面向對象的基本概念

面向對象的概念和應用已超越了程序設計和軟件開發(fā)，擴展到如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，交互式界面，分布式系統(tǒng)，網(wǎng)絡管理結構和人工智能等領域。面向對象的技術已成為軟件開發(fā)的一種新方法，新技術。

1.什么是面向對象的開發(fā)方法

面向對象的開發(fā)方法——OOSD法是一種把面向對象的思想應用于軟件開發(fā)過程，指導開發(fā)活動的系統(tǒng)方法。

問題空間——軟件系統(tǒng)所涉及到的應用領域和業(yè)務范圍(現(xiàn)實世界)。

解空間——用于解決某些問題的軟件系統(tǒng)。

(1)軟件開發(fā)過程

(2)傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法存在的問題

1)傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法無法實現(xiàn)從問題空間到解空間的直接映射。

2)傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法無法實現(xiàn)高效的軟件復用。

原因是：傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法數(shù)據(jù)與代碼(操作)分離。

3)傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法難以實現(xiàn)從分析到設計的直接過渡。

(3)面向對象技術的特點

1)對軟件開發(fā)過程所有階段進行綜合考慮。使問題空間與解空間具有一致性，降低復雜性。

2)軟件生存期各階段所使用的方法、技術具有高度的連續(xù)性，用符合人類認識世界的思維方式來分析、解決問題。

3)將OOA(面向對象分析)、OOD(面向對象設計)、OOP(面向對象編程)有機地集成在一起。有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

以對象為中心各種構造系統(tǒng)，而不是以功能為中心，能很好地適應需求變化。

4)具有良好的可重用性

由于對象所具有的封裝性和信息隱蔽，具有很強的獨立性。

2.面向對象的基本概念

理解面向對象的基本概念對于學習和掌握面向對象的開發(fā)方法十分重要。

(1)對象

對象(Object)是客觀事物或概念的抽象表述，即對客觀存在的事物的描述統(tǒng)稱為對象。

對象可以是事、物、或抽象概念 ，是將一組數(shù)據(jù)和使用該數(shù)據(jù)的一組基本操作或過程封裝在一起的實體。

屬性(attribute)—對象本身的性質。

操作(operation)—給對象定義一組運算。

對象將它自身的屬性及運算“包裝起來”，稱為“封裝”(encapsulation)。

對象的最基本的特征是封裝性和繼承性。

(2)類

類又稱對象類(Object Class)，是一組具有相同屬性和相同操作的對象的集合。

在一個類中，每個對象都是類的實例(instance) ，它們都可以使用類中提供的函數(shù)。

類具有屬性，用數(shù)據(jù)結構來描述類的屬性，

類具有操作，它是對象的行為的抽象，操作實現(xiàn)的過程稱為方法(method)，方法有方法名，方法體和參數(shù)。

由于對象是類的實例，在進行分析和設計時，通常把注意力集中在類上，而不是具體的對象上。

對象和類的描述：類和對象一般采用“**名字”、“屬性”和“運算”**來描述。

(3)繼承

繼承是使用現(xiàn)存的定義作為基礎，建立新定義的技術。是父類和子類之間共享數(shù)據(jù)結構和方法的機制，這是類之間的一種關系。

繼承性分：

單重繼承：一個子類只有一個父類。即子類只繼承一個父類的數(shù)據(jù)結構和方法。

多重繼承：一個子類可有多個父類。繼承多個父類的數(shù)據(jù)結構和方法。

(4)消息

消息就是向對象發(fā)出的服務請求(互相聯(lián)系、協(xié)同工作等)。對象之間的聯(lián)系可表示為對象間的消息傳遞，即對象間的通訊機制。

一個消息應該包含以下信息：消息名、接收消息對象的標識、服務標識 、消息和方法、輸入信息、回答信息。

在對象的操作中當一個消息發(fā)送給某個對象時，消息包含接收對象去執(zhí)行某種操作的消息。

(5)多態(tài)性和動態(tài)綁定

多態(tài)性(Polymorphism)是指相同的操作或函數(shù)、過程作用于不同的對象上并獲得不同的結果。

動態(tài)綁定(dynamic binding)是在運行時根據(jù)對象接收的消息動態(tài)地確定要連接的服務代碼。

使用虛函數(shù)可實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)編，不同聯(lián)編可以選擇不同的實現(xiàn)，這便是多態(tài)性。

