軟件工程導(dǎo)論class13面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)引論

單擊此處編輯母版標(biāo)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(biāo)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(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(jì)了,Smalltalk,語言，該語言的每個(gè)元素都被當(dāng)作一個(gè)對象來實(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蟮牡?，面向?qū)ο蟮耐茝V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(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(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?.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(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?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(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(dòng)態(tài)行為,,OOM,的,4,個(gè)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(gè)對象可視為某一類的實(shí)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（,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?qū)ο螅?objects-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,,注意,：,OOM,并不是減少了開發(fā)時(shí)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(jì)，以計(jì)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(shí)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(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(jié)構(gòu)依賴于功能，不穩(wěn)定OOM,：以,object,模擬實(shí)體，以對象間的聯(lián)系刻畫實(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(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(gè)對象就象一個(gè)微型程序，有自己的數(shù)據(jù)、操作、功能、用途把一個(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),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(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、一座圖書館、一本圖書、貸款、借款等等，都可以作為一個(gè)對象9.2.1,對象,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,是對象的標(biāo)識(shí)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(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),①,以數(shù)據(jù)為中心,，不設(shè)與數(shù)據(jù)無關(guān)的操作；,,②,Object,主動(dòng)處理而不被動(dòng)地等待被處理，外部只能通過,message,請求操作；,,③,具有封裝性,：外部操作時(shí)，無須知道該,object,內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法；,,④,具有并行性,：不同,object,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；,,⑤,模塊獨(dú)立性好,：內(nèi)聚強(qiáng)、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(shí)例,：是由某個(gè)特定的類所描述的一個(gè)具體對象類是建立對象時(shí)使用的模板，用這個(gè)模板建立的一個(gè)具體對象，就是類的實(shí)例對象既可以是一個(gè)具體的對象，也可以泛指一般的對象；而實(shí)例只能是一個(gè)具體的對象,3,消息,：是要求某個(gè)對象執(zhí)行在定義它的那個(gè)類中所定義的某個(gè)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(gè)和多個(gè)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(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(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，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,,繼承是子類自動(dòng)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(gè)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(shí)，類的繼承是單繼承；當(dāng)允許一個(gè)類有多個(gè)父親時(shí)，類的繼承是多重繼承。

繼承性的優(yōu)點(diǎn),,共享程序代碼和數(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(shí)，可以在派生類中實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(shí)，可以在派生類中實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的方法站在巨人的肩頭上”用戶在開發(fā)新系統(tǒng)時(shí)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(shí)現(xiàn)的虛函數(shù)機(jī)制使得程序員能在一個(gè)類等級中使用相同函數(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(shí)，實(shí)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(shí)現(xiàn)的，也就是在編譯時(shí)根據(jù)函數(shù)變元的個(gè)數(shù)和 類型，決定到底使用函數(shù)的哪個(gè)實(shí)現(xiàn)代碼；對于重載 的運(yùn)算符，同樣是在編譯時(shí)根據(jù)被操作數(shù)的類型，決 定使用該運(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(shí)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(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，需要用適當(dāng)?shù)?語言,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(gè)系統(tǒng)由多張類圖來描述，一個(gè)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(gè)區(qū)域（下面兩個(gè)區(qū)域可以省略）,,為類命名時(shí)應(yīng)該遵守以下幾條,準(zhǔn)則,：,,(1),使用標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語,,(2),使用具有確切含義的名詞,,(3),必要時(shí)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,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(gè)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(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,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(gè)類的對象之間存在某種語義上的聯(lián)系,,,,,,9.4.2,表示關(guān)系的符號,普通關(guān)聯(lián)：,,最常見的關(guān)聯(lián)關(guān)系，只要在類與類之間存在連接關(guān)系就可以用普通關(guān)聯(lián)表示例如，作家使用計(jì)算機(jī)，我們就認(rèn)為在作家和計(jì)算機(jī)之間存在某種語義連接，因此在類圖中應(yīng)該在作家類和計(jì)算機(jī)類之間建立關(guān) 聯(lián)關(guān)系,,,,,,,,,黑三角表示關(guān)聯(lián)方向,,,(2),關(guān)聯(lián)的角色,在任何關(guān)聯(lián)中都會(huì)涉及到參與此關(guān)聯(lián)的對象所扮演的角色， 在某些情況下,顯式標(biāo)明角色,名有助于別人理解類圖,,例：一個(gè)人與另一個(gè)人結(jié)婚，必然一個(gè)人扮演丈夫的角色， 另一個(gè)人扮演妻子的角色如果沒有顯式標(biāo)出角色名，則意 味著用類名作為角色名。