軟件工程導論 第9章 面向?qū)ο蠓椒▽W引論

1、第9章 面向?qū)ο蠓椒▽W引論 傳統(tǒng)的軟件工程方法學曾經(jīng)給軟件產(chǎn)業(yè)帶來巨大進步，部分地緩解了軟件危機，使用這種方法學開發(fā)的許多中、小規(guī)模軟件項目都獲得了成功。但是，人們也注意到當把這種方法學應(yīng)用于大型軟件產(chǎn)品的開發(fā)時，似乎很少取得成功。 在20世紀60年代后期出現(xiàn)的面向?qū)ο缶幊陶Z言Simdla_67中首次引入了類和對象的概念，自20世紀80年代中期起，人們開始注重面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計的研究，逐步形成了面向?qū)ο蠓椒▽W。到了20世紀90年代，面向?qū)ο蠓椒▽W已經(jīng)成為人們在開發(fā)軟件時首選的范型。面向?qū)ο蠹夹g(shù)已成為當前最好的軟件開發(fā)技術(shù)。 9.1面向?qū)ο蠓椒▽W概述9.1.1 面向?qū)ο蠓椒▽W的要點 面向?qū)ο蠓椒?/p>

2、學的出發(fā)點和基本原則，是盡可能模擬人類習慣的思維方式，使開發(fā)軟件的方法與過程盡可能接近人類認識世界解決問題的方法與過程，也就是使描述問題的問題空間(也稱為問題域)與實現(xiàn)解法的解空間(也稱為求解域)在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。 客觀世界的問題都是由客觀世界中的實體及實體相互間的關(guān)系構(gòu)成的。我們把客觀世界中的實體抽象為問題域中的對象(object)。因為所要解決的問題具有特殊性，因此，對象是不固定的。一個雇員可以作為一個對象，一家公司也可以作為一個對象，到底應(yīng)該把什么抽象為對象，由所要解決的問題決定。 從本質(zhì)上說，用計算機解決客觀世界的問題，是借助于某種程序設(shè)計語言的規(guī)定，對計算機中的實體施加某種處理，并

3、用處理結(jié)果去映射解。我們把計算機中的實體稱為解空間對象。顯然，解空間對象取決于所使用的程序設(shè)計語言。例如，匯編語言提供的對象是存儲單元；面向過程的高級語言提供的對象，是各種預定義類型的變量、數(shù)組、記錄和文件等等。一旦提供了某種解空間對象，就隱含規(guī)定了允許對該類對象施加的操作。 從動態(tài)觀點看，對對象施加的操作就是該對象的行為。在問題空間中，對象的行為是極其豐富多彩的，然而解空間中的對象的行為卻是非常簡單呆板的。因此，只有借助于十分復雜的算法，才能操縱解空間對象從而得到解。這就是人們常說的“語義斷層”，也是長期以來程序設(shè)計始終是一門學問的原因。 通常，客觀世界中的實體既具有靜態(tài)的屬性又具有動態(tài)的行

4、為。然而傳統(tǒng)語言提供的解空間對象實質(zhì)上卻僅是描述實體屬性的數(shù)據(jù)，必須在程序中從外部對它施加操作，才能模擬它的行為。 眾所周知，軟件系統(tǒng)本質(zhì)上是信息處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)和處理原本是密切相關(guān)的，把數(shù)據(jù)和處理人為地分離成兩個獨立的部分，會增加軟件開發(fā)的難度。與傳統(tǒng)方法相反，面向?qū)ο蠓椒ㄊ且环N以數(shù)據(jù)或信息為主線，把數(shù)據(jù)和處理相結(jié)合的方法。面向?qū)ο蠓椒ò褜ο笞鳛橛蓴?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。對象與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有本質(zhì)區(qū)別，它不是被動地等待外界對它施加操作，相反，它是進行處理的主體。必須發(fā)消息請求對象主動地執(zhí)行它的某些操作，處理它的私有數(shù)據(jù)，而不能從外界直接對它的私有數(shù)據(jù)進行操作。 面向?qū)ο蠓椒?/p>

5、學所提供的“對象”概念，是讓軟件開發(fā)者自己定義或選取解空間對象，然后把軟件系統(tǒng)作為一系列離散的解空間對象的集合。應(yīng)該使這些解空間對象與問題空間對象盡可能一致。這些解空間對象彼此間通過發(fā)送消息而相互作用，從而得出問題的解。也就是說，面向?qū)ο蠓椒ㄊ且环N新的思維方法，它不是把程序看作是工作在數(shù)據(jù)上的一系列過程或函數(shù)的集合，而是把程序看作是相互協(xié)作而又彼此獨立的對象的集合。每個對象就像一個微型程序，有自己的數(shù)據(jù)、操作、功能和目的。這樣做就向著減少語義斷層的方向邁了一大步，在許多系統(tǒng)中解空間對象都可以直接模擬問題空間的對象，解空間與問題空間的結(jié)構(gòu)十分一致，因此，這樣的程序易于理解和維護。 概括地說，面向

6、對象方法具有下述4個要點： . (1)認為客觀世界是由各種對象組成的，任何事物都是對象，復雜的對象可以由比較簡單的對象以某種方式組合而成。按照這種觀點，可以認為整個世界就是一個最復雜的對象。因此，面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)是由對象組成的，軟件中的任何元素都是對象，復雜的軟件對象由比較簡單的對象組合而成。 由此可見，面向?qū)ο蠓椒ㄓ脤ο蠓纸馊〈藗鹘y(tǒng)方法的功能分解。 (2)把所有對象都劃分成各種對象類(簡稱為類，class)，每個對象類都定義了一組數(shù)據(jù)和一組方法。數(shù)據(jù)用于表示對象的靜態(tài)屬性，是對象的狀態(tài)信息。因此，每當建立該對象類的一個新實例時，就按照類中對數(shù)據(jù)的定義為這個新對象生成一組專用的數(shù)據(jù)，以便描

7、述該對象獨特的屬性值。例如，熒光屏上不同位置顯示的半徑不同的幾個圓，雖然都是Circle類的對象，但是，各自都有自己專用的數(shù)據(jù)，以便記錄各自的圓心位置、半徑等等。 類中定義的方法，是允許施加于該類對象上的操作，是該類所有對象共享的，并不需要為每個對象都復制操作的代碼。 (3)按照子類(或稱為派生類)與父類(或稱為基類)的關(guān)系，把若干個對象類組成一個層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)(也稱為類等級)。在這種層次結(jié)構(gòu)中，通常下層的派生類具有和上層的基類相同的特性(包括數(shù)據(jù)和方法)，這種現(xiàn)象稱為繼承(inheritance)。但是，如果在派生類中對某些特性又做了重新描述，則在派生類中的這些特性將以新描述為準，也就是說，

