面向对象技术概论.ppt

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1、面向对象技术面向对象技术第一章第一章 面向对象技术面向对象技术概论概论2 课程目标课程目标对对面向对象思想和理论面向对象思想和理论有初步的理解有初步的理解掌握面向对象编程的基本概念掌握面向对象编程的基本概念掌握面向对象分析与设计的基本概念掌握面向对象分析与设计的基本概念能够阅读和理解能够阅读和理解UML常用图形符号常用图形符号3 Applying UML and Patterns An Introduction to ObjectOriented Analysis and DesignTHE BEST Object Orientated Analysis and Design tutorial

2、 book(A)在 OOA/D、迭代式开发和 UML 方面是全球最畅销的书籍之一，已被翻译成多种语言并在业界和院校中被广泛使用课程参考书目课程参考书目(1)4 Craig Larman“People often ask me which is the best book to introduce them to the world of OO design.Ever since I came across it,Applying UML and Patterns has been my unreserved choice.”-Martin Flower,author,UML Distilled

3、 and Refactoring参考书目参考书目(2)5 推荐参考资源推荐参考资源书籍书籍1、The Unified Software Development Process（统一软件开发过程）Jacobson等著，周伯生等译）机械工业出版社2、The Unified Modeling Language User Guide（UML用户指南）Jacobson等著，周伯生等译）机械工业出版社3、The Unified Modeling Language Reference Manual（UML参考手册）同上4、用J2EE和UML开发Java企业级应用程序 Khawar等著，康博译）清华大学出版社

4、网站网站1、http:/2、http:/3、http:/4、http:/6 面向对象方法基础面向对象方法基础面向对象方法的含义面向对象方法的含义 在在软软件件开开发发中中,采采用用与与人人的的思思维维过过程程相相一一致致的的,直直接接面面向向客客观观事事物物,面面向向所所要要解解决决的的需需求求问问题题,并并用用一一套套对对象象、类类、继继承承、消消息息等等机机制制开开发发软软件件的的系统性方法。系统性方法。是一种看待计算机软件系统的观点是一种看待计算机软件系统的观点是一种系统分析和设计的思想是一种系统分析和设计的思想是一种编程方法是一种编程方法是一组设计模式是一组设计模式是一种编程语言设计思

5、路是一种编程语言设计思路是实践者的日常工作是实践者的日常工作是媒体和市场人员口中的是媒体和市场人员口中的“万灵丹万灵丹”7 面向对象方法的特点面向对象方法的特点(1)直接面向客观事物与人类思维方法一致直接面向客观事物与人类思维方法一致 客观对象客观对象8 面向对象方法的特点面向对象方法的特点(2)采用一致连贯的软件模型采用一致连贯的软件模型业务模型业务模型需求模型需求模型逻辑模型逻辑模型设计模型设计模型实现模型实现模型测试模型测试模型9 面向对象方法的特点面向对象方法的特点(3)提高软件可重用性和效率提高软件可重用性和效率老软件：老软件：新软件：新软件：框架框架 方案方案 程序程序 类类 文档

6、文档继继 承承10 对象的概念对对象象是是系系统统中中用用来来描描述述客客观观事事物物的的一一个个实实体体，它它是是构构成成系统的一个基本单位。系统的一个基本单位。对对象象既既可可以以描描述述客客观观存存在在的的事事物物，也也可可以以表表示示由由人人主观构造的主观构造的抽象观念抽象观念。汽车汽车灯泡灯泡扳手扳手农村农村共产主义共产主义对象对象11 汽车汽车灯泡灯泡扳手扳手农村农村汽车汽车客观世界：客观世界：（客观事物）（客观事物）主观世界：主观世界：（概念）（概念）软件世界：软件世界：（对象）（对象）灯泡灯泡扳手扳手农村农村共产共产主义主义共产共产主义主义对象在三个世界中的含义12 软件中对象

