軟件工程導(dǎo)論class13面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論.ppt

1、軟件工程導(dǎo)論第13課,第 9 章 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論,發(fā)展概述,面向?qū)ο蟛⒎鞘且粋€(gè)新的概念，實(shí)際上它已有30多年的歷史。尋其根源可追溯到60年代的挪威，當(dāng)時(shí)挪威計(jì)算中心的Kristen Nygaard和Ole-Johan Dahl開(kāi)發(fā)了一種稱作Simula67的語(yǔ)言。Simula67首次引入了類(lèi)、協(xié)同程序和子類(lèi)的概念，這很象今天的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。 70年代中期，Xerox Palo Alto研究中心的研究人員設(shè)計(jì)了Smalltalk語(yǔ)言，該語(yǔ)言的每個(gè)元素都被當(dāng)作一個(gè)對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)，其程序設(shè)計(jì)環(huán)境及相關(guān)的各個(gè)方面都是面向?qū)ο蟮摹?但是，面向?qū)ο蟮耐茝V很慢。例如：Samlltalk的成果直到1981年8

2、月因Byte雜志的介紹才為外界所知，許多軟件開(kāi)發(fā)人員了解Samlltalk時(shí)，都把它看作是一個(gè)窗口系統(tǒng)，而不是程序設(shè)計(jì)技術(shù)的一次革命。 80年代，C成為很受歡迎的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它不僅可用在微機(jī)上，還可用在多種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和環(huán)境中。80年代早期，AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的Bjarne Stroustrup把C語(yǔ)言擴(kuò)展為支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的C+。在C+中，程序員可以在其熟悉的語(yǔ)言環(huán)境下學(xué)習(xí)掌握面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)，而不必去探究一種新的語(yǔ)言和環(huán)境。,自90年代以來(lái)，軟件與硬件之間的差距至少有兩代處理器之多，并且這種差距還在增大。當(dāng)軟件系統(tǒng)變得更加復(fù)雜時(shí)，常規(guī)軟件工具、技術(shù)和概念已不足以應(yīng)付，從而使軟件開(kāi)

3、發(fā)者陷入了困境。但面向?qū)ο蟮姆椒軌蚩刂栖浖膹?fù)雜性，從而促進(jìn)了面向?qū)ο蟮陌l(fā)展，掀起了一股“面向?qū)ο蟆睙帷?9.1.1 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的要點(diǎn),OOM的出發(fā)點(diǎn)和基本原則： 盡可能模擬人類(lèi)習(xí)慣的思維方式，使描述問(wèn)題的問(wèn)題空間與實(shí)現(xiàn)解法的解空間在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。 面向?qū)ο蠓椒ㄊ且环N以數(shù)據(jù)和信息為主線，把數(shù)據(jù)和處理相結(jié)合的方法： 面向?qū)ο蠓椒ò褜?duì)象作為由數(shù)據(jù)及可以施加在這些數(shù)據(jù)上的操作所構(gòu)成的統(tǒng)一體,9.1.1 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的要點(diǎn),解空間與問(wèn)題空間的“語(yǔ)義斷層” 對(duì)象 解空間對(duì)象和問(wèn)題空間對(duì)象 解空間對(duì)象的呆板 問(wèn)題空間對(duì)象具有靜態(tài)屬性又具有動(dòng)態(tài)行為,OOM的4個(gè)要素,(1)對(duì)象(object)：

