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1、第二章 面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)（Object-Oriented Software Development)任課老師：黃武2022/9/18提綱面向?qū)ο蠹夹g(shù)概述面向?qū)ο蠓治觯∣OA）面向?qū)ο笤O(shè)計（OOD）面向?qū)ο蟪绦颍∣OP）面向?qū)ο笳Z言（OOL）2022/9/181. 面向?qū)ο蠹夹g(shù)概述面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本思想是：以接近人認識客觀世界的方法對一個軟件系統(tǒng)進行分析，設(shè)計具體講就是對問題域進行自然分割，以接近人類思維的方式建立問題域模型，從而使設(shè)計出的軟件盡可能地描述現(xiàn)實世界，構(gòu)造出模塊化、可重用、可維護性的軟件，并能控制軟件的復雜性和降低開發(fā)維護費用2022/9/181.1 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念面向?qū)?/p>

2、象技術(shù)包含以下基本概念類（Class）類是對現(xiàn)實世界中具有相同性質(zhì)的一類事物的抽象，比如人，飛機，汽車等等。類不代表某個個體，其主要特點是抽象。在程序設(shè)計中無空間對象（Object）對象是類中的一個具體個體，比如蔣文濤同學，王曉娜同學等。程序設(shè)計中對象占據(jù)一定空間，具有自己的狀態(tài)信息和操作函數(shù)2022/9/181.1 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念屬性（Property）表示類的特征信息，對象的內(nèi)部狀態(tài)，根據(jù)可見性可以分為公有屬性、私有屬性等，通常為私有方法（Method）對對象的內(nèi)部狀態(tài)進行操作的函數(shù)接口（Interface）外部與對象進行交互的手段，是一類特殊的方法2022/9/181.1 面向?qū)?/p>

3、象技術(shù)的基本概念關(guān)聯(lián)（Association）表示不同類之間的關(guān)系，比如司機與汽車，客戶與訂單，酒店與旅客等等構(gòu)成了不同的關(guān)系聚集（Aggregation）聚集是一種特殊形式的關(guān)聯(lián)，它表示類之間的關(guān)系是整體與部分的關(guān)系，比如人與手足，汽車與方向盤，公司與職員等關(guān)聯(lián)與聚集是類之間的靜態(tài)關(guān)系2022/9/181.1 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念對象之間的動態(tài)關(guān)系消息傳遞（Message sending）消息傳遞是對象之間動態(tài)聯(lián)系的手段，分為同步消息和異步消息面向?qū)ο蠓椒ǖ囊粋€原則就是通過消息進行對象之間的通信，一個對象通過消息通知其他對象，并且將相關(guān)的信息帶到其他對象2022/9/181.1.1 類對象

4、舉例classcar/ 類的定義intcolor;/ 顏色 屬性intweight;/ 重量 屬性pointposition;/ 位置 屬性void move (int x, int y)/ 汽車移動 方法position.x += x;position.y += y;void draw(int x, int y)/ 畫一輛汽車 方法carblackcar;/ 定義一個blackcar，blackcar稱為對象2022/9/181.2 面向?qū)ο笤O(shè)計與結(jié)構(gòu)化設(shè)計不同結(jié)構(gòu)化的設(shè)計將上層功能分解為具體實現(xiàn)的下層模塊（細節(jié)），從而造成上層的業(yè)務邏輯過分依賴于下層實現(xiàn)細節(jié)，當用戶需求（通常對應上層的功能