7、由一组属性和操作组成。软件中对象由一组属性和操作组成。软件中的对象及性质(1)对象名属性操作对象名称对象的静态性质对象的动态性质13 例如例如:软件中的对象及性质(2)雇员雇员姓名雇员出生日期雇佣日期雇员()转为字符串（）Public class Employee private String name;private EmployeeDate birthDate;private EmployeeDate hireDate;public Employee(Sting name,int bYYYY,int bMM,int bDD,int hYYYY,int hMM,int hDD)this.na

8、me=name;birthDate=new EmployeeDate(bYYYY,bMM,bDD);hireDate=new EmployeeDate(hYYYY,hMM,hDD);public String toString()return name+”birthday:”+birthDate.toString()+“hired:”+hireDate.toString();雇员对象Java编写的“雇员对象”程序14 类类用来描述具有相同性质的一组对象。用来描述具有相同性质的一组对象。汽车汽车灯泡灯泡扳手扳手农村农村共产主义共产主义类类类的概念15 识别类识别类类是一组对象，这些对象具有共同的

9、属性和共同的行为类是创建对象的模板 类可捕获对象的本质对象是类的实例化16 简化表示：规范表示：缩略表示：增加学生()删除学生()学校校名：String地址：String电话：Number学校传感器类名属性操作实体类边界类控制类类名类的表示类的表示17 关联的概念：关联的概念：本指事物之间存在的固有的本指事物之间存在的固有的牵连关系，在面向对象方法中，是对具有共同结牵连关系，在面向对象方法中，是对具有共同结构特征、关系和语义的链接描述。构特征、关系和语义的链接描述。关联的表示：关联的表示：教师 学生 类关系类关系-关联关联(1)18 关联的要素关联的要素 关联名关联名 角色角色 多重性多重性

10、关联的导航关联的导航关联名角色 公司 职员 雇佣雇主雇员1*多重性 公司 职员 雇佣单向导航 公司 职员雇佣双向导航*类关系类关系-关联关联(2)19 关联类关联类 公司 人 雇佣雇员雇主1*雇佣雇佣期合同约束关联类类关系类关系-关联关联(3)20 关联的种类关联的种类 一元关联一元关联 二元关联二元关联 多元关联多元关联 学生同舍1*教师管理1*公司 人 雇佣雇员雇主1*学生 教师 课程 学生关联类类关系类关系-关联关联(4)21 聚合关系聚合关系 聚合表示有多个部分聚集成为整体，表示部聚合表示有多个部分聚集成为整体，表示部分构成整体的一种松散的关系。分构成整体的一种松散的关系。组合关系组合

11、关系 组合表示部分与整体存在密切组成关系。组合表示部分与整体存在密切组成关系。森林 树木 1*学校 学生 1*类关系类关系-聚合与组合聚合与组合22 泛化的含义泛化的含义 与继承的含义相同，表示一般和特殊实体之间与继承的含义相同，表示一般和特殊实体之间的关系。的关系。泛化的表示泛化的表示 超类 子类子类 家具 桌子 椅子类关系类关系-泛化泛化23 依赖的含义依赖的含义 表示两个模型元素之间的语义联系，指一个表示两个模型元素之间的语义联系，指一个模型模型元素发生变化，必然影响到另外一个模模型模型元素发生变化，必然影响到另外一个模型元素。型元素。依赖的表示依赖的表示 课表 任课老师课程依赖类关系类

12、关系-依赖依赖24 面向对象技术研究内容面向对象技术研究内容面向对象的编程（OOP:ObjectOriented Programming）当今最流行的编程语言：Java、C#面向对象的分析与设计（OOAD:ObjectOriented Analysis and Design）当今最流行的建模语言：UML（Unified Modeling Language)L.M.Northrop:尽管面向对象语言正取得令人振奋的尽管面向对象语言正取得令人振奋的发展，但编程并不是软件开发问题的主要根源。发展，但编程并不是软件开发问题的主要根源。需求分需求分需求分需求分析与设计问题更为普遍并且更值得解决析与设计问

