高等教育ch面向对象与.pptx

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第,6,章 面向对象与,UML,信息系统分析与设计,第一节 面向对象方法,面向对象方法,所谓面向对象技术，顾名思义，就是以对象观点来分析现实世界中的问题。从普通人认识世界的观点出发，把事物归类、综合，提取共性并加以描述。,在面向对象的系统中，世界被看成是独立对象的集合，对象之间通过过程（在面向对象术语中称之为“消息”）相互通信。,面向对象方法是一种运用对象、类、继承、封装、聚合、消息传送和多态性等概念来构造系统的软件开发方法。,面向对象是近,20,年来国内外,IT,行业最为关注的技术之一，面向对象技术是一种按照人们对现实世界习惯的认识论和思维方式来研究和模拟客观世界的方法学。,1.OO,方法的产生和发展,面向对象的思想首先出现在程序设计的语言中，即面向对象的程序设计方法（,Object-Oriented Programming,，,OOP,）,真正的面向对象设计（,OOP,）还是来源于,Alan Keyz,主持设计的,Smalltalk,语言,20,世纪,80,年代中期，也就是,C+,语言十分热门的时候，面向对象分析（,OOA,）的研究开始发展，进而延伸到面向对象设计,(OOD),二、面向对象的基本概念,1.,对象,在面向对象方法中，对象是一组数据（属性）和施加于这些数据上的一组操作代码（操作）构成的独立类体。,换言之，对象是一个有着各种特殊属性（数据）和行为方式（方法）的逻辑实体。,对象是一个封闭体，它向外界提供一组接口界面，外界通过这些接口与对象进行交互，这样对象就具有较强的独立性、自治性和模块性，从而为软件的重用奠定了坚实的基础。,二、面向对象的基本概念,2,消息,对象通过对外提供服务发挥自身作用，对象之间的相互服务是通过消息来连接实现的。消息是为了实现某一功能而要求某个对象执行其中某个功能操作的规格说明。它一般含有下述信息：提供服务的对象标识、服务标识、输入信息和响应信息。对象接收消息，根据消息及消息参数调用自己的服务，处理并予以响应，从而实现系统功能。,消息是对象之间相互作用和相互协作的一种机制，更通俗地讲，,OOP,中的术语“消息”只不过是现实世界中的“请求”、“命令”等日常生活用语的同义词。,二、面向对象的基本概念,3,方法,“方法”对应于对象的能力，它是实现对象所具有的功能操作代码段，是响应消息的“方法”。方法是类中定义的成员函数，它是该类对象所能执行的操作的算法实现。,方法与消息是一一对应的，每当对象收到一个消息，方法正是与对象相连决定怎么做的操作执行代码。所以方法是实现每条消息具体功能的手段。,二、面向对象的基本概念,4,类,在面向对象的软件技术中，类可以定义为由数据结构及相关操作所形成的集合，或所有相似对象的状态变量和行为构成的模板。,类是对一组对象的抽象归纳与概括，更确切地说，类是对一组具有相同数据成员和相同操作成员的对象的定义或说明。而每个对象都是某个类的一个具体实例。,二、面向对象的基本概念,5,继承,继承是对象类间的一种相关关系，指对象继承它所在类的结构、操作和约束，也指一个类继承另外一个类的结构、操作和约束。继承体现了一种共享机制。,继承机制既是一个对象类获得另一对象类特征的过程，也是一个以分层分级结构组织、构造和重用类的工具。它是解决客观对象“相似但又不同”的妙法。,继承机制具有能清晰体现相似类间的层次结构关系；能减小代码和数据的重复冗余度，大大增强程序的重用性；能通过增强一致性来减少模块间的接口和界面，大大增强程序的易维护性等特点。,二、面向对象的基本概念,6,封装,封装（,encapsulation,）即信息隐藏。它保证软件部件具有较好的模块性，可以说封装是所有主流信息系统方法学中的共同特征，它对于提高软件清晰度和可维护性，以及软件的分工有重要的意义。我们从两个方面来理解封装的含义。,（,1,）当设计一个程序的总体结构时，程序的每个成分应该封装或隐藏为一个独立的模块，定义每一模块时应主要考虑其实现的功能，而尽可能少地显露其内部处理逻辑。