5、）更改時，造成下層細節(jié)的更改，這通常是困難的比如，我們作通訊軟件，上層是讀取數(shù)據(jù)，下層為具體讀取串口數(shù)據(jù)的函數(shù)read_com，如果我們現(xiàn)在要讀取并口數(shù)據(jù)，那么上層需要修改調(diào)用函數(shù)，下層則需要重新構(gòu)建read_parallel2022/9/181.2 面向?qū)ο笤O(shè)計與結(jié)構(gòu)化設(shè)計不同面向?qū)ο笤O(shè)計創(chuàng)建的抽象不依賴于任何細節(jié)，而細節(jié)則高度依賴于上層的抽象比如剛才的通訊軟件我們建立一個通訊類，然后通過繼承生成串口類和并口類，我們在具體通訊時，只要根據(jù)不同的要求（消息中攜帶的參數(shù)信息）生成不同的具體通訊對象就可以了，上層的調(diào)用和生成關(guān)系不變2022/9/181.2 面向?qū)ο笤O(shè)計與結(jié)構(gòu)化設(shè)計不同意大利建筑師

6、戴維菲舍 2022/9/181.3 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的三個主要特征封裝性（Encapsulation）將對象的屬性和方法結(jié)合成一個獨立的系統(tǒng)，隱藏對象的內(nèi)部細節(jié)不受外界的干擾，并且保護客戶端軟件封裝使一個對象形成了兩個部分：接口部分和實現(xiàn)部分類接口方法屬性封裝2022/9/181.3.1 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的繼承性繼承性（Inheritance）是某個類獲得另一個類的部分或全部特征，它是類抽象以及代碼可重用的重要手段，通過繼承，子類可以重用父類的代碼比如，我們定義飛機類，我們可以在飛機類的基礎(chǔ)根據(jù)飛機的用途定義民航飛機，軍航飛機，其它飛機2022/9/181.3.2 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的多態(tài)性多態(tài)性（Poly

7、morphism）是相同的方法產(chǎn)生不同的結(jié)果。多態(tài)機制使具有不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對象可以共享相同的外部接口，通過這種方法減少代碼的復雜度這種方法對應于程序的晚綁定技術(shù)，相當于根據(jù)上下文環(huán)境來調(diào)用不同對象的相同功能函數(shù)，造成不同的處理結(jié)果2022/9/181.4 面向?qū)ο蠹夹g(shù)特征舉例classcar / 封裝性 private:intx, y; public:virtual void draw (int x, int y);classTruck : public car/ 繼承性intiCarrying_Capacity;classbus : public carint iPassenger_Numb

8、er;classtax : public carbool bFlag;2022/9/181.4 面向?qū)ο蠹夹g(shù)特征舉例car cars4 ;cars0= new car;cars1= new truck;cars2= new bus;cars0= new taxi;:for(int i=0; iOOD-OOP2022/9/182.1 面向?qū)ο蠓治龈攀觯∣OA）面向?qū)ο蠓治觯∣bject-Oriented Analysis）是指在一個軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程中，按照面向?qū)ο蟮姆椒▉矸治鰡栴}其核心思想是：利用面向?qū)ο蟮母拍詈头椒檐浖枨蠼ㄔ炷Ｐ?，以使用戶需求逐步精確化、一致化、完全化。實質(zhì)上就是對現(xiàn)實世

9、界的系統(tǒng)進行抽象建模2022/9/182.2 面向?qū)ο蠓治龅淖饔妹嫦驅(qū)ο蠓治瞿Ｐ蛶椭覀儯好鞔_問題需求為用戶和開發(fā)人員提供需求分析為用戶和開發(fā)人員提供一個協(xié)商的基礎(chǔ)，以作為后繼設(shè)計和實現(xiàn)的框架因此系統(tǒng)分析的第一步就是陳述需求2022/9/182.3 面向?qū)ο蠓治龅倪^程開發(fā)者用 戶管理者用戶知識領(lǐng)域知識現(xiàn)實世界的經(jīng)驗一般需求建 模問題陳述面向?qū)ο蠓治鲞^程對象模型動態(tài)模型功能模型系統(tǒng)設(shè)計2022/9/182.4 面向?qū)ο蠓治龅娜N模型對象模型：對操作模型進行分析，把系統(tǒng)分解成相互協(xié)作的分析類，這是系統(tǒng)的靜態(tài)模型對象模型 = 對象圖 + 數(shù)據(jù)字典動態(tài)模型：描述系統(tǒng)的動態(tài)行為，以揭示對象間如何協(xié)作來完