8、低層的特性將屏蔽高層的同名特性。 (4)對象彼此之間僅能通過傳遞消息互相聯(lián)系。對象與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有本質(zhì)區(qū)別，它不是被動地等待外界對它施加操作，相反，它是進行處理的主體，必須發(fā)消息請求它執(zhí)行它的某個操作，處理它的私有數(shù)據(jù)，而不能從外界直接對它的私有數(shù)據(jù)進行操作。也就是說，一切局部于該對象的私有信息，都被封裝在該對象類的定義中，就好像裝在一個不透明的黑盒子中一樣，在外界是看不見的，更不能直接使用，這就是“封裝性”。 綜上所述，面向?qū)ο蟮姆椒▽W可以用下列方程來概括： 00=objects+classes+inheritance+communication with messages也就是說，面向?qū)ο缶?/p>

9、是既使用對象又使用類和繼承等機制，而且對象之間僅能通過傳遞消息實現(xiàn)彼此通信。 如果僅使用對象和消息，則這種方法可以稱為基于對象的(object-based)方法，而不能稱為面向?qū)ο蟮姆椒?；如果進一步要求把所有對象都劃分為類，則這種方法可稱為基于類的(class-based)方法，但仍然不是面向?qū)ο蟮姆椒āＶ挥型瑫r使用對象、類、繼承和消息的方法，才是真正面向?qū)ο蟮姆椒ā?.1.2 面向?qū)ο蠓椒▽W的優(yōu)點1.與人類習慣的思維方法一致 傳統(tǒng)的程序設(shè)計技術(shù)是面向過程的設(shè)計方法，這種方法以算法為核心，把數(shù)據(jù)和過程作為相互獨立的部分，數(shù)據(jù)代表問題空間中的客體，程序代碼則用于處理這些數(shù)據(jù)。 把數(shù)據(jù)和代碼作為分

10、離的實體，反映了計算機的觀點，因為在計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)和程序是分開存放的。但是，這樣做的時候總存在使用錯誤的數(shù)據(jù)調(diào)用正確的程序模塊，或使用正確的數(shù)據(jù)調(diào)用錯誤的程序模塊的危險。使數(shù)據(jù)和操作保持一致，是程序員的一個沉重負擔，在多人分工合作開發(fā)一個大型軟件系統(tǒng)的過程中，如果負責設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的人中途改變了某個數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)而又沒有及時通知所有人員，則會發(fā)生許多不該發(fā)生的錯誤。 傳統(tǒng)的程序設(shè)計技術(shù)忽略了數(shù)據(jù)和操作之間的內(nèi)在聯(lián)系，用這種方法所設(shè)計出來的軟件系統(tǒng)其解空間與問題空間并不一致，令人感到難于理解。實際上，用計算機解決的問題都是現(xiàn)實世界中的問題，這些問題無非由一些相互間存在一定聯(lián)系的事物所組成。每個具體的事

11、物都具有行為和屬性兩方面的特征。因此，把描述事物靜態(tài)屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表示事物動態(tài)行為的操作放在一起構(gòu)成一個整體，才能完整、自然地表示客觀世界中的實體。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)以對象(object)為核心，用這種技術(shù)開發(fā)出的軟件系統(tǒng)由對象組成。對象是對現(xiàn)實世界實體的正確抽象，它是由描述內(nèi)部狀態(tài)表示靜態(tài)屬性的數(shù)據(jù)，以及可以對這些數(shù)據(jù)施加的操作(表示對象的動態(tài)行為)，封裝在一起所構(gòu)成的統(tǒng)一體。對象之間通過傳遞消息互相聯(lián)系，以模擬現(xiàn)實世界中不同事物彼此之間的聯(lián)系。 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法與傳統(tǒng)的面向過程的方法有本質(zhì)不同，這種方法的基本原理是，使用現(xiàn)實世界的概念抽象地思考問題從而自然地解決問題。它強調(diào)模擬現(xiàn)實世

12、界中的概念而強調(diào)算法，它鼓勵開發(fā)者在軟件開發(fā)的絕大部分過程中都用應(yīng)用領(lǐng)域的概念去思考。在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法中，計算機的觀點是不重要的，現(xiàn)實世界的模型才是最重要的。面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)過程從始至終都圍繞著建立問題領(lǐng)域的對象模型來進行：對問題領(lǐng)域進行自然的分解，確定需要使用的對象和類，建立適當?shù)念惖燃?，在對象之間傳遞消息實現(xiàn)必要的聯(lián)系，從而按照人們習慣的思維方式建立起問題領(lǐng)域的模型，模擬客觀世界。 傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法可以用“瀑布”模型來描述，這種方法強調(diào)自頂向下按部就班地完成軟件開發(fā)工作。事實上，人們認識客觀世界解決現(xiàn)實問題的過程，是一個漸進的過程，人的認識需要在繼承以前的有關(guān)知識的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多次

13、反復才能逐步深化。在人的認識深化過程中，既包括了從一般到特殊的演繹思維過程，也包括了從特殊到一般的歸納思維過程。人在認識和解決復雜問題時使用的最強有力的思維工具是抽象，也就是在處理復雜對象時，為了達到某個分析目的集中研究對象的與此目的有關(guān)的實質(zhì)，忽略該對象的那些與此目的無關(guān)的部分。 面向?qū)ο蠓椒▽W的基本原則是按照人類習慣的思維方法建立問題域的模型，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)。面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)中廣泛使用的對象，是對客觀世界中實體的抽象。對象實際上是抽象數(shù)據(jù)類型的實例，提供了比較理想的數(shù)據(jù)抽象機制，同時又具有良好的過程抽象機制(通過發(fā)消息使用公有成員函數(shù))。對象類是對一組相似

14、對象的抽象，類等級中上層的類是對下層類的抽象。因此，面向?qū)ο蟮沫h(huán)境提供了強有力的抽象機制，便于用戶在利用計算機軟件系統(tǒng)解決復雜問題時使用習慣的抽象思維工具。此外，面向?qū)ο蠓椒▽W中普遍進行的對象分類過程，支持從特殊到一般的歸納思維過程；面向?qū)ο蠓椒▽W中通過建立類等級而獲得的繼承特性，支持從一般到特殊的演繹思維過程。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)為開發(fā)者提供了隨著對某個應(yīng)用系統(tǒng)的認識逐步深入和具體化的過程，而逐步設(shè)計和實現(xiàn)該系統(tǒng)的可能性，因為可以先設(shè)計出由抽象類構(gòu)成的系統(tǒng)框架，隨著認識深入和具體化再逐步派生出更具體的派生類。這樣的開發(fā)過程符合人們認識客觀世界解決復雜問題時逐步深化的漸進過程。2.穩(wěn)定性好 傳

