（本科）第六章 面向对象的分析和设计ppt课件.pptx

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1、课程主讲人：第六章 面向对象的分析和设计面向对象的分析和设计面向对象的概念面向对象分析方法的核心是利用面向对象的概念和方法为软件需求建造模型。它包含面向对象的图形语言机制以及用于指导需求分析的面向对象的方法学。本节主要介绍面向对象的概念、面向对象方法及面向对象分析过程。面向对象的概念面向对象对象分类继承通信例如，大型客机可视为对象，它具有位置、速度、颜色、容量等属性，对于该对象可施行起飞、降落、加速、维修等操作，这些操作将或多或少地改变飞机的属性值(状态)对象对象是现实世界中个体或事物的抽象表示，它封装了特殊的属性(数据)和行为方法。 面向对象对象分类继承通信对象对象是现实世界中个体或事物的抽

2、象表示，它封装了特殊的属性(数据)和行为方法。 例如，大型客机可视为对象，它具有位置、速度、颜色、容量等属性，对于该对象可施行起飞、降落、加速、维修等操作，这些操作将或多或少地改变飞机的属性值(状态)。 6.1 面向对象的概念面向对象的概念面向对象的分析例如，圆具有半径和圆心等属性，它是一个抽象类，可用circle类来定义，有许多不同半径和不同圆心的具体的圆，它们是类的一个个实例类类是具有相同属性和操作的一组相似对象的抽象 面向对象的概念例如，飞行器类是所有能够飞行的器械的抽象(如各种飞机、航天器等)，它可以包含位置、速度、颜色等属性，同时也具有起飞、降落、加速等操作。显然类是一个支持继承的抽

3、象数据类型，而对象就是类的实例。 类类是具有相同属性和操作的一组相似对象的抽象 面向对象的概念例如，圆具有半径和圆心等属性，它是一个抽象类，可用circle类来定义，有许多不同半径和不同圆心的具体的圆，它们是类的一个个实例实例是由某个特定的类所描述的一个具体的对象 面向对象的概念例如，Circle类中定义的代表圆心坐标、半径、颜色等的数据成员，就是圆类所具有的属性，当实例一个具体的圆后，其属性也必然存在，还可能增加一些特殊的属性。 属性是类或对象中所定义的数据，它是描述客观世界实体静态特征的数据项。当类被实例化而形成具体的对象后，它不仅包含类所具有的一些属性，而且还有自己所特有的属性值 面向对

4、象的概念在C+语言中把方法称为成员函数。例如在圆的对象中可以定义一个方法GetColor()，用来取得圆的颜色。 方法方法是对象所能执行的操作，也就是类中所定义的服务。方法描述了对象执行操作的算法，响应消息的方法 面向对象的概念例如，MyCircle是一个半径4cm、圆心位于(100，200)的Circle类，也就是一个实例，当要求它以绿颜色在屏幕上显示自己时，在C+语言中应该向它发下列消息：MyCircle.Show(GREEN);其中，MyCircle是接受消息的对象名，Show是消息选择符(即消息名)，圆括号内的GREEN 是消息的变元。当Mycircle接收到这个消息后，将执行在Cir

5、cle类中所定义的Show操作。 消息就是要求某个对象执行在定义它的那个类中所定义的某个操作的规格说明。通常，一个消息由以下三部分组成：接收消息的对象；消息选择符即消息名；零个或多个变元。面向对象的概念封装所谓封装就是把某个事物包起来，使外界不知道该事物的具体内容。在面向对象的程序中，把数据和实现操作的代码集中起来放在对象内部。 * 数据与方法代码的内部细节对外界隐藏，这样对其的任何改变可能引起的副作用只能作用在内部，不会传播。 * 封装是软件复用的基础。 *被封装对象间的接口大大地简化了，对象之间通过消息联系它时不再关心对象内部的数据结构，系统的耦合度降低了。 含义优点面向对象的概念继承含义

6、分类类之间的继承关系是现实世界中遗传关系的直接模拟，它表示类之间的内在联系以及对属性和操作的共享，即子类可沿用父类(被继承)的某些特征。当然也可以具有自己独有的属性和操作。 单重继承 多重继承 子类仅从一个父类继承属性和行为，而且子类可以覆盖父类的部分属性和方法 子类可从多个父类继承属性和方法 面向对象的概念汽车类轿车类货车类商用轿车家用轿车 汽车是抽象层次较高的概念，在汽车类的基础上可以分出轿车类与货车类等，如果再细分，还可在轿车类的基础上分出商用轿车与家用轿车等。由于商用轿车与家用轿车作为轿车在绝大多数的属性和行为上是一致的，可以把轿车类看成是家用轿车的父类，而家用轿车这个子类继承了父类所

