軟件工程及實踐8

軟件工程與實踐中國水利水電出版社第8章面向?qū)ο笈cuml語言8.1傳統(tǒng)方法學傳統(tǒng)的生命周期方法學主要存在以下問題：（1）生產(chǎn)率提高的幅度遠不能滿足需要；（2）軟件重用度很低；（3）軟件仍然很難維護；（4）軟件往往不能滿足用戶需要。

面向?qū)ο蟮姆椒▽W可以用下列式子來概括：面向?qū)ο?對象+類+繼承+消息通信。

面向?qū)ο蠓椒▽W的主要優(yōu)點是：（1）從應(yīng)用設(shè)計到解決問題的方案更加抽象化而且具有極強的對應(yīng)性。（2）在設(shè)計中容易與用戶溝通。（3）把數(shù)據(jù)和操作封裝到對象之中。（4）設(shè)計中產(chǎn)生各式各樣的部件，然后由部件組成框架，以至于整個程序。（5）應(yīng)用程序具有較好的重用性、易改進、易維護和易擴充。8.2面向?qū)ο蠓椒ǖ幕靖拍?/p>

對象是具有相同狀態(tài)的一組操作的集合，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，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。8.2.1對象

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。例如：植物，飛行器，人等都是類。

“人”這個類具有：身高、姓名、性別、年齡、家庭住址等屬性（靜態(tài)特征）；另外，“人”這個類還具有：跑步，開車，吃飯，思考等行為（動態(tài)特征）。

8.2.2類

實例就是由某個特定的類所描述的一個具體的對象。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。8.2.3實例

消息就是要求某個對象執(zhí)行在定義它的那個類中的某個操作的規(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。8.2.4消息

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)。我們前面介紹過，類由屬性（靜態(tài)數(shù)據(jù)）和行為（操作）組成，實際上，這里的“行為”就是面向?qū)ο笾兄v到的“方法”。例如：（1）飛行器這個類的方法有：飛行，落地等一些操作。（2）“人”這個類的方法：跑步，開車，吃飯，思考等。8.2.5方法8.2.6屬性

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：飛行器這個類的屬性有：顏色，身長，形狀等。

8.2.6繼承

繼承是子類自動地共享父類中定義的數(shù)據(jù)和方法的機制。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)。繼承具有傳遞性。例如：飛機是飛行器的子類，它繼承了飛行器的所有屬性和方法，但是它還有自己的屬性和方法。飛機的屬性除具有飛行器屬性外，還有：乘客容量。8.2.7多態(tài)性

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。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。8.2.8重載

重載有兩種：函數(shù)重載和運算符重載。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。8.3

UML建模語言

UML(統(tǒng)一建模語言)是面向?qū)ο蠼ＵZ言的標準，它可以對任何具有靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為的系統(tǒng)進行建模，它的主要作用是幫助用戶進行面向的描述和建模，它可以描述軟件從需求分析到軟件實現(xiàn)和測試的全過程。作為一種建模語言,UML的定義包括UML語義和UML表示法兩個部分。

(1)UML語義(2)UML表示法（

1）模型幫助我們按照實際情況或按照我們所需要的樣式對系統(tǒng)進行可視化。

（2）模型允許我們詳細說明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為。

（3）模型給出一個知道我們構(gòu)造系統(tǒng)的模板。

（4）模型對我們的決策進行文檔化。

8.3.1為什么要建模

UML有兩套建模機制：靜態(tài)建模機制和動態(tài)建模機制。靜可描形，動可描行。動和靜是辯證的兩面，在UML中，靜態(tài)建?？梢悦枋鱿到y(tǒng)的組織和結(jié)構(gòu)，而動態(tài)建模則可描述系統(tǒng)的行為和動作。靜態(tài)建模機制包括用例圖、類圖、對象圖、包、組件圖和配置圖。動態(tài)建模機制包括消息、狀態(tài)圖、時序圖、協(xié)作圖和活動圖。

8.3.2UML建模機制（1）UML基本構(gòu)造元素：事務(wù)、關(guān)系和圖。（2）UML的事務(wù)有四種：結(jié)構(gòu)事務(wù)、行為事務(wù)、分組事務(wù)和注釋事務(wù)。（3）UML的關(guān)系有四種：依賴、關(guān)聯(lián)、泛化、實現(xiàn)。（4）UML的圖有十種：用例圖、類圖、對象圖、包圖、狀態(tài)圖、活動圖、序列圖、協(xié)作圖、組件圖、部署圖（有的書叫實施圖）。

