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1、,,單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,,,單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,軟件工程導論第,13,課,第,9,章 面向對象方法學引論,發(fā)展概述,面向對象并非是一個新的概念，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，這很象今天的面向對象語言。,,7

2、0,年代中期，,Xerox Palo Alto,研究中心的研究人員設計了,Smalltalk,語言，該語言的每個元素都被當作一個對象來實現(xiàn)，其程序設計環(huán)境及相關的各個方面都是面向對象的。,,但是，面向對象的推廣很慢。例如：,Samlltalk,的成果直到,1981,年,8,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)，而不是程序設計技術的一次革命。,,80,年代，,C,成為很受歡迎的程序設計語言，它不僅可用在微機上，還可用在多種結構的系統(tǒng)和環(huán)境中。,80,年代早期，,AT&T,貝爾實驗室的,Bjarne Stroustrup,把

3、,C,語言擴展為支持面向對象程序設計的,C++,。在,C++,中，程序員可以在其熟悉的語言環(huán)境下學習掌握面向對象的程序設計技術，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。當軟件系統(tǒng)變得更加復雜時，常規(guī)軟件工具、技術和概念已不足以應付，從而使軟件開發(fā)者陷入了困境。但面向對象的方法能夠控制軟件的復雜性，從而促進了面向對象的發(fā)展，掀起了一股“面向對象”熱。,9.1.1,面向對象方法學的要點,OOM,的出發(fā)點和基本原則：,,盡可能,模擬人類習慣的思維方式,，使描述問題的,問題空間,與實現(xiàn)解法的,解空間,在結構上盡可能,一致,

4、。,,面向對象方法是一種以,數(shù)據(jù)和信息,為主線，把數(shù)據(jù)和處理相結合的方法：,,面向對象方法,把對象作為由數(shù)據(jù)及可以施加在這些數(shù)據(jù)上的操作所構成的統(tǒng)一體,9.1.1,面向對象方法學的要點,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),：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

5、有相同特征，稱為繼承,,(4),消息,(message),：對象間只能通過發(fā)送消息進行聯(lián)系， 外界不能處理對象的內部數(shù)據(jù)，只能通過消息,,基于對象（,objects,－,based,）方法,,使用對象,-,消息,,基于類（,class-based,）方法,,使用類,-,對象,-,消息,,面向對象（,objects-based,）方法,,使用類,-,對象,-,消息,-,繼承,,9.1.2,面向對象方法學的優(yōu)點,與人類習慣的思維方式一致,,穩(wěn)定性好,,可重用性好,,可維護性好,,注意,：,OOM,并不是減少了開發(fā)時間，而是通過提高可重用性、可維護性，進行擴充和修改的容易程度等，從長遠角度改進了軟件

6、的質量。,,1,與人類習慣的思維方式一致,傳統(tǒng)方法,：面向過程設計，以計算為核心，數(shù)據(jù)與操作分離，不易理解。,,②,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，強調對現(xiàn)實概念的模擬而不強調算法。,,面向對象方法學的,基本原則,，是按照人們習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)定性好,傳統(tǒng)方法：結構依賴于功能，不穩(wěn)定。,,,OOM,：以,object,模

7、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構的整體變化，只需做一些局部修改。因為實體相對穩(wěn)定，故系統(tǒng)也相應穩(wěn)定。,,,,3,可重用性好,傳統(tǒng)方法：通過建立標準函數(shù)庫來重用軟構件。但標 準函數(shù)缺少必要的,“,柔性,”,，難以適應不同場合的不同需要。,,OOM,：封裝性，信息隱蔽，獨立性,,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、用途。把一個大型軟件產(chǎn)品分解成一系列本質上

8、相互獨立的小產(chǎn)品處理，降低了技術難度。,,便于管理,5,可維護性好,傳統(tǒng)方法：可維護性是最令人頭痛的問題。,,OOM,：從以下幾方面改善了可維護性,,(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,獨立性強：只要修改不涉及,class,的對外接口，則內部修改完全不影響外部調用；,,繼承,(Inheritance),和多態(tài)性,(polymorphism),使其易被修改和擴充；,,(3),容易理解、容易測試、調試,5,可維護性好,(3),容易理解,,符合人的思維習慣，軟件系統(tǒng)結構與問題空間的結構基本一致，便于理解,,派生類只要理解新生部分，理解量少,,