4、世界由對(duì)象組成。 (2)類(lèi)(class) ：具有相同屬性和操作的對(duì)象可劃分為類(lèi)； 單個(gè)對(duì)象可視為某一類(lèi)的實(shí)例(instance) (3)繼承(inheritance)：類(lèi)可分層下層子類(lèi)與上層父類(lèi)有相同特征，稱為繼承 (4)消息(message)：對(duì)象間只能通過(guò)發(fā)送消息進(jìn)行聯(lián)系， 外界不能處理對(duì)象的內(nèi)部數(shù)據(jù)，只能通過(guò)消息,基于對(duì)象（objectsbased）方法 使用對(duì)象-消息 基于類(lèi)（class-based）方法 使用類(lèi)-對(duì)象-消息 面向?qū)ο螅╫bjects-based）方法 使用類(lèi)-對(duì)象-消息-繼承,9.1.2 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的優(yōu)點(diǎn),與人類(lèi)習(xí)慣的思維方式一致 穩(wěn)定性好 可重用性好 可維護(hù)性好

5、 注意：OOM并不是減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間，而是通過(guò)提高可重用性、可維護(hù)性，進(jìn)行擴(kuò)充和修改的容易程度等，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度改進(jìn)了軟件的質(zhì)量。,1 與人類(lèi)習(xí)慣的思維方式一致,傳統(tǒng)方法：面向過(guò)程設(shè)計(jì)，以計(jì)算為核心，數(shù)據(jù)與操作分離，不易理解。 OOM：以object 為核心， 基本原理：使用現(xiàn)實(shí)世界的概念抽象地思考問(wèn)題從而自然地解決問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)對(duì)現(xiàn)實(shí)概念的模擬而不強(qiáng)調(diào)算法。 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的基本原則，是按照人們習(xí)慣的思維方式建立問(wèn)題域的模型，開(kāi)發(fā)出盡可 能直觀、自然地表現(xiàn)求解方法的軟件系統(tǒng)。 Class：由特殊到一般的歸納(induction) Inheritance：由一般到特殊的演繹(deduction),2 穩(wěn)

6、定性好,傳統(tǒng)方法：結(jié)構(gòu)依賴于功能，不穩(wěn)定。 OOM：以object模擬實(shí)體，以對(duì)象間的聯(lián)系刻畫(huà)實(shí)體間的聯(lián)系。需求變化不會(huì)引起結(jié)構(gòu)的整體變化，只需做一些局部修改。因?yàn)閷?shí)體相對(duì)穩(wěn)定，故系統(tǒng)也相應(yīng)穩(wěn)定。,3 可重用性好,傳統(tǒng)方法：通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)來(lái)重用軟構(gòu)件。但標(biāo) 準(zhǔn)函數(shù)缺少必要的“柔性”，難以適應(yīng)不同場(chǎng)合的不同需要。 OOM：封裝性，信息隱蔽，獨(dú)立性 靈活性：一個(gè)class所有的instances 都可重用它的代碼；由派生出的新的class 可重用其父類(lèi)的代碼，并且可以修改、擴(kuò)充而不影響其父類(lèi)的使用。,4 較易開(kāi)發(fā)大型軟件產(chǎn)品,構(gòu)成軟件系統(tǒng)的每個(gè)對(duì)象就象一個(gè)微型程序，有自己的數(shù)據(jù)、操作、功能、用

7、途。把一個(gè)大型軟件產(chǎn)品分解成一系列本質(zhì)上相互獨(dú)立的小產(chǎn)品處理，降低了技術(shù)難度。 便于管理,5 可維護(hù)性好,傳統(tǒng)方法：可維護(hù)性是最令人頭痛的問(wèn)題。 OOM：從以下幾方面改善了可維護(hù)性 (1)穩(wěn)定性好：需求的變化不牽動(dòng)全局，只需局部修改； (2)容易修改：Class 獨(dú)立性強(qiáng)：只要修改不涉及class的對(duì)外接口，則內(nèi)部修改完全不影響外部調(diào)用； 繼承(Inheritance)和多態(tài)性(polymorphism)使其易被修改和擴(kuò)充； (3)容易理解、容易測(cè)試、調(diào)試,5 可維護(hù)性好,(3)容易理解 符合人的思維習(xí)慣，軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與問(wèn)題空間的結(jié)構(gòu)基本一致，便于理解 派生類(lèi)只要理解新生部分，理解量少 (4)

