面向?qū)ο蠹夹g(shù)和建模基礎(chǔ).ppt

1、第2章 面向?qū)ο蠹夹g(shù)和建?；A(chǔ),王衛(wèi)紅 2013.9,本章學(xué)習(xí)導(dǎo)航,本章學(xué)習(xí)導(dǎo)航,本章學(xué)習(xí)要點(diǎn),面向?qū)ο蠓椒?面向?qū)ο蟮幕靖拍钆c特征 面向?qū)ο蠓治?面向?qū)ο笤O(shè)計(jì) 面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn) 面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?nèi)涵 軟件建模概述,任務(wù)1,了解面向?qū)ο筌浖こ痰幕舅枷牒蚈OA、OOD和OOP的基本內(nèi)容。,任務(wù)目標(biāo),分組教學(xué)法 資料查詢法,教學(xué)方法,2.1.1 面向?qū)ο蠓椒ɑ舅枷?一般指的是解決信息領(lǐng)域內(nèi)所遇到問(wèn)題的方法，特別是應(yīng)用軟件技術(shù)來(lái)解決問(wèn)題的方法。 面向?qū)ο蟮姆治觯∣bject-Oriented Analysis） 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)（Object-Oriented Design） 面向?qū)ο蟮木幊蹋∣bj

2、ect-Oriented Programming）,面向?qū)ο蠹夹g(shù),胡塞爾認(rèn)為對(duì)象是世界中的物體在人腦中的映象，是人的意識(shí)之所以為意識(shí)的反映，是作為一種概念而存在的先念的東西，它還包括了人的意愿。,對(duì)象的含義,2.1.1 面向?qū)ο蠓椒ɑ舅枷?是一種把面向?qū)ο蟮乃枷霊?yīng)用于軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，指導(dǎo)開(kāi)發(fā)活動(dòng)的系統(tǒng)方法，簡(jiǎn)稱OO（Object-Oriented）方法。 面向?qū)ο蠓椒ㄊ墙⒃凇皩?duì)象”概念基礎(chǔ)上的方法學(xué)。 對(duì)象是由數(shù)據(jù)和允許在數(shù)據(jù)上執(zhí)行的操作組成的封裝體，與客觀實(shí)體有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，一個(gè)類定義了具有相似性質(zhì)的一組對(duì)象。 而繼承性是對(duì)具有層次關(guān)系的類的屬性和操作進(jìn)行共享的一種方式。 所謂面向?qū)ο缶?/p>

3、是基于對(duì)象概念，以對(duì)象為中心，以類和繼承為構(gòu)造機(jī)制，來(lái)認(rèn)識(shí)、理解、刻畫客觀世界和設(shè)計(jì)、構(gòu)建相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。,面向?qū)ο蠓椒?2.1.2 面向?qū)ο蠓椒ǖ陌l(fā)展,（1）50年代后期，ALGOL語(yǔ)言中首次提供封裝（保護(hù)）的嘗試。 （2）60年代中后期，Simula語(yǔ)言提出了對(duì)象的概念，并使用了類，也支持類繼承。 （3）70年代，Smalltalk語(yǔ)言誕生，它取Simula的類為核心概念。 （4）1980年，Xerox公司推出商品化的Smalltalk 80，它在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)對(duì)象概念的統(tǒng)一，引入對(duì)象、對(duì)象類、方法、實(shí)例等概念和術(shù)語(yǔ)，采用動(dòng)態(tài)聯(lián)編和單繼承機(jī)制。 （5）80年代以來(lái)，人們將面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

