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第13講 面向?qū)ο蟮能浖こ毯畏饕獌?nèi)容面向?qū)ο筌浖拈_發(fā)過程面向?qū)ο蟮姆治雠c模型化面向?qū)ο笤O(shè)計Coad與Yourdon的方法OMT方法2面向?qū)ο蠓椒ǖ男纬勺畛跏菑拿嫦驅(qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言開始的，隨后才逐漸形成了面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計。面向?qū)ο蠓椒ㄓ?0年代末首次提出，80年代中才開始廣為使用，90年代面向?qū)ο蠓椒ú懦蔀閷I(yè)人員的首選范型。傳統(tǒng)方法的和面向?qū)ο蟮姆椒ㄓ泻尾煌?面向?qū)ο蟮姆治?，簡稱：OOA面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，簡稱：OOD面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，簡稱：OOP面向?qū)ο蟮臏y試，簡稱：OOT面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)，簡稱：OODBMS面向?qū)ο笥嬎銠C軟件輔助工程， 簡稱：OOCASE4面向?qū)ο蟮母拍蠲嫦驅(qū)ο蠓椒ǖ膽?yīng)用領(lǐng)域包括： 數(shù)據(jù)庫、計算機輔助設(shè)計工程、人-機界面設(shè)計、計算機輔助教學、多媒體技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)等諸多領(lǐng)域。什么是面向?qū)ο蟮挠^點？Coad和Yourdon給出的定義如下：

面向?qū)ο?對象+分類+繼承+通信5客觀世界的問題都是由客觀世界中的實體及其相互關(guān)系構(gòu)成的，我們將客觀世界中的實體抽象成為問題空間中的對象，由于研究的問題不同，面向的對象也就不同。“面向?qū)ο蟆本褪敲嫦騿栴}空間中的實體。61面向?qū)ο筌浖拈_發(fā)過程采用面向?qū)ο箝_發(fā)方法構(gòu)造的軟件具有以下特點：面向?qū)ο蠹夹g(shù)構(gòu)造的模型與客觀世界一致；適應(yīng)變化的需要，修改局限在模塊中；具有可復用性。7面向?qū)ο筌浖拈_發(fā)過程分析階段領(lǐng)域分析應(yīng)用分析高層設(shè)計階段類的開發(fā)實例的建立組裝測試維護82面向?qū)ο蟮姆治雠c模型化OOA方法的5個基本原則：建立信息域模型描述功能表達行為分解模型，以揭示更多細節(jié)早期模型表示問題的本質(zhì)，后期模型提供實現(xiàn)細節(jié)面向?qū)ο蠓治龅哪繕耍洪_發(fā)一系列模型，用來描述客戶需求的計算機軟件。定義所有與待求解問題相關(guān)的類。9OOA必須完成的任務(wù)：在客戶和軟件工程師間溝通，了解基本的用戶需求。標識類（即：定義屬性和方法）。劃分類層次。表示對象間的關(guān)系。建立對象的行為（動態(tài)）模型。在任務(wù)上述1~5之間重復，直至完成建模。10面向?qū)ο蠹夹g(shù)衍生出了許多方法和技術(shù)，如：Booch方法Coad和Yourdon方法Jocobson方法（也稱OOSE面向?qū)ο筌浖こ蹋㏑umbaugh方法（也稱OMT對象建模技術(shù)）Wirfs-Brock方法統(tǒng)一建模語言UML11領(lǐng)域分析過程軟件的領(lǐng)域分析是在特定應(yīng)用領(lǐng)域中標識、分析和規(guī)約公共需求，典型的是在應(yīng)用領(lǐng)域中多個項目間的復用。面向?qū)ο箢I(lǐng)域分析是以公共對象、類、自己和框架等形式在特定應(yīng)用領(lǐng)域中標識、分析和規(guī)約公共的可復用的能力。