15、統(tǒng)的軟件開發(fā)方法以算法為核心，開發(fā)過程基于功能分析和功能分解。用傳統(tǒng)方法所建立起來的軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊密依賴于系統(tǒng)所要完成的功能，當功能需求發(fā)生變化時將引起軟件結(jié)構(gòu)的整體修改。事實上，用戶需求變化大部分是針對功能的，因此，這樣的軟件系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 面向?qū)ο蠓椒ɑ跇?gòu)造問題領(lǐng)域的對象模型，以對象為中心構(gòu)造軟件系統(tǒng)。它的基本作法是用對象模擬問題領(lǐng)域中的實體，以對象問的聯(lián)系刻畫實體間的聯(lián)系。因為面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)是根據(jù)問題領(lǐng)域的模型建立起來的，而不是基于對系統(tǒng)應(yīng)完成的功能的分解，所以，當對系統(tǒng)的功能需求變化時并不會引起軟件結(jié)構(gòu)的整體變化，往往僅需要作一些局部性的修改。例如，從已有類派生出一些新

16、的子類以實現(xiàn)功能擴充或修改，增加或刪除某些對象等。總之，由于現(xiàn)實世界中的實體是相對穩(wěn)定的，因此，以對象為中心構(gòu)造的軟件系統(tǒng)也是比較穩(wěn)定的。3.可重用性好 用已有的零部件裝配新的產(chǎn)品，是典型的重用技術(shù)，例如，可以用已有的預制件建筑一幢結(jié)構(gòu)和外形都不同于從前的新大樓。重用是提高生產(chǎn)率的最主要的方法。 傳統(tǒng)的軟件重用技術(shù)是利用標準函數(shù)庫，也就是試圖用標準函數(shù)庫中的函數(shù)作為“預制件”來建造新的軟件系統(tǒng)。但是，標準函數(shù)缺乏必要的“柔性”，不能適應(yīng)不同應(yīng)用場合的不同需要，并不是理想的可重用的軟件成分。實際的庫函數(shù)往往僅提供最基本、最常用的功能，在開發(fā)一個新的軟件系統(tǒng)時，通常多數(shù)函數(shù)是開發(fā)者自己編寫的，甚至

17、絕大多數(shù)函數(shù)都是新編的。 使用傳統(tǒng)方法學開發(fā)軟件時，人們認為具有功能內(nèi)聚性的模塊是理想的模塊，也就是說，如果一個模塊完成一個且只完成一個相對獨立的子功能，那么這個模塊就是理想的可重用模塊?；谶@種認識，通常盡量把標準函數(shù)庫中的函數(shù)做成功能內(nèi)聚的。但是，即使是具有功能內(nèi)聚性的模塊也并不是自含的和獨立的，相反，它必須運行在相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上。如果要重用這樣的模塊，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)也必須重用。如果新產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)與最初產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)不同，則要么修改數(shù)據(jù)要么修改這個模塊。 事實上，離開了操作便無法處理數(shù)據(jù)，而脫離了數(shù)據(jù)的操作也是毫無意義的，我們應(yīng)該對數(shù)據(jù)和操作同樣重視。在面向?qū)ο蠓椒ㄋ褂玫膶ο笾?，?shù)據(jù)和操作正

18、是作為平等伙伴出現(xiàn)的。因此，對象具有很強的自含性，此外，對象固有的封裝性和信息隱藏機制，使得對象的內(nèi)部實現(xiàn)與外界隔離，具有較強的獨立性。由此可見，對象是比較理想的模塊和可重用的軟件成分。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)在利用可重用的軟件成分構(gòu)造新的軟件系統(tǒng)時，有很大的靈活性。有兩種方法可以重復使用一個對象類：一種方法是創(chuàng)建該類的實例，從而直接使用它；另一種方法是從它派生出一個滿足當前需要的新類。繼承性機制使得子類不僅可以重用其父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序代碼，而且可以在父類代碼的基礎(chǔ)上方便地修改和擴充，這種修改并不影響對原有類的使用。由于可以像使用集成電路(IC)構(gòu)造計算機硬件那樣，比較方便地重用對象類來構(gòu)造軟件

19、系統(tǒng)，因此，有人把對象類稱為“軟件IC”。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)所實現(xiàn)的可重用性是自然的和準確的，在軟件重用技術(shù)中它是最成功的一個。關(guān)于軟件重用問題，在第11.3節(jié)中還要詳細討論。4.較易開發(fā)大型軟件產(chǎn)品 在開發(fā)大型軟件產(chǎn)品時，組織開發(fā)人員的方法不恰當往往是出現(xiàn)問題的主要原因。用面向?qū)ο蠓椒▽W開發(fā)軟件時，構(gòu)成軟件系統(tǒng)的每個對象就像一個微型程序，有自己的數(shù)據(jù)、操作、功能和用途，因此，可以把一個大型軟件產(chǎn)品分解成一系列本質(zhì)上相互獨立的小產(chǎn)品來處理，這就不僅降低了開發(fā)的技術(shù)難度，而且也使得對開發(fā)工作的管理變得容易多了。這就是為什么對于大型軟件產(chǎn)品來說，面向?qū)ο蠓缎蛢?yōu)于結(jié)構(gòu)化范型的原因之一。許多軟件開發(fā)

20、公司的經(jīng)驗都表明，當把面向?qū)ο蠓椒▽W用于大型軟件的開發(fā)時，軟件成本明顯地降低了，軟件的整體質(zhì)量也提高了。 5.可維護性好 用傳統(tǒng)方法和面向過程語言開發(fā)出來的軟件很難維護，是長期困擾人們的一個嚴重問題，是軟件危機的突出表現(xiàn)。 由于下述因素的存在，使得用面向?qū)ο蠓椒ㄋ_發(fā)的軟件可維護性好： (1)面向?qū)ο蟮能浖€(wěn)定性比較好。 如前所述，當對軟件的功能或性能的要求發(fā)生變化時，通常不會引起軟件的整體變化，往往只需對局部作一些修改。由于對軟件所需做的改動較小且限于局部，自然比較容易實現(xiàn)。 (2)面向?qū)ο蟮能浖容^容易修改。 如前所述，類是理想的模塊機制，它的獨立性好，修改一個類通常很少會牽扯到其他類。如

