2019-01-15 09:52:33

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OO(Object Oriented,面向对象)是当前计算机界关心的重点,它是90年代软件开发方法主流。面向对象的概念和应用已超越了程序设计和软件开发,扩展到很宽的范围。如数据库系统、交互式界面、应用结构、应用平台、分布式系统、网络管理结构、CAD技术、人工智能等领域。

基本信息

  • 中文名

    面向对象

  • 外文名

    Object–Oriented

折叠 编辑本段 简介

OO(Object–Oriented )面向对象

OO方法(Object-Oriented Method,面向对象方法,面向对象的方法)是一种把面向对象的思想应用于软件开发过程中,指导开发活动的系统方法,简称OO (Object-Oriented)方法,是建立在"对象"概念基础上的方法学。对象是由数据和容许的操作组成的封装体,与客观实体有直接对应关系,一个对象类定义了具有相似性质的一组对象。而类的继承性是对具有层次关系的类的属性和操作进行共享的一种方式。所谓面向对象就是基于对象概念,以对象为中心,以类和继承为构造机制,来认识、理解、刻画客观世界和设计、构建相应的软件系统。

折叠 编辑本段 详细释义

概述

面向对象方法作为一种新型的独具优越性的新方法正引起全世界越来越广泛Object OrientedObject Oriented的关注和高度的重视,它被誉为"研究高技术的好方法",更是当前计算机界关心的重点。十多年来,在对OO方法如火如荼的研究热潮中,许多专家和学者预言:正象70年代结构化方法对计算机技术应用所产生的巨大影响和促进那样,90年代OO方法会强烈地影响、推动和促进一系列高技术的发展和多学科的综合。

面向对象方法的由来与发展

回顾历史可激励现在,以规划将来。

OO方法起源于面向对象的编程语言(简称为OOPL)。50年代后期,在用FORTRAN语言编写大型程序时,常出现变量名在程序不同部分发生冲突的问题。鉴于此,ALGOL语言的设计者在ALGOL60中采用了以"Begin……End"为标识的程序块,使块内变量名是局部的,以避免它们与程序中块外的同名变量相冲突。这是编程语言中首次提供封装(保护)的尝试。此后程序块结构广泛用于高Object OrientedObject Oriented级语言如Pascal、Ada、C之中。

60年代中后期,Simula语言在ALGOL基础上研制开发,它将ALGOL的块结构概念向前发展一步,提出了对象的概念,并使用了类,也支持类继承。70年代,Smalltalk语言诞生,它取Simula的类为核心概念,它的很多内容借鉴于Lisp语言。由Xerox公司经过对Smautalk72、76持续不断的研究和改进之后,于1980年推出商品化的,它在系统设计中强调对象概念的统一,引入对象、对象类、方法、实例等概念和术语,采用动态联编和单继承机制。

从80年代起,人们基于以往巳提出的有关信息隐蔽抽象数据类型等概念,以及由Modula2、Ada和Smalltalk和等语言所奠定的基础,再加上客观需求的推动,进行了大量的理论研究和实践探索,不同类型的面向对象语言(如:Object-c、Eiffel、c++、Java、Object-Pascal等)逐步地发展和建立起较完整的和雨后春笋般研制开发出来,OO方法的概念理论体系和实用的软件系统。Object OrientedObject Oriented面向对象源出于Simula,真正的OOP由Smalltalk奠基。Smalltalk现在被认为是最纯的OOPL。

正是通过Smalltalk80的研制与推广应用,使人们注意到OO方法所具有的模块化、信息封装与隐蔽、抽象性、继承性、多样性等独特之处,这些优异特性为研制大型软件、提高软件可靠性、可重用性、可扩充性和可维护性提供了有效的手段和途径。分解和模块化可以通过在不同组件设定不同的功能,把一个问题分解成多个小的独立、互相作用的组件,来处理复杂、巨型的软件。

80年代以来,人们将面向对象的基本概念和运行机制运用到其它领域,获得了一系列相应领域的面向对象的技术。面向对象方法已被广泛应用于程序设计语言、形式定义、设计方法学、操作系统、分布式系统、人工智能、实时系统、数据库、人机接口、计算机体系结构以及并发工程、综合集成工程等,在许多领域的应用都得到了很大的发展。1986年在美国举行了首届"面向对象编程、系统、语言和应用Object OrientedObject Oriented(OOPSLA'86)"国际会议,使面向对象受到世人瞩目,其后每年都举行一次,这进一步标志OO方法的研究已普及到全世界。