12領(lǐng)域分析的工作：設(shè)計和建造可復用構(gòu)件，它們可以用于很多相似的（但不一定是相同的）應(yīng)用開發(fā)工作。領(lǐng)域分析過程的關(guān)鍵輸入和輸出：領(lǐng)域分析領(lǐng)域知識源領(lǐng)域分析模型技術(shù)文件已有應(yīng)用客戶考察專家建議目前/未來的需求類的分類復用標準功能模型領(lǐng)域語言13OO分析模型到OO設(shè)計模型的轉(zhuǎn)換：關(guān)系模型索引卡片使用實例行為模型子系統(tǒng)設(shè)計類及對象設(shè)計消息設(shè)計責任設(shè)計屬性、操作、協(xié)作者3面向?qū)ο笤O(shè)計14分析和設(shè)計的含義分析——是一種研究問題域的過程，該過程產(chǎn)生對外部可見行為的描述。設(shè)計——在分析的描述基礎(chǔ)上，加入實際計算機系統(tǒng)實現(xiàn)所需細節(jié)的過程。OOD通?？梢苑譃閮蓚€階段：高層設(shè)計——建立應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)。低層設(shè)計——集中于類的詳細設(shè)計。15高層設(shè)計（系統(tǒng)級設(shè)計） 開發(fā)軟件的體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)造軟件的總體模型。高層的設(shè)計包括：將系統(tǒng)劃分為子系統(tǒng)的決策；子系統(tǒng)的軟、硬件分配；設(shè)計框架的主要概念和策略性決策。16高層設(shè)計模型客戶/服務(wù)器模型（C/S）導出的系統(tǒng)即適合于過程設(shè)計也適合于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計?？蛻?服務(wù)器模型將系統(tǒng)分為2個部分：客戶子系統(tǒng)和服務(wù)器子系統(tǒng)。請求服務(wù)的對象都歸于客戶子系統(tǒng)；服務(wù)器接受請求并提供服務(wù)。即：客戶是服務(wù)的驅(qū)動者。所以，客戶必須了解服務(wù)者的接口，而服務(wù)器沒有必要知道客戶的接口。17窗口報告人機交互界面問題域數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)交互界面（任務(wù)管理）其它系統(tǒng)設(shè)備處理器數(shù)據(jù)庫Caod&Yourdon的設(shè)計模型18應(yīng)用框架結(jié)構(gòu) 根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)的特有結(jié)構(gòu)劃分子系統(tǒng)（模板、主題、抽象類的集合）。 然后設(shè)計細化每個子系統(tǒng)的對象模型、動態(tài)模型和功能模型。 例如：專家系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)19用戶用戶界面知識獲取機制解釋機制知識庫推理機全局數(shù)據(jù)庫204Coad與Yourdon的方法Caod&Yourdon提出的OOA方法包括5個步驟:（1）確定類和對象（2）確定結(jié)構(gòu)（3）定義主題（4）定義屬性和實例關(guān)聯(lián)（5）定義操作和消息關(guān)聯(lián)211.確定對象 運用前面介紹的方法確定系統(tǒng)中所有的對象及對象的屬性和操作。如家庭安全系統(tǒng)：系統(tǒng)控制面板傳感器傳感器事件聲音報警222.確定結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)是一種組織方式的思維，在面向?qū)ο蠓治鲋校Y(jié)構(gòu)是問題域復雜關(guān)系的表示。

Yourdon面向?qū)ο蟮姆治龇椒ㄖ刑岢鰞煞N結(jié)構(gòu)：分類結(jié)構(gòu)（泛化-特化結(jié)構(gòu)）——表示類（不是對象）的“一般-特殊”關(guān)系。泛化類是超類，特化類是子類。2324裝配結(jié)構(gòu)（整體-部分結(jié)構(gòu)）——表示事物的組成結(jié)構(gòu)，即由屬于同一類或不同類的成員聚合而形成新的類?？刂泼姘彐I盤顯示屏指示燈*253.定義主題 主題是指導讀者或用戶研究大型復雜模型的機制。每個主題相當于一個子模型，或子系統(tǒng)。分析者可以根據(jù)這一概念區(qū)分主題。 例如：商品銷售管理系統(tǒng)主題圖26274.定義屬性和實例聯(lián)系（鏈）