21、果僅修改一個類的內(nèi)部實現(xiàn)部分(私有數(shù)據(jù)成員或成員函數(shù)的算法)，而不修改該類的對外接口，則可以完全不影響軟件的其他部分。 面向?qū)ο筌浖夹g(shù)特有的繼承機制，使得對軟件的修改和擴充比較容易實現(xiàn)，通常只須從已有類派生出一些新類，無須修改軟件原有成分。 面向?qū)ο筌浖夹g(shù)的多態(tài)性機制(見9.2.2節(jié))，使得當擴充軟件功能時對原有代碼所需作的修改進一步減少，需要增加的新代碼也比較少。 (3)面向?qū)ο蟮能浖容^容易理解。 在維護已有軟件的時候，首先需要對原有軟件與此次修改有關(guān)的部分有深入理解，才能正確地完成維護工作。傳統(tǒng)軟件之所以難于維護，在很大程度上是因為修改所涉及的部分分散在軟件各個地方，需要了解的面很廣

22、，內(nèi)容很多，而且傳統(tǒng)軟件的解空間與問題空間的結(jié)構(gòu)很不一致，更增加了理解原有軟件的難度和工作量。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)符合人們習慣的思維方式，用這種方法所建立的軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與問題空間的結(jié)構(gòu)基本一致。因此，面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)比較容易理解。 對面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)所做的修改和擴充，通常通過在原有類的基礎(chǔ)上派生出一些新類來實現(xiàn)。由于對象類有很強的獨立性，當派生新類的時候通常不需要詳細了解基類中操作的實現(xiàn)算法。因此，了解原有系統(tǒng)的工作量可以大幅度下降。 (4)易于測試和調(diào)試。 為了保證軟件質(zhì)量，對軟件進行維護之后必須進行必要的測試，以確保要求修改或擴充的功能按照要求正確地實現(xiàn)了，而且沒有影響到軟件不該修改的

23、部分。如果測試過程中發(fā)現(xiàn)了錯誤，還必須通過調(diào)試改正過來。顯然，軟件是否易于測試和調(diào)試，是影響軟件可維護性的一個重要因素。對面向?qū)ο蟮能浖M行維護，主要通過從已有類派生出一些新類來實現(xiàn)。因此，維護后的測試和調(diào)試工作也主要圍繞這些新派生出來的類進行。類是獨立性很強的模塊，向類的實例發(fā)消息即可運行它，觀察它是否能正確地完成要求它做的工作，對類的測試通常比較容易實現(xiàn)，如果發(fā)現(xiàn)錯誤也往往集中在類的內(nèi)部，比較容易調(diào)試。9.1.3 噴泉模型 迭代是軟件開發(fā)過程中普遍存在的一種內(nèi)在屬性。經(jīng)驗表明，軟件過程各個階段之間的迭代或一個階段內(nèi)各個工作步驟之間的迭代，在面向?qū)ο蠓缎椭斜仍诮Y(jié)構(gòu)化范型中更常見。 一般說來，

24、使用面向?qū)ο蠓椒▽W開發(fā)軟件時，工作重點應(yīng)該放在生命周期中的分析階段。這種方法在開發(fā)的早期階段定義了一系列面向問題的對象，并且在整個開發(fā)過程中不斷充實和擴充這些對象。由于在整個開發(fā)過程中都使用統(tǒng)一的軟件概念“對象”，所有其他概念(例如功能、關(guān)系、事件等)都是圍繞對象組成的，目的是保證分析工作中得到的信息不會丟失或改變，因此，對生命周期各階段的區(qū)分自然就不重要、不明顯了。分析階段得到的對象模型也適用于設(shè)計階段和實現(xiàn)階段。由于各階段都使用統(tǒng)一的概念和表示符號，因此，整個開發(fā)過程都是吻合一致的，或者說是“無縫”連接的，這自然就很容易實現(xiàn)各個開發(fā)步驟的多次反復迭代，達到認識的逐步深化。每次反復都會增加或

25、明確一些目標系統(tǒng)的性質(zhì)，但卻不是對先前工作結(jié)果的本質(zhì)性改動，這樣就減少了不一致性，降低了出錯的可能性。圖9.1所示的噴泉模型，是典型的面向?qū)ο蟮能浖^程模型。進一步開發(fā) 運行狀態(tài) 集成和測試階段 編碼階段 面向?qū)ο笤O(shè)計階段 面向?qū)ο蠓治鲭A段 需求階段 維護期圖9.1 噴泉模型“噴泉”這個詞體現(xiàn)了面向?qū)ο筌浖_發(fā)過程迭代和無縫的特性。圖中代表不同階段的圓圈相互重疊，這明確表示兩個活動之間存在交迭；而面向?qū)ο蠓椒ㄔ诟拍詈捅硎痉椒ㄉ系囊恢滦?，保證了在各項開發(fā)活動之間的無縫過渡，事實上，用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件時，在分析、設(shè)計和編碼等項開發(fā)活動之間并不存在明顯的邊界。圖中在一個階段內(nèi)的向下箭頭代表該階段

26、內(nèi)的迭代(或求精)。圖中較小的圓圈代表維護，圓圈較小象征著采用了面向?qū)ο蠓缎椭缶S護時間縮短了。 為避免使用噴泉模型開發(fā)軟件時開發(fā)過程過分無序，應(yīng)該把一個線性過程(例如，快速原型模型或圖9.1中的中心垂線)作為總目標。但是，同時也應(yīng)該記住，面向?qū)ο蠓缎捅旧硪蠼?jīng)常對開發(fā)活動進行迭代或求精。9.2面向?qū)ο蟮母拍?“對象”是面向?qū)ο蠓椒▽W中使用的最基本的概念，前面已經(jīng)多次用到這個概念，本節(jié)再從多種角度進一步闡述這個概念，并介紹面向?qū)ο蟮钠渌靖拍睢?.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，它既可以是具體的物理實體的抽象，也可以是人為的概念，或者是任何

27、有明確邊界和意義的東西。例如，一名職工、一家公司、一個窗口、一座圖書館、一本圖書、貸款、借款等等，都可以作為一個對象。總之，對象是對問題域中某個實體的抽象，設(shè)立某個對象就反映了軟件系統(tǒng)具有保存有關(guān)它的信息并且與它進行交互的能力。 由于客觀世界中的實體通常都既具有靜態(tài)的屬性，又具有動態(tài)的行為，因此，面向?qū)ο蠓椒▽W中的對象是由描述該對象屬性的數(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構(gòu)成的統(tǒng)一體。對象可以作的操作表示它的動態(tài)行為，在面向?qū)ο蠓治龊兔嫦驅(qū)ο笤O(shè)計中，通常把對象的操作稱為服務(wù)或方法。1.對象的形象表示為有助于讀者理解對象的概念，圖9.2形象地描繪了具有3個操作的對象。 看了圖9.2之