10、成某個具體的任務動態(tài)模型 = 狀態(tài)圖 + 全局事件流圖功能模型：操作功能的模型（對數(shù)據(jù)進行處理加工功能模型 = 數(shù)據(jù)流圖 + 約束2022/9/182.5 OOA的主要優(yōu)點加強了對問題域和系統(tǒng)責任的理解改進各類人員之間的交流對需求的變化具有較強的適應性支持軟件的復用貫穿軟件生命周期全過程的一致性有利于用戶的參與與理解2022/9/182.6 OOA方法的基本步驟OOA方法包括以下5個步驟：識別對象識別對象的屬性識別對象的行為識別對象所屬的類定義主題詞2022/9/182.6.1 識別對象對象是實際問題域中有意義的個體或概念實體，具有自己的狀態(tài)和操作我們按照下面的步驟來識別對象:標識潛在的對象，

11、選擇名詞從標識的對象中篩選對象：對象具有狀態(tài)信息，具有有意義的操作，具有多個屬性，屬性和操作應該適合于所有對象，對象是軟件需求模型的成分2022/9/182.6.2 識別對象的屬性屬性是對問題域中對象性質(zhì)的刻畫，屬性決定了對象所有可能的狀態(tài)信息，我們需要識別出所有有用的屬性識別屬性應注意的問題如果一個實體獨立存在更有意義，應該識別為對象將描述外部不可見狀態(tài)的屬性刪除不要保存導出屬性，比如矩形的面積需求分析的各個階段是迭代完成的2022/9/182.6.3 識別對象的行為對象的行為可理解為對象應該展現(xiàn)的外部服務的總和通常而言，對象的行為可以分為三類：對象生命周期中的創(chuàng)建、維護和刪除行為對象中的計

12、算性行為狀態(tài)監(jiān)視性行為（狀態(tài)事件相應行為）創(chuàng)建操作結(jié)束對象生命周期2022/9/182.6.4 識別對象所屬的類面向?qū)ο笮枨竽Ｐ椭斜姸鄬ο罂赡軐儆诓煌念?，這些類之間往往存在著繼承關(guān)系和部分-整體關(guān)系。我們需要識別一個對象所屬的類并建立類之間的關(guān)系識別繼承關(guān)系，尋找類之間的繼承關(guān)系識別部分-整體關(guān)系2022/9/182.6.5 定義主題詞我們根據(jù)需求信息識別出來的對象會很多，造成不易理解，所以我們應該對這些已分類對象進行組合，形成一一系列主題詞：將關(guān)系比較密切的緊耦合類和對象劃分為一組策略：將緊密聯(lián)系的類按主題詞劃分根據(jù)主題詞將需求分析劃至不同小組逐步細分對話框1對話框2對話框n人機接口由多個

13、類構(gòu)成人機接口2022/9/183 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計（OOD）面向?qū)ο蟮脑O(shè)計（Object-Oriented Design）是OOA和OOP之間的中間環(huán)節(jié)OOD的作用是對OOA的分析結(jié)果按照編程模型的形式做進一步的規(guī)范化整理，以便能夠使OOP直接使用實際上OOA相當于對現(xiàn)實世界的直接抽象，即分析建模，而OOD是對OOA的結(jié)果按照計算機數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的要求進行規(guī)范化，是設(shè)計建模2022/9/183.1 OOD的目標和過程OOD的目標是建立可實現(xiàn)的系統(tǒng)模型OOD的過程是完善OOA的成果，細化分析，結(jié)合實現(xiàn)技術(shù)、實現(xiàn)環(huán)境考慮，比如采用什么平臺，什么開發(fā)語言等OOD包括全局性設(shè)計解決策略（系統(tǒng)設(shè)計）和局部模型