7、拥有的属性与行为，并在父类的基础上加入了特殊化的属性与行为而形成了新的类。 在类的层次结构中，相对上层的是超类(superclass)，相对下层的是子类(subclass) 类继承实例面向对象方法简介面向对象方法支持三种基本的活动 识别对象和类描述对象和类之间的关系通过描述每个类的功能定义对象的行为。 面向对象方法Booch方法 ：提出面象对象的软件工程的概念OMT方法 ：提出面象对象的建模技术方法OOSE方法 ：用例贯穿于软件整个开发过程 UML在Booch方法、OMT方法和OOSE方法的基础上推出了统一的建模语言(UML)，1997年被国际对象管理组织(OMG)确定为标准的建模语言 面向对

8、象分析过程面向对象方法实际上是一整套的软件开发方法，它包括面向对象的分析OOA、面向对象的设计OOD、面向对象的编程OOP、面向对象的测试OOT等，可以看出面向对象方法可以贯穿软件开发的整个过程。OOA方法的关键，是识别问题域内的对象，并分析它们相互间的关系，最终建立起问题域的简洁、精确、可理解的正确模型。这是面向对象分析的首要任务在实际工作中，建模的步骤并不一定严格按照前面讲述的次序进行面向对象分析过程OOA分析过程分析用户需求识别类与对象 确定对象的内部特征 识别对象之间的关系 定义主题词 系统分析员应该深入地理解用户需求，抽象出目标系统的本质属性，并用模型准确表示来，另外要向领域专家学习

9、。确定问题域中的类和对象 确定对象的属性的操作分类关系(一般/特殊)、组成关系(整体/部分)，还有反映对象属性之间联系的实例连接、反映对象行为之间依赖关系的消息等 概念上把大型的、复杂的系统包含的内容分解成若干个范畴 UML概述1997年UML1.1被对象管理组织OMG确定为标准建模语言是软件工程领域最重要的、具有划时代重大意义的事件。 UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的标准的图形化建模语言,用它可以简明、准确地为目标系统建立模型 。它融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。UML的结构UM

10、L中的基本构造块UML建模的积木块构成UML模型的基本构造块有三种积木元素或积木组合体,即： 反应的是类与类之间联系的方法与性质，关系有依赖、关联、继承、实现和聚合5种 图是软件系统在不同角度上的投影它是一组元素的表示，包含了事物及其关系的组合事物是UML模型中的静态元素UML中共有11种不同的事物 事物关系图一、UML中的基本构造块UML建模的积木块 构成UML模型的基本构造块有三种积木元素或积木组合体,即： 反应的是类与类之间联系的方法与性质，关系有依赖、关联、继承、实现和聚合5种 图是软件系统在不同角度上的投影，它是一组元素的表示，包含了事物及其关系的组合事物是UML模型中的静态元素，U

11、ML中共有11种不同的事物 事物关系图 6.2.1 UML的结构的结构序号事物名称语义及表示1类就是面向对象方法中的类，用具有上、中、下三部分的矩形表示。2接口一个类或一个构件的服务的操作集，用一个带有名称的圆表示。3协作表示多个元素的交互，用一个仅包含名称的虚线椭圆表示。4用例涉及系统的参与者的一组动作序列(可以是人、设备或其他系统)，用仅包含名称的实线椭圆表示。5主动类拥有进程或线程的类，用外框线加粗的类表示。6构件物理上可替代的软部件，用带有小方框包含名称的矩形表示7节点一般是网络中的服务器，用包含名称的立方体表示。8交互一组对象间的交换消息，用包含操作名的有向线段表示。9状态机对象或交

12、互在其生存周期内呼应其事件而经历的状态序列，用包含名称的圆角矩形表示。10包UML模型的组织元素，用包含名称的左上角带有一个小矩形的大矩形表示。11注释对UML模型的解释，用包含注解内容的右上角为折角的矩形表示UML中的中的“事物事物” UML的结构UML中的规则UML建模的“粘合剂”UML中的规则是为了将UML中的构造块有机地组装在一起形成一个结构良好的模型而对事物进行描述的语义规则。 5种规则 为事物、关系命名的命名规则给一个名字以特定含义的范围规则使名字可见或如何使用的可见性规则描述事件正确、一致地相互联系的完整性规则描述运行或模拟动态模型含义的执行规则 UML的结构应用于UML的通用机

13、制UML模型的图纸说明 为了对UML模型进行进一步的说明，同时增强其表达能力，UML提供了4种在整个语言中可以一致应用的“通用机制”，可以认为是对UML模型的图纸说明四种机制规格说明 修饰 通用划分 扩展机制 UML图形每个部分后面的语法语义描述UML表示法中每个元素都有一个基本符号UML构造块有两种划分，即类与对象、接口与实现提高UML语言表达能力，它包含构造型、标记值和约束等3种类型 UML图UML主要用图来表达模型的内容，而图又由代表模型元素的图形符号组成。学会使用UML的图，是学习、使用统一建模语言UML的关键。UML的重要内容可以由下列五类图(共9种图形) UML图用例图(Use-c