4、和運(yùn)行機(jī)制運(yùn)用到其它領(lǐng)域，獲得了一系列相應(yīng)領(lǐng)域的面向?qū)ο蟮募夹g(shù)。 （6）1986年在美國(guó)舉行了首屆“面向?qū)ο缶幊?、系統(tǒng)、語(yǔ)言和應(yīng)用（OOPSLA86）”國(guó)際會(huì)議，使面向?qū)ο笫艿绞廊瞬毮?面向?qū)ο蠓椒ǖ陌l(fā)展,2.2.1 面向?qū)ο蠓椒ǖ幕靖拍?類是對(duì)象的模板。即類是對(duì)一組有相同數(shù)據(jù)和相同操作的對(duì)象的定義，一個(gè)類所包含的方法和數(shù)據(jù)描述一組對(duì)象的共同屬性和行為。,類,對(duì)象是要研究的任何事物。從一本書、一個(gè)人、一件商品、一家圖書館、一家極其復(fù)雜的自動(dòng)化工廠、一架航天飛機(jī)都可看作對(duì)象，它不僅能表示有形的實(shí)體，也能表示無(wú)形的（抽象的）規(guī)則、計(jì)劃或事件。,對(duì)象,消息是對(duì)象之間進(jìn)行通信的一種規(guī)格說(shuō)明。一般它由

5、三部分組成：接收消息的對(duì)象、消息名及實(shí)際變?cè)?消息,2.2.2 面向?qū)ο笾饕卣?繼承性是子類自動(dòng)共享父類數(shù)據(jù)和方法的機(jī)制，它由類的派生功能體現(xiàn)。一個(gè)類直接繼承其它類的全部描述，同時(shí)可修改和擴(kuò)充。 繼承具有傳遞性，繼承分為單繼承（一個(gè)子類只有一父類）和多重繼承（一個(gè)類有多個(gè)父類）。,繼承性,封裝是一種信息隱蔽技術(shù)，它體現(xiàn)于類的說(shuō)明。封裝使數(shù)據(jù)和加工該數(shù)據(jù)的方法（函數(shù)）封裝為一個(gè)整體，以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立性很強(qiáng)的模塊，使得用戶只能見(jiàn)到對(duì)象的外特性，而對(duì)象的內(nèi)特性對(duì)用戶是隱蔽的。,封裝性,2.2.2 面向?qū)ο笾饕卣?（1） 強(qiáng)調(diào)從現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物（對(duì)象）出發(fā)來(lái)認(rèn)識(shí)問(wèn)題域和構(gòu)造系統(tǒng)。 （2） 運(yùn)用

6、人類日常的思維方法和原則進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。 （3） 對(duì)象的概念貫穿于開(kāi)發(fā)過(guò)程的始終。 （4） 對(duì)象概念的一致性。 （5） 對(duì)象的相對(duì)穩(wěn)定性和對(duì)易變因素隔離，增強(qiáng)了系統(tǒng)的應(yīng)變能力。 （6） 對(duì)象類之間的繼承關(guān)系和對(duì)象的相對(duì)獨(dú)立性，對(duì)軟件復(fù)用提供了強(qiáng)有力的支持。,面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?yōu)越性,對(duì)象根據(jù)所接收的消息會(huì)產(chǎn)生行動(dòng)，同一消息為不同的對(duì)象接受時(shí)可產(chǎn)生完全不同的行動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為多態(tài)性。,多態(tài)性,2.3.1 處理復(fù)雜問(wèn)題的原則,封裝即信息隱蔽。是指在確定系統(tǒng)的某一部分內(nèi)容時(shí)，應(yīng)考慮到其它部分的信息及聯(lián)系都在這一部分的內(nèi)部進(jìn)行，外部各部分之間的信息聯(lián)系應(yīng)盡可能的少。,封裝,抽象是指為了某一分析目的而集中精力

7、研究對(duì)象的某一性質(zhì)，它可以忽略其它與此目的無(wú)關(guān)的部分。抽象機(jī)制被用在數(shù)據(jù)分析方面，稱之為數(shù)據(jù)抽象。數(shù)據(jù)抽象是OOA的核心。抽象機(jī)制有時(shí)也被用在對(duì)過(guò)程的分解方面，被稱之為過(guò)程抽象。,抽象,2.3.1 處理復(fù)雜問(wèn)題的原則,相關(guān)是指把某一時(shí)刻或相同環(huán)境下發(fā)生的事物聯(lián)系在一起 。,相關(guān),繼承是指能直接獲得已有的性質(zhì)和特征而不必重復(fù)定義它們。OOA可以一次性地指定對(duì)象的公共屬性和方法，然后再特化和擴(kuò)展這些屬性及方法為特殊情況，繼承者也可以定義自己獨(dú)有的特性。,繼承,消息通信是指在對(duì)象之間互相傳遞信息的通信方式 。,消息通信,2.3.1 處理復(fù)雜問(wèn)題的原則,行為范疇是針對(duì)被分析對(duì)象而言的，它們主要包括：