13、题更为普遍并且更值得解决析与设计问题更为普遍并且更值得解决析与设计问题更为普遍并且更值得解决。因此面向对象。因此面向对象开发技术的焦点不应该只对准编程阶段，而应开发技术的焦点不应该只对准编程阶段，而应更全面地更全面地更全面地更全面地对准软件工程的其他阶段对准软件工程的其他阶段对准软件工程的其他阶段对准软件工程的其他阶段。面向对象方法真正意义深远。面向对象方法真正意义深远的目标是它适合于解决分析与设计期间的复杂性并实现的目标是它适合于解决分析与设计期间的复杂性并实现分析与设计的复用。面向对象的开发不仅仅是编程，必分析与设计的复用。面向对象的开发不仅仅是编程，必须须在整个软件生命周期采用一种全新的

14、方法在整个软件生命周期采用一种全新的方法在整个软件生命周期采用一种全新的方法在整个软件生命周期采用一种全新的方法，这一观点，这一观点已被人们所接受。已被人们所接受。软件工程百科全书软件工程百科全书纽约，纽约，199425 面向对象的含义面向对象的含义(1)面向对象中有几个非常重要的概念：封装（encapsulation）信息/实现的隐藏（information/implementation hiding）状态保持（state retention）对象标识（object identity）消息（message）类（class）继承（inheritance）多态性（polymorphism）一般性

15、（generality）26 面向对象的含义面向对象的含义(2)封装，将属性和操作包装成一个单元，使得对状态的访问和修改只能通过封装提供的接口进行。信息/实现的隐藏，将某些属性或方法限制在封装内部使用，限制外部的可见性。状态保持，对象能够保持状态，可以用于后续的处理。对象标识，每个对象可以作为软件实体被标识和处理，每个对象都有一个对象标识符（object identifier OID）。消息，对象间发送请求的载体。27 面向对象的含义面向对象的含义(3)类，类是对象的类型（模版），对象是类的实例。继承，子类隐式使用超类（或父类）的属性和操作。多态性，子类覆盖（overriding）父类的方法，

16、它和重载（overloading）的区别在于重载是在同一个类中定义，利用参数的不同来进行动态绑定（dynamic binding）。一般性，类的定义是参数化的或模版化的，提高了定义的通用性。28 面向对象技术发展面向对象技术发展(1)里程碑1：Simula 67(19621967，挪威)OleJohan Dahl和Kristen Nygaard 在挪威奥斯陆国家计算中心(NCC)设计实现.公认的世界上第一种面向对象语言基本思想29 面向对象技术发展面向对象技术发展(2)里程碑2：Smalltalk(1970，施乐保罗阿托)Alan Kay设计实现第一个成熟的面向对象语言，为开发GUI而设计实用

17、化预言历史的最佳方式是创造历史预言历史的最佳方式是创造历史预言历史的最佳方式是创造历史预言历史的最佳方式是创造历史-Alan Kay-Alan Kay30 Smalltalk范例范例“无消息模式方法，宜写算法”|s c f k|“定义了四个临时变量”fArray new：26.“f是Array实例长度26”sPrompter prompt:enter line default：“s是Prompter的实例，装输入字串”1 to:26 do:i|f at:i put:0.1 to：size do:i|c(s at:i)asLowerCase.C isLetter ifTrue：kc asciiV

18、aluea asciiValue+1.F at:k put：(f at:k)+1 .f31 面向对象技术发展面向对象技术发展(3)里程碑3：ADT,Ada 83,基于对象(19771983)编程理论界在结构化运动中提出ADT思想，以N.Wirth和Liskov为代表美国防部军用开发语言评选，Ada被指定为强制性军用编程语言，实际上已经进入“基于对象”阶段Ada Lovelace是英国著名诗人是英国著名诗人拜伦的女儿，世界上第一个程序拜伦的女儿，世界上第一个程序员。员。Ada语言以她的名字命名语言以她的名字命名32 面向对象技术发展面向对象技术发展(4)里程碑4：C+(1982，贝尔实验室)第一