14、ase diagram) 静态图 (Static diagram) 行为图(Behavior diagram) 交互图(Interactive diagram) 实现图 ( Implementation diagram ) UML图UML的目标是用面向对象的图形方式来描述任何类型的系统，因此，具有很宽的应用领域。其中最常用的是建立软件系统模型，但是它同样也可以用于描述非计算机软件的其他系统，如机械系统、商业系统、企业机构或业务过程、处理复杂数据的信息系统、具有实时要求的工业系统或工业过程等。总之，UML是一个通用的标准建模语言，可以为任何具有静态结构和动态行为的系统建立模型。 UML的应用领域

15、UML适用于系统开发全过程 需求分析 分析 设计 编码 测试 捕获用户的需求、用例建模用UML的逻辑视图和动态视图来描述问题域中的基本概念(例如抽象、类和对象等)和机制 。类图描述系统的静态结构，合作图、顺序图、活动图和状态图描述系统的动态行为。 把分析阶段的结果扩展成技术解决方案，加入新的类来定义软件系统的技术方案细节。设计阶段用和分析阶段类似的方式使用UML。 这个阶段的任务是把来自设计阶段的类转换成某种面对象程序语言的代码(如VB、C+、Java等) UML模型可作为测试阶段的依据 。单元测试使用类图和类规格说明；集成测试使用构件图和合作图；系统测试使用用例图来验证系统的行为 UML的建

16、模机制UML9个模型UML9种图UML5个视图业务模型、领域模型、用例模型、分析模型、设计模型、过程模型、部署模型、实现模型、测试模型 用例视图、设计视图、进程视图、实现视图、实施视图 用例图 、静态图（包括类图、对象图和包图）、行为图（包括状态图和活动图） 、交互图 （包括顺序图和协作图 ）、实现图 （构件图和配置图 ）UML的应用静态建模动态建模反映的是目标系统的静态数据 ，用例图、类图、对象图、包、构件图、配置图等是静态建模机制，其中尤以用例图和类图最为重要。强调的是系统的行为，动态建模所建立的模型或者可以执行，或者表示执行时的时序状态或交互关系。它包括状态图、活动图、顺序图和合作图等四

17、个图形,是标准建模语言UML的动态建模机制。UML建模UML 的用例图在UML中可以通过用例图来构造目标系统的用例模型，它通过用例来捕获用户需求，通过用例建模,描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统(用例)的功能要求。它从系统外部观察系统，而不涉及到技术上如何做这些事。用例模型(Use case model)描述的是外部执行者(Actor)所理解的系统功能。用例模型用于需求分析阶段 在UML中，一个用例模型由若干个用例图描述，用例图的主要元素是用例和执行者。用例模型是开发者和用户对需求规格达成的共识用例模型描述了待开发系统的功能需求；它将系统看作黑盒，从外部执行者的角度来理解系统；它驱动了需求分

18、析之后各阶段的开发工作，影响开发工作的各个阶段和 UML 的各个模型 用例模型功能用例(use case)一个用例是用户与计算机之间的一次典型交互过程 。在UML中，用例表示为一个椭圆 含义1、 用例捕获某些用户可见的需求，实现一个具体的用户目标。 2、 用例由执行者激活，并提供确切的值给执行者。3、用例可大可小，但它必须是对一个具体的用户目标实现的完整描述。 特点PRMS 高层的USE CASE 图资源管理USE CASE 图执行者(Actor)含义执行者是指用户在系统中所扮演的角色。其图形化的表示是一个小人 通信联系 不带箭头的线段将执行者与用例连接到一起，表示两者之间交换信息 注意尽管执

19、行者在用例图中是用类似人的图形来表示的，但执行者未必是人 意义面对一个大系统，要列出用例清单常常是十分困难。这时可先列出执行者清单，再对每个执行者列出它的用例，问题就会变得容易很多 使用和扩展(Use and Extend)扩展关系当一个用例使用另一个用例时，这两个用例之间就构成了使用关系 当一个用例与另一个用例相似，但所做的动作多一些，就可以用到扩展关系 使用关系说明使用和扩展是两种不同形式的继承关系 例中学位课程的学习包括课程设计，因此构成了使用关系；学位课程学习比专业课程学习有更多的要求，因此构成了扩展关系。 课程设计的完成学位课程的学习专业课程的学习使用扩展 6.2.4 UML 的用例