8、基于直接原因的行為 時(shí)變性行為 功能查詢性行為,行為范疇,在分析和認(rèn)識(shí)世界時(shí)，可綜合采用如下三種組織方法： 特定對(duì)象與其屬性之間的區(qū)別 整體對(duì)象與相應(yīng)組成部分對(duì)象之間的區(qū)別 不同對(duì)象類的構(gòu)成及其區(qū)別,組織方法,比例是一種運(yùn)用整體與部分原則，輔助處理復(fù)雜問(wèn)題的方法 。,比例,2.3.2 OOA方法的基本步驟,（1）確定對(duì)象和類 這里所說(shuō)的對(duì)象是對(duì)數(shù)據(jù)及其處理方式的抽象，它反映了系統(tǒng)保存和處理現(xiàn)實(shí)世界中某些事物的信息的能力。類是多個(gè)對(duì)象的共同屬性和方法集合的描述，它包括如何在一個(gè)類中建立一個(gè)新對(duì)象的描述。 （2）確定結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)是指問(wèn)題域的復(fù)雜性和連接關(guān)系。類成員結(jié)構(gòu)反映了泛化-特化關(guān)系，整體-部分

9、結(jié)構(gòu)反映整體和局部之間的關(guān)系。 （3）確定主題 主題是指事物的總體概貌和總體分析模型。 （4）確定屬性 屬性就是數(shù)據(jù)元素，可用來(lái)描述對(duì)象或分類結(jié)構(gòu)的實(shí)例，可在圖中給出，并在對(duì)象的存儲(chǔ)中指定。 （5）確定方法 方法是在收到消息后必須進(jìn)行的一些處理操作。對(duì)于每個(gè)對(duì)象和結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，那些用來(lái)增加、修改、刪除和選擇一個(gè)方法本身都是隱含的，而有些則是顯示的。,5個(gè)基本步驟,2.4 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì),（1）對(duì)象定義規(guī)格的求精 在軟件系統(tǒng)內(nèi)設(shè)設(shè)計(jì)各個(gè)對(duì)象、對(duì)象間的關(guān)系（如層次關(guān)系、繼承關(guān)系等）、對(duì)象間的通信方式（如消息模式）等 。 （2）數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)需要確定類和對(duì)象屬性的內(nèi)容、消息連接的方式

10、、系統(tǒng)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)模型的方法等。最后每個(gè)對(duì)象實(shí)例的數(shù)據(jù)都必須落實(shí)到面向?qū)ο蟮膸?kù)結(jié)構(gòu)模型中 。 （3）優(yōu)化設(shè)計(jì) 從另一個(gè)角度對(duì)分析結(jié)果和處理業(yè)務(wù)過(guò)程的整理歸納，優(yōu)化包括對(duì)象和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、抽象、集成。,OOD階段主要工作,2.5 面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn),（1） 分析確定在問(wèn)題空間和解空間出現(xiàn)的全部對(duì)象及其屬性。 （2） 確定應(yīng)施加于每個(gè)對(duì)象的操作，即對(duì)象固有的處理能力。 （3） 分析對(duì)象間的聯(lián)系，確定對(duì)象彼此間傳遞的消息。 （4） 設(shè)計(jì)對(duì)象的消息模式，消息模式和處理能力共同構(gòu)成對(duì)象的外部特性。 （5） 分析各個(gè)對(duì)象的外部特性，將具有相同外部特性的對(duì)象歸為一類，從而確定所需要的類。 （6） 確定類間的繼承關(guān)系，

