了为该类的__所需的服务
③测试单个的类为测试提供了自然的单元如果类的定义提供的界面比较狭窄,那么穷举测试就有可能实现类的测试在最抽象的层次开始,沿继承__继续向下进行,新的类可以很容易地完全地被测试,而已经测试过的部分就不需要从新测试了4求精和维护传统的维护活动是针对应用的,而求精过程则是针对类,并把类链接在一起的结构的因为我们利用抽象进行__,因此,维护部分在任一时间都能修改这些抽象随着经验的增长,我们可以够标识抽象的抽象,使得继承结构通过泛化增加新的层次,即在既存的根类之上增加新的层次【6-6】结构化__方法是使用最广泛、历史最长的过程化__方法结构化__方法产生过程的抽象,这些抽象把软件视为处理流,定义构成一系列步骤的算法,每一步骤都是带有预定义输入和特定输出的一个过程,把这些步骤串联在一起可产生合理的稳定的贯通于整个程序的控制流这将最终导致一个很简单的具有静态结构的体系结构在结构化__方法中,数据结构是应算法步骤的要求而__的数据结构贯穿于过程,提供过程需要传送给它的操作的信息系统的状态是一组全局变量,这组全局变量保持了状态的值,把它们从一个过程传送到另一个过程结构化__方法是一种成熟的应用__过程对这种方法已经存在许多支持然而,在大型系统的__上和在面向用户系统的构造上存在一些问题改进大型系统__的技术主要集中在__数据抽象日益增多的考虑是使用抽象数据类型,把过程化系统__过程包括到数据驱动的方法中随着大型系统的__,接踵而来的问题就是要把过程抽象与数据抽象方法组合起来,这种需要导致了面向对象__方法的诞生面向对象__方法是我们分解问题所使用方法演化的结果在结构化__方法中过程抽象是优先的,而面向对象__方法中优先的是实体,即问题论域的对象在面向对象__方法中,把标识和模型化问题论域中的主要实体做为系统__的起点,主要考虑对象的行为而不是必须执行的一系列动作面向对象系统中的对象是数据抽象与过程抽象的一个混合体表示这些实体的数据抽象是面向对象设计过程的主要产品,系统的状态保存在各个数据抽象的核心所定义的数据存储中控制流被分成块,并被包括在各个在数据抽象上的各个操作里面不像在结构化__方法里那样,把数据从一个过程传送到另一个过程,而是控制流从一个数据抽象被传送到另一个数据抽象完成的系统体系结构更复杂但也更灵活在块中分离的控制流允许把复杂的动作视为局部的相互影响【6-7】A.
④B.
①C.
③D.
④E.
①其中,B、C、D的答案可互换面向对象的程序设计语言应具备面向对象方法所要求的4个成分类、对象、继承和消息通信类与对象由数据抽象和信息隐蔽得到,此外语言应具有信息继承的机制对象由一组属性和它可以执行的一组操作来定义面向对象的软件系统通过对象间的消息通信和对象执行消息所要求的服务完成系统预定的功能所以,对象在计算中可向其他对象发送消息,接受消息的对象必须通过响应消息∕执行服务,给消息发送者以回答C++,__alltalk,o__ectC是面向对象的程序设计语言,Ada、Modula2是基于对象的程序设计语言,因为它缺少继承的机制,而Pascal,C,APL等都不是面向对象或基于对象的程序设计语言【6-8】论域分析是软件__方法中一个基本组成部分,它给出的一组抽象是论域的知识的高层表示,用来做为特定系统需求__的参考由于分析常常是在超出当前应用的范围进行的,所以这个技术仅在扩充当前系统或将来建立其它系统时找寻复用信息时才是实用的论域分析是对与应用__问题有关的范围十分广泛的知识的学习论域的边界是模糊的,它们很多是凭借经验和实际考虑(如可用资源)定义的主要思想是想把考虑的领域放宽一些,把相关的概念都标识到,以帮助更好地掌握应用的核心知识当用户改变他们对系统需求的想法时,范围广泛的分析可以帮助预测这些变化,并不再需要进一步的分析论域分析的目的是标识基本概念,识别论域的特征,把这些概念集成到论域的模型中这个模型必须包含概念之间的关系和关于每个单独概念的完全信息这个信息起着一种胶合作用,把所有相关概念并入论域综合视图中去论域分析是一个持续的活动,它可以在软件__的任一时刻进行标识,它还是一个可在超出特定应用的__范围时仍然能够正常继续的处理当论域变化时,必须更新那些抽象和关系论域分析的结果使得我们可积累更多的有关论域的经验和细化我们的抽象使用论域抽象做为系统__基础的好处是可适应性,客户可能改变需求,而且问题环境也可能改变基于论域信息的应用更容易适应论域内知识的改变和用户需求的变化论域分析是一个__的投资如果在初始__时需求发生变化,它可能有更直接的效益;在很大的项目上可能更快地得到回报最大的价值是抽象的__,这些抽象表示了一个问题论域中的基本概念,它们形成的软件库还可支持许多应用的__应用或系统分析细化在论域分析阶段所__出来的信息,并且把注意力集中于要解决的精确的问题