,（,2,）封装表现在对象概念上。对象是一个很好的封装体，它把数据和服务封装于一个内在的整体。对象向外提供某种界面（接口），可能包括一组数据（属性）和一组操作（服务），而把内部的实现细节（如函数体）隐藏起来，外部需要该对象时，只需要了解它的界面就可以，即只能通过特定方式才能使用对象的属性或对象。这样既提供了服务，又保护自己不轻易受外界的影响。,二、面向对象的基本概念,7,多态性,多态性（,polymorphism,）指相同的操作（或函数，过程）可作用于多种类型的对象并获得不同的结果。在面向对象方法中，可给不同类型的对象发送相同的消息，而不同的对象分别做出不同的处理。例如给整数对象和复数对象定义不同的数据结构和加法运算，但可以给它们发送相同的消息“做加法运算”，整数对象接收此消息后做整数加法运算，复数对象则做复数加法运算，产生不同的结果。多态性增强了软件的灵活性、重用性、可理解性。,三、为什么要面向对象？,1.,面向对象技术采用,主体,-,动作,模式来刻画世界，符合人类认识世界的规律。,现实世界就是由普遍联系的对象构成的。,系统的易变性和稳定性,功能,数据流实体对象（过程抽象数据抽象）,需求容易变；,外部界面容易变；,数据属性容易变；,问题空间的对象是稳定的。,结构化分析方法：面向功能,程序（算法）（数据结构）,软件结构严重依赖于功能，而功能是软件开发中最不稳定的因素。,数据和操作相分离,面向对象将系统变化限制在对象范围内，并加以控制，变化对系统的影响范围小。,对象（算法数据结构）,程序 对象,+,关系,2.,面向对象更符合模块化要求,模块的特征,模块的基本特征是,抽象,和实现,信息隐藏,。模块分模块界面和模块体两部分。模块对外的联系和相互作用只能通过模块接口进行。模块体是模块的具体实现细节，对外是不可见的。,抽象和信息隐藏正是面向对象的主要特征。,模块化原则,可分解性：降低系统的复杂程度；模块应该具备一定的层次结构。,可组合性：组合的模块中有些是可以复用的；模块必须具备较高的通用性和适用性，具备规范的接口，易于组装。,可理解性：模块必须具有完整的语义特征，易于理解。,面向对象正好满足模块化的要求。,三、为什么要面向对象？,三、为什么要面向对象？,3.,对象封装和继承可以很好地支持软件复用。,对象封装允许应用开发者将对象模块视作黑匣子，通过界面去理解和操作对象，而不去关心实现细节；,（接口复用）,对象继承容许对象实现复用具有相同特性的其它对象的代码，而不要去重复开发。,（代码复用）,基于对象的统一的语义模型，对象技术可提供统一的机制,(,如对象总线,),将对象模块组装在一起，极大地复用已有的对象，满足各种应用需求。除了各种可复用的公共对象模块外，信息化社会的进步还要求人们开发满足各种应用需求的领域对象。,（对象复用）,三、为什么要面向对象？,4.,面向对象方法使开发的系统更易维护,软件开发过程不同阶段应该采纳相同的系统模型，使得不同阶段之间的信息不会因为转移而发生变形；如果发生变形，软件的追踪性就无法得到保证，软件的验证非常困难。面向对象的系统开发各阶段都是使用统一的建模方法。,企业信息系统必须适应环境的经常性变化，应该根据企业内部的真实对象对系统进行建模，这样当系统的功能发生变化时，只需要对真实对象的功能进行改变，而其接口可以不发生变化。,第二节,UML,简介,一、,UML,概述,1.UML,背景,UML,是这些最好的建模方法中最好部分的集成,一、,UML,概述,2.UML,简介,UML,是一种建模语言,UML,是一种可视化的语言,UML,是一种可用于详细描述的语言,UML,是一种构造语言,UML,是一种文档化语言,总之，,UML,是一种基于面向对象的、可视化的、可用于开发全过程的标准建模语言。,具有面向对象、表示能力强、独立于开发过程和程序语言等特点。,一、,UML,概述,3.UML,主要内容,UML,体系比较复杂，但主要有三个方面的内容：,（,1,）,UML,基本图素。它是构成,UML,模型图的基本元素。,（,2,）,UML,模型图及建模规则。