14、細化（對象設(shè)計）兩個方面2022/9/183.2 OOD的實現(xiàn)方法OOD通過管理程序內(nèi)部的相互依賴，將程序分成塊（對象），每個塊的規(guī)模應該小到可以管理的程度，然后分別將各個塊隱藏在接口后面，讓他們只通過接口進行交流，從而便于編程的實現(xiàn)比如，在機床控制系統(tǒng)中，我們編寫控制機床刀頭步進的程序，我們只采用一個抽象接口，具體的實現(xiàn)由單獨的類實現(xiàn)，這就考慮到了程序的設(shè)計而非現(xiàn)實2022/9/183.2 OOD的實現(xiàn)方法OOA與OOD的區(qū)別鉆床控制刀頭旋轉(zhuǎn)刀頭步進各種刀頭旋轉(zhuǎn)各種刀頭步進抽象層實現(xiàn)層2022/9/183.3 OOD的七個準則模塊化，對象即OOD方法中的模塊支持過程和數(shù)據(jù)的抽象注意信息隱藏不

15、同對象之間應該采用低耦合的方式對象內(nèi)部應該是高內(nèi)聚設(shè)計的對象應該比較簡單，容易開發(fā)和管理對象之間通訊的協(xié)議應該比較簡單2022/9/183.4 OOD方法中的系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計是問題求解及其解答的高級策略。系統(tǒng)設(shè)計決定了整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和風格，是具體設(shè)計的基礎(chǔ)2022/9/183.4.1 系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容系統(tǒng)設(shè)計從高層入手，逐步細化。系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容如下：將系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)確定對象之間的并發(fā)性，分配處理器數(shù)據(jù)存貯管理設(shè)計全局資源處理，比如網(wǎng)絡、USB接口等選擇控制機制設(shè)計人機交互接口2022/9/183.5.1對象設(shè)計的原則開閉開閉原則（Open Closed Principle）對修改關(guān)閉，

16、對擴展開放就是在設(shè)計一個模塊的時候，應當使這個模塊可以在不被修改的前提下被擴展 在面向?qū)ο笤O(shè)計中，不允許更改的是系統(tǒng)的抽象層，而允許擴展的是系統(tǒng)的實現(xiàn)層 。比如，我們設(shè)計一個汽車引擎，那么對于不同的汽車引擎，我們可以擴展，但上層程序不變2022/9/183.5.2對象設(shè)計的原則-替換替換原則（Liskov Substitution Principle）子類可以替換父類由于子類是父類的擴展，因此父類能夠具有的屬性和方法子類都具有，因此子類可以替換父類的工作2022/9/183.5.3對象設(shè)計的原則-依賴依賴倒置原則（Dependency Inversion Principle）在進行業(yè)務設(shè)計時，

17、與特定業(yè)務有關(guān)的依賴關(guān)系應該盡量依賴接口和抽象類而不是具體類比如，Windows中對各種設(shè)備，包括打印機，串口、USB接口的操作都依賴于接口Open，Read，Write，Close等，而不是與具體的設(shè)備打交道，比如OpenPrint，ReadUsb2022/9/183.5.4對象設(shè)計的原則-接口分離接口分離原則（Interface Segregation Principle）使用多個專門的接口比使用單一的總接口要好。也就是說，一個類對另外一個類的依賴性應當是建立在最小的接口上比如，Get_Color，Get_Weight，Get_Height比一個Get_Status更加清晰2022/9/1