8.3.3UML的結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)事物結(jié)構(gòu)事物主要包括7種，分別是類、接口、協(xié)作、用例、活動類、組件和節(jié)點。類是具有相同屬性、相同方法、相同語義和相同關(guān)系的一組對象的集合。接口是指類或組件所提供的、可以完成特定功能的一組操作的集合，換句話說，接口描述了類或組件的對外的、可見的動作。協(xié)作定義了交互的操作，是一些角色和其他元素一起工作，提供一些合作的動作。用例定義了系統(tǒng)執(zhí)行的一組操作，對特定的用戶產(chǎn)生可以觀察的結(jié)果?；顒宇愂菍碛芯€程并可發(fā)起控制活動的對象（往往稱為主動對象）的抽象。組件是物理上可替換的，實現(xiàn)了一個或多個接口的系統(tǒng)元素。節(jié)點是一個物理元素，它在運行時存在，代表一個可計算的資源，如一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。

8.3.4UML中的事務(wù)

2.行為事物行為事物主要有兩種：交互和狀態(tài)機。在UML圖中，交互的消息通常畫成帶箭頭的直線狀態(tài)機是對象的一個或多個狀態(tài)的集合。

3.組織事物組織事物是UML模型中負責分組的部分，可以把它看作一個個盒子，每個盒子里面的對象關(guān)系相對復(fù)雜，而盒子與盒子之間的關(guān)系相對簡單。組織事物只有一種，稱為包。包是一種有組織地將一系列元素分組的機制。4.輔助事物輔助事物，也稱注釋事物，屬于這一類的只有注釋。注釋即是UML模型的解釋部分。在UML圖中，一般表示為折起一角的矩形。

1.關(guān)聯(lián)關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系是”

...hasa...”（具有）的關(guān)系。在UML圖中，關(guān)聯(lián)關(guān)系用一條實線表示。有一些修飾可以應(yīng)用于關(guān)聯(lián)。（1）.

名字：可以給關(guān)系取名字。見圖8-1。8.3.5UML中的關(guān)系

（2）角色：關(guān)系的兩端代表不同的兩種角色。見圖8-2。（3）．重數(shù)：表示有多少對象通過一個關(guān)系的實例相連。見圖8-3。2.聚合關(guān)系聚合關(guān)系指的是整體與部分的關(guān)系。通常在定義一個整體類后，再去分析這個整體類的組成結(jié)構(gòu)。從而找出一些組成類，該整體類和組成類之間就形成了聚合關(guān)系。例如一個航母編隊包括?？漳概灐Ⅱ?qū)護艦艇、艦載飛機及核動力攻擊潛艇等。需求描述中”包含”、”組成”、”分為…部分”等詞常意味著聚合關(guān)系。見圖8-5。

聚合是”

...ownsa...”（擁有）的關(guān)系。它的UML表示法：空心菱形+實線+箭頭，見圖8-6

3.組合關(guān)系組合關(guān)系也表示類之間整體和部分的關(guān)系，但是組合關(guān)系中部分和整體具有統(tǒng)一的生存期。一旦整體對象不存在，部分對象也將不存在。部分對象與整體對象之間具有共生死的關(guān)系。組合關(guān)系是”

...isapartof...”（是…的一部分）的關(guān)系。它的UML表示法：實心菱形+實線+箭頭，見圖8-7。聚合和組合的區(qū)別在于：

(1)聚合關(guān)系是”has-a”關(guān)系，組合關(guān)系是”contains-a”關(guān)系；

(2)聚合關(guān)系表示整體與部分的關(guān)系比較弱，而組合比較強；

(3)聚合關(guān)系中代表部分事物的對象與代表聚合事物的對象的生存期無關(guān)，一旦刪除了聚合對象不一定就刪除了代表部分事物的對象。組合中一旦刪除了組合對象，同時也就刪除了代表部分事物的對象。我們用淺顯的例子來說明聚合和組合的區(qū)別。”國破家亡”，國滅了，家自然也沒有了，”國”和”家”顯然也是組合關(guān)系。（4）在聚合關(guān)系中，部分可以獨立于聚合而存在，部分的所有權(quán)也可以由幾個聚合來共享，比如打印機就可以在辦公室內(nèi)被廣大同事共用。

(5)組合比聚合對于組合者和被組合者的關(guān)心定義的更加有約束，組合者不但要知道被組合者的情況，他們的生命周期都是由組合者來控制的。4.依賴關(guān)系對于兩個對象X、Y，如果對象X發(fā)生變化，可能會引起對另一個對象Y的變化，則稱Y依賴于X。依賴關(guān)系是一種”