,UML,基本图素按特定的规则有机地组合而成模型图，从而构成一个有机的、完整的,UML,模型图。,（,3,）,UML,的扩展机制。,UML,具有很广的应用领域，其中最常用的是为软件系统建模，,UML,还可用来描述其他非软件系统，如一个机构的组成或机构中的工作流程等。,“A Fool with a Tool is Still a Fool!”,UML,只是我们表达建模思想的工具，其背后的思想才是最重要的。,二、,UML,体系结构,视图（,view,）：表示系统建模的多个方面，多个视图应该保持一致性；,用例视图,(use case view),：用于描述系统应该具备的功能集合，它是从系统的外部用户角度出发对系统的抽象。（描述系统做什么）,主要使用用例图；偶尔使用活动图。,逻辑视图,(logical views),：描述系统的静态结构和动态行为（描述系统怎么做的）,类图、对象图（静态建模机制），状态图、序列图、协作图、活动图（动态建模机制）,进程视图（,Process view,）：进程视图体现了系统的动态或行为特征，进程视图描述将系统分解为进程和任务，以及这些并发元素之间的通信与同步。,由动态建模机制中的图组成,实现视图（,Implementation view,）：实现视图体现了系统实现的结构和行为特征，描述用于组建系统的物理组件。,由构件图构成,部署视图,(deployment view),：显示系统的物理结构,由部署图构成,第三节,UML,图,UML,图,UML,提供了九种不同的图（,Diagrams,），分为静态图和动态图两大类。,静态图（结构图）,用例图（,Use case diagram,）,类图（,Class diagram,）,对象图（,Object diagram,）,组件图（,Compomnent diagram,）,部署图（,Deployment diagram,）,动态图（行为图）,顺序图（,Sequence diagram,）,协作图（,Collaboration diagram,）,状态图（,Statechart diagram,）,活动图（,Activity diagram,）,还有一个用于分组的,包图（,Package diagram,）,一、用例图,(Use Case Diagram,）,用例图是显示一组用例、参与者，以及它们之间关系的图,用例图以一种可视化的方式描述系统的功能需求,用例图从用户角度描述系统功能,用例图是其他模型的基础,用例图只能静态地描述系统功能，为了描述系统的行为，可以使用活动图、顺序图等。,用例图多用于静态建模阶段,(,主要是业务建模和需求建模,),。,用例图,Actor,不是系统的一部分,Actor,可以是用户（人），也可以是一个在执行过程中要调用本系统的另一个应用系统,Actor,用来界定系统的边界,用例是系统执行的一系列动作，这些动作将生成特定主角（参与者）可观测的结果值。,通俗一些,Actor,使用系统达到某个目标（功能）,用例是对系统的用户需求（主要是功能需求）的描述。用例也称案例，用况等,用例图中的关系,关系,解释,表示,参与者与用例之间,关联,表示参与者与用例之间的交互，通信途径。,(,关联有时候也用带箭头的实线来表示，这样的表示能够显示地表明发起用例的是参与者。,),用例,之间,包含,箭头指向的用例为被包含的用例，称为包含用例；箭头出发的用例为基用例。包含用例是必选的，如果缺少包含用例，基用例就不完整；包含用例必须被执行，不需要满足某种条件；其执行并不会改变基用例的行为。,include,扩展,箭头指向的用例为被扩展的用例，称为扩展用例；箭头出发的用例为基用例。扩展用例是可选的，如果缺少扩展用例，不会影响到基用例的完整性；扩展用例在一定条件下才会执行，并且其执行会改变基用例的行为。,泛化,泛化关系是一般和特殊关系，发出箭头的一方代表特殊的一方，箭头指向的一方代表一般一方。,参与者之间,泛化,泛化关系是一般和特殊关系，发出箭头的一方代表特殊的一方，箭头指向的一方代表一般一方。特殊一方继承了一般方的特性并增加了新的特性。