18、83.6 OOD方法中的對象設(shè)計對象設(shè)計包括：算法設(shè)計優(yōu)化設(shè)計控制的實現(xiàn)調(diào)整繼承關(guān)聯(lián)的設(shè)計2022/9/183.7 OOD的步驟OOD的步驟如下：細化重組類細化和實現(xiàn)類間關(guān)系，明確其可見性增加屬性，指定屬性的類型與可見型分配職責，定義執(zhí)行每個職責的方法對消息驅(qū)動的系統(tǒng)，明確消息傳遞方式利用設(shè)計模式進行局部設(shè)計畫出詳細的類圖和時序圖2022/9/183.8 面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計舉例銀行網(wǎng)絡系統(tǒng)用戶需求：設(shè)計支持銀行網(wǎng)絡的軟件，銀行網(wǎng)絡包括人工出納站和分行共享的自動出納機每個分理處用自己的計算機保存各自的帳戶，處理各自的事物各自分理處的出納站與分理處計算機通信，出納站錄入帳戶和事物數(shù)據(jù)自動出納機與分

19、行計算機通信，分行計算機與撥款分理處結(jié)帳自動出納機接收現(xiàn)金卡，與分行計算機通訊完成事務，發(fā)放現(xiàn)金，打印收據(jù)，保存記錄2022/9/183.8.1 銀行網(wǎng)絡系統(tǒng)的圖形表示銀行網(wǎng)絡系統(tǒng)的示意圖自動出納機自動出納機自動出納機分行計算機出納站分理處計算機分理處計算機出納站帳戶帳戶2022/9/183.8.2 建立對象模型構(gòu)造對象模型首先要確定相關(guān)的對象類，對象包括物理實體和概念我們通過查找問題陳述中的名詞來選擇類需求說明選取名詞暫定的類刪除虛類類確定類的過程2022/9/183.8.2.1 確定對象對于銀行系統(tǒng)，我們選取的名詞包括：軟件銀行網(wǎng)絡 出納員 自動出納機分行分理處 帳戶 分行計算機用戶現(xiàn)金卡

20、 現(xiàn)金 分理處計算機顧客記錄 系統(tǒng) 事務數(shù)據(jù)收據(jù)帳戶數(shù)據(jù) 分理處 事務確定對象后，我們根據(jù)規(guī)則篩選對象，去除重復類，模糊類，單獨的屬性，操作等2022/9/183.8.2.2 準備數(shù)據(jù)字典為所有建模實體準備一個數(shù)據(jù)字典，描述各個類型的含義，包括類的成員、方法，限制等比如：分理處：是銀行分行的一個下屬分支機構(gòu)，擁有自己的出納員與計算機系統(tǒng)，在自己的計算機上保存自己客戶的帳戶資料。用戶可以通過分理處出納員辦理帳戶，也可通過自動出納機與分理處計算機相連，但是中間需要通過分行的計算機進行通訊2022/9/183.8.2.3 確定關(guān)聯(lián)確定兩個或多個類之間的相互依賴關(guān)系關(guān)聯(lián)常用描述性動詞或動詞詞組來表示銀

21、行系統(tǒng)的陳述中的關(guān)聯(lián)包括：銀行網(wǎng)絡包括出納站和自動出納站（聚集）分行共享自動出納機分理處計算機保存帳戶等2022/9/183.8.2.4 繪制初步的分析對象圖 銀行網(wǎng)絡系統(tǒng)的初步對象圖分行分理處帳戶顧客分行計算機分理處計算機自動出納機出納站出納員出納事務現(xiàn)金卡遠程事務組成擁有有所有通信所有所有擁有錄入涉及涉及訪問有認可錄入2022/9/183.8.2.5 確定屬性屬性是個體對象的性質(zhì)，通常用修飾性的名詞詞組來表示，我們必須借助于應用域的知識及對客觀世界的知識才能夠找到它們首先找出重要屬性，并要為各個屬性取有意義的名字比如：銀行名，卡片號等2022/9/183.8.2.6 使用繼承來細化類自底向