...usesa...”(使用)關(guān)系，特定事物的改變有可能會影響到使用該事物的事物，反之不成立。在你想顯示一個事物使用另一個事物時使用依賴關(guān)系。通常情況下，依賴關(guān)系體現(xiàn)在某個類的方法使用另一個類作為參數(shù)。在UML中你可以在其它的事物之間使用依賴關(guān)系，特別是包和節(jié)點之間。在UML圖中，依賴關(guān)系用一條帶有箭頭的虛線來表示。人和空氣是一種依賴關(guān)系，UML圖見圖8-10。一個人自創(chuàng)生就需要不停的呼吸，而人的呼吸功能之所以能維持生命就在于吸進來的氣體發(fā)揮了作用，所以說空氣只不過是人類的一個工具，而人并不持有對它的引用。5.泛化關(guān)系泛化是一般事物（稱為超類或父類）和該事物的較為特殊的種類（稱為子類）之間的關(guān)系，子類繼承父類的屬性和操作，除此之外通常子類還添加新的屬性和操作，或者修改了父類的某些操作。泛化意味著子類的對象可以用在父類的對象可能出現(xiàn)的地方，但反過來則不成立。泛化關(guān)系的子類和父類是“akindof”的關(guān)系。圖8-11給出了教師，學生和來賓繼承人”類”的泛化關(guān)系。

若在邏輯上B是A的”一種”，并且A的所有功能和屬性對B而言都有意義，則允許B繼承A的功能和屬性。例如，教師是人，Teacher是Person的”一種”。那么類Teacher可以從類Person派生（繼承）。如果A是基類，B是A的派生類，那么B將繼承A的數(shù)據(jù)和函數(shù)。如果類A和類B毫不相關(guān)，不可以為了使B的功能更多些而讓B繼承A的功能和屬性。

6.實現(xiàn)關(guān)系實現(xiàn)關(guān)系將一種模型元素（如類）與另一種模型元素（如接口）連接起來，它表示不繼承結(jié)構(gòu)而只繼承行為。大多少情況下，實現(xiàn)關(guān)系用來規(guī)定接口和實現(xiàn)接口的類或組件之間的關(guān)系。在UML圖中，實現(xiàn)關(guān)系一般用帶有一條帶有空心箭頭的虛線來表示。

圖8-12實現(xiàn)關(guān)系8.3.6UML中的視圖

視圖被劃分成3個視圖域：結(jié)構(gòu)分類視圖、動態(tài)行為視圖和模型管理視圖。結(jié)構(gòu)分類視圖。它描述了系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)成員及其相互關(guān)系。類元包括類、用例、組件和節(jié)點。類元為研究系統(tǒng)動態(tài)行為奠定了基礎(chǔ)。類元視圖包括靜態(tài)視圖、用例視圖和實現(xiàn)視圖和配置視圖。動態(tài)行為視圖。它描述了系統(tǒng)隨時間變化的行為。行為用從靜態(tài)視圖中抽取的系統(tǒng)的瞬間值的變化來描述。動態(tài)行為視圖包括狀態(tài)視圖、活動視圖和交互視圖。模型管理視圖。它說明了模型的分層組織結(jié)構(gòu)。包是模型的基本組織單元。特殊的包還包括模型和子系統(tǒng)。模型管理視圖跨越了其他視圖，并根據(jù)系統(tǒng)開發(fā)和配置組織這些視圖。8.4UML的圖序號模型種類十種圖形建模機制1用例模型用例圖靜態(tài)建模2靜態(tài)模型類圖、對象圖、包圖靜態(tài)建模3行為模型狀態(tài)圖、活動圖動態(tài)建模4交互模型序列圖、協(xié)作圖動態(tài)建模5實現(xiàn)模型組件圖、部署圖靜態(tài)建模

類圖可用于表示邏輯類。邏輯類通常就是業(yè)務(wù)人員所談及的事物種類。類在類圖上使用包含三個部分的矩形來描述，如圖8-13所示。8.4.1類圖

用例圖主要用來圖示化系統(tǒng)的主事件流程，它主要用來描述客戶的需求，即用戶希望系統(tǒng)具備的完成一定功能的動作----軟件的功能模塊，所以是設(shè)計系統(tǒng)分析階段的起點，設(shè)計人員根據(jù)客戶的需求來創(chuàng)建和解釋用例圖，用來描述軟件應(yīng)具備哪些功能模塊以及這些模塊之間的調(diào)用關(guān)系。

用例圖包括：用例和參與者。8.4.2用例圖

圖8-16給出來了在線購物系統(tǒng)的用例圖，給出了角色和用例之間的關(guān)系，以及內(nèi)部用例之間的關(guān)系。角色：游客，會員，管理員。用例：商品信息，購買信息，用戶信息。8.4.3對象圖