面向对象的基本概念与特征

用计算机解决问题需要用程序设计语言对问题求解加以描述(即编程),实质上,软件是问题求解的一种表述形式。显然,假如软件能直接表现人求解问题的思维路径(即求解问题的方法),那么软件不仅容易被人理解,而且易于维护和修改,从而会保证软件的可靠性和可维护性,并能提高公共问题域中的软件模块和模块重用的可靠性。面向对象的机能念和机制恰好可以使得按照人们通常的思维方Object OrientedObject Oriented式来建立问题域的模型,设计出尽可能自然地表现求解方法的软件。

面向对象的基本概念

对象:对象是要研究的任何事物。从一本书到一家图书馆,单的整数到整数列庞大的数据库、极其复杂的自动化工厂、航天飞机都可看作对象,它不仅能表示有形的实体,也能表示无形的(抽象的)规则、计划或事件。对象由数据(描述事物的属性)和作用于数据的操作(体现事物的行为)构成一独立整体。从程序设计者来看,对象是一个程序模块,从用户来看,对象为他们提供所希望的行为。在对内的操作通常称为方法。

类:类是对象的模板。即类是对一组有相同数据和相同操作的对象的定义,一个类所Object OrientedObject Oriented包含的方法和数据描述一组对象的共同属性和行为。类是在对象之上的抽象,对象则是类的具体化,是类的实例。类可有其子类,也可有其它类,形成类层次结构。

消息:消息是对象之间进行通信的一种规格说明。一般它由三部分组成:接收消息的对象、消息名及实际变元。

面向对象主要特征:

封装性:封装是一种信息隐蔽技术,它体现于类的说明,使数据更安全.是对象的重要特性。封装使数据和加工该数据的方法(函数)封装为一个整体,以实现独立性很强的模块,使得用户只能见到对象的外特性(对象能接受哪些消息,具有那些处理能力),而对象的内特性(保存内部状态的私有数据和实现加工能力的算法)对用户是隐蔽的。封装的目的在于把对象的设计者和对象者的使用分开,使用者Object OrientedObject Oriented不必知晓行为实现的细节,只须用设计者提供的消息来访问该对象。

继承性:继承性是子类自动共享父类之间数据和方法的机制。它由类的派生功能体现。一个类直接继承其它类的全部描述,同时可修改和扩充。

继承具有传递性和单根性.如果B类继承了A类,而C类又继承了B类,则可以说,C类在继承了B类的同时,也继承了A类,C类中的对象,可以实现A类中的方法.一个类,只能够同时继承另外一个类,而不能同时继承多个类,通常所说的多继承是指一个类在继承其父类的同时,实现其他接口.类的对象是各自封闭的,如果没继承性机制,则类对象中数据、方法就会出现大量重复。继承支持系统的可重用性,从而达到减少代码量的作用,而且还促进系统的可扩充性。

多态性:对象根据所接收的消息而做出动作。同一消息为不同的对象接受时可产生完全不同的行动,这种现象称为多态性。利用多态性用户可发送一个通用的信息,而将所有的实现细节都留给接受消息的对象自行决定,如是,同一消息即可调用不同的方法。例如:Print消息被发送给一图或表时Object OrientedObject Oriented调用的打印方法与将同样的Print消息发送给一正文文件而调用的打印方法会完全不同。多态性的实现受到继承性的支持,利用类继承的层次关系,把具有通用功能的协议存放在类层次中尽可能高的地方,而将实现这一功能的不同方法置于较低层次,这样,在这些低层次上生成的对象就能给通用消息以不同的响应。在OOPL中可通过在派生类中重定义基类函数(定义为重载函数虚函数)来实现多态性。

综上可知,在OO方法中,对象和传递消息分别表现事物及事物间相互联系的概念。类和继承是是适应人们一般思维方式的描述范式。方法是允许作用于该类对象上的各种操作。这种对象、类、消息和方法的程序设计范式的基本点在于对象的封装性和类的继承性。通过封装能将对象的定义和对象的实现分开,通过继承能体现类与类之间的关系,以及由此带来的动态联编和实体的多态性,从而构成了面向对象的基本特征。