OOA模型的屬性層包括對象屬性以及對象之間的關(guān)系，即實例聯(lián)系。實例聯(lián)系是對象之間的依賴關(guān)系。實例聯(lián)系表示了對象所需要的一部分狀態(tài)信息。聯(lián)系可以是雙向的。2829發(fā)送接收5.定義操作和消息路徑 定義操作和方法，如：檢索、維護、計算、事件響應(yīng)、狀態(tài)改變、消息傳送等這樣一類操作和具體采用的某一種算法。

OOA模型不僅定義了對象間的聯(lián)系，而且也定義了對象間消息的傳遞路徑。30Caod&Yourdon提出的OOD方法 像其它的設(shè)計方法一樣，面向?qū)ο笤O(shè)計的目標是生成對真實世界問題域的表示并將之映射到解域，也就是映射到軟件上。

OOD模型 同OOA一樣，橫向由5級層次組成（主題層、結(jié)構(gòu)層、服務(wù)層、屬性層、類與對象層）；在此基礎(chǔ)上又從縱向進一步分為4個組元。31實例連接數(shù)據(jù)庫管理部分任務(wù)管理部分人機交互部分問題論域部分類或?qū)ο箢惻c對象層屬性層服務(wù)層結(jié)構(gòu)層主題層主題消息Coad&Yourdon的OOD模型32這4個組元是：（1）問題域組元（ProblemDomainComponent，PDC）（2）人機交互組元（HumanInterfaceComponent，HIC）（3）服務(wù)管理組元（TaskManagementComponent，TMC）（4）數(shù)據(jù)管理組元（DataManagementComponent，DMC）33設(shè)計問題域組元問題域組元（PDC）——構(gòu)造特定應(yīng)用的OOD模型的基本組成部件，包括：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用域構(gòu)件、語言構(gòu)件。設(shè)計問題域組元的主要理由——尋求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而這種穩(wěn)定性正是將一個問題域中的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變到一個相似問題域中的系統(tǒng)時，可以重用原有分析、設(shè)計及編程結(jié)果的關(guān)鍵。34問題域部分的設(shè)計要針對特定的實現(xiàn)環(huán)境，對OOA的結(jié)果加以增補，其策略如下：（1）重用設(shè)計和編程類 對PDC進一步修改。將OOA建立的有關(guān)類，替換成庫中的類或子類，并繼承庫中類的屬性、建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)。（2）將問題域?qū)Ｓ妙惤M合在一起在設(shè)計過程中，有時會將原來一些相互獨立的類，在問題域中歸入一個新的超類。35（3）對繼承進行調(diào)整當OOA模型中某個類或?qū)ο蟮睦^承關(guān)系和采用的語言不一致時，需要調(diào)整。（4）改進性能36設(shè)計人機交互組元（HIC）

HIC——表示用戶與系統(tǒng)打交道的命令以及系統(tǒng)提供給用戶的信息。

HIC將用戶界面技術(shù)從系統(tǒng)的其它部分中分離出來。這一部分包括：用戶輸入、顯示、交互方式、響應(yīng)過程、菜單窗口、數(shù)據(jù)表示、報告、網(wǎng)絡(luò)接口、控制面板（如：按鈕、指示燈、儀表等）。37按鍵數(shù)字鍵功能鍵口令傳感器數(shù)據(jù)延遲時間電話號碼取消設(shè)置……啟動例如：家庭安全系統(tǒng)的人機交互組元（HIC）可以是：38顯示參數(shù)信息當前狀態(tài)報警信息……傳感器參數(shù)呼叫號碼……39

