【软件工程】第六章面向对象方法

6.1 面向对象方法的概念

6.1.2 主要特点

用对象作为对事物的抽象表示，并以此作为系统的基本构成单位。
事物的静态特征用对象的属性表示。
事物的动态特征（即事物的行为）用对象的操作表示。
对象的属性和操作结合为一体，构成独立且对外屏蔽细节的实体。
对事物分类，将具有相同属性和操作的对象归为一类。
通过在不同程度上运用抽象的原则（或多或少地忽略事物之间的差异），得到较一般的类和特殊的类，通过继承关系简化系统的构造过程及文档。
复杂的对象可以用简单的对象作为其构成部分（聚合）。
对象间只能通过消息进行通信（不允许一个对象直接使用另一个对象的属性），以实现对象间的动态联系。
用关联表达类之间的静态关系。

6.1.3 基本思想

从现实世界中客观存在的事物出发建立软件系统。
充分运用人类日常的思维方法。

6.1.4 学习范围

基本知识
面向对象分析（OOA）
面向对象设计（OOD）
面向对象程序设计（OOP）

6.2 UML

6.2.1 概述

一种可视化语言。
是规约系统的制品：UML适用于对所有重要的分析、设计和实现决策进行详细概述。
是构造系统的制品：UML描述的模型可与各种编程语言直接相关联。

6.2.2 面向对象方法术语/符号

提供了两种术语：

结构化地表达客观事物的术语
表达客观事物之间关系（相互作用\相互影响）的术语

除此之外还有：

为了控制信息组织的复杂性，还引入了用于组织特定对象结构的包。
为了使建造的系统模型容易理解，引入了注解。

6.3 结构化表达客观事物的术语

6.3.1 类与对象

类（Class）:一组具有相同属性、操作、关系和语义的对象的描述。
对象（object）:对象是类的一个实例。

类的结构：

类的简化表示：

①

②

③

抽象类用斜体表示：

类名：

类名使用黑体字，第一个字母通常大写，并位于第一栏的中间。
类名往往是从正被建模系统的词汇表中提取的简单名词或名词短语。

属性：

一个属性往往具有所属的类型、用于描述该特性的实例可以取值的范围。
类的一个对象对每个属性赢有特定的值。
一个类可以有多个属性，也可以没有属性。

属性的作用范围：

实例范围的属性：属性的其他方面相同，但属性值随程序的执行而变化。
类范围的属性：对于任何对象实例属性值都相同，即“静态”。

定义属性的格式：

[可见性] 属性名 [:类型] [多重性] [=初始值] [{特性串}]

① 可见性：

+公有的（public）：可供其他类使用。
#受保护的（protected）：其子类可使用。
-私有的（private）：只有本类的操作才能使用。
~包内的（package）：只有在同一包中声名的类才能使用。

② 属性名：

通常以小写字母开头，左对齐。

③ 类型：

与具体实现语言有关，如 name: string，表示name这个属性名的类型为字符串string

④ 多重性：

表示属性值的数目，如 points[2…*]:Point

⑤ 初始值：

用于为新建立的对象赋予初始值，如 origin:Point=(0,0)

⑥ 特性串：

表达该属性所具有的性质，如 a:integer=1{frozen}，表示属性不可改变

操作：

① 一个类可以有多个操作，也可以没有操作。

② 操作名除第一个词外，其他每个词的第一个字母要大写。

③ 操作名往往是描述其所在类的行为动词或动词短语。

④ 也可以通过给出操作的特征标记进一步描述之，如参数名、类型、默认值，返回类型等。

⑤ 可以是抽象操作，即没有给出实现的操作，用斜体表示（即C++中的纯虚操作）。

⑥ 调用一个对象上的操作可能会改变该对象的数据或状态。

⑦ 操作的作用范围分为类范围操作和实例范围操作。

定义操作的格式：

[可见性] 操作名 [（参数表）] [:返回类型] [{特性串}]

① 可见性：

+公有的（public）：可供其他类使用。
#受保护的（protected）：其子类可使用。
-私有的（private）：只有本类的操作才能使用。
~包内的（package）：只有在同一包中声名的类才能使用。

② 操作名：

一般为动词或动词短语，以小写字母开头，左对齐。
如果是动词短语，除第一个词外，其余首字母均大写。
抽象操作用斜体表示。

③ 参数表：

参数名：类型 [=默认值]

方向：in(输入参数，不能修改)、inout(输入参数，用于与调用者进行信息通讯，可能要更改)、out(输出参数，用于与调用者进行信息通讯，可能要更改)。
类型：用最终的目标语言表示。
默认值：用最终的目标语言表示。

④ 返回类型：

与具体的实现语言有关，如果没有返回值（void）,就省略冒号和返回类型。
需要多个返回值时，可使用表达式列表。

操作的多态性：

6.3.2 接口

是一组操作的集合，其中每个操作描述了类或构件的一个服务。
作用：模型化系统中的“接缝”。

表示：

用带有分栏和关键字interface的矩形符号<<>>来表示。
在操作分栏中给出接口支持的操作列表。
接口的属性分栏总是空的。

用小圆圈来表示接口：

举例：

“销售”接口是“商品”类的供接口，是“售货员”类的需接口。
“商品”类实现了“销售”接口，“售货员”类使用“销售”接口。

6.3.3 协作

协作是一组类、接口和其他元素的群体，他们共同工作以提供比各组成部分的总和和更强的合作行为。

表示：

6.3.4 用况

体现了功能抽象，是对一组动作序列的描述，系统执行这些动作产生对特定的参与者一个有值得、可观察的结果。

表示：

6.3.5 主动类

体现并发行为抽象，是一种至少具有一个进程或线程的类，因此它能够启动控制活动。

表示：

6.3.6 构件

是系统中逻辑的并且可替换的成分，它遵循并提供了一组接口的实现。

表示：

6.3.7 制品

是系统中物理的、可替代的部件，其中包含物理信息（比特）。

表示：

6.3.8 节点

是在运行时存在的物理元素，通常它表示一种具有记忆能力和处理能力的计算机资源。

表示：

6.4 控制复杂性的术语

6.4.1 包

目的和语义：

为了组织类目,控制信息组织和文档组织的复杂性，UML引入了术语“包”。
包是模型元素的一个分组。一个包本身可以被嵌套在其他包中，并且可以含有子包和其他种类的模型元素。