面向对象的要素

(1)抽象。

抽象是指强调实体的本质、内在的属性。在系统开发中,抽象指的是在决定如何实现对象之前的对象的意义和行为。使用抽象可以尽可能避免过早考虑一些细节。

类实现了对象的数据(即状态)和行为的抽象。

(2)封装性(信息隐藏)。

封装性是保证软件部件具有优良的模块性的基础。

面向对象的类是封装良好的模块,类定义将其说明(用户可见的外部接口)与实现(用户不可见的内部实现)显式地分开,其内部实现按其具体定义的作用域提供保护。

对象是封装的最基本单位。封装防止了程序相互依赖性而带来的变动影响。面向对象的封装比传统语言的封装更为清晰、更为有力。

(3)共享性

面向对象技术在不同级别上促进了共享

同一类中的共享。同一类中的对象有着相同数据结构。这些对象之间是结构、行为特征的共享关系。

在同一应用中共享。在同一应用的类层次结构中,存在继承关系的各相似子类中,存在数据结构和行为的继承,使各相似子类共享共同的结构和行为。使用继承来实现代码的共享,这也是面向对象的主要优点之一。

在不同应用中共享。面向对象不仅允许在同一应用中共享信息,而且为未来目标的可重用设计准备了条件。通过类库这种机制和结构来实现不同应用中的信息共享。

面向对象的新方法论、新范型、新技术

OO方法的作用和意义决不只局限于编程技术,它是一种新的程序设计范型--面向对象程序设计范型;是信息系统开发的新方法论--面向对象方法学;是正在兴起的新技术--面向对象技术Object OrientedObject Oriented面向对象程序设计范型:程序设计范型(以下简称程设范型)具体指的是程序设计的体裁,正如文学上有小说、诗歌、散文等体裁,程序设计体裁是用程序设计语言表达各种概念和各种结构的一套设施。

目前,程设范型分为:过程式程设范型、函数式程设范型,此外还有进程式程设范型、事件程设范型和类型系统程设范型。每一程设范型都有多种程序设计语言支持(如:FORTRAN、PASCAL、C均体现过程式程设范型,用来进行面向过程的程序设计),而某些语言兼备多种范型(如:Lisp属过程与函数混合范型,C++则是进程与面向对象混合范型的语言)。

过程式程设范型是流行最广泛的程序设计范型(人们平常所使用的程序设计语言大多属于此类型一笔勾销它们为面向过程的语言),这一程设范型的中心点是设计过程,所以程序设计时首先要决定的是问题解所需要的过程,然后设计过程的算法。这类范型的语言必须提供设施给过程(函数)传送变元和返回的值,如何区分不同种类的过程(函数)、如何传送变元是这类程序设计中关心的主要问题。Object OrientedObject Oriented面向对象程设范型是在以上范型之上发展起来的,它的关键在于加入了类及其继承性,用类表示通用特性,子类继承父类的特性,并可加入新的特性。对象以类为样板被创建。所以在面向对象程设范中,首要的任务是决定所需要的类,每个类应设置足够的操作,并利用继承机制里二地共享共同的特性。

简而言之,面向对象程设范型具有其它范型所缺乏或不具备的特点,极富生命力,能够适应复杂的大型的软件开发。可以肯定地说,这种新的程设范型必将有力地推动软件开发的新的进展。限于篇幅,其它程设范型在此不作细述。

面向对象方法学:OO方法遵循一般的认知方法学的基本概念(即有关演绎--从一般到特殊和归纳--从特殊到一般的完整理论和方法体系)而建立面向对象方法等基础。面向对象方法学要点之一:认为客观世界是由各种"对象"所组成的,任何事物都是对象,每一个对象都有自己的运动规律和内部状态,每一个对象都属于某个对象"类",都是该对象类的一个元素。复杂的对象可以是由相对比较简单的各种对象以某种方式而构成的。不同对象的组合及相互作用就构成了我们要研究、分析和构造的客观系统。面向对象方法学要点之二:是通过类比,发现对象间的相似性,即对象间的共同属性,这就是Object OrientedObject Oriented构成对象类的依据。在?quot;类"、"父类"、"子类"的概念构成对象类的层次关系时,若不加特殊说明,则处在下一层次上的对象可自然地继承位于上一层次上的对象的属性。面向对象方法学要点之三:认为对已分成类的各个对象,可以通过定义一组"方法"来说明该对象的功能,即允许作用于该对象上的各种操作。对象间的相互联系是通过传递"消息"来完成的,消息就是通知对象去完成一个允许作用于该对象的操作,至于该对象将如何完成这个操作的细节,则是封装在相应的对象类的定义中的,细节对于外界是隐蔽的。