19、个被工业界广泛接受的支持面向对象能力的语言，创造者Bjarne Stroustrup动机是给C添加一些Simula特性，以完成当时刚刚出现的大规模复杂任务商业化Bjarne Stroustrup33 面向对象技术发展面向对象技术发展(5)里程碑5：MSWindows(1985，微软)第一个被广泛使用的GUI系统软件，它使面向对象技术的使用不可阻遏1985年出品年出品的的Windows 1.0产品产品1987年出品年出品的的Windows 2.0界面界面34 面向对象技术发展面向对象技术发展(6)里程碑6：Booch Method(1991，G.Booch)第一个被广泛接受使用的面向对象建模方法

20、Booch代表作的第三版代表作的第三版35 面向对象技术发展面向对象技术发展(7)里程碑7：设计模式出版(1995，GoF)掀起模式运动长盛不衰的经典23种设计模式不会用设计模式设计模式的程序员是低层次的软件人才，他们只会写code罢了36 面向对象技术发展面向对象技术发展(8)里程碑8：Java语言推出(1995，Sun)第一个被广泛使用的面向对象语言，J2EE是目前最成功的面向对象框架。37 面向对象技术发展面向对象技术发展(9)里程碑9：UML被OMG接纳为标准(1997)面向对象方法学之战结束38 面向对象技术发展面向对象技术发展(10)里程碑10：微软.NET计划(2000)图形界面

21、集成开发工具快速开发开发中小型系统的首选39 面向对象技术发展历史总结面向对象技术发展历史总结60年代后期：Simul67，基本思想70年代后期：Smalltalk80，实用化80年代：理论基础，C+等，商业化90年代：面向对象与设计方法学B.H.Sellers等提出喷泉模型G.Booch提出面向对象开发方法等P.Coad和E.Yourdon提出OOA和OODJacobson提出OOSE1997年：UML面向对象面向对象面向对象面向对象程序设计语言程序设计语言程序设计语言程序设计语言“方法大战方法大战方法大战方法大战”40 面向对象技术发展面向对象技术发展(现状现状)现状OO成为最重要的软件开

22、发方法OO在GUI、模拟系统、游戏开发、应用框架、软件构件化领域大显身手Java、UML 与 RUP构件技术(CORBA、COM、EJB、.Net)类库与设计模式41 面向对象技术发展面向对象技术发展(未来未来)未来OO的形式化与自动化OO构件、设计模式的丰富将进一步提高软件开发的效率和质量软件开发人员必须从 Think Procedurely转变为 Think ObjectOrientedly42 为什么对面向对象方法感兴趣为什么对面向对象方法感兴趣?(1)?(1)面向对象方法的主要优点：面向对象方法的主要优点：自然性自然性 追求软件系统对现实系统的直接模拟，尽量实现追求软件系统对现实系统的

23、直接模拟，尽量实现追求软件系统对现实系统的直接模拟，尽量实现追求软件系统对现实系统的直接模拟，尽量实现将现实世界中的事物直接映射到软件系统的解空间将现实世界中的事物直接映射到软件系统的解空间将现实世界中的事物直接映射到软件系统的解空间将现实世界中的事物直接映射到软件系统的解空间中。中。中。中。软件复用软件复用 可复用性（可重用性）可复用性（可重用性）reusebilityreusebility可扩展性可扩展性可管理可管理性性43 可复用性（可重用性）面向对象技术允许复用的不仅仅是面向对象技术允许复用的不仅仅是代码代码,通过面向对象技术通过面向对象技术,我们可以复我们可以复用需求、分析、设计、测

24、试计划、用户用需求、分析、设计、测试计划、用户界面以及体系结构等等界面以及体系结构等等,事实上事实上,软件软件工程生存期中的每个部分都可以复用工程生存期中的每个部分都可以复用。为什么对面向对象方法感兴趣为什么对面向对象方法感兴趣?(2)44 传统系统分析传统系统分析:面向功能面向功能 ,把系统看成把系统看成 一组功能一组功能OOA:把问题当作一组相互作用把问题当作一组相互作用 的实体，并确定实体间关系的实体，并确定实体间关系为什么对面向对象方法感兴趣为什么对面向对象方法感兴趣?(3)45 面向对象技术是一个有全新概念的面向对象技术是一个有全新概念的开发模式开发模式,其特点是其特点是:(1)(1