,extend,用例图示例,用例图的建立步骤,用例图的一般建立步骤如下：,（,1,）找出系统外部的使用者和外部系统，确定系统的边界和范围。,（,2,）确定每一个使用者所希望的系统功能。,（,3,）把这些系统功能命名为用例。,（,4,）把一些公共的系统功能分解为一批新的用例，供其它的用例引用。把一些特殊情况的功能处理分解为扩展用例。,（,5,）绘制用例图。,（,6,）精化用例图，解决用例中重复与冲突问题。,用例描述,用例编号,为用例制定一个唯一的编号，通常格式为,UCxx,用例名称,应为一个动词短语，让读者一目了然地知道用例的目标,用例概述,用例的目标，一个概要性的描述,范围,用例的设计范围,主参与者,该用例的主,Actor,，在此列出名称，并简要的描述它,次要参与者,该用例的次要,Actor,，在此列出名称，并简要的描述它,项目相关人,利益说明,项目相关人,利益,项目相关人员名称,从该用例获取的利益,前置条件,即启动该用例所应该满足的条件。,后置条件,即该用例完成之后，将执行什么动作。,成功保证,描述当前目标完成后，环境变化情况。,基本事件流,步骤,活动,1,在这里写出触发事件到目标完成以及清除的步骤。,2,(,其中可以包含子事件流，以子事件流编号来表示,),扩展事件流,1a,1a,表示是对,1,的扩展，其中应说明条件和活动,1b,(,其中可以包含子事件流，以子事件流编号来表示,),子事件流,对多次重复的事件流可以定义为子事件流，这也是抽取被包含用例的地方。,规则与约束,对该用例实现时需要考虑的业务规则、非功能需求、设计约束等,补充说明,需要说明的其他内容,二、类图,类是面向对象模型的最核心的模型元素。,类图是静态结构模型。,类图表达一组类和它们的联系。,类图,类的表示：,类名,Name,属性,Attribute,操作,Operation,类的关系,（,1,）关联关系（,Association Relationship,）,关联关系表示两个类之间存在某种语义上的联系。它是一种结构关系，规定了一种事物的对象可以与另一种事物的对象相连。,关系的多重性,Multiplicity,Exactly One:1,Zero or more:0.n,One or more:1.n,Zero or one:0.1,Specified range:2.4,Multiple,disjoint ranges:2,4.6,类的关系,（,2,）依赖关系（,Dependency Relationship,）,如果一个模型元素的变化会影响另一个模型元素（这种影响不必是可逆的），那么就说在这两个模型元素之间存在依赖关系。,类的关系,（,3,）聚合关系（,Aggregation Relationship,）,聚合关系是一种特殊的关联关系。聚合表示类之间的关系是整体与部分的关系，它代表了“,has-a”,（拥有）关系，也即作为整体的对象拥有作为部分的对象。,（,4,）组合关系（,Composition Relationship,）,组合是聚合的变种，它加入了一些重要的语义。在组合关系中，整体与部分之间具有很强的所有关系和一致的生命周期。,（,5,）泛化关系（,Generalization Relationship,）,泛化（,Generalization,）关系描述了一般事物与该事物的特殊种类之间的关系，也即父元素与子元素之间的关系。,（,6,）实现关系（,Realize Relationship,）,大多数情况下，实现关系被用来规定接口和实现接口的类或组件之间的关系。接口是操作的集合，这些操作用于规定类或组件的服务，也就是说，接口规定了类或组件必须实现的合同。,类的版型,边界类,控制类,实体类,三、对象图,对象的表示方法与类的表示方法类似，不同之处是：,（,1,）对象给于出具体的对象名，属性给出当前值；,（,2,）类名与对象名之间用冒号分隔；,（,3,）类名与对象名下面加上下划线。,类图,订单,DateReceived,isPrepaid,Number:String,Dispatch(),Close(),订单项,Quantity:Integer,isSatisfied,1,*,1,*,产品,1,客户,name,address,CreditRating(),个人客户,团体客户,例：订单类的描述,四、状态图,状态图（,Statechart diagram,）描述了一个特定对象的所有可能状态以及引起状态跃迁的事件。