9、(4),容易測試、調試,,調試只對新派生類進行，類獨立性強，只對類內部進行調試，比較容易。,,9.2,面向對象的概念,9.2.1,對象,,在應用領域中,有意義的、與所要解決的問題有關系的,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,,面向對象方法學中,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

10、度看：,,對象,::=,,其中：,ID,是對象的標識或名字，,MS,是對象中的數(shù)據(jù)集合，,DS,是對象中的數(shù)據(jù)結構，,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,,,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)結構 對外接口,,,,3,對象特點,①,以數(shù)據(jù)為中心,，不設與數(shù)據(jù)無關的操作；,,②,Object,主動處理而不被動地等待被處理，外部只能通過,me

11、ssage,請求操作；,,③,具有封裝性,：外部操作時，無須知道該,object,內部的數(shù)據(jù)結構及算法；,,④,具有并行性,：不同,object,各自獨立地處理自身數(shù)據(jù)，彼此間僅通過傳遞,message,完成通信；,,⑤,模塊獨立性好,：內聚強、耦合松,,,,,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

12、,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；即類中所定義的服務。方法描述了對象執(zhí)行操作的算法，響應消息的方法。,,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的抽象,,,,,6,封裝,：是把某個事務包起來，使外界不知道該事物的具體內容。,,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),受保護的內部實現(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)

13、據(jù)和方法的機制，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,。,,當類等級為樹形結構時，類的繼承是單繼承；當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,,共享程序代碼和數(shù)據(jù)結構，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。當需要擴充原有的功能時，派生類的方法可以調用其基類的方法，并在此基礎上增加必要的程序代碼；當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

14、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)機制使得程序員能在一個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)性機制不僅增加了面向對象軟件的靈活性，進一 步減少了信息冗余，而且顯著提高了軟件可重用性和 可擴充性。,,,,,,9 重載,,函數(shù)重載是指在同一作用域內的若干個參數(shù)特征不同 的函數(shù)可以使用相同的函數(shù)名字,,運算符重載是

15、指同一個運算符可以施加與不同類型的 操作數(shù)上面，當參數(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 的運算符，同樣是在編譯時根據(jù)被操作數(shù)的類型，決 定使用該運算符的哪種語義,,,,,,,,9.3,面向對象建模,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,，,,用面向對象的方法建立模型,,9.3,面向對象建

16、模,用面向對象方法開發(fā)軟件，通常要建立,3,種形式的模型：,,描述系統(tǒng),數(shù)據(jù),結構的,對象模型,,描述系統(tǒng),控制,結構的,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)結構,（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語和概念,,為建立模型，需要用適當?shù)?語言,來表達模型,,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

17、之間的,靜態(tài)關系,，是一種靜態(tài)模型，是創(chuàng)建其他,UML,圖的基礎,,? 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）,,為類命名時應該遵守以下幾條,準則,：,,(1),使用標準術語,,(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,{,性質串,},,屬性的可見性（即可訪問性）通常有下述,3,種：,,–,公有的（,public,） （,+,）,

18、,–,私有的（,private,） （,-,）,,–,保護的（,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,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＝默認值,,當操作的調用者未提供實在參數(shù)時，該參數(shù)就使用默認值。,,9.4.2,表示關系

19、的符號,類與類之間通常有,關聯(lián)、泛化（繼承）、依賴,和,細化,等,4,種關系,,1,關聯(lián),,關聯(lián)表示兩個類的對象之間存在某種語義上的聯(lián)系,,,,,,9.4.2,表示關系的符號,普通關聯(lián)：,,最常見的關聯(lián)關系，只要在類與類之間存在連接關系就可以用普通關聯(lián)表示。,,例如，作家使用計算機，我們就認為在作家和計算機之間存在某種語義連接，因此在類圖中應該在作家類和計算機類之間建立關 聯(lián)關系,,,,,,,,,黑三角表示關聯(lián)方向,,,(2),關聯(lián)的角色,在任何關聯(lián)中都會涉及到參與此關聯(lián)的對象所扮演的角色， 在某些情況下,顯式標明角色,名有助于別人理解類圖,,例：一個人與另一個人結婚，必然一個人扮演丈夫的角色， 另一個人扮演妻子的角色。如果沒有顯式標出角色名，則意 味著用類名作為角色名。,,,,