可见,OO方法具有很强的类的概念,因此它就能很自然地直观地模拟人类认识客观世界的方式,亦即模拟人类在认知进程中的由一般到特殊的演绎功能或由特殊到一般的归纳功能,类的概念既反映出对象对象的本质属性,又提供了实现对象共享机制的理论根据。Object OrientedObject Oriented当我们遵照面向对象方法学的思想进行软件系统开发时,首先要行面向对象的分析(OOA――Object Oriented Analysis),其任务是了解问题域所涉及的对象、对象间的关系和作用(即操作),然后构造问题的对象模型,力争该模型能真实地反映出所要解决的"实质问题"。在这一过程中,抽象是最本质、最重要的方法。针对不同的问题性质选择不同的抽象层次,过简或过繁都会影响到对问题的本质属性的了解和解决。

其次就是进行面向对象的设计(OOD――Object Oriented Design),即设计软件的对象模型。根据所应用的面向对象软件开发环境的功能强弱不等,在对问题的对象模型的分析基础上,可能要对它进行一定的改造,但应以最少改变原问题域的对象模型为原则。然后就在软件系统内设设计各个对象、对象间的关系(如层次关系、继承关系等)、对象间的通信方式(如消息模式)等,总之是设计各个对?quot;应做些什么"。

最后阶段是面向对象的实现(OOI-- Object Oriented Implementation),即指软件功能的编码实现,它包括:每个对象的内部功能的实现;确立对象哪一些处理能力应在哪些类中进行描述;确定并实现系统的界面、输出的形式及其它控制机理等,总之是实现在OOD阶段所规定的各个对象所应完成的任务。

用OO方法进行面向对象程序设计,其基本步骤如下:

(1) 分析确定在问题空间和解空间出现的全部对象及其属性;Object OrientedObject Oriented(2) 确定应施加于每个对象的操作,即对象固有的处理能力;

(3) 分析对象间的联系,确定对象彼此间传递的消息;

(4) 设计对象的消息模式,消息模式和处理能力共同构成对象的外部特性;

(5) 分析各个对象的外部特性,将具有相同外部特性的对象归为一类,从而确定所需要的类;

(6) 确定类间的继承关系,将各对象的公共性质放在较上层的类中描述,通过继承来共享对公共性质的描述;

(7) 设计每个类关于对象外部特性的描述;

(8) 设计每个类的内部实现(数据结构和方法);

(9) 创建所需的对象(类的实例),实现对象间应有的联系(发消息)。

面向对象技术:技术"泛指根据生产实践经验和自然科学原理

而发展起来的各种工艺操作方法与技能";"广义地讲,还包括相应的生产工具和其它物质设备,以及生产的工艺过程或作业程序、方法"。OO方法既是程序设计新范型、系统开发的新方法学,作为一门新技术它就有了基本的依据,事实上,OO方法可支持种类不同的系统开发地,已经或正在许多方面得以应用,因此,可以说OO方法是一门新的技术――面向对象技术

近十多年来,除了面向对象的程序设计以外,OO方法已发展应用到整个信息系统领域和一些新兴的工业领域,包括:用户界面(特别是图形用户界面――GUI)、应用集成平台、面向对象数据库(OODB)、分布式系统、网络管理结构、人工智能领域以及并发工程、综合集成工程等。人工智能是和计算机密切相关的新领域,在很多方面已经采用面向对象技术,如知识的表示,专家系统的建造、用户界面等。人工智能的软件通常规模较大,用面向对象技术有可能更好地设计并维护这类程序。Object OrientedObject Oriented80年代后期形成的并发工程,其概念要点是在产品开发初期(即方案设计阶段)就把结构、工艺、加工、装配、测试、使用、市场等问题同期并行地启动运行,其实现必须有两个基本条件:一是专家群体,二是共享并管理产品信息(将CAD、CAE、CIN紧密结合在一起)。显然,这需要面向对象技术的支持。目前,一些公司采用并发工程组织产品的开发,已取得显著效益:波音公司用以开发巨型777运输机,比开发767节省了一年半时间;日本把并发工程用于新型号的汽车生产,和美国相比只用一半的时间。产业界认为它们念后的生存要依靠并发工程,而面向对象技术是促进并发工程发展的重要支持。

综合集成工程是开发大型开放式复杂统的新的工程概念,和并发工程相似,专家群体的组织和共享信息,是支持这一新工程概念的两大支柱。由于开放式大系统包含人的智能活动,建立数学模型非常困难,而OO方法能够比较自然地刻划现实世界,容易达到问题空间和程序空间的一致,能够在多种层次上支持复杂系统层次模型的建立,是研究综合集成工程的重要工具。