,1.,基本概念,下面解释与状态图有关的一些概念：,状态机（,State Machine,）规定了对象在生命周期中响应事件所经历的状态的序列以及对象对这些事件的响应。状态机由状态、跃迁、事件、活动、动作等组成。,状态（,State,）代表对象在生命周期中的一种条件或状况，在这种状况下，对象满足某个条件，或执行某个动作、或等待某个事件。一个状态在一个有限的时间段内存在。,事件（Event,）是一个重要发生事件的规范，该事件在时间和空间域中有一个位置。,跃迁（,Transition,）是两个状态之间的关系，它表示第一个状态的对象将执行某个动作，如果规定的事件发生或规定的条件被满足，则对象进入第二个状态。,活动（,Activity,）是状态机中正在执行的可分的执行。,动作（,Action,）是可执行的、不可分的计算，该计算造成了模型的状态变化或者值的返回。,状态图示例,初始状态是,Available,状态。在票开始对外出售前，一部分票是给预约者预留的。当顾客预定票，被预定的票首先处于锁定状态，此时顾客仍有是否确实要买这张票的选择权，故这张要票可能出售给顾客也可能因为顾客不要这张票而解除锁定状态。如果超过了指定的期限顾客仍未做出选择，此票被自动解除锁定状态。预约者也可以换其他演出的票，如果这样的话，最初预约票也可以对外出售。,状态图,2.,建立状态图的步骤,建立状态图的步骤如下：,（,1,）确定要描述的对象；,（,2,）确定对象要描述的问题；,（,3,）确定对象的初态和终态；,（,4,）从对象的各种状态找出对问题有意义的状态；,（,5,）确定某个状态可能转移到哪些状态；,（,6,）分析触发各个转移的事件；,（,7,）为各个状态或转移添加必要的动作；,（,8,）分析状态的并发情况；,（,9,）绘制状态图。,五、活动图,活动图（,Activity diagram是状态图的一个变体，用来描述执行算法或某个业务的工作流程中涉及的活动。,活动状态代表了一个活动：一个工作流步骤或一个操作的执行。活动图描述了一组顺序的或并发的活动。,1.,活动图的基本符号,（,1,）活动：活动用带有圆形边线的矩形表示，它含有活动的描述。,（,2,）转移：,当一个活动结束时，控制流立刻会传递并开始下一个活动。通常用转移说明这个流，显示从一个活动到下一个活动的路径。转移用一条箭头表示。,（,3,）泳道：泳道（,Swimlance,）把活动图中的活动划分为若干组，每组是一个泳道，将对象名置于泳道顶部，表示泳道中的活动有该对象负责。,（,4,）对象流：活动图能表示对象的值流和控制流。对象流状态表示活动中输入或输出的对象。,（,5,）分叉与汇合：分叉指一个源活动分为两个或两个以上的目标活动，汇合则指两个以上的源活动连接为一个目标活动。,活动图示例,五、活动图,2.,活动图的用途,活动图可以用来：,对系统的业务过程建模，描述业务活动过程；,对用例建模，描述用例的执行细节；,可以对具体的操作（算法）建模，用于描述计算过程的细节。,六、顺序图,顺序图是现实对象之间交互的图，这些对象是按时间顺序排列的。,六、顺序图,1.,顺序图中元素,顺序图中包括的建模元素有：对象（参与者实例也是对象）、生命线（,lifeline,）、控制焦点（,focus of control,）、消息（,message,）等。,（,1,）对象：顺序图中对象的符号和对象图中对象所用的符号一样。,（,2,）生命线：生命线在顺序图中表示为从对象图标向下延伸的一条虚线，表示对象存在的时间。,（,3,）控制焦点：控制焦点是顺序图中表示时间段的符号，在这个时间段内，对象将执行相应的操作。控制焦点表示为在生命线上的小矩形。,（,4,）顺序图中的消息：包括调用消息、异步消息和返回消息这,3,种消息。,六、顺序图,2.,建立顺序图的步骤,在分析和设计过程中，建立顺序图并没有一个标准的步骤，下面给出的步骤只是指导性原则：,（,1,）确定交互过程的上下文（,context,）。