应当把客户对系统的需求当做限制来使用,它们缩减了论域的信息量,而这种信息将是主动设计过程的一部分就这一点来说,保留的信息受到论域分析视野的影响论域分析产生的模型并不需要用任何基于计算机系统的程序设计语言来表示,而应用分析阶段产生影响的条件则伴随着某种基于计算机系统的程序设计语言的表示响应时间需求、用户界面需求和某些特殊的需求,如数据安全等,在这一层都被分解提取许多模型识别的要求是针对不止一个应用的通常我们着重考虑两个方面应用视图和类视图必须对每个类的规格说明和操作详细化,还必须对形成应用结构的类之间的相互作用加以表示【6-9】UML叫做统一的建模语言,它把Booch、Rumbaugh和Jacobson等各自__的OOA和OOD方法中最优秀的特色组合成一个统一的方法UML允许软件工程师使用由一组语法的语义的实用的规则支配的符号来表示分析模型在UML中用5种不同的视图来表示一个系统,这些视图从不同的侧面描述系统每一个视图由一组图形来定义这些视图概述如下用户模型视图这个视图从用户在UML中叫做参与者角度来表示系统它用使用实例usecase来建立模型,并用它来描述来自终端用户方面的可用的场景结构模型视图从系统内部来看数据和功能性即对静态结构类、对象和关系模型化行为模型视图这种视图表示了系统动态和行为它还描述了在用户模型视图和结构模型视图中所描述的各种结构元素之间的交互和协作实现模型视图将系统的结构和行为表达成为易于转换为实现的方式环境模型视图表示系统实现环境的结构和行为通常,UML分析建模的注意力放在系统的用户模型和结构模型视图,而UML设计建模则定位在行为模型、实现模型和环境模型【6-10】一个典型的高层设计是在__alltalk中使用的MVC软件体系结构,即模型/视图/控制器Model/View/Controller在这个结构中,模型是软件中的应用论域的各种对象,它们的操作__于用户界面;视图则管理用户界面的输出;而控制器处理软件的输入输入__给出要发送给模型的消息一旦模型改变了它的状态,就立即通过关联机制通知视图,让视图刷新显示这个关联机制定义了在模型与各个视图之间的关系,它允许模型的运行__于与它相关联的视图类似地,控制器在输入__发生时将对视图及模型进行控制与调度另一个典型的高层设计是Coad与Yourdon提出的OOD模型这个模型也有5层结构,又被划分成了4个组成部分问题论域、用户界面、任务管理和数据管理问题论域部分的职责是组合所有的论域中定义的类,为应用设计适当的类层次,为适应语言要求简化继承层次,细化设计以改善性能,__与数据管理部分的接口,做细化时加入低层对象,评审设计并审查对分析模型所做的增补人机交互部分的职责是定义用户类型,__任务场景,设计用户命令层次,建立原型以细化与用户交互,设计相关的类和类层次,适当时集成GUI类任务管理部分的职责是标识任务的类型如__驱动,时钟驱动,建立优先级,标识协调者,为每个任务设计适当的类数据管理部分的职责是设计数据结构和布局,设计管理数据结构所需的服务,标识可以协助实现数据管理的工具,设计适当的类和类层次【6-11】A.
⑦B.
⑥C.
③D.
⑥E.
②在OMT中,把分析时收集的信息建立在三个模型中第一个模型是对象模型,它的作用是描述系统的静态结构,包括构成系统的对象和类,它们的属性和操作,以及它们之间的__第二个模型是动态模型,它描述系统的控制逻辑,主要涉及系统中各个对象和类的时序及变化状况动态模型包括两种图,即状态迁移图和__追踪图状态迁移图描述每一类对象的行为,__追踪图描述发生于系统执行过程中的某一特定场景第三个模型是功能模型,它着重于描述系统内部数据的传送与处理,它由多个数据流图组成【6-12】在设计类时需要遵循的方针是信息隐蔽通过信息隐蔽可保护类的存储表示不被其它类的实例直接存取消息限制该类实例的用户应当只能使用界面提供的操作狭窄界面只有对其它类的实例是必要的操作才放到界面上强内聚模块内部各个部分之间应有较强的关系,它们不能分别标识弱耦合一个单独模块应尽量不依赖于其它模块显式信息传递两个类之间的交互应当仅涉及显式信息传递派生类当做派生类型每个派生类应该当做基类的特殊化来__,而基类所具有的公共界面成为派生类的共有界面的一个子集抽象类某些语言提供了一个类,用它做为继承结构的开始点,所有用户定义的类都直接或间接以这个类为基类为了在类的设计中做到抽象、信息隐蔽和模块化以类作为系统的基本模块单元,通过一般化―特殊化关系和整体―部分关系,搭建整个系统的类层次结构,实现数据抽象和过程抽象;将数据和相关的操作封装在类内部,建立共有、私有和子类型等存取级别,将数据表示定义成为类的私有成员,实现信息隐蔽通过建立类属性类模板,将某些有可复用要求的类设计成在数据类型上通用的可复用的软件构件,这样有助于实现模块化【6-13】A.