11、將各對(duì)象的公共性質(zhì)放在較上層的類中描述，通過(guò)繼承來(lái)共享對(duì)公共性質(zhì)的描述。 （7） 設(shè)計(jì)每個(gè)類關(guān)于對(duì)象外部特性的描述。 （8） 設(shè)計(jì)每個(gè)類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法）。 （9） 創(chuàng)建所需的對(duì)象（類的實(shí)例），實(shí)現(xiàn)對(duì)象間應(yīng)有的聯(lián)系（發(fā)消息）。,面向?qū)ο缶幊痰幕静襟E,2.6 面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?nèi)涵,程序設(shè)計(jì)范型（以下簡(jiǎn)稱程設(shè)范型）具體指的是程序設(shè)計(jì)的體裁。 過(guò)程式程設(shè)范型是流行最廣泛的程序設(shè)計(jì)范型（人們平常所使用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言大多屬于此類型），這一程設(shè)范型的中心點(diǎn)是設(shè)計(jì)過(guò)程，所以程序設(shè)計(jì)時(shí)首先要決定的是問(wèn)題解所需要的過(guò)程，然后設(shè)計(jì)過(guò)程的算法。 面向?qū)ο蟪淘O(shè)范型是在以上范型之上發(fā)展起來(lái)的，它的關(guān)鍵在于加入

12、了類及其繼承性，用類表示通用特性，子類繼承父類的特性，并可加入新的特性。,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)范型,2.6 面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?nèi)涵,面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)要點(diǎn)之一：認(rèn)為客觀世界是由各種“對(duì)象”所組成的，任何事物都是對(duì)象，每一個(gè)對(duì)象都有自己的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和內(nèi)部狀態(tài)，每一個(gè)對(duì)象都屬于某個(gè)對(duì)象“類”，都是該對(duì)象類的一個(gè)元素。 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)要點(diǎn)之二：是通過(guò)類比，發(fā)現(xiàn)對(duì)象間的相似性，即對(duì)象間的共同屬性，這就是構(gòu)成對(duì)象類的依據(jù)。 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)要點(diǎn)之三：認(rèn)為對(duì)已分成類的各個(gè)對(duì)象，可以通過(guò)定義一組“方法”來(lái)說(shuō)明該對(duì)象的功能，即允許作用于該對(duì)象上的各種操作。,面向?qū)ο蠓椒▽W(xué),2.6 面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?nèi)涵,技術(shù)“泛指根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)

13、驗(yàn)和自然科學(xué)原理而發(fā)展起來(lái)的各種工藝操作方法與技能”；“廣義地講，還包括相應(yīng)的生產(chǎn)工具和其它物質(zhì)設(shè)備，以及生產(chǎn)的工藝過(guò)程或作業(yè)程序、方法”。 近十多年來(lái)，除了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)以外，面向?qū)ο蠓椒ㄒ寻l(fā)展應(yīng)用到整個(gè)信息系統(tǒng)領(lǐng)域和一些新興的工業(yè)領(lǐng)域 。 80年代后期形成的并發(fā)工程，其概念要點(diǎn)是在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期（即方案設(shè)計(jì)階段）就把結(jié)構(gòu)、工藝、加工、裝配、測(cè)試、使用、市場(chǎng)等問(wèn)題同期并行地啟動(dòng)運(yùn)行，其實(shí)現(xiàn)必須有兩個(gè)基本條件：一是專家群體，二是共享并管理產(chǎn)品信息（將CAD、CAE、CIN緊密結(jié)合在一起）。顯然，這需要面向?qū)ο蠹夹g(shù)的支持。,面向?qū)ο蠹夹g(shù),2.6 面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?nèi)涵,（1） 智能計(jì)算機(jī)的研究。

14、（2） 新一代操作系統(tǒng)的研究。 （3） 多學(xué)科的綜合研究。 （4） 新一代面向?qū)ο蟮挠布到y(tǒng)的研究。,面向?qū)ο蠓椒ó?dāng)前的研究領(lǐng)域,課堂實(shí)踐 1,（1）以學(xué)習(xí)小組為單位分組討論進(jìn)行討論，每小組推薦一名成員進(jìn)行匯報(bào)。 （2）通過(guò)上網(wǎng)查閱面向?qū)ο蠓椒ㄏ嚓P(guān)資料進(jìn)行更為詳細(xì)的了解。 （3）結(jié)合自己的編程實(shí)踐，進(jìn)一步理解面向?qū)ο蟮幕舅枷搿?操作提示,（1）應(yīng)用面向?qū)ο蠓椒ㄖ械母拍顚?duì)DVD和播放DVD的情景進(jìn)行描述。 （2）結(jié)合軟件開(kāi)發(fā)實(shí)踐，舉例說(shuō)明OOA、OOD和OOP的具體任務(wù)及相關(guān)之間的聯(lián)系。 （3）舉例說(shuō)明面向?qū)ο缶幊毯徒Y(jié)構(gòu)化編程的優(yōu)缺點(diǎn)。,操作要求,任務(wù)2,了解軟件模型在開(kāi)發(fā)一個(gè)軟件系統(tǒng)時(shí)的重要