28、后，讀者可能會聯(lián)想到一臺錄音機。確實，可以用一臺錄音機比喻一個對象，通俗地說明對象的某些特點。狀態(tài) S 操作1，2，3的實現(xiàn) 操作1 操作2 操作3 圖9.2 對象的形象表示 界 面 當使用一臺錄音機的時候，總是通過按鍵來操作：按下“Play(放音)”鍵，則錄音帶正向轉(zhuǎn)動，通過喇叭放出錄音帶中記錄的歌曲或其他聲音；按下“Record(錄音)”鍵，則錄音帶正向轉(zhuǎn)動，在錄音帶中錄下新的音響完成錄音機各種功能的電子線路被裝在錄音機的外殼中，人們無須了解這些電子線路的工作原理就可以隨心所欲地使用錄音機。為了使用錄音機根本沒有必要打開外殼去觸動殼內(nèi)的各種零部件，事實上，不是專業(yè)維修人員的一般用戶，完全不

29、允許打開錄音機外殼。 一個對象很像一臺錄音機。當在軟件中使用一個對象的時候，只能通過對象與外界的界面來操作它。對象與外界的界面也就是該對象向公眾開放的操作，例如，C+語言中對象的公有(public)成員函數(shù)。使用對象向公眾開放的操作就好像使用錄音機的按鍵，只須知道該操作的名字(好像錄音機的按鍵名)和所需要的參數(shù)(提供附加信息或設(shè)置狀態(tài)，例如聽錄音前先裝錄音帶并把錄音帶轉(zhuǎn)到指定位置)，根本無須知道實現(xiàn)這些操作的方法。事實上，實現(xiàn)對象操作的代碼和數(shù)據(jù)是隱藏在對象內(nèi)部的，一個對象好像是一個黑盒子，表示它內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)和實現(xiàn)各個操作的代碼及局部數(shù)據(jù)，都被封裝在這個黑盒子內(nèi)部，在外面是看不見的，更不能從

30、外面去訪問或修改這些數(shù)據(jù)或代碼。 使用對象時只需知道它向外界提供的接口形式而無須知道它的內(nèi)部實現(xiàn)算法，不僅使得對象的使用變得非常簡單、方便，而且具有很高的安全性和可靠性。對象內(nèi)部的數(shù)據(jù)只能通過對象的公有方法(如C+十的公有成員函數(shù))來訪問或處理，這就保證了對這些數(shù)據(jù)的訪問或處理，在任何時候都是使用統(tǒng)一的方法進行的，不會像使用傳統(tǒng)的面向過程的程序設(shè)計語言那樣，由于每個使用者各自編寫自己的處理某個全局數(shù)據(jù)的過程而發(fā)生錯誤。 此外，錄音機中放置的錄音帶很像一個對象中表示其內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)，當錄音帶處于不同位置時按下"Play"鍵所放出的歌曲是不相同的，同樣，當對象處于不同狀態(tài)時，做

31、同一個操作所得到的效果也是不同的。 2.對象的定義 目前，對對象所下的定義并不完全統(tǒng)一，人們從不同角度給出對象的不同定義。這些定義雖然形式不同，但基本含義是相同的。下面給出對象的幾個定義。 (1)定義1：對象是具有相同狀態(tài)的一組操作的集合。 這個定義主要是從面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的角度看“對象”。 (2)定義2：對象是對問題域中某個東西的抽象，這種抽象反映了系統(tǒng)保存有關(guān)這個東西的信息或與它交互的能力。也就是說，對象是對屬性值和操作的封裝。 這個定義著重從信息模擬的角度看待“對象”。 (3)定義3：對象：=(ID，MS，DS，MI)。其中，ID是對象的標識或名字，MS是對象中的操作集合，DS是對象的數(shù)

32、據(jù)結(jié)構(gòu)，MI是對象受理的消息名集合(即對外接口)。 這個定義是一個形式化的定義。 總之，對象是封裝了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及可以施加在這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作的封裝體，這個封裝體有可以惟一地標識它的名字，而且向外界提供一組服務(wù)(即公有的操作)。對象中的數(shù)據(jù)表示對象的狀態(tài)，一個對象的狀態(tài)只能由該對象的操作來改變。每當需要改變對象的狀態(tài)時，只能由其他對象向該對象發(fā)送消息。對象響應(yīng)消息時，按照消息模式找出與之匹配的方法，并執(zhí)行該方法。 從動態(tài)角度或?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)機制來看，對象是一臺自動機。具有內(nèi)部狀態(tài)S，操作fi(i=1，2，n)，且與操作fi對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)為gi(I=1，2，咒)的一個對象，可以用圖9.3所示的自動

33、機來模擬。 狀態(tài) S 狀態(tài) S 操作：,，轉(zhuǎn)換：,， 輸出 ()輸入 ， 轉(zhuǎn)換 ：新狀態(tài)= (,) 圖9.3 用自動機模擬對象 3.對象的特點 對象有如下一些基本特點： (1)以數(shù)據(jù)為中心。操作圍繞對其數(shù)據(jù)所需要做的處理來設(shè)置，不設(shè)置與這些數(shù)據(jù)無關(guān)的操作，而且操作的結(jié)果往往與當時所處的狀態(tài)(數(shù)據(jù)的值)有關(guān)。 (2)對象是主動的。它與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有本質(zhì)不同，不是被動地等待對它進行處理，相反，它是進行處理的主體。為了完成某個操作，不能從外部直接加工它的私有數(shù)據(jù)，而是必須通過它的公有接口向?qū)ο蟀l(fā)消息，請求它執(zhí)行它的某個操作，處理它的私有數(shù)據(jù)。 (3)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)封裝。對象好像是一只黑盒子，它的私有數(shù)據(jù)完

34、全被封裝在盒子內(nèi)部，對外是隱藏的、不可見的，對私有數(shù)據(jù)的訪問或處理只能通過公有的操作進行。為了使用對象內(nèi)部的私有數(shù)據(jù)，只需知道數(shù)據(jù)的取值范圍(值域)和可以對該數(shù)據(jù)施加的操作(即，對象提供了哪些處理或訪問數(shù)據(jù)的公有方法)，根本無須知道數(shù)據(jù)的具體結(jié)構(gòu)以及實現(xiàn)操作的算法。這也就是抽象數(shù)據(jù)類型的概念。因此，一個對象類型也可以看作是一種抽象數(shù)據(jù)類型。 (4)本質(zhì)上具有并行性。對象是描述其內(nèi)部狀態(tài)的數(shù)據(jù)及可以對這些數(shù)據(jù)施加的全部操作的集合。不同對象各自獨立地處理自身的數(shù)據(jù)，彼此通過發(fā)消息傳遞信息完成通信。因此，本質(zhì)上具有并行工作的屬性。 (5)模塊獨立性好。對象是面向?qū)ο蟮能浖幕灸K，為了充分發(fā)揮模塊