③B.
②C.
③D.
①E.
⑤在面向对象软件设计过程中,应按如下要求进行类的设计只有类的共有界面的成员才能成为使用类的操作,这就是软件设计的信息隐蔽原则当且仅当一个操作对类的实例的用户有用时,它才是类公共界面的一个成员,这是软件设计的最小界面原则由同属一个类的操作负担存取或__类的数据,这是软件设计的高内聚原则两个类之间的交互应当仅涉及参数表,这是软件设计的显式信息传递原则每个派生类应该当做基类的特殊化来__,而基类所具有的公共界面成为派生类的共有界面的一个子集,这是软件设计的继承性原则【6-14】在类的通过复用的设计中,主要的继承关系有两大类
①配置利用既存类来设计类,可能会要求由既存类的实例提供类的某些特性通过把相应类的实例声明为新类的属性来配置新类例如,一种仿真服务器可能要求使用一个计时器来跟踪服务时间设计者不必__在这个行为中所需的数据和操作,而是应当找到计时器类,并在服务器类的定义中声明它但如果使用既存类的内部表示来做为新类的内部表示的一部分,这是一种“针对实现”的继承方式,这种继承方式不好例如,考虑使用继承来实现一个Circle类Point类可支持Circle类的一部分实现为了定义一个圆,我们只需要定义一个点和一个值,做为圆的圆心和半径把Point当做子类,Circle类不但能得到由x和y提供的圆心,而且还能得到一个操作,让圆能够自由__但这样做,我们失去了抽象
②演变要__的新类可能与一个既存类非常类似,但不完全相同此时可以从一个既存类演变成一个新类,可以利用继承机制来表示一般化―特殊化的关系特殊化处理有三种可能的方式如果新的概念是一个既存类所表示概念的一个特殊情况,特殊化运算可以从该既存类的定义产生新类的初始构造,这是典型的类继承的使用既存类A的数据结构和操作可以成为新类B的一部分,如图a所示既存类A的公共操作成为新类B的共有界面部分如果新类比软件库中那些既存类更一般,则新类B不具有既存类A的全部特性,一般化运算把两个类__同的特性移到新的更高层的类中,高一层的类是B,我们将要设计它原来的类A成为新类B的子类如图b所示一个既存类A与我们设计的新类B共享概念的某一个部分,则两个概念的共同部分形成新类的基础,且既存类与新类两者成为子类,如图c所示图
6.2一个智能数据分析系统图
6.3对象的定义家具属性属性__尺寸重量位置颜色桌子__尺寸重量位置颜色服务服务__销售称重____销售称重__李杰王辉杨芳学生属性属性属性属性李杰男广东软件
1980.49#楼129室王辉男湖南计算机控制
1979.19#楼320室杨芳女北京系统结构
1979.125#楼418室姓名性别籍贯专业出生年月住址服务服务服务看书实验上课运动看书实验上课运动看书实验上课运动看书实验上课运动服务汽车运货车救火车起重车大轿车图
6.6多继承教师退休者退休教师图
6.74个类的继承层次三角形多边形四边形矩形图
6.9类生存期类的分类法论域分析模型复用标准论域分析领域知识源技术文化客户调查现有应用论域语言功能模型当前∕未来需求专家建议汽车类图
6.13建立子类起重车类车辆拖拉机汽车拖拉机类汽车类多边形三角形类四边形类多边形类六边形四边形三角形对象模型动态模型功能模型图
6.17类与对象的表示方法类实例示例类名操作(类名)属性值画图擦图__正方形边长位置边框颜色填充颜色属性上图聚合整体句子段落部分中图类A目录限定词下图类A文件名句子类B工作名字个人关联类B雇员雇主职务工资公司名字角色角色类图示例图计算月工资年初至今收入计算月工资小时工资额基类雇员年工资额临时雇员正式雇员计算月工资子类A子类B状态A∕操作状态A状态B活动__B[条件]终结状态起始状态对象A过程1过程2数据流对象B数据流控制流数据存储区类与对象层实例边界类边界属性层一般化―特殊化结构整体―部分结构实例连接服务层服务属性消息连接结构层主题主题层11m1m112345678A~~~B~~~C~~~D~~~E~~~事件时序对象人11m医生教授医生教授图
6.28面向对象的软件__模型图
6.30类与类之间的相互关系图示图
6.29类的图形表示图
6.31温室管理系统的类图图
6.32温室管理系统的对象图图
6.33“环境控制器”的状态迁移图图
6.34温室管理系统的交互作用图图
6.35温室管理系统的模块图图
6.36温室管理系统的进程图实现BAC子系统设计分析对象设计设计模型类属性服务关系行为对象数据结构算法消息传递控制分析模型类与对象层属性层服务层结构层主题层数据管理部分DMC任务管理部分TMC人机交互部分HIC问题解决部分PDC。