25、)方法是对软件开发过程所有阶段进方法是对软件开发过程所有阶段进 行综合考虑而得到的行综合考虑而得到的;(2)(2)从生存期的一个阶段到下一个阶段从生存期的一个阶段到下一个阶段 所使用的方法与技术具有高度的连所使用的方法与技术具有高度的连 续性续性;(3)(3)将将OOA（分析）（分析）、OOD（设计）（设计）、OOP（实现）（实现）集成到生存期的相应阶段集成到生存期的相应阶段.为什么对面向对象方法感兴趣为什么对面向对象方法感兴趣?(4)46 开发方法的组合开发方法的组合分析设计编程结构化结构化结构化结构化面向对象面向对象结构化结构化面向对象面向对象面向对象面向对象面向对象面向对象结构化结构化第

26、三代或第四代语言第三代或第四代语言面向对象面向对象面向对象面向对象第三代或第四代语言第三代或第四代语言面向对象面向对象面向对象面向对象传统编程与面向对象的混合传统编程与面向对象的混合面向对象面向对象面向对象面向对象面向对象面向对象47 OO方法的开发过程方法的开发过程 OOOO方方法法改改进进了了在在生生存存期期各各个个阶阶段段间间的的界界面面，因因为为生生存存期期各各个个阶阶段段开开发发出出来来的的“部部件件”都都是是类类，在在面面向向对对象象生生存存期期的的各各个个阶阶段段对对各各个个类类的的信信息息进进行行细细化化，类类成成为为分分析析、设设计计和实现的和实现的基本单元基本单元。48 对

27、象模型对象模型 对象模型表示静态的、结构的系统对象模型表示静态的、结构的系统数据的性质。数据的性质。对模拟客观世界实体的对象以及对模拟客观世界实体的对象以及对象彼此之间的关系的映射，描述了系对象彼此之间的关系的映射，描述了系统的静态结构。统的静态结构。OO方法强调围绕对象而不是功方法强调围绕对象而不是功能来构造系统能来构造系统。49 对象（object)现实世界中某个具体的物理实体或概念在计现实世界中某个具体的物理实体或概念在计算机逻辑中的映射和体现。算机逻辑中的映射和体现。对象具有的含义：对象具有的含义：q 在现实世界中：是客观世界中的一个实在现实世界中：是客观世界中的一个实体体q 在面向对

28、象程序中：在面向对象程序中：表达成计算机可理解、可操纵、具有一表达成计算机可理解、可操纵、具有一定定属性属性和和行为行为的对象的对象q 在计算机世界中：在计算机世界中：是一个可标识的存储区域是一个可标识的存储区域50 面向对象方法是一种运用对象、类、面向对象方法是一种运用对象、类、继承、封装、聚合、消息传递、多态性继承、封装、聚合、消息传递、多态性等概念来构造系统的等概念来构造系统的软件开发方法软件开发方法。面向对象面向对象面向对象面向对象=对象对象对象对象 +类类类类 +继承继承继承继承 +消息通信消息通信消息通信消息通信面向对象的主要特征：面向对象的主要特征：面向对象的主要特征：面向对象的

29、主要特征：qq封装性封装性封装性封装性 (Encapsulation)(Encapsulation)qq 继承性继承性继承性继承性 (Inheritance)(Inheritance)qq 多态性多态性多态性多态性 (Polymorphism)(Polymorphism)51 类（class）具有共同属性和行为的对具有共同属性和行为的对象的抽象象的抽象类与对象的关系类与对象的关系类是对象的抽象类是对象的抽象对象是类的实例对象是类的实例类类对象对象52 对象、实体与类对象对象实体实体实体实体类类抽象数据类抽象数据类抽象数据类抽象数据类计算机世界计算机世界现实世界现实世界计算机逻辑的实现影射抽象实