F10返回上級菜單

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F1呼叫號碼參數(shù)設(shè)置菜單入口呼叫號碼設(shè)置窗口傳感器設(shè)置窗口幫助信息窗口……HIC對象模型還可以借助其它工具來補充說明，如：狀態(tài)——遷移圖40另存窗口關(guān)閉窗口文字處理軟件文件管理窗口編輯窗口格式窗口視圖窗口打開窗口新建窗口菜單樹圖41任務(wù)管理問題（TMC）對象中的每個服務(wù)最終總要被分配給某個計算機任務(wù)，這些計算機任務(wù)可看成是一些獨立的可調(diào)度的實體。許多系統(tǒng)都需要多任務(wù)并行處理，例如：對于具有數(shù)據(jù)獲取機制、負責控制局部設(shè)備的系統(tǒng)，需要多任務(wù)。對于某種需要同時向多個窗口輸入數(shù)據(jù)的用戶接口，也存在多任務(wù)。42對于多用戶系統(tǒng)，很可能存在一個用戶任務(wù)的多重復制。對于多子系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)來說，各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)及通訊需要多個任務(wù)完成。對于多處理器的硬件結(jié)構(gòu)，必須為各處理器分配任務(wù)并支持處理器之間的通訊。對于單處理器，在多任務(wù)實時操作系統(tǒng)的支持下，也可以實現(xiàn)多任務(wù)并行處理。43任務(wù)管理一般是在特定平臺（包括：硬件和操作系統(tǒng)）。通過TMC特定平臺的處理機制對系統(tǒng)的其它部分隱藏了起來，這樣如果應(yīng)用系統(tǒng)需要移植到其它平臺上時，只需替換TMC的類就可以了。任務(wù)管理組元可以看成是應(yīng)用系統(tǒng)與平臺之間的接口。44任務(wù)的選擇和調(diào)整的策略如下：識別事件驅(qū)動任務(wù)（一些與硬件設(shè)備通訊的任務(wù)）識別時鐘驅(qū)動任務(wù)（以固定時間間隔激發(fā)的事件）識別優(yōu)先任務(wù)和關(guān)鍵任務(wù)識別協(xié)調(diào)者審查每個任務(wù)（要使任務(wù)數(shù)保持到最少）定義每個任務(wù)（說明是什么任務(wù)、如何協(xié)調(diào)、如何通訊）45中斷啟動中斷停止中斷進入傳感器中斷煙霧傳感器中斷運動傳感器中斷46設(shè)計數(shù)據(jù)庫管理組元DMC提供了數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中對象的存儲及檢索的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。建立DMC的原因主要是DMC可以獨立于各種數(shù)據(jù)管理模式，使數(shù)據(jù)庫技術(shù)從系統(tǒng)的其它部分中分離出來。47為了開發(fā)DMC，要考慮以下點：（1）哪種數(shù)據(jù)庫查詢方式能用于支持你的應(yīng)用。（2）建立哪些對象來封裝查詢的實現(xiàn)（SQL）。（3）在DMC與PDC對象之間應(yīng)建立的實例連接。（4）檢查一下HIC部分哪些屏幕、字段、或報表需要數(shù)據(jù)庫查詢？如果需要，則要在DMC中建立一個查詢對象。48下圖簡單地說明了DMC與應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫間的關(guān)系，及執(zhí)行過程。按下訂閱按鈕訂閱登記窗口HIC訂戶PDC地址表DMC訂閱到DBMS495OMT方法對象建模技術(shù)（ObjectmodellingTechnique） 簡稱：OMT，1991年提出。50OMT方法使用3種模型從不同角度來描述一個系統(tǒng)：（1）對象模型——描述系統(tǒng)對象、類和它們之間關(guān)系的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，反映了系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)”性質(zhì)。（2）動態(tài)模型——用對象的狀態(tài)和事件描述了瞬時的、行為化的系統(tǒng)的“控制”性質(zhì)。（3）功能模型——描述系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)變化，指明了如何用輸入值得到輸出值，即反映了系統(tǒng)的“功能”性質(zhì)。513個模型之間的關(guān)系：（1）通過3個模型，系統(tǒng)以3視圖的形式呈現(xiàn)給設(shè)計人員，以便設(shè)計者采用統(tǒng)一的描述方法設(shè)計實現(xiàn)。（2）模型是可以獨立地進行測試和理解的，但不是無關(guān)的、絕對獨立的。一個好的設(shè)計是指：實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部不同實質(zhì)的分離，但又相互補充，限制耦合。52對象建模 對象建模是通過描述系統(tǒng)中的對象、對象間的關(guān)系、標識類中對象的屬性、操作來表示系統(tǒng)的靜態(tài)組織結(jié)構(gòu)。對象模型是3種模型中最重要的模型。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計技術(shù)強調(diào)的是圍繞對象，而不是圍繞功能來構(gòu)筑系統(tǒng)。53OMT中對象圖有兩種形式：類圖和實例圖。類圖——是一種框架、模式或模板，用于描述許多可能的數(shù)據(jù)實例；類圖描述了對象類。實例圖——描述一個特定的對象集是如何互相關(guān)聯(lián)的；實例圖描述對象實例。54動態(tài)建模動態(tài)建模主要用來描述控制邏輯。動態(tài)模型是用“狀態(tài)圖”和“事件追蹤圖”表示。一個動態(tài)模型可由多個狀態(tài)圖表組成?；靖拍睿? 事件、腳本和事件追蹤、狀態(tài)、觸發(fā)條件與事件、動作（操作）55事件事件——發(fā)生于某一時刻的某件事，或一個觸發(fā)行為。事件的時間性很強，強調(diào)事情發(fā)生的瞬間。事件可以作為“類”來表示。事件發(fā)生的時間是所有事件的隱含屬性。事件類的結(jié)構(gòu)是層次性的。5657腳本和事件追蹤腳本（場景）——是系統(tǒng)某一次特定運行時期內(nèi)發(fā)生的事件序列。事件跟蹤圖——建立“事件-響應(yīng)”關(guān)系的工具。描述一個事件將信息從一個對象傳到另一個對象的軌跡。58打電話者拿起接收器撥號音開始撥號6撥號音結(jié)束撥號撥號……接話方開始響鈴打電話方電話鈴聲響受話方回答受話方鈴聲停止打電話方電話鈴聲停止電話連通受話方掛機電話斷打電話者掛機打電話者電話線受話者拿起接收器撥號音開始撥號6