,（,2,）识别参与交互过程的对象。,3,）为每个对象设置生命线，即确定哪些对象存在于整个交互过程中，哪些对象在交互过程中被创建和撤销。,（,4,）从引发这个交互过程的初始消息开始，在生命线之间自顶向下依次画出随后的各个消息。,（,5,）如果需要表示消息的嵌套，或,/,和表示消息发生时的时间点，则采用控制焦点。,（,6,）如果需要说明时间约束，则在消息旁边加上约束说明。（约束是,UML,的,3,种扩展机制之一。）,（,7,）如果需要，可以为每个消息附上前置条件和后置条件,七、协作图,协作图（,Collaboration diagram,）主要描述协作对象之间的交互和链接。协作图和序列图同样反映对象间的动态协作，也可以表达消息序列，但重点描述交换消息的对象之间的关系，强调的是空间关系而非时间顺序。,上面顺序图对应的协作图,八、组件图,组件图（,Component diagram,）用来反映代码的物理结构。组件可以是源代码、二进制文件或可执行文件，包含逻辑类的实现信息。实现视图由组件图构成。,九、配置图,配置图（,Deployment diagram,）用来显示系统中软件和硬件的物理架构。,十、包图,包（,Package,）是用于把模型元素组织成组的通用机制。包可以拥有其他模型元素。,Finances,Charge Account(),Credit Account(),Process Payments(),Payment Status():status,Finances,Finances,Credits,Accounts,BankInterface,第四节,UML,的应用,一、,UML,应用于软件开发过程,UML,应用于系统开发过程中，适用于从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。,（,1,）需求分析阶段：可以用用例来捕获用户需求。通过用例建模，描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统（用例）的功能要求。,（,2,）分析设计阶段：分析阶段主要关心问题域中的主要概念（如抽象、类和对象等）和机制，需要识别这些类以及它们相互间的关系，并用,UML,类图来描述。为实现用例，类之间需要协作，这可以用,UML,动态模型来描述。在分析阶段只对问题域的对象（现实世界的概念）建模，而不考虑定义软件系统中技术细节的类（如处理用户接口、数据库、通讯和并行性等问题的类）。这些技术细节将在设计阶段引入，因此设计阶段为构造阶段提供更详细的规格说明。,（,3,）构造阶段：编程（构造）是一个独立的阶段，其任务是用面向对象编程语言将来自设计阶段的类转换成实际的代码。在用,UML,建立分析和设计模型时，应尽量避免考虑把模型转换成某种特定的编程语言。因为在早期阶段，模型仅仅是理解和分析系统结构的工具，过早考虑编码问题十分不利于建立简单正确的模型。,（,4,）测试阶段：,UML,模型还可作为测试阶段的依据。系统通常需要经过单元测试、集成测试、系统测试和验收测试。不同的测试小组使用不同的,UML,图作为测试依据：单元测试使用类图和类规格说明；集成测试使用组件图和协作图（顺序图）；系统测试使用用例图来验证系统的行为；验收测试由用户进行，以验证系统测试的结果是否满足在分析阶段确定的需求。,二、,UML,使用准则和精简应用,1,使用,UML,的准则,（,1,）不要试图使用所有的图形和符号,（,2,）不要为每个事物都画一个模型,（,3,）应该分层次地画模型图,（,4,）模型应该具有协调性,（,5,）模型和模型元素的大小应该适中,2.UML,的精简应用,在,UML,的众多模型中，有,3,种基本图占据核心地位：用例图、类图和交互图。,这三种模型构成了,UML,的精简核心，一个信息系统的主要内容可由这三种模型展示：类之间相互交互完成了用例规定的功能。,UML,并不可怕：,利用,UML,的,20,就可以为,80,左右的问题建模,UML,核心模型之间的关系,