8、容易測(cè)試、調(diào)試 調(diào)試只對(duì)新派生類(lèi)進(jìn)行，類(lèi)獨(dú)立性強(qiáng)，只對(duì)類(lèi)內(nèi)部進(jìn)行調(diào)試，比較容易。,9.2 面向?qū)ο蟮母拍?9.2.1 對(duì)象 在應(yīng)用領(lǐng)域中有意義的、與所要解決的問(wèn)題有關(guān)系的任何事物都可以作為對(duì)象，對(duì)象既可以是具體的物理實(shí)體的抽象，也可以是人為的 概念，或者是任何有明確邊界和意義的東西。 例如，一名職工、一家公司、一個(gè)窗口、一座圖書(shū)館、一本圖書(shū)、貸款、借款等等，都可以作為一個(gè)對(duì)象。,9.2.1 對(duì)象,由于客觀世界中的實(shí)體通常都具有靜態(tài)的屬性，又具有動(dòng)態(tài)的行為 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中的對(duì)象是由描述該對(duì)象屬性數(shù)據(jù)以及可以對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的所有操作封裝在一起的統(tǒng)一體。 從形式化角度看： 對(duì)象:= 其中：ID是對(duì)

9、象的標(biāo)識(shí)或名字，MS是對(duì)象中的數(shù)據(jù)集合，DS是對(duì)象中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，MI是對(duì)象受理的消息名集合。,1 對(duì)象的形象表示 對(duì)象很像錄音機(jī),2 對(duì)象的定義,從不同的角度給對(duì)象不同的定義 定義1：對(duì)象是具有相同狀態(tài)的一組操作的集合。 定義2：對(duì)象是對(duì)問(wèn)題域中某個(gè)東西的抽象，這種抽象反映了系統(tǒng)保存有關(guān)這個(gè)東西的信息或與它交互的 能力 定義3：對(duì)象:=，依次表示名字操作集合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 對(duì)外接口,3對(duì)象特點(diǎn),以數(shù)據(jù)為中心，不設(shè)與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的操作； Object主動(dòng)處理而不被動(dòng)地等待被處理，外部只能通過(guò)message請(qǐng)求操作； 具有封裝性：外部操作時(shí)，無(wú)須知道該object 內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法； 具有并行性：不同o

10、bject各自獨(dú)立地處理自身數(shù)據(jù)，彼此間僅通過(guò)傳遞message完成通信； 模塊獨(dú)立性好：內(nèi)聚強(qiáng)、耦合松,9.2.2其他概念,1 類(lèi)：是對(duì)具有相同數(shù)據(jù)和相同操作的一組相似對(duì)象的定義。 例 人、圓 是對(duì)象的抽象，是一種對(duì)象模型 2 實(shí)例：是由某個(gè)特定的類(lèi)所描述的一個(gè)具體對(duì)象。 類(lèi)是建立對(duì)象時(shí)使用的模板，用這個(gè)模板建立的一個(gè)具體對(duì)象，就是類(lèi)的實(shí)例。 對(duì)象既可以是一個(gè)具體的對(duì)象，也可以泛指一般的對(duì)象；而實(shí)例只能是一個(gè)具體的對(duì)象。,3消息：是要求某個(gè)對(duì)象執(zhí)行在定義它的那個(gè)類(lèi)中所定義的某個(gè)操作的規(guī)格說(shuō)明。由3部分組成：接受消息的對(duì)象、消息選擇符(名)、零個(gè)和多個(gè)變?cè)?4方法：是對(duì)象所能執(zhí)行的操作；即類(lèi)