35、化簡化開發(fā)工作的優(yōu)點，希望模塊的獨立性強。具體來說，也就是要求模塊的內(nèi)聚性強，耦合性弱。如前所述，對象是由數(shù)據(jù)及可以對這些數(shù)據(jù)施加的操作所組成的統(tǒng)一體，而且對象是以數(shù)據(jù)為中心的，操作圍繞對其數(shù)據(jù)所需做的處理來設(shè)置，沒有無關(guān)的操作。因此，對象內(nèi)部各種元素彼此結(jié)合得很緊密，內(nèi)聚性相當強。由于完成對象功能所需要的元素(數(shù)據(jù)和方法)基本上都被封裝在對象內(nèi)部，它與外界的聯(lián)系自然就比較少，因此，對象之間的耦合通常比較松。9.2.2 其他概念1.類(class) 現(xiàn)實世界中存在的客觀事物有些是彼此相似的，例如，張三、李四、王五雖說每個人職業(yè)、性格、愛好、特長等等各有不同，但是，他們的基本特征是相似的，都是黃

36、皮膚、黑頭發(fā)、黑眼睛，于是人們把他們統(tǒng)稱為“中國人”。人類習慣于把有相似特征的事物歸為一類，分類是人類認識客觀世界的基本方法。 在面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)中，“類”就是對具有相同數(shù)據(jù)和相同操作的一組相似對象的定義，也就是說，類是對具有相同屬性和行為的一個或多個對象的描述，通常在這種描述中也包括對怎樣創(chuàng)建該類的新對象的說明。 例如，一個面向?qū)ο蟮膱D形程序在屏幕左下角顯示一個半徑3cm的紅顏色的圓，在屏幕中部顯示一個半徑4cm的綠顏色的圓，在屏幕右上角顯示一個半徑1cm的黃顏色的圓。這三個圓心位置、半徑大小和顏色均不相同的圓，是三個不同的對象。但是，它們都有相同的數(shù)據(jù)(圓心坐標、半徑、顏色)和相同的操作

37、(顯示自己、放大縮小半徑、在屏幕上移動位置，等等)。因此，它們是同一類事物，可以用"Circle類”來定義。 以上先詳細地闡述了對象的定義，然后在此基礎(chǔ)上定義了類。也可以先定義類再定義對象，例如，可以像下面這樣定義類和對象：類是支持繼承的抽象數(shù)據(jù)類型，而對象就是類的實例。2.實例(instance) 實例就是由某個特定的類所描述的一個具體的對象。類是對具有相同屬性和行為的一組相似的對象的抽象，類在現(xiàn)實世界中并不能真正存在。在地球上并沒有抽象的“中國人”，只有一個個具體的中國人，例如，張三、李四、王五同樣，誰也沒見過抽象的“圓”，只有一個個具體的圓。 實際上類是建立對象時使用的“樣板”

38、，按照這個樣板所建立的一個個具體的對象，就是類的實際例子，通常稱為實例。 當使用“對象”這個術(shù)語時，既可以指一個具體的對象，也可以泛指一般的對象，但是，當使用“實例”這個術(shù)語時，必然是指一個具體的對象。3.消息(message) 消息就是要求某個對象執(zhí)行在定義它的那個類中所定義的某個操作的規(guī)格說明。通常，一個消息由下述3部分組成： ·接收消息的對象； ·消息選擇符(也稱為消息名)； ·零個或多個變元。 例如，MyCircle是一個半徑4cm、圓心位于(100，200)的Circle類的對象，也就是Circle類的一個實例，當要求它以綠顏色在屏幕上顯示自己時，在C+

39、語言中應(yīng)該向它發(fā)下列消息： MyCircle.Show(GREEN)；其中MyCircle是接收消息的對象的名字，Show是消息選擇符(即消息名)，圓括號內(nèi)的GREEN是消息的變元。當MyCircle接收到這個消息后，將執(zhí)行在Circle類中所定義的Show操作。4.方法(method) 方法就是對象所能執(zhí)行的操作，也就是類中所定義的服務(wù)。方法描述了對象執(zhí)行操作的算法，響應(yīng)消息的方法。在C+語言中把方法稱為成員函數(shù)。 例如，為了Circle類的對象能夠響應(yīng)讓它在屏幕上顯示自己的消息Show(GREEN)，在Circle類中必須給出成員函數(shù)Show(int color)的定義，也就是要給出這個成

40、員函數(shù)的實現(xiàn)代碼。 5.屬性(attribute) 屬性就是類中所定義的數(shù)據(jù)，它是對客觀世界實體所具有的性質(zhì)的抽象。類的每個實例都有自己特有的屬性值。 在C+語言中把屬性稱為數(shù)據(jù)成員。例如，Circle類中定義的代表圓心坐標、半徑、顏色等的數(shù)據(jù)成員，就是圓的屬性。 6.封裝(encapsulation) 從字面上理解，所謂封裝就是把某個事物包起來，使外界不知道該事物的具體內(nèi)容。 在面向?qū)ο蟮某绦蛑?，把?shù)據(jù)和實現(xiàn)操作的代碼集中起來放在對象內(nèi)部。一個對象好像是一個不透明的黑盒子，表示對象狀態(tài)的數(shù)據(jù)和實現(xiàn)操作的代碼與局部數(shù)據(jù)，都被封裝在黑盒子里面，從外面是看不見的，更不能從外面直接訪問或修改這些數(shù)據(jù)

41、和代碼。 使用一個對象的時候，只需知道它向外界提供的接口形式，無須知道它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)細節(jié)和實現(xiàn)操作的算法。 綜上所述，對象具有封裝性的條件如下： (1)有一個清晰的邊界。所有私有數(shù)據(jù)和實現(xiàn)操作的代碼都被封裝在這個邊界內(nèi)，從外面看不見更不能直接訪問。 (2)有確定的接口(即協(xié)議)。這些接口就是對象可以接受的消息，只能通過向?qū)ο蟀l(fā)送消息來使用它。 (3)受保護的內(nèi)部實現(xiàn)。實現(xiàn)對象功能的細節(jié)(私有數(shù)據(jù)和代碼)不能在定義該對象的類的范圍外訪問。 封裝也就是信息隱藏，通過封裝對外界隱藏了對象的實現(xiàn)細節(jié)。 對象類實質(zhì)上是抽象數(shù)據(jù)類型。類把數(shù)據(jù)說明和操作說明與數(shù)據(jù)表達和操作實現(xiàn)分離開了，使用者只需知道它的說明