面向对象技术对于并发工程和综合集成工程的作用,一方面说明了这一新技术应用范围的宽广,同时也说明了它的重要影响,更证明了面向对象技术是一门新兴的值得广泛重视的技术。

综上所述,可归纳出OO方法用于系统开发有如下优越性:

(1) 强调从现实世界中客观存在的事物(对象)出发来认识问

题域和构造系统,这就使系统开发者大大减少了对问题域的理解难度,从而使系统能更准确地反映问题域。

(2) 运用人类日常的思维方法和原则(体现于OO方法的抽

象、分类、继承、封装、消息通讯等基本原则)进行系统开发,有益于发挥人类的思维能力,并有效地控制了系 统复杂性。

(3) 对象的概念贯穿于开发过程的终,使各个开发阶段的系统

成分具良好的对应,从而显著地提高了系统的开发效率与质量,并大大降低系统维护的难度。

(4) 对象概念的一致性,使参与系统开发的各类人员在开发的各所段具有共同语言,有效地改善了人员之间的 交流和协作。

(5) 对象的相对稳定性和对易变因素隔离,增强了系统的应变能力。

(6) 对象类之间的继承关系和对象的相对独立性,对软件复用提供了强有力的支持。

折叠 编辑本段 对象设计

面向对象设计是把分析阶段得到的需求转变成符合成本和质量要求的、抽象的系统实现方案的过程。从面向对象分析到面向对象设计,是一个逐渐扩充模型的过程。

瀑布模型把设计进一步划分成概要设计详细设计两个阶段,类似地,也可以把面向对象设计再细分为系统设计和对象设计。系统设计确定实现系统的策略和目标系统的高层结构。对象设计确定解空间中的类、关联、接口形式及实现操作的算法。

(一)面向对象设计的准则

1.模块化

面向对象开发方法很自然地支持了把系统分解成模块的设计原则:对象就是模块。它是把数据结构和操作这些数据的方法紧密地结合在一起所构成的模块。

2.抽象

面向对象方法不仅支持过程抽象,而且支持数据抽象。

3.信息隐藏

在面向对象方法中,信息隐藏通过对象的封装性来实现。

4.低耦合

在面向对象方法中,对象是最基本的模块,因此,耦合主要指不同对象之间相互关联的紧密程度。低耦合是设计的一个重要标准,因为这有助于使得系统中某一部分的变化对其它部分的影响降到最低程度。

5.高内聚

(1)操作内聚。

(2)类内聚。

(3)一般--具体内聚。

(二)面向对象设计的启发规则

1.设计结果应该清晰易懂

使设计结果清晰、易懂、易读是提高软件可维护性和可重用性的重要措施。显然,人们不会重用那些他们不理解的设计。

要做到:

(1)用词一致。

(2)使用已有的协议。

(3)减少消息模式的数量。

(4)避免模糊的定义。

2.一般--具体结构的深度应适当

3.设计简单类

应该尽量设计小而简单的类,这样便以开发和管理。为了保持简单,应注意以下几点:

(1)避免包含过多的属性。

(2)有明确的定义。

(3)尽量简化对象之间的合作关系。

(4)不要提供太多的操作。

4.使用简单的协议

一般来说,消息中参数不要超过3个。

5.使用简单的操作

面向对象设计出来的类中的操作通常都很小,一般只有3至5行源程序语句,可以用仅含一个动词和一个宾语的简单句子描述它的功能。

6.把设计变动减至最小

通常,设计的质量越高,设计结果保持不变的时间也越长。即使出现必须修改设计的情况,也应该使修改的范围尽可能小。

(三)系统设计

系统设计是问题求解及建立解答的高级策略。必须制定解决问题的基本方法,系统的高层结构形式包括子系统的分解、它的固有并发性、子系统分配给硬软件、数据存储管理、资源协调、软件控制实现、人机交互接口。

1.系统设计概述

设计阶段先从高层入手,然后细化。系统设计要决定整个结构及风格,这种结构为后面设计阶段的更详细策略的设计提供了基础。

(1)系统分解。

系统中主要的组成部分称为子系统,子系统既不是一个对象也不是一个功能,而是类、关联、操作、事件和约束的集合。

(2)确定并发性。

分析模型、现实世界及硬件中不少对象均是并发的。

(3)处理器及任务分配。

各并发子系统必须分配给单个硬件单元,要么是一个一般的处理器,要么是一个具体的功能单元。

(4)数据存储管理。

系统中的内部数据和外部数据的存储管理是一项重要的任务。通常各数据存储可以将数据结构、文件、数据库组合在一起,不同数据存储要在费用、访问时间、容量及可靠性之间做出折衷考虑。