繼承是動態(tài)聯(lián)編的基礎，虛函數(shù)是動態(tài)聯(lián)編的關鍵。

實現(xiàn)多態(tài)性的基本步驟：

1)在基類中，定義成員函數(shù)為虛函數(shù)(virtual);

2)定義基類的公有(public)派生類;

3)在基類的公有派生類中“重載”該虛函數(shù);

4)定義指向基類的指針變量，它指向基類的公有派生類的對象。

注意：重載虛函數(shù)不是一般的重載函數(shù)，它要求函數(shù)名、返回類型、參數(shù)個數(shù)、參數(shù)類型和順序完全相同

(6)永久對象

永久對象是指生存期可以超越程序的執(zhí)行時間而長期存在的對象。

大多數(shù) OOPL(面向對象程序設計語言)不支持永久對象，如果一個對象要長期保存，必須依靠于文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)，程序員需要作對象與文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫之間數(shù)據(jù)格式的轉換，以及保存和恢復所需的操作等煩瑣的工作。(需要有許多額外的工作)

為了實現(xiàn)永久對象，使上述煩瑣工作由系統(tǒng)自動完成，需要較強的技術支持;需要一個基于永久對象管理系統(tǒng)OMS(object management system)，能夠描述和處理永久對象的編程語言。

面向對象的分析

OOA的目標是完成對所求解問題的分析，確定系統(tǒng)“做什么”，并建立系統(tǒng)的模型。

基本概念：

問題域：被開發(fā)系統(tǒng)的應用領域。

系統(tǒng)責任：所開發(fā)的系統(tǒng)應具備的職能。

1.面向對象分析的特點

(1)需求中存在的問題

1)確定問題域和系統(tǒng)責任困難

2)充分交流的問題解決得不好

3)很難適應需求的不斷變化

4)難以滿足復用要求

(2)OOA的特點

1)有利于對問題及系統(tǒng)責任的理解;

2)有利于人員之間的交流;

3)對需求變化有較強的適應性;

4)支持軟件復用。

2.OOA的基本任務

運用面向對象的方法，對問題域和系統(tǒng)責任進行分析和理解，建立分析模型。

(1)分析問題域，確定類和對象;

(2)定義類或對象屬性和操作，確定其結構;

(3)建立系統(tǒng)中類或對象之間的靜態(tài)聯(lián)系和動態(tài)聯(lián)系。

3.OOA的分析過程

4.OOA模型

基本模型：是一個類圖，以直觀的方式表達系統(tǒng)最重要的信息。OOA基本模型的三個層次分別描述：對象(哪幾類)、屬性(內部構成)、運算(對象與外部的關系)。

主題：又稱為子系統(tǒng)，是將一些聯(lián)系密切的類組織在一起的類的集合。按照粒度控制原則，將系統(tǒng)組成幾個主題，便于理解。

交互圖：Use case與系統(tǒng)成分之間的對照圖。

主題圖和交互圖又稱為補充模型。

詳細說明：按照分析方法所要求的格式，對分析模型進行說明和解釋。主要以文字為主。

面向對象的設計

OOD是面向對象方法在軟件設計階段應用與擴展的結果。

將OOA所創(chuàng)建的分析模型轉換為設計模型，解決如何作的問題。OOD與OOA沒有明顯的分界，采用相同的符號。

1.OOD基本任務

(1)系統(tǒng)設計

將分析模型劃分為若干子系統(tǒng)，子系統(tǒng)應該具有良好的接口，子系統(tǒng)內的類相互協(xié)作。標識問題本身的并發(fā)性，為子系統(tǒng)分配處理器。