15、作用，理解軟件建模的優(yōu)點(diǎn)。,任務(wù)目標(biāo),分組教學(xué)法 資料查詢法 類比學(xué)習(xí)法,教學(xué)方法,2.7.1 軟件建模的概念,需要為軟件系統(tǒng)建立模型是因?yàn)殚_(kāi)發(fā)一個(gè)具有一定規(guī)模和復(fù)雜性的軟件系統(tǒng)和編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序大不一樣。其間的差別，借用G. Booch的比喻，如同建造一座大廈和搭一個(gè)狗窩的差別。大型的、復(fù)雜的軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)工程，必須按工程學(xué)的方法組織軟件的生產(chǎn)與管理，必須經(jīng)過(guò)分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試、維護(hù)等一系列的軟件生命周期階段。,為什么要建模,模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)存在的實(shí)體的抽象和簡(jiǎn)化，模型提供了系統(tǒng)的藍(lán)圖。模型過(guò)慮非本質(zhì)的細(xì)節(jié)信息，抽象出的問(wèn)題本質(zhì)，使問(wèn)題更容易理解。模型是用某種工具對(duì)同類或其他工具的表

16、達(dá)方式。,什么是模型,2.7.1 軟件建模的概念,模型是軟件開(kāi)發(fā)之根本，無(wú)論軟件之大小、涉及的范圍，還是建模的本身都是系統(tǒng)化認(rèn)識(shí)所開(kāi)發(fā)軟件的一個(gè)初步的途徑。 現(xiàn)在軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程必須經(jīng)歷的幾個(gè)過(guò)程是需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、初步實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)運(yùn)行、系統(tǒng)維護(hù)。在這幾個(gè)階段，迭代式的開(kāi)發(fā)模式讓我們每個(gè)階段都經(jīng)歷一次系統(tǒng)建模的洗禮。,建模的必要性,2.7.2 軟件建模的用途,（1）捕獲精確和表達(dá)項(xiàng)目的需求和應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)，以使各方面的利益相關(guān)者能夠理解并達(dá)成一致。 （2）進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 （3）使具體的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)與需求分開(kāi)。 （4）生成有用的實(shí)際產(chǎn)品。 （5）組織、查找、過(guò)濾、重獲、檢查以及編輯大型系統(tǒng)

17、的有關(guān)信息。 （6）經(jīng)濟(jì)地研究多種設(shè)計(jì)過(guò)程中的解決方案。 （7）利用模型可以全面把握復(fù)雜的系統(tǒng)。,建模的用途,2.7.3 軟件建模的優(yōu)點(diǎn),誤區(qū)一：建模寫文檔。 誤區(qū)二：建模是在浪費(fèi)時(shí)間。 誤區(qū)三：從開(kāi)始階段就形成一個(gè)很完美的模型。,建模的誤區(qū),使用模型便于從整體上、宏觀上把握問(wèn)題，可以更好的解決問(wèn)題； 可以加強(qiáng)人員之間的溝通； 可以更早的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或疏漏的地方。模型為代碼生成提供依據(jù)； 模型幫助我們按照實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可視化； 模型允許我們?cè)敿?xì)說(shuō)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或行為； 模型給出了一個(gè)指導(dǎo)我們構(gòu)造系統(tǒng)的模板； 模型對(duì)我們做出的決策進(jìn)行文檔化；,模型的好處,課堂實(shí)踐 2,（1）以學(xué)習(xí)小組為單位分組討論進(jìn)行討論，每小組推薦一名成