表示：

在大矩形中描述包的内容，而把该包的名字放在左上角的矩形中。

可以把所包含的元素画在包的外面，将元素与该包相连。这时可把该包的名字放在大矩形中。

包之间的关系：

两种依赖：访问依赖和引入依赖。
作用：使一个包可以访问和引入其他包。
包间的依赖通常隐含了各包中元素间存在的一个或多个依赖。

引入依赖

从源包到目标包的引入依赖表明：目标包中有适当可见性的内容被加入到源包的公共命名空间，相当于源包对它们做了声明（即，不需要一个路径名）。

访问依赖

从源包到目标包的访问依赖表示：目标包中具有可见性的内容增加到源包的私有命名空间里（即，源包可以不带限定名来引用目标包中的内容，但不可以输出之，如果第三个包引入源包，就不能再输出已经被引入的目标包元素）。

对成组的元素建模策略：

浏览特定体系结构，视图里面的建模元素，找出概念和语义上相近的元素所定义的组块，把这样的一些块放到一个包里。
对每个包判别哪些元素要在包外访问，把这些元素标记为公共的，把其他元素标记为受保护的或者私有的。
用引入依赖关系显式地连接建立在其他包之上的包。
在包的家族里面，用泛化关系把特殊包连接到一般包里面。

6.5 表达关系的术语

6.5.1 关联

定义：

关联是类目之间的结构关系，描述了一组具有相同结构、相同语义的链。
连接两个类目的关联称为二元关联，连接n个类目的关联称为n元关联。

多重性：

类中对象参与一个关联的数目，称为该关联角色的多重性。

聚合：

一种特殊形式的关联，表达一种“整体/部分”关系。即一个类表示了一个大的事物，它是由一些小的事物（部分）组成。

组合：

如果整体类的实例和部分类的实例具有相同的生命周期，这样的聚合称为组合。

限定符：

一个限定符是一个关联的属性或属性表，这些属性的值将对该关联对象集做了一个划分。

关联类：

它有关联和类的特性。一个关联类，可以被看做是一个关联，但还有类的特性；或被看做是一个类，但有关联的特性。

6.5.2 泛化

定义：

一个类可以有0个，1个或多个父类。
没有父类且最少有一个子类的类被称为根类或基类。
没有子类的类称为叶子类。
如果一个类只有一个父类，则说明它使用了单继承，如果一个类有多个父类，则说它使用了多继承。

表示方法：

6.5.3 实现

定义：

实现是类目之间的一种语义关系，其中一个类目规约了保证另一个类目执行的契约。

使用地方：

借口与实现它们的类和构建之间。
用况与实现它们的协作之间。

表示：

6.5.4 依赖

定义：

依赖是一种使用关系，用于描述一个事物（如类Windows）使用另一事物（如类Event）的信息和服务。

6.6 UML模型表达工具

6.6.1 静态建模-类图

定义：

类图显示了类（及其接口）、类的内部结构以及与其他类的联系，是面向对象分析和设计所得到的最重要的模型，用于可视化的表达系统的静态结构模型。

类图包含的内容：

通常包含：类、接口、依赖、泛化、和关联关系等。
特殊情况下可包含注解和约束，以及包或子系统，甚至，可包含一个实例，以便使其可视化。

示例：

创建类图四步骤：

① 对系统中的概念（词汇）建模，形成类图中的基本元素。

使用术语“类”来抽象系统的各个组成部分、系统环境，而后确定每一个类的责任，最终形成类图中的模型元素。

② 对待建系统中的各种关系建模。

使用表达关系的术语，例如关联、泛化和依赖等抽象系统中各成分之间的关系，形成该系统的初始类图。

当需要从一个类的对象到另一个类的对象导航时，就建立“关联”，如下：

当一个类的对象要与另一个类的对象相互交互，而后者不作为前者的过程局部变量或操作参数，就建立“关联”。

如果关联中的一个类与另一端的类相比，前者在结构或者组织上是一个整体，后者看来像它的部分，则在靠近整体的一端用一个菱形对关联修饰，表示“聚合”。

对于每一个关联，都要说明其多重性（特别当多重性不为*时，星号是默认的多重性）。

③ 模型化系统中的协作，给出该系统的最终类图。

泛化与依赖：

依赖关系是使用关系，常见的依赖关系是两个类之间的连接，其中一个类只是使用另一个类作为它的操作参数。

泛化关系是“is a kind of”关系，在对系统的词汇建模中，经常遇到结构或行为上与其他类相似的类，可以提取所有共同的结构特征和行为特征，并把它们提升到一般的类中，特殊类继承这些特征。

6.6.2 动态建模-用况图

示例：

6.6.3 系统行为（交互）建模-顺序图

定义：

顺序图是一种交互图，即由一组对象以及这些对象之间的关系（通信）组成，其中还包含这些对象之间被发送的消息。

示例：

6.6.4 系统行为（生存周期）建模-状态图

定义：

状态图是显示一个状态机的图，其中强调了从一个状态到另一状态的控制流。规约了一个对象在其生存期间因响应事件并作出响应而经历的状态。

示例：

(未完待续)

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