42、(值域及可對數(shù)據(jù)施加的操作)，就可以使用它。 7.繼承(inheritance) 廣義地說，繼承是指能夠直接獲得已有的性質(zhì)和特征，而不必重復定義它們。在面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)中，繼承是子類自動地共享基類中定義的數(shù)據(jù)和方法的機制。面向?qū)ο筌浖夹g(shù)的許多強有力的功能和突出的優(yōu)點，都來源于把類組成一個層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)(類等級)：一個類的上層可以有父類，下層可以有子類。這種層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一個重要性質(zhì)是繼承性，一個類直接繼承其父類的全部描述(數(shù)據(jù)和操作)。為了更深入、具體地理解繼承性的含義，圖9.4描繪了實現(xiàn)繼承機制的原理。A的操作 A的變量 類A 類A A的實例變量 A的實例al 從A繼承特性 B的操作 B

43、的變量 類B:A的子類 類B 繼承來的A的實例變量B的實例變量 B的實例al 圖9.4 實現(xiàn)繼承機制的原理理 圖中以A、B兩個類為例，其中B類是從A類派生出來的子類，它除了具有自己定義的特性(數(shù)據(jù)和操作)之外，還從父類A繼承特性。當創(chuàng)建A類的實例a1的時候，a1以A類為樣板建立實例變量(在內(nèi)存中分配所需要的空間)，但是它并不從A類中復制所定義的方法。當創(chuàng)建B類的實例b1的時候，b1既要以B類為樣板建立實例變量，又要以A類為樣板建立實例變量b1所能執(zhí)行的操作既有B類中定義的方法，又有A類中定義的方法，這就是繼承。當然，如果B類中又定義了和A類中同名的數(shù)據(jù)或操作，則b1僅使用B類中定義的這個數(shù)據(jù)或

44、操作，除非采用特別措施，否則A類中與之同名的數(shù)據(jù)或操作在b1中就不能使用。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。因此，一個類實際上繼承了它所在的類等級中在它上層的全部基類的所有描述，也就是說，屬于某類的對象除了具有該類所描述的性質(zhì)外，還具有類等級中該類上層全部基類描述的一切性質(zhì)。 當一個類只允許有一個父類時，也就是說，當類等級為樹形結(jié)構(gòu)時，類的繼承是單繼承；當允許一個類有多個父類時，類的繼承是多重繼承。多重繼承的類可以組合多個父類的性質(zhì)構(gòu)成所需要的性質(zhì)，因此功能更強、使用更方便；但是，使用多重繼承時要注意避免二義性。 繼承性使得相似的對象可以共享程序代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從

45、而大大減少了程序中的冗余信息。在程序執(zhí)行期間，對對象某一性質(zhì)的查找是從該對象類在類等級中所在的層次開始，沿類等級逐層向上進行的，并把第一個被找到的性質(zhì)作為所要的性質(zhì)。因此，低層的性質(zhì)將屏蔽高層的同名性質(zhì)。 使用從原有類派生出新的子類的辦法，使得對軟件的修改變得比過去容易得多了。當需要擴充原有的功能時，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；當需要完全改變原有操作的算法時，可以在派生類中實現(xiàn)一個與基類方法同名而算法不同的方法；當需要增加新的功能時，可以在派生類中實現(xiàn)一個新的方法。 繼承性使得用戶在開發(fā)新的應(yīng)用系統(tǒng)時不必完全從零開始，可以繼承原有的相似系統(tǒng)的功能或者從類庫

46、中選取需要的類，再派生出新的類以實現(xiàn)所需要的功能。 有了繼承性以后，還可以用把已有的一般性的解加以具體化的辦法，來達到軟件重用的目的：首先，使用抽象的類開發(fā)出一般性問題的解，然后，在派生類中增加少量代碼使一般性的解具體化，從而開發(fā)出符合特定應(yīng)用需要的具體解。8.多態(tài)性(polymorphism) 多態(tài)性一詞來源于希臘語，意思是“有許多形態(tài)”。在面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)中，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。也就是說，在類等級的不同層次中可以共享(公用)一個行為(方法)的名字，然而不同層次中的每個類卻各自按自己的需要來實現(xiàn)這個行為。當對象接收到

47、發(fā)送給它的消息時，根據(jù)該對象所屬于的類動態(tài)選用在該類中定義的實現(xiàn)算法。 在C+語言中，多態(tài)性是通過虛函數(shù)來實現(xiàn)的。在類等級不同層次中可以說明名字、參數(shù)特征和返回值類型都相同的虛擬成員函數(shù)，而不同層次的類中的虛函數(shù)實現(xiàn)算法各不相同。虛函數(shù)機制使得程序員能在一個類等級中使用相同函數(shù)的多個不同版本，在運行時刻才根據(jù)接收消息的對象所屬于的類，決定到底執(zhí)行哪個特定的版本，這稱為動態(tài)聯(lián)編，也叫滯后聯(lián)編。 多態(tài)性機制不僅增加了面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)的靈活性，進一步減少了信息冗余，而且顯著提高了軟件的可重用性和可擴充性。當擴充系統(tǒng)功能增加新的實體類型時，只須派生出與新實體類相應(yīng)的新的子類，并在新派生出的子類中定義符

48、合該類需要的虛函數(shù)，完全無須修改原有的程序代碼，甚至不需要重新編譯原有的程序(僅需編譯新派生類的源程序，再與原有程序的.OBJ文件連接)。9.重載(0verloading) 有兩種重載：函數(shù)重載是指在同一作用域內(nèi)的若干個參數(shù)特征不同的函數(shù)可以使用相同的函數(shù)名字；運算符重載是指同一個運算符可以施加于不同類型的操作數(shù)上面。當然，當參數(shù)特征不同或被操作數(shù)的類型不同時，實現(xiàn)函數(shù)的算法或運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)實現(xiàn)的，也就是在編譯時根據(jù)函數(shù)變元的個數(shù)和類型，決定到底使用函數(shù)的哪個實現(xiàn)代碼；對于重載的運算符，同樣是在編譯時根據(jù)被操作數(shù)的類型，決定使用該算

49、符的哪種語義。 重載進一步提高了面向?qū)ο笙到y(tǒng)的靈活性和可讀性。9.3面向?qū)ο蠼?眾所周知，在解決問題之前必須首先理解所要解決的問題。對問題理解得越透徹，就越容易解決它。當完全、徹底地理解了一個問題的時候，通常就已經(jīng)解決了這個問題。 為了更好地理解問題，人們常常采用建立問題模型的方法。所謂模型，就是為了理解事物而對事物作出的一種抽象，是對事物的一種無歧義的書面描述。通常，模型由一組圖示符號和組織這些符號的規(guī)則組成，利用它們來定義和描述問題域中的術(shù)語和概念。更進一步講，模型是一種思考工具，利用這種工具可以把知識規(guī)范地表示出來。 模型可以幫助我們思考問題、定義術(shù)語、在選擇術(shù)語時作出適當?shù)募僭O(shè)，并且