20、图的用例图用例模型的获取步骤获取执行者 1、使用系统的主要功能(主要使用者)2、谁需要系统支持他们的日常工作 3、谁来维护、管理使系统正常工作(辅助使用者) 4、系统需要操纵哪些硬件5、系统需要与哪些其它系统交互，包含其它计算机系统和其它应用程序 获取用例 1.执行者要求系统提供哪些功能(执行者需要做什么)？ 2.执行者需要读、产生、删除、修改或存储的信息有哪些类型？ 3.必须提醒执行者的系统事件有哪些？或者执行者必须提醒系统的事件有哪些？怎样把这些事件表示成用例中的功能？ 4.为了完整地描述用例，还需要知道执行者的某些典型功能能否被系统自动实现？ 5.系统需要何种输入输出？输入从何处来？输出

21、到何处？ 6.当前运行系统(也许是一些手工操作而不是计算机系统)的主要问题？ 教师测评系统用例模型 6.2.4 UML 的用例图的用例图面向对象的分析与设计步骤使用面向对象的设计方法，同样需要得出软件的体系结构。首先，需要将系统划分为子系统，可以使用包来描述子系统，根据子系统提供的操作定义它们的接口，然后设计子系统的概念模型。对复杂的子系统，可以继续将其分解，得到更简单的子系统。直到得出子系统内待解决问题域中的类。确定子系统中存在的类及类之间的关系，并定义了子系统的接口及关系后，便完成了系统的静态建模工作。接下来需要描述待解决问题域中类的动态行为，从而建立问题解决过程的系统动态模型。识别类为了

22、描述一个软件系统，识别其中的对象并将其抽象为类是极为关键的。识别类和对象的一些好的方法：(1)通过实体-关系模型识别类和对象。(2)基于自然语言信息识别类和对象。(3)基于用例与序列图识别类和对象。识别类筛选出正确的类筛选时主要依据下列标准，删除不正确或不必要的类&对象。1、冗余 如果两个类表达了同样的信息，则应该保留在此问题域中最富于描述的类。2、无关 现实世界中存在许多对象，不能把它们都纳入到系统中去，仅需要把与本问题密切相关的类&对象放进目标系统中。有些类在其他问题中可能很重要，但与当前要解决的问题无关，同样也应该把它们删掉。识别类筛选出正确的类3、笼统 在需求陈述中常常使用一些笼统的、

23、泛指的名词，虽然在初步分析时把它们作为候选的类&对象列出来了，但是，要么系统无须记忆有关它们的信息，要么在需求陈述中有更明确更具体的名词对应它们所暗指的事务，因此，通常把这些笼统的或模糊的类去掉。4、属性 在需求陈述中有些名词实际上描述的是其他对象的属性，应该把这些名词从候选类&对象中去掉。当然，如果某个性质具有很强的独立性，则应把它作为类而不是作为属性。识别类筛选出正确的类5、操作 在需求陈述中有时可能使用一些既可作为名词，又可作为动词的词，应该慎重考虑它们在本问题中的含义，以便正确地决定把它们作为类还是作为类中定义的操作。6、实现 在分析阶段不应该过早地考虑怎样实现目标系统。因此，应该去掉

24、仅和实现有关的候选的类&对象。在设计和实现阶段，这些类&对象可能是重要的，但在分析阶段过早地考虑它们反而会分散我们的注意力。确定属性一般来说，确定属性的过程包括分析和选择两个步骤。1、分析 在需求陈述中用名词词组表示属性，例如，“汽车的颜色”或“光标的位置”。往往用形容词表示可枚举的具体属性，例如，“红色的”、“打开的”。但是，不可能在需求陈述中找到所有属性，分析员还必须藉助于领域知识和常识才能分析得出需要的属性。2、选择 认真考察经初步分析而确定下来的那些属性，从中删除不正确的或不必要的属性。 使用类图来描述类类图通常表示为长方形，长方形又分三个部分，分别用来表示类的名字、属性和操作。类图类

25、图中类之间的关系及表示普通关联类图类图中类之间的关系及表示导航关联类图类图中类之间的关系及表示关联中的角色类图类图中类之间的关系及表示聚合类图类图中类之间的关系及表示复合聚合类图类图中类之间的关系及表示通用化（继承）类图包(package)是一种组合机制，把许多类集合成一个更高层次的单位，形成一个高内聚、低耦合的类的集合。包图是一个很有用的工具，特别是对于改进系统的结构非常有帮助。动态建模状态图所有对象都具有状态，状态是对象执行了一系列活动的结果。当某个事件发生后，对象的状态将发生变化。状态图中定义的状态有：初态、终态、中间状态、复合状态。其中，初态是状态图的起始点，而终态则是状态图的终点。一个状态图只能有一个初态，而终态则可以有多个。动态建模顺序图顺序图用来描述对象之间动态的交互关系，着重体现对象间消息传递的时间顺序。动态建模合作图合作图用于描述相互合作的对象间的交互关系和链接关系。动态建模表示方法小结状态图描述跨越多个用例的单个对象的行为顺序图和合作图适合描述单个用例中几个对象的行为