(5)全局资源的处理。

必须确定全局资源,并且制定访问全局资源的策略。

(6)选择软件控制机制。

分析模型中所有交互行为都表示为对象之间的事件。系统设计必须从多种方法中选择某种方法来实现软件的控制。

(7)人机交互接口设计。

设计中的大部分工作都与稳定的状态行为有关,但必须考虑用户使用系统的交互接口。

2.系统结构的一般框架

3.系统分解--建立系统的体系结构

可用的软件库以及程序员的编程经验。

通过面向对象分析得到的问题域精确模型,为设计体系结构奠定了良好的基础,建立了完整的框架。

4.选择软件控制机制

软件系统中存在两种控制流,外部控制流和内部控制流。

5.数据存储管理

数据存储管理是系统存储或检索对象的基本设施,它建立在某种数据存储管理系统之上,并且隔离了数据存储管理模式的影响。

6.设计人机交互接口

在面向对象分析过程中,已经对用户界面需求作了初步分析,在面向对象设计过程中,则应该对系统的人机交互接口进行详细设计,以确定人机交互的细节,其中包括指定窗口和报表的形式、设计命令层次等项内容。

(四)对象设计

1.对象设计概述

2.三种模型的结合

(1)获得操作。

(2)确定操作的目标对象。

3.算法设计

4.优化设计

5.控制的实现

6.调整继承

7.关联的设计

折叠 编辑本段 对象实现

(一)程序设计语言

1.选择面向对象语言

采用面向对象方法开发软件的基本目的和主要优点是通过重用提高软件的生产率。因此,应该优先选用能够最完善、最准确地表达问题域语义的面向对象语言。

在选择编程语言时,应该考虑的其他因素还有:对用户学习面向对象分析、设计和编码技术所能提供的培训操作;在使用这个面向对象语言期间能提供的技术支持;能提供给开发人员使用的开发工具、开发平台,对机器性能和内存的需求,集成已有软件的容易程度。

2.程序设计风格

(1)提高重用性。

(2)提高可扩充性。

(3)提高健壮性

(二)类的实现

在开发过程中,类的实现是核心问题。在用面向对象风格所写的系统中,所有的数据都被封装在类的实例中。而整个程序则被封装在一个更高级的类中。在使用既存部件的面向对象系统中,可以只花费少量时间和工作量来实现软件。只要增加类的实例,开发少量的新类和实现各个对象之间互相通信的操作,就能建立需要的软件。

一种方案是先开发一个比较小、比较简单的来,作为开发比较大、比较复杂的类的基础。

(1)"原封不动"重用。

(2)进化性重用。

一个能够完全符合要求特性的类可能并不存在。

(3)"废弃性"开发。

不用任何重用来开发一个新类。

(4)错误处理。

一个类应是自主的,有责任定位和报告错误。

(三)应用系统的实现

应用系统的实现是在所有的类都被实现之后的事。实现一个系统是一个比用过程性方法更简单、更简短的过程。有些实例将在其他类的初始化过程中使用。而其余的则必须用某种主过程显式地加以说明,或者当作系统最高层的类的表示的一部分。

在C++和C中有一个main( )函数,可以使用这个过程来说明构成系统主要对象的那些类的实例。

(四)面向对象测试

(1)算法层。

(2)类层。

测试封装在同一个类中的所有方法和属性之间的相互作用。

(3)模板层。

测试一组协同工作的类之间的相互作用。

(4)系统层。

把各个子系统组装成完整的面向对象软件系统,在组装过程中同时进行测试。

折叠 编辑本段 方法

折叠 OOA方法

面向对象的分析方法(OOA),是在一个系统的开发过程中进行了系统业务调查以后,按照面向对象的思想来分析问题。OOA与结构化分析有较大的区别。OOA所强调的是在系统调查资料的基础上,针对OO方法所需要的素材进行的归类分析和整理,而不是对管理业务现状和方法的分析。

(一)处理复杂问题的原则

用OOA方法对所调查结果进行分析处理时,一般依据以下几项原则:

抽象(abstraction)是指为了某一分析目的而集中精力研究对象的某一性质,它可以忽略其它与此目的无关的部分。在使用这一概念时,我们承认客观世界的复杂性,也知道事物包括有多个细节,但此时并不打算去完整地考虑它。抽象是我们科学地研究和处理复杂问题的重要方法。抽象机制被用在数据分析方面,称之为数据抽象。数据抽象是OOA的核心。数据抽象把一组数据对象以及作用其上的操作组成一个程序实体。使得外部只知道它是如何做和如何表示的。在应用数据抽象原理时,系统分析人员必须确定对象的属性以及处理这些属性的方法,并借助于方法获得属性。在OOA中属性和方法被认为是不可分割的整体。抽象机制有时也被用在对过程的分解方面,被称之为过程抽象。恰当的过程抽象可以对复杂过程的分解和确定以及描述对象发挥积极的作用。

封装(encapsulation)即信息隐蔽。它是指在确定系统的某一部分内容时,应考虑到其它部分的信息及联系都在这一部分的内部进行,外部各部分之间的信息联系应尽可能的少。

继承(inheritance)是指能直接获得已有的性质和特征而不必重复定义它们。OOA可以一次性地指定对象的公共属性和方法,然后再特化和扩展这些属性及方法为特殊情况,这样可大大地减轻在系统实现过程中的重复劳动。在共有属性的基础之上,继承者也可以定义自己独有的特性。

相关(association)是指把某一时刻或相同环境下发生的事物联系在一起。

消息通信(communication with message)是指在对象之间互相传递信息的通信方式。

组织方法。在分析和认识世界时,可综合采用如下三种组织方法(method Of organization):

1。特定对象与其属性之间的区别。

2。整体对象与相应组成部分对象之间的区别。

3。不同对象类的构成及其区别等。

比例(scale)是一种运用整体与部分原则,辅助处理复杂问题的方法。

行为范畴(categories Of behavior)是针对被分析对象而言的,它们主要包括:1。基于直接原因的行为。2。时变性行为。3。功能查询性行为。

(二)OOA方法的基本步骤

在用OOA具体地分析一个事物时,大致上遵循如下五个基本步骤:

第一步,确定对象和类。这里所说的对象是对数据及其处理方式的抽象,它反映了系统保存和处理现实世界中某些事物的信息的能力。类是多个对象的共同属性和方法集合的描述,它包括如何在一个类中建立一个新对象的描述。

第二步,确定结构(structure)。结构是指问题域的复杂性和连接关系。类成员结构反映了泛化-特化关系,整体-部分结构反映整体和局部之间的关系。

第三步,确定主题(subject)。主题是指事物的总体概貌和总体分析模型。

第四步,确定属性(attribute)。属性就是数据元素,可用来描述对象或分类结构的实例,可在图中给出,并在对象的存储中指定。

第五步,确定方法(method)。方法是在收到消息后必须进行的一些处理方法:方法要在图中定义,并在对象的存储中指定。对于每个对象和结构来说,那些用来增加、修改、删除和选择一个方法本身都是隐含的(虽然它们是要在对象的存储中定义的,但并不在图上给出),而有些则是显示的。

折叠 OOD方法

面向对象的设计方法(OOD)是OO方法中一个中间过渡环节。其主要作用是对OOA分析的结果作进一步的规范化整理,以便能够被OOP直接接受。在OOD的设计过程中,要展开的主要有如下几项工作。

(一)对象定义规格的求精过程

对于OOA所抽象出来的对象-&-类以及汇集的分析文档,OOD需要有一个根据设计要求整理和求精的过程,使之更能符合OOP的需要。这个整理和求精过程主要有两个方面:一是要根据面向对象的概念模型整理分析所确定的对象结构、属性、方法等内容,改正错误的内容,删去不必要和重复的内容等。二是进行分类整理,以便于下一步数据库设计和程序处理模块设计的需要。整理的方法主要是进行归类,对类一&一对象、属性、方法和结构、主题进行归类。

(二)数据模型和数据库设计

数据模型的设计需要确定类-&-对象属性的内容、消息连接的方式、系统访问、数据模型的方法等。最后每个对象实例的数据都必须落实到面向对象的库结构模型中。

(三)优化

OOD的优化设计过程是从另一个角度对分析结果和处理业务过程的整理归纳,优化包括对象和结构的优化、抽象、集成。

对象和结构的模块化表示OOD提供了一种范式,这种范式支持对类和结构的模块化。这种模块符合一般模块化所要求的所有特点,如信息隐蔽性好,内部聚合度强和模块之间耦合度弱等。

