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€新的概念，實際上它已有30多年的歷史。尋其根源可追溯到60年代的挪威，當(dāng)時挪威計算中心的Kristen Nygaard和Ole-Johan Dahl開發(fā)了一種稱作Simula67的語言。Simula67首次引入了類、協(xié)同程序和子類的概念，這很象今天的面向?qū)ο笳Z言。 70年代中期，Xerox Palo Alto研究中心的研究人員設(shè)計了Smalltalk語言，該語言的每個元素都被當(dāng)作一個對象來實現(xiàn)，其程序設(shè)計環(huán)境及相關(guān)的各個方面都是面向?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，許多軟件開發(fā)人員了解Samlltalk時，都把它看作是一個窗口系統(tǒng)，而不是程序設(shè)計技術(shù)的一次革命。 80年代，C成為很受歡迎的程序設(shè)計語言，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貝爾實驗室的Bjarne Stroustrup把C語言擴(kuò)展為支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的C+。在C+中，程序員可以在其熟悉的語言環(huán)境下學(xué)習(xí)掌握面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計技術(shù)，而不必去探究一種新的語言和環(huán)境。,自90年代以來，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，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

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： 盡可能模擬人類習(xí)慣的思維方式，使描述問題的問題空間與實現(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ο笞鳛橛蓴?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),解空間與問題空間的“語義斷層” 對象 解空間對象和問題空間對象 解空間對象的呆板 問題空間對象具有靜態(tài)屬性又具有動態(tài)行為,OOM的4個要素,(1)對象(object)：

4、世界由對象組成。 (2)類(class) ：具有相同屬性和操作的對象可劃分為類； 單個對象可視為某一類的實例(instance) (3)繼承(inheritance)：類可分層下層子類與上層父類有相同特征，稱為繼承 (4)消息(message)：對象間只能通過發(fā)送消息進(jìn)行聯(lián)系， 外界不能處理對象的內(nèi)部數(shù)據(jù)，只能通過消息,基于對象（objectsbased）方法 使用對象-消息 基于類（class-based）方法 使用類-對象-消息 面向?qū)ο螅╫bjects-based）方法 使用類-對象-消息-繼承,9.1.2 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的優(yōu)點(diǎn),與人類習(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并不是減少了開發(fā)時間，而是通過提高可重用性、可維護(hù)性，進(jìn)行擴(kuò)充和修改的容易程度等，從長遠(yuǎn)角度改進(jìn)了軟件的質(zhì)量。,1 與人類習(xí)慣的思維方式一致,傳統(tǒng)方法：面向過程設(shè)計，以計算為核心，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)實世界的概念抽象地思考問題從而自然地解決問題，強(qiáng)調(diào)對現(xiàn)實概念的模擬而不強(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題域的模型，開發(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模擬實體，以對象間的聯(lián)系刻畫實體間的聯(lián)系。需求變化不會引起結(jié)構(gòu)的整體變化，只需做一些局部修改。因為實體相對穩(wěn)定，故系統(tǒng)也相應(yīng)穩(wěn)定。,3 可重用性好,傳統(tǒng)方法：通過建立標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫來重用軟構(gòu)件。但標(biāo) 準(zhǔn)函數(shù)缺少必要的“柔性”，難以適應(yīng)不同場合的不同需要。 OOM：封裝性，信息隱蔽，獨(dú)立性 靈活性：一個class所有的instances 都可重用它的代碼；由派生出的新的class 可重用其父類的代碼，并且可以修改、擴(kuò)充而不影響其父類的使用。,4 較易開發(fā)大型軟件產(chǎn)品,構(gòu)成軟件系統(tǒng)的每個對象就象一個微型程序，有自己的數(shù)據(jù)、操作、功能、用

7、途。把一個大型軟件產(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)與問題空間的結(jié)構(gòu)基本一致，便于理解 派生類只要理解新生部分，理解量少 (4)

8、容易測試、調(diào)試 調(diào)試只對新派生類進(jìn)行，類獨(dú)立性強(qiáng)，只對類內(nèi)部進(jìn)行調(diào)試，比較容易。,9.2 面向?qū)ο蟮母拍?9.2.1 對象 在應(yīng)用領(lǐng)域中有意義的、與所要解決的問題有關(guān)系的任何事物都可以作為對象，對象既可以是具體的物理實體的抽象，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、一個窗口、一座圖書館、一本圖書、貸款、借款等等，都可以作為一個對象。,9.2.1 對象,由于客觀世界中的實體通常都具有靜態(tài)的屬性，又具有動態(tài)的行為 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中的對象是由描述該對象屬性數(shù)據(jù)以及可以對這些數(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： 對象:= 其中：ID是對