對象圖顯示某時刻對象和對象之間的關(guān)系，是類圖的變化，一個對象圖可看成一個類圖的實例，對象圖表示的是類的對象實例而不是真實的類。由于對象存在生命周期，因此對象圖只能在系統(tǒng)某一時間段存在。對象圖中并無新的表示法（除了對象名下要加下劃線以外），與類圖中的表示法一樣，可以認為，只有對象而無類的類圖就是一個”對象圖”。

4.輔助事物輔助事物，也稱注釋事物，屬于這一類的只有注釋。注釋即是UML模型的解釋部分。在UML圖中，一般表示為折起一角的矩形。

為了簡單地表示出復(fù)雜的類圖，可以把類組合成包packages。一個包是UML上有邏輯關(guān)系的元件的集合。包圖由包和包之間的關(guān)系組成，模型如圖。

8.4.4包圖1、包的名稱

包的名稱有兩種形式：簡單名和路徑名，其中簡單名僅包含一個簡單的名稱，路徑名是以包處于的外圍包的名字作為前綴。

2、包圖的組成

包可以擁有其他元素，比如類、接口、組件、節(jié)點、協(xié)作、用例和圖，甚至可以是其它包。一個”包圖”可以是任何一種的UML圖組成，通常是UML用例圖或UML類圖。包是一個UML結(jié)構(gòu)，它使得你能夠把諸如用例或類之類模型元件組織為組。包被描述成文件夾，可以應(yīng)用在任何一種UML圖上。序列圖。

序列圖顯示具體用例（或者是用例的一部分）的詳細流程。它幾乎是自描述的，并且顯示了流程中中不同對象之間的調(diào)用關(guān)系，同時還可以很詳細地顯示對不同對象的不同調(diào)用。序列圖有兩個維度：垂直維度和水平維度。垂直維度以發(fā)生的時間順序顯示消息/調(diào)用的序列；水平維度顯示消息被發(fā)送到的對象實例。8.4.5交互圖

其中的aServlet對象表示驅(qū)動類實例。

aServlet向名為gen的ReportGenerator類實例發(fā)送一條消息。該消息被標為generateCDSalesReport，表示ReportGenerator對象實現(xiàn)了這個消息處理程序。進一步理解可發(fā)現(xiàn)，generateCDSalesReport消息標簽在括號中包括了一個cdId，表明aServlet隨該消息傳遞一個名為cdId的參數(shù)。當gen實例接收到一條generateCDSalesReport消息時，它會接著調(diào)用CDSalesReport類，并返回一個aCDReport的實例。然后gen實例對返回的aCDReport實例進行調(diào)用，在每次消息調(diào)用時向它傳遞參數(shù)。在該序列的結(jié)尾，gen實例向它的調(diào)用者aServlet返回一個aCDReport。

2．協(xié)作圖

UML交互圖的另一種形式是協(xié)作圖。協(xié)作圖和序列圖在語義上相同，但協(xié)作圖排列對象的方式比較自由，完全由繪圖者的喜好決定。在協(xié)作圖中，交互動作的次序由消息的編號決定。一些人偏愛這種繪圖方式，許多功能比較完善的UML工具允許用戶將一個圖在協(xié)作圖符號和序列圖符號之間來回轉(zhuǎn)換。

狀態(tài)圖是描述一個實體基于事件反應(yīng)的動態(tài)行為，顯示了該實體如何根據(jù)當前所處的狀態(tài)對不同的時間做出反應(yīng)的。通常我們創(chuàng)建一個UML狀態(tài)圖是為了研究類、角色、子系統(tǒng)、或組件的復(fù)雜行為。(1)初始起點，它使用實心圓來繪制；(2)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，它使用具有開箭頭的線段來繪制；(3)狀態(tài)，它使用圓角矩形來繪制；(4)判斷點，它使用空心圓來繪制；(5)一個或者多個終止點，它們使用內(nèi)部包含實心圓的圓來繪制。8.4.6狀態(tài)圖

例如，貸款處理系統(tǒng)最初處于LoanApplication（貸款申請）狀態(tài)。當貸款審查后，如果符合基本條件轉(zhuǎn)到Loanpre-approval（貸款預(yù)批）過程；否則轉(zhuǎn)到LoanRejected（貸款拒絕）狀態(tài)。如果Loanpre-approval過程完成這個判斷（它是在轉(zhuǎn)換過程期間做出的）使用一個判斷點來表示--即轉(zhuǎn)換線條間的空心圓。通過該狀態(tài)圖可知，如果沒有經(jīng)過LoanClosing狀態(tài)，貸款不可能從LoanPre-Approved狀態(tài)進入LoaninMaintenance狀態(tài)。而且，所有貸款都將結(jié)束于LoanRejected或者LoaninMa