22、上：通過把現(xiàn)有類的共同性質(zhì)一般化為父類，尋找具有相似的屬性、關(guān)系或操作的類來發(fā)現(xiàn)繼承，比如遠程事務與出納事務類似，可一般化為事務自頂向下：將現(xiàn)有的類細化為更具體的子類，比如將現(xiàn)金卡分解為卡片權(quán)限和現(xiàn)金卡2022/9/183.8.2.7 完善對象模型對象建模不可能一次就能保證模型是完全正確的，軟件開發(fā)的整個過程就是一個不斷完善的過程，我們需要做：查找多余的類查找丟失的關(guān)聯(lián)等2022/9/183.8.3 建立動態(tài)模型1. 準備腳本 動態(tài)分析從尋找事件開始，然后確定各對象的可能事件順序2. 確定事件 確定所有外部事件，事件包括所有來自或發(fā)往用戶的信息、外部設(shè)備的信號、輸入、轉(zhuǎn)換和動作2022/9/1

23、83.8.3.1 銀行系統(tǒng)的事件流圖自動出納機分行分理處顧客插入卡，輸入密碼，取現(xiàn)金，取卡顯示，不可讀卡，要求密碼，數(shù)量分發(fā)現(xiàn)金，繼續(xù)，不正確賬戶等確認卡的分理處，處理事務分理處事務成功、失敗，分理處賬戶正確，不正確確認賬戶不正確的賬號，事務成功、失敗等2022/9/183.8.3.2 建立動態(tài)模型狀態(tài)圖3. 準備事件跟蹤表 把腳本表示成一個事件跟蹤表，即不同對象之間的時間排序表，每個對象占據(jù)一列4. 構(gòu)造狀態(tài)圖 對各對象類建立狀態(tài)圖，反映對象接受和發(fā)送的事件，每個事件跟蹤都對應于狀態(tài)圖中的一條路徑2022/9/183.8.3.3 銀行網(wǎng)絡系統(tǒng)的狀態(tài)圖開始開始do:顯示主屏檢查do:要求密碼核

24、對do:確認賬戶選擇do:要求類型輸數(shù)據(jù)do:要求數(shù)據(jù)不可讀do:不可讀卡取消do:取消信息賬戶錯誤do:錯誤信息失敗do:失敗信息卡片退出do:退卡片結(jié)束do:打印數(shù)據(jù)繼續(xù)否？do:請求繼續(xù)發(fā)現(xiàn)金do:發(fā)現(xiàn)金事務do:處理事務插卡片輸入密碼取卡片輸入類型插卡片取消帳戶錯等5秒取消取消繼續(xù)取現(xiàn)金事務成功取消密碼錯取消2022/9/183.8.4 建立功能模型確定輸入值、輸出值 輸入、輸出值是系統(tǒng)與外界之間的事件參數(shù)自動出納機的輸入輸出值現(xiàn)金卡自動出納機顧 客銀行碼卡號密碼事務類型賬戶類型現(xiàn)金收據(jù)2022/9/183.8.4.1 建立功能模型的數(shù)據(jù)流圖功能模型用來說明值是如何計算的，表明值之間的

25、依賴關(guān)系及相關(guān)的功能數(shù)據(jù)流圖有助于表示功能的依賴關(guān)系，說明輸出值是怎樣從輸入值得來的，通常按層次組織2022/9/183.8.4.2 數(shù)據(jù)流圖自動出納機“執(zhí)行事務”處理的數(shù)據(jù)流圖選擇分理處選擇卡確認密碼選擇帳戶更新賬戶不正確銀行碼分行銀行碼銀行碼卡號無效卡號卡授權(quán)密碼密碼不正確密碼不正確賬戶賬戶類型賬戶賬戶賬戶數(shù)量、事務類型2022/9/183.8.5 確定操作在建立對象模型時，確定了類、關(guān)聯(lián)、結(jié)構(gòu)和屬性，還沒有確定操作，只有建立了動態(tài)模型和功能模型之后，才可能確定類的操作2022/9/184. 面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）面向?qū)ο缶幊蹋∣bject-Oriented Program）是一種計算機編程架構(gòu)其基本原則是計算機程序由單個能夠起到子程序作用的單元或?qū)ο蠼M合而成