9、象的標(biāo)識或名字，MS是對象中的數(shù)據(jù)集合，DS是對象中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，MI是對象受理的消息名集合。,1 對象的形象表示 對象很像錄音機(jī),2 對象的定義,從不同的角度給對象不同的定義 定義1：對象是具有相同狀態(tài)的一組操作的集合。 定義2：對象是對問題域中某個東西的抽象，這種抽象反映了系統(tǒng)保存有關(guān)這個東西的信息或與它交互的 能力 定義3：對象:=，依次表示名字操作集合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 對外接口,3對象特點(diǎn),以數(shù)據(jù)為中心，不設(shè)與數(shù)據(jù)無關(guān)的操作； Object主動處理而不被動地等待被處理，外部只能通過message請求操作； 具有封裝性：外部操作時，無須知道該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：是對具有相同數(shù)據(jù)和相同操作的一組相似對象的定義。 例 人、圓 是對象的抽象，是一種對象模型 2 實例：是由某個特定的類所描述的一個具體對象。 類是建立對象時使用的模板，用這個模板建立的一個具體對象，就是類的實例。 對象既可以是一個具體的對象，也可以泛指一般的對象；而實例只能是一個具體的對象。,3消息：是要求某個對象執(zhí)行在定義它的那個類中所定義的某個操作的規(guī)格說明。由3部分組成：接受消息的對象、消息選擇符(名)、零個和多個變元。 4方法：是對象所能執(zhí)行的操作；即類

11、中所定義的服務(wù)。方法描述了對象執(zhí)行操作的算法，響應(yīng)消息的方法。 5 屬性：是類中所定義的數(shù)據(jù)，是對客觀實體所具有的性質(zhì)的抽象,6封裝：是把某個事務(wù)包起來，使外界不知道該事物的具體內(nèi)容。 封裝的條件： (1)有一個清晰的邊界 (2)有確定的接口。接口就是對象可以接受的消息。 (3)受保護(hù)的內(nèi)部實現(xiàn),繼承繼繼承繼7 繼承,繼承是子類自動地共享基類中定義的數(shù)據(jù)和方法的機(jī)制，其特性是：一個類的上層可以有父類，下層可以有子類。 繼承具有傳遞性，如果類C繼承類B，類B繼承類A，則類C繼承類A。 當(dāng)類等級為樹形結(jié)構(gòu)時，類的繼承是單繼承；當(dāng)允許一個類有多個父親時，類的繼承是多重繼承。,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，派生類的方法可以調(diào)用其基類的方法，并在此基礎(chǔ)上增加必要的程序代碼；當(dāng)需要完全改變原有的算法時，可以在派生類中實現(xiàn)一個與基類方法同名而算法不同的方法；當(dāng)需要增加新的功能時，可以在派生類中實現(xiàn)一個新的方法。 “站在巨人的肩頭上”。用戶在開發(fā)新系統(tǒng)時不必從零開始，可以繼承原有相似功能或者從類庫中選取需要的類，再派生新類。,8 多態(tài)性,多態(tài)性是指子類對象可以像父類對象那樣使用，同樣的消息既可以發(fā)送給父類對象也可以發(fā)送給子類對象。 在C+語言中，多態(tài)性是通過虛函數(shù)來實現(xiàn)的。虛函數(shù)機(jī)制使得程序員能在一個

13、類等級中使用相同函數(shù)的 多個不同版本，稱為動態(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運(yùn)算符可以施加與不同類型的 操作數(shù)上面，當(dāng)參數(shù)類型不同或被操作數(shù)的類型不同 時，實現(xiàn)函數(shù)的算法或運(yùn)算符的語義是不相同的 在C+語言中函數(shù)重載是通過靜態(tài)聯(lián)編（也叫先前聯(lián)編）實現(xiàn)的，也就是在編譯時根據(jù)函數(shù)變元的個數(shù)和 類型，決定到底使用函數(shù)的哪個實現(xiàn)代碼；對于重載 的運(yùn)算符，同樣是在編譯時根據(jù)被操作數(shù)的類型，決 定使用

14、該運(yùn)算符的哪種語義,9.3 面向?qū)ο蠼?為了更好地理解問題，采用建立模型的方法 模型是為了理解事物而對事物作的一種抽象，是對事物的一種無歧義的書面描述。 模型是一種把知識規(guī)范地表示出來的工具， 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_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)的對象模型 描述系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的動態(tài)模型 描述系統(tǒng)功能的功能模型 一個典型的軟件系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（對象模型），執(zhí)行操作（動態(tài)模型），并完成數(shù)據(jù)值的變化（功能模型）,9.4 對象模型,關(guān)于建模語言 模型通常由一組圖示符號和組成這些符號的規(guī)則組成， 定義和描述問題域的術(shù)語和概念 為建立模型，需

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

16、3種： 公有的（public） （+） 私有的（private） （-） 保護(hù)的（protected）（#） 類型名表示該屬性的數(shù)據(jù)類型，它可以是基本數(shù)據(jù)類型，也可以是用戶自定義的類型 用花括號括起來的性質(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描述操作的語法格式如下： 可見性 操作名(參數(shù)表)：返回值類型性質(zhì)串 操作可見性的定義方法與屬性相同。 參數(shù)表是用逗號分隔的形式參數(shù)的序列。描述一個參數(shù)的語法如下： 參數(shù)名：類型名默認(rèn)值 當(dāng)操作的調(diào)用者未提供實在參數(shù)時，該參數(shù)就使用默認(rèn)值。,9.4.2 表示關(guān)系的符號,類與類之間通常有關(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)表示兩個類的對象之間存在某種語義上的