子系統(tǒng)的分解是關鍵，可以有分層和分塊：

分層：將軟件系統(tǒng)組織為層次結構，每層是一個子系統(tǒng)。分層結構又分為封閉式和開放式。

分塊：垂直分塊是將系統(tǒng)分解為若干個相對獨立的、弱耦合的子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)相當于一個塊，每塊實現(xiàn)一類服務。

常常使用分層和分塊的混合結構。

(2)對象設計

在面向對象的系統(tǒng)中，模塊、數(shù)據(jù)結構及接口等都集中體現(xiàn)在對象和對象層次結構中。

對象設計是為每個類的屬性和操作進行詳細設計，包括屬性和操作，它們的數(shù)據(jù)結構和實現(xiàn)算法。

(3)消息設計

設計連接類與它的協(xié)作者之間的消息規(guī)約。

(4)優(yōu)化及復審

主要考慮提高效率和建立良好的繼承結構。

2.OOD模型

面向對象設計準則：

(1)模塊化

(2)抽象

(3)信息隱藏

(4)弱耦合

(5)強內聚

(6)可重用

幾種典型的面向對象的開發(fā)方法：Coda方法,，Booch方法和 OMT方法。

幾種典型的面向對象的方法

隨著面向對象開發(fā)方法的發(fā)展，逐漸形成了幾種主要的流派：

Coda方法

Booch方法

OMT方法

OOSE方法

1.Coda方法

Coda/Yourdon方法 — 由OOA，OOD構成

建立問題域的分析模型。該模型由5個層次組成：即主題層、對象層、結構層、屬性層和服務層。

要建立4個組元的設計模型：問題域組元、人機交互組元、任務管理組元和數(shù)據(jù)管理組元。

該方法的特點是：簡單、易學，對于對象、結構、服務的認定較系統(tǒng)、完整、可操作性強。

(1)Coda方法的OOA

在Coda方法中，構造和評審OOA概念模型的順序由五個層次組成：類與對象、屬性、服務、結構和主題。(這五個層次表示分析的不同側面。)

(2)Coda方法的OOD

Coda方法的OOD模型是在OOA模型5個層次基礎上，建立系統(tǒng)的4類組元。

2.Booch方法

Booch方法的開發(fā)模型包括靜態(tài)模型和動態(tài)模型，靜態(tài)模型分為邏輯模型和物理模型，描述了系統(tǒng)的構成和結構，動態(tài)模型分為狀態(tài)圖和時序圖。

(1)Booch方法的基本模型

1)類圖

類圖

2)對象圖

對象圖由對象和消息組成。

3)狀態(tài)圖

狀態(tài)圖

4)時序圖

時序圖

5)模塊圖

模塊圖

6)進程圖

進程圖

(2)面向對象的建模技術(OMT)

面向對象的方法學又稱對象模型技術。OMT是一種軟件工程方法學，支持整個軟件生存周期，覆蓋問題構成、分析、設計和實現(xiàn)等階段。

OMT方法使用了建模的思想，討論如何建立一個實際的應用模型。從3個不同而又相關的角度建立了三類模型：對象模型、動態(tài)模型和函數(shù)模型，OMT為每一個模型提供了圖形表示。

1)對象模型技術的基本概念

OMT方法討論的核心就是建立三類模型：

對象模型描述了由對象和相應實體構成的系統(tǒng)靜態(tài)結構，描述了系統(tǒng)中對象的標識、屬性、操作及對象的相互關系。

動態(tài)模型根據(jù)事件和狀態(tài)描述了系統(tǒng)的控制結構，系統(tǒng)中與時間和操作順序有關的內容。

函數(shù)模型描述系統(tǒng)中與值的轉換有關的問題，如函數(shù)、映射、約束和函數(shù)作用等。

三類模型描述角度不同，卻又相互聯(lián)系。

2)建立對象模型

對象模型描述系統(tǒng)的靜態(tài)模型。

構成對象模型的基本元素有：對象(類)、他們之間的關系。

類之間、對象之間的關系

關聯(lián)與鏈

①二元關聯(lián)、三元關聯(lián)