50、可以幫助我們保持定義和假設(shè)的一致性。 為了開發(fā)復雜的軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)分析員應(yīng)該從不同角度抽象出目標系統(tǒng)的特性，使用精確的表示方法構(gòu)造系統(tǒng)的模型，驗證模型是否滿足用戶對目標系統(tǒng)的需求，并在設(shè)計過程中逐漸把和實現(xiàn)有關(guān)的細節(jié)加進模型中，直至最終用程序?qū)崿F(xiàn)模型。對于那些因過分復雜而不能直接理解的系統(tǒng)，特別需要建立模型，建模的目的主要是為了減少復雜性。人的頭腦每次只能處理一定數(shù)量的信息，模型通過把系統(tǒng)的重要部分分解成人的頭腦一次能處理的若干個子部分，從而減少系統(tǒng)的復雜程度。 在對目標系統(tǒng)進行分析的初始階段，面對大量模糊的、涉及眾多專業(yè)領(lǐng)域的、錯綜復雜的信息，系統(tǒng)分析員往往感到無從下手。模型提供了組織大量信

51、息的一種有效機制。 一旦建立起模型之后，這個模型就要經(jīng)受用戶和各個領(lǐng)域?qū)＜业膰栏駥彶椤Ｓ捎谀Ｐ偷囊?guī)范化和系統(tǒng)化，因此比較容易暴露出系統(tǒng)分析員對目標系統(tǒng)認識的片面性和不一致性。通過審查，往往會發(fā)現(xiàn)許多錯誤，發(fā)現(xiàn)錯誤是正常現(xiàn)象，這些錯誤可以在成為目標系統(tǒng)中的錯誤之前，就被預先清除掉。 通常，用戶和領(lǐng)域?qū)＜铱梢酝ㄟ^快速建立的原型親身體驗，從而對系統(tǒng)模型進行更有效的審查。模型常常會經(jīng)過多次必要的修改，通過不斷改正錯誤的或不全面的認識，最終使軟件開發(fā)人員對問題有了透徹的理解，從而為后續(xù)的開發(fā)工作奠定了堅實基礎(chǔ)。 用面向?qū)ο蠓椒ǔ晒Φ亻_發(fā)軟件的關(guān)鍵，同樣是對問題域的理解。面向?qū)ο蠓椒ㄗ罨镜脑瓌t，是按照人

52、們習慣的思維方式，用面向?qū)ο笥^點建立問題域的模型，開發(fā)出盡可能自然地表現(xiàn)求解方法的軟件。 用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件，通常需要建立3種形式的模型，它們分別是描述系統(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)的動態(tài)模型和描述系統(tǒng)功能的功能模型。這3種模型都涉及到數(shù)據(jù)、控制和操作等共同的概念，只不過每種模型描述的側(cè)重點不同。這3種模型從3個不同但又密切相關(guān)的角度模擬目標系統(tǒng)，它們各自從不同側(cè)面反映了系統(tǒng)的實質(zhì)性內(nèi)容，綜合起來則全面地反映了對目標系統(tǒng)的需求。一個典型的軟件系統(tǒng)組合了上述3方面內(nèi)容：它使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(對象模型)，執(zhí)行操作(動態(tài)模型)，并且完成數(shù)據(jù)值的變化(功能模型)。 為了全面地理解問題域，對任何

53、大系統(tǒng)來說，上述3種模型都是必不可少的。當然，在不同的應(yīng)用問題中，這3種模型的相對重要程度會有所不同，但是，用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件，在任何情況下，對象模型始終都是最重要、最基本、最核心的。在整個開發(fā)過程中，3種模型一直都在發(fā)展、完善。在面向?qū)ο蠓治鲞^程中，構(gòu)造出完全獨立于實現(xiàn)的應(yīng)用域模型；在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中，把求解域的結(jié)構(gòu)逐漸加入到模型中；在實現(xiàn)階段，把應(yīng)用域和求解域的結(jié)構(gòu)都編成程序代碼并進行嚴格的測試驗證。 下面分別介紹上述3種模型。 .9.4對象模型 對象模型表示靜態(tài)的、結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)”性質(zhì)。它是對模擬客觀世界實體的對象以及對象彼此間的關(guān)系的映射，描述了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。正如9.1節(jié)

54、所述，面向?qū)ο蠓椒◤娬{(diào)圍繞對象而不是圍繞功能來構(gòu)造系統(tǒng)。對象模型為建立動態(tài)模型和功能模型，提供了實質(zhì)性的框架。 在建立對象模型時，我們的目標是從客觀世界中提煉出對具體應(yīng)用有價值的概念。 為了建立對象模型，需要定義一組圖形符號，并且規(guī)定一組組織這些符號以表示特定語義的規(guī)則。也就是說，需要用適當?shù)慕ＵZ言來表達模型，建模語言由記號(即模型中使用的符號)和使用記號的規(guī)則(語法、語義和語用)組成。 一些著名的軟件工程專家在提出自己的面向?qū)ο蠓椒ǖ耐瑫r，也提出了自己的建模語言。但是，面向?qū)ο蠓椒ǖ挠脩舨⒉涣私獠煌ＵZ言的優(yōu)缺點，很難在實際工作中根據(jù)應(yīng)用的特點選擇合適的建模語言，而且不同建模語言之間存在

55、的細微差別也極大地妨礙了用戶之間的交流。面向?qū)ο蠓椒òl(fā)展的現(xiàn)實，要求在精心比較不同建模語言的優(yōu)缺點和總結(jié)面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，把建模語言統(tǒng)一起來。 曾對面向?qū)ο蠓椒▽W的發(fā)展做出過重要貢獻的Booch，Rumbaugh和Jacobson經(jīng)過合作研究，于1996年6月設(shè)計出統(tǒng)一建模語言UML O.9。截止到1996年10月，在美國已有700多家公司表示支持采用UML作為建模語言，在1996年年底，UML已經(jīng)穩(wěn)定地占領(lǐng)了面向?qū)ο蠹夹g(shù)市場的85，成為事實上的工業(yè)標準。1997年11月，國際對象管理組織OMG批準把UMI1.1作為基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標準建模語言。 通常，使用UML提供的類圖來建立對象模型。在UMI中術(shù)語“類”的實際含義是，“一個類及屬于該類的對象”。下面簡要地介紹UML的類圖。9.4.1 類圖的基本符號 類圖描述類及類與類之間的靜態(tài)關(guān)系。類圖是一種靜態(tài)模型，它是創(chuàng)建其他UML圖的基礎(chǔ)。一個系統(tǒng)可以由多張類圖來描述，一個類也可以出現(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個區(qū)域(下面兩個區(qū)域可省略)，3個區(qū)域分別放類的名字、屬性和服務(wù)，如圖9.5所示。 類名是一類對象的名字。命名是否