撥號音結(jié)束撥號

……

鈴聲鈴聲受話方回答鈴聲停止鈴聲停止電話連通電話連通受話方掛機電話掛斷電話掛斷打電話者掛機腳本： 事件蹤跡圖：59空閑菜單顯示按下右鍵/彈出菜單釋放右鍵/抹去菜單光標移動/更新反向顯示菜單項狀態(tài)及狀態(tài)圖 狀態(tài)——對象屬性值和鏈的一種抽象形式，狀態(tài)具有持續(xù)性，占有時間間隔。狀態(tài)圖：60空閑撥號音撥號連接玲響連通斷接紀錄的信息超出時間忙音快速忙音放下話筒放下話筒提起話筒超時一位號碼有效號碼通路對方應(yīng)答對方掛斷無效號碼超時放下話筒號碼忙中斷線忙一位號碼電話線狀態(tài)圖61功能建模功能模型描述了系統(tǒng)中所有的計算。功能模型考慮如何從輸入值得到輸出值，而不考慮參加計算的數(shù)據(jù)按什么時序執(zhí)行。功能模型采用數(shù)據(jù)流圖描述，一個功能模型由多個分層的數(shù)據(jù)流圖組成。62分析OMT一種軟件工程方法學。軟件工程方法學——是運用預先定義的技術(shù)和符號規(guī)則的一種有組織的軟件生產(chǎn)過程。63OMT方法的組成：分析階段（理解和設(shè)計應(yīng)用模型及操作領(lǐng)域）系統(tǒng)設(shè)計階段（確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)）對象設(shè)計階段（完善、改進、優(yōu)化）64OMT方法強調(diào)：（1）開發(fā)重心是分析和設(shè)計階段。（2）強調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而不強調(diào)功能。（3）不間斷開發(fā)過程。（4）迭代的而不是順序的。OMT在分析階段的任務(wù)是：建模。65動態(tài)模型的建立步驟和說明 動態(tài)分析從尋找事件開始，然后用狀態(tài)圖歸納出每個對象允許的事件順序。STEP1：預備典型交互次序的腳本。STEP2：識別對象間的事件。66STEP3：為每個腳本準備一個事件蹤跡圖。STEP4：構(gòu)造一個狀態(tài)圖。STEP5：匹配對象間的事件。67功能模型的建立步驟和說明數(shù)據(jù)流圖的過程（加工）對應(yīng)于對象狀態(tài)圖中的活動和動作，而數(shù)據(jù)流對應(yīng)于對象圖中的對象和屬性。構(gòu)造具體功能模型的步驟是：68STEP1：確定輸入和輸出（上下文圖）。