②受限關聯(lián)

③鏈屬性和角色進一步描述。

繼承性

繼承性通常又稱為概括，表示基類與子類的關系。

聚集

表整體與部分的關系。

(3)建立動態(tài)模型

動態(tài)模型著重于系統(tǒng)的邏輯結構;描述某時刻對象及其聯(lián)系的改變。包括狀態(tài)圖和事件追綜圖。

1)事件和狀態(tài)

狀態(tài)—對象所具有的屬性值，具有時間性和持續(xù)性。

事件—對于對象的觸發(fā)行為，指從一個對象到另一個對象的信息的單向傳遞。

腳本—在系統(tǒng)的某一執(zhí)行期間內的一系列事件。

在系統(tǒng)中具有屬性值、鏈路的對象，可能相互激發(fā)，引起狀態(tài)的一系列變化。

有的事件傳遞的是簡單信號，有的事件則傳遞的是數(shù)據(jù)值。由事件傳送的數(shù)據(jù)值稱為“屬性”。

狀態(tài)圖

狀態(tài)圖是一個狀態(tài)和事件的網(wǎng)絡，側重于描述每一類對象的動態(tài)行為，狀態(tài)的遷移。

動態(tài)模型由多個狀態(tài)圖組成，每個有重要行為的類都有一個狀態(tài)圖。各狀態(tài)圖可并發(fā)地執(zhí)行及獨立改變狀態(tài)。

2)事件追蹤圖

事件追蹤圖側重描述系統(tǒng)執(zhí)行過程中的一個特定的“場景(Scenarios)”。場景有時也叫“腳本”，是完成系統(tǒng)某個功能的一個事件序列。即是描述多個對象的集體行為。

腳本—系統(tǒng)某一次特定運行時期內發(fā)生的事件序列。

3)建立功能模型

功能模型著重于系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)的傳遞與處理。定義“做什么?”的問題，表明值之間的依賴關系及其相關的功能。

描述手段為分層數(shù)據(jù)流圖，DFD圖有助于表示功能的依賴關系，其中的處理對應于狀態(tài)圖的活動和動作，數(shù)據(jù)流對應于對象圖中的對象或屬性。建立功能模型的步驟為：

確定輸入、輸出值

先列出輸入、輸出值，輸入輸出值是系統(tǒng)與外部世界之間的事件的參數(shù)。

建立數(shù)據(jù)流圖

通常按層次組織

描述處理

當數(shù)據(jù)流圖已細化到一定程度后，對各處理進行描述，描述方法用自然語言、偽碼及判定樹等。

(4)面向對象的軟件工程(OOSE)

OOSE將面向對象的思想應用于軟件工程中，建立五類模型：

OOSE的開發(fā)活動主要分為三類：分析、構造和測試。

OOSE的核心—最大貢獻，是建立了Use Case 模型。

用例(Use case)是OOSE中的重要概念，在開發(fā)各種模型時，用例貫穿了OOSE活動的核心，描述了系統(tǒng)的需求及功能。

分析模型：use case模型通過分析來構造。

設計模型：use case模型通過設計來具體化。

實現(xiàn)模型：該模型依據(jù)具體化的設計來實現(xiàn)use case模型。

測試模型：用來測試具體化的use case模型。

面向對象建模

模型是對系統(tǒng)的抽象表示，建模是在不同層次上對系統(tǒng)的描述。

鑒于軟件，尤其是大型軟件所具有的復雜性，以及人們對復雜問題理解的局限性，建立一種共同的建模語言，推動面向對象方法的發(fā)展是十分必要的。

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