30、例化抽象概念世界概念世界53 封装 封装是软件开发方法的重要原则，有两封装是软件开发方法的重要原则，有两个涵义：个涵义：把对象的全部属性和全部服务结合在一把对象的全部属性和全部服务结合在一起，形成一个不可分割的独立单位（对起，形成一个不可分割的独立单位（对象）。象）。尽可能隐蔽对象的内部细节尽可能隐蔽对象的内部细节（信息隐蔽）（信息隐蔽）54 传统方法数据与过程是分离传统方法数据与过程是分离的的过程过程1 1输入输入输入输入输出输出输出输出过程过程2 2过程过程3 3数据实体数据实体属于该对象属于该对象的数据的数据对象对象处理数据的方法处理数据的方法消息消息消息消息消息消息消息消息对象把数据和

31、处理数据的方法封状成一个单元对象把数据和处理数据的方法封状成一个单元对象把数据和处理数据的方法封状成一个单元对象把数据和处理数据的方法封状成一个单元55 传统方法和面向对象方法的比较传统方法传统方法系统是过程的集合系统是过程的集合系统是过程的集合系统是过程的集合过程与数据实体交互过程与数据实体交互过程与数据实体交互过程与数据实体交互过程接受输入并产生输出过程接受输入并产生输出过程接受输入并产生输出过程接受输入并产生输出面向对象方法面向对象方法系统是交互对象的集合系统是交互对象的集合系统是交互对象的集合系统是交互对象的集合对象与人或其它对象交互对象与人或其它对象交互对象与人或其它对象交互对象与人

32、或其它对象交互对象发送与响应消息对象发送与响应消息对象发送与响应消息对象发送与响应消息56 继承（继承性inheritance)继承性是父类和子继承性是父类和子类之间共享数据和类之间共享数据和方法的机制方法的机制继承性具有传递性继承性具有传递性继承性包括单继承继承性包括单继承和多重继承和多重继承 子类子类继承部分继承部分增加部分增加部分父类父类共性部分共性部分57 继承性作用 使软件系统具有开放性使软件系统具有开放性 更好地进行抽象与分类更好地进行抽象与分类 增强代码的重用率增强代码的重用率58 多态（多态性)不同的对象收到同一消息可产生完全不同的对象收到同一消息可产生完全 不同的结果，这一现

33、象叫做不同的结果，这一现象叫做多态多态多态的效果多态的效果 用户发送一个通用的消息，而实现用户发送一个通用的消息，而实现的细节则由接收对象自行决定的细节则由接收对象自行决定实现机制：重载（实现机制：重载（override）59 多态性的作用 增强了操作的透明性，可理解性增强了操作的透明性，可理解性和可扩展性和可扩展性 增强了软件的灵活性和重用性增强了软件的灵活性和重用性60 消息(message）消息消息 对象之间相互请求或相互协作的对象之间相互请求或相互协作的途径，是要求某个对象执行某个功能操作途径，是要求某个对象执行某个功能操作的规格说明的规格说明消息内容消息内容 通常包含接收方及请求接通

34、常包含接收方及请求接收方完成的功能信息收方完成的功能信息发送方发送方 发出消息，请求接收方响应发出消息，请求接收方响应接收方接收方 收到消息后，经过解释，激活收到消息后，经过解释，激活方法，予以响应方法，予以响应61 面向对象技术面向对象技术(总结总结)客观事物（问题域）计算机自然语言机器语言高级语言语言鸿沟需求分析总体设计详细设计测试编程分析与设计的鸿沟OODOOAOOPOOT传统的软件开发方法面向对象的软件开发方法OO语言62 作业作业1.什么是对象？什么是类？2.什么是面向对象？什么是面向对象方法？3.面向对象的3个主要特征是什么？分别说明其含义。4.类之间的关系有哪4种？分别说明其含义，举例说明。