STEP2：構(gòu)造數(shù)據(jù)流圖。STEP3：描述函數(shù)。STEP4：識別對象間的約束（即：條件）。 建立完初步的模型后，需要進一步增加操作，然后重復分析。69應(yīng)用實例十年前ATM（自動取款機）還是一個很新鮮的事物，現(xiàn)在在城市的大街小巷隨處可見。我們在日常生活中也經(jīng)常和ATM打交道。這里將以簡化的ATM系統(tǒng)為例將用例圖、類圖、順序圖、狀態(tài)圖、活動圖及協(xié)作圖知識運用到此例中。

70用例模型用例圖

參與者"銀行儲戶"和ATM機。簡化后的ATM機僅有取款、存款及其余功能。其余功能不做詳細說明

客戶ATM機存款取款其他服務(wù)71靜態(tài)模型類圖

整個銀行系統(tǒng)包括了帳戶庫、銀行儲戶庫及ATM系統(tǒng)。許多單個的帳戶組成了帳戶庫。帳戶具有帳戶類型、帳戶號、余額三個屬性，均為private，其類型分別為char，int，double。六個操作分別為setType、getType、getAccountNumbe、setAccountNumbe、caculateBalance、getBalance，除caculateBalance為protected其余均為public。72setType設(shè)置帳戶類型，返回類型為void，參數(shù)類型為char，輸入帳戶類型。getType獲取帳戶類型，返回類型為char，無參數(shù)。setAccountNumbe設(shè)置帳戶號，返回類型為void，參數(shù)類型為int，輸入帳戶號。getAccountNumbe獲取帳戶號，返回類型為int，無參數(shù)。caculateBalance計算余額，返回類型為void，參數(shù)為double，第一個參數(shù)為輸入存取款數(shù)額，第二個參數(shù)為存款余額，既為輸入也為輸出。getBalance獲取帳戶余額，返回類型為double，無參數(shù)。73許多銀行儲戶組成了儲戶庫。ATM系統(tǒng)包含了許多ATM機。銀行儲戶及ATM機兩個類包含哪些屬性，哪些操作，它們的可見性及操作的返回類型、參數(shù)個數(shù)、參數(shù)類型從類圖上都一目了然。更多的屬性及操作都可以一一加上，使這個類圖更詳細更完整，從而使參與項目的每個成員都能無歧義的明了整個設(shè)計的類的結(jié)構(gòu)。74比如帳戶類型我們可以先定義一個abstractclass，它包含一個帳戶最基本的屬性及操作。而有些操作先定義為abstract，如余額的計算。然后再繼承這個abstractclass，我們可以有savingaccount和checkingaccount等等。不同的帳戶有不同的余額計算方法，我們可以加上具體的算法。通過類圖不僅可以使設(shè)計者明確的表達自己的設(shè)計意圖，也能幫組自己整理思路，充實及優(yōu)化自己的設(shè)計。

75銀行賬戶庫銀行儲戶庫銀行ATM系統(tǒng)賬戶-賬戶類型：char-賬戶號：string-賬戶余額：double+SetType(type

：char)+GetType()：char+setAccountNumbe(num:string)+getAccountNumbe():string-caculateBalance(存款:double,余額：double)+getBalance():double銀行儲戶-儲戶姓名：char-儲戶ID：string-儲戶密碼+存款()+取款()+其他服務(wù)()ATM機-ATM機ID：int+收錢()+吐錢()+其他服務(wù)()11