11、中所定義的服務(wù)。方法描述了對(duì)象執(zhí)行操作的算法，響應(yīng)消息的方法。 5 屬性：是類(lèi)中所定義的數(shù)據(jù)，是對(duì)客觀實(shí)體所具有的性質(zhì)的抽象,6封裝：是把某個(gè)事務(wù)包起來(lái)，使外界不知道該事物的具體內(nèi)容。 封裝的條件： (1)有一個(gè)清晰的邊界 (2)有確定的接口。接口就是對(duì)象可以接受的消息。 (3)受保護(hù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn),繼承繼繼承繼7 繼承,繼承是子類(lèi)自動(dòng)地共享基類(lèi)中定義的數(shù)據(jù)和方法的機(jī)制，其特性是：一個(gè)類(lèi)的上層可以有父類(lèi)，下層可以有子類(lèi)。 繼承具有傳遞性，如果類(lèi)C繼承類(lèi)B，類(lèi)B繼承類(lèi)A，則類(lèi)C繼承類(lèi)A。 當(dāng)類(lèi)等級(jí)為樹(shù)形結(jié)構(gòu)時(shí)，類(lèi)的繼承是單繼承；當(dāng)允許一個(gè)類(lèi)有多個(gè)父親時(shí)，類(lèi)的繼承是多重繼承。,繼承性的優(yōu)點(diǎn),共享程序代

12、碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，大大減少程序中的冗余信息，提高軟件的可重用性。 便于軟件修改維護(hù)。當(dāng)需要擴(kuò)充原有的功能時(shí)，派生類(lèi)的方法可以調(diào)用其基類(lèi)的方法，并在此基礎(chǔ)上增加必要的程序代碼；當(dāng)需要完全改變?cè)械乃惴〞r(shí)，可以在派生類(lèi)中實(shí)現(xiàn)一個(gè)與基類(lèi)方法同名而算法不同的方法；當(dāng)需要增加新的功能時(shí)，可以在派生類(lèi)中實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的方法。 “站在巨人的肩頭上”。用戶在開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)時(shí)不必從零開(kāi)始，可以繼承原有相似功能或者從類(lèi)庫(kù)中選取需要的類(lèi)，再派生新類(lèi)。,8 多態(tài)性,多態(tài)性是指子類(lèi)對(duì)象可以像父類(lèi)對(duì)象那樣使用，同樣的消息既可以發(fā)送給父類(lèi)對(duì)象也可以發(fā)送給子類(lèi)對(duì)象。 在C+語(yǔ)言中，多態(tài)性是通過(guò)虛函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。虛函數(shù)機(jī)制使得程序員能在一個(gè)

13、類(lèi)等級(jí)中使用相同函數(shù)的 多個(gè)不同版本，稱為動(dòng)態(tài)聯(lián)遍，也叫滯后聯(lián)編。 多態(tài)性機(jī)制不僅增加了面向?qū)ο筌浖撵`活性，進(jìn)一 步減少了信息冗余，而且顯著提高了軟件可重用性和 可擴(kuò)充性。,9 重載,函數(shù)重載是指在同一作用域內(nèi)的若干個(gè)參數(shù)特征不同 的函數(shù)可以使用相同的函數(shù)名字 運(yùn)算符重載是指同一個(gè)運(yùn)算符可以施加與不同類(lèi)型的 操作數(shù)上面，當(dāng)參數(shù)類(lèi)型不同或被操作數(shù)的類(lèi)型不同 時(shí)，實(shí)現(xiàn)函數(shù)的算法或運(yùn)算符的語(yǔ)義是不相同的 在C+語(yǔ)言中函數(shù)重載是通過(guò)靜態(tài)聯(lián)編（也叫先前聯(lián)編）實(shí)現(xiàn)的，也就是在編譯時(shí)根據(jù)函數(shù)變?cè)膫€(gè)數(shù)和 類(lèi)型，決定到底使用函數(shù)的哪個(gè)實(shí)現(xiàn)代碼；對(duì)于重載 的運(yùn)算符，同樣是在編譯時(shí)根據(jù)被操作數(shù)的類(lèi)型，決 定使用

14、該運(yùn)算符的哪種語(yǔ)義,9.3 面向?qū)ο蠼?為了更好地理解問(wèn)題，采用建立模型的方法 模型是為了理解事物而對(duì)事物作的一種抽象，是對(duì)事物的一種無(wú)歧義的書(shū)面描述。 模型是一種把知識(shí)規(guī)范地表示出來(lái)的工具， 用面向?qū)ο蟮姆椒ń⒛Ｐ?9.3 面向?qū)ο蠼?用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)軟件，通常要建立3種形式的模型： 描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)象模型 描述系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型 描述系統(tǒng)功能的功能模型 一個(gè)典型的軟件系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（對(duì)象模型），執(zhí)行操作（動(dòng)態(tài)模型），并完成數(shù)據(jù)值的變化（功能模型）,9.4 對(duì)象模型,關(guān)于建模語(yǔ)言 模型通常由一組圖示符號(hào)和組成這些符號(hào)的規(guī)則組成， 定義和描述問(wèn)題域的術(shù)語(yǔ)和概念 為建立模型，需

15、要用適當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)言來(lái)表達(dá)模型 建模語(yǔ)言由記號(hào)（即模型中使用的符號(hào)）和使用這些記號(hào)的規(guī)則（語(yǔ)法、語(yǔ)義）組成,9.4.1 類(lèi)圖的基本符號(hào),類(lèi)圖描述類(lèi)、類(lèi)與類(lèi)之間的靜態(tài)關(guān)系，是一種靜態(tài)模型，是創(chuàng)建其他UML圖的基礎(chǔ) 一個(gè)系統(tǒng)由多張類(lèi)圖來(lái)描述，一個(gè)類(lèi)也可以出現(xiàn)在幾張類(lèi)圖中,1 定義類(lèi),UML中類(lèi)的圖形符號(hào)為長(zhǎng)方形，用兩條橫線把長(zhǎng)方形分成上、中、下3個(gè)區(qū)域（下面兩個(gè)區(qū)域可以省略） 為類(lèi)命名時(shí)應(yīng)該遵守以下幾條準(zhǔn)則： (1)使用標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ) (2)使用具有確切含義的名詞 (3)必要時(shí)用名詞短語(yǔ)作為名字,2 定義屬性,UML描述屬性的語(yǔ)法如下： 可見(jiàn)性 屬性名：類(lèi)型名=初值性質(zhì)串 屬性的可見(jiàn)性（即可訪問(wèn)性）通常有下述

16、3種： 公有的（public） （+） 私有的（private） （-） 保護(hù)的（protected）（#） 類(lèi)型名表示該屬性的數(shù)據(jù)類(lèi)型，它可以是基本數(shù)據(jù)類(lèi)型，也可以是用戶自定義的類(lèi)型 用花括號(hào)括起來(lái)的性質(zhì)串明列出該屬性所有可能的取值 例：-管理員：String“未定”,3 定義服務(wù),UML描述操作的語(yǔ)法格式如下： 可見(jiàn)性 操作名(參數(shù)表)：返回值類(lèi)型性質(zhì)串 操作可見(jiàn)性的定義方法與屬性相同。 參數(shù)表是用逗號(hào)分隔的形式參數(shù)的序列。描述一個(gè)參數(shù)的語(yǔ)法如下： 參數(shù)名：類(lèi)型名默認(rèn)值 當(dāng)操作的調(diào)用者未提供實(shí)在參數(shù)時(shí)，該參數(shù)就使用默認(rèn)值。,9.4.2 表示關(guān)系的符號(hào),類(lèi)與類(lèi)之間通常有關(guān)聯(lián)、泛化（繼承）、依賴和細(xì)化等4種關(guān)系 1 關(guān)聯(lián) 關(guān)聯(lián)表示兩個(gè)類(lèi)的對(duì)象之間存在某種語(yǔ)義上的