集成化使得单个构件有机地结合在一起,相互支持。

折叠 Booch方法

Booch最先描述了面向对象的软件开发方法的基础问题,指出面向对象开发是一种根本不同于传统的功能分解的设计方法。面向对象的软件分解更接近人对客观事务的理解,而功能分解只通过问题空间的转换来获得。

折叠 Coad方法

Coad方法是1989年Coad和Yourdon提出的面向对象开发方法。该方法的主要优点是通过多年来大系统开发的经验与面向对象概念的有机结合,在对象、结构、属性和操作的认定方面,提出了一套系统的原则。该方法完成了从需求角度进一步进行类和类层次结构的认定。尽管Coad方法没有引入类和类层次结构的术语,但事实上已经在分类结构、属性、操作、消息关联等概念中体现了类和类层次结构的特征。

折叠 OMT方法

OMT方法是1991年由James Rumbaugh等5人提出来的,其经典著作为"面向对象的建模与设计"。

该方法是一种新兴的面向对象的开发方法,开发工作的基础是对真实世界的对象建模,然后围绕这些对象使用分析模型来进行独立于语言的设计,面向对象的建模和设计促进了对需求的理解,有利于开发得更清晰、更容易维护的软件系统。该方法为大多数应用领域的软件开发提供了一种实际的、高效的保证,努力寻求一种问题求解的实际方法。

折叠 UML语言

软件工程领域在1995年~1997年取得了前所未有的进展,其成果超过软件工程领域过去15年的成就总和,其中最重要的成果之一就是统一建模语言(UML)的出现。UML将是面向对象技术领域内占主导地位的标准建模语言

UML不仅统一了Booch方法、OMT方法、OOSE方法的表示方法,而且对其作了进一步的发展,最终统一为大众接受的标准建模语言。UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。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全过程。

折叠 编辑本段 对象分析

面向对象分析的目的是对客观世界的系统进行建模。本节以上面介绍的模型概念为基础,结合"银行网络系统"的具体实例来构造客观世界问题的准确、严密的分析模型。

分析模型有三种用途:用来明确问题需求;为用户和开发人员提供明确需求;为用户和开发人员提供一个协商的基础,作为后继的设计和实现的框架。

折叠 面向对象的分析

系统分析的第一步是:陈述需求。分析者必须同用户一块工作来提炼需求,因为这样才表示了用户的真实意图,其中涉及对需求的分析及查找丢失的信息。下面以"银行网络系统"为例,用面向对象方法进行开发。

银行网络系统问题陈述: 设计支持银行网络的软件,银行网络包括人工出纳站和分行共享的自动出纳机。每个分理处用分理处计算机来保存各自的帐户,处理??通信,出纳站录入帐户和事务数据;自动出纳机与分行计算机通信,分行计算机与拨款分理处结帐,自动出纳机与用户接口接受现金卡,与分行计算机通信完成事务,发放现金,打印收据;系统需要记录保管和安全措施;系统必须正确处理同一帐户的并发访问;每个分处理为自己的计算机准备软件,银行网络费用根据顾客和现金卡的数目分摊给各分理处。

折叠 建立对象模型

首先标识和关联,因为它们影响了整体结构和解决问题的方法,其次是增加属性,进一步描述类和关联的基本网络,使用继承合并和组织类,最后操作增加到类中去作为构造动态模型功能模型的副产品。

1.确定类

构造对象模型的第一步是标出来自问题域的相关的对象类,对象包括物理实体和概念。所有类在应用中都必须有意义,在问题陈述中,并非所有类都是明显给出的。有些是隐含在问题域或一般知识中的。

查找问题陈述中的所有名词,产生如下的暂定类。

软件 银行网络 出纳员 自动出纳机 分行

分处理 分处理计算机 帐户 事务 出纳站

事务数据 分行计算机 现金卡 用户 现金

收据 系统 顾客 费用 帐户数据

访问 安全措施 记录保管

根据下列标准,去掉不必要的类和不正确的类。

(1)冗余类:若两个类表述了同一个信息 ,保留最富有描述能力的类。如"用户"和"顾客"就是重复的描述,因为"顾客"最富有描述性,因此保留它。

(2) 不相干的类:除掉与问题没有关系或根本无关的类。例如,摊派费用超出了银行网络的范围。

(3) 模糊类:类必须是确定的,有些暂定类边界定义模糊或范围太广,如"记录保管"就模糊类,它是"事务"中的一部分。

(4) 属性:某些名词描述的是其他对象的属性,则从暂定类中删除。如果某一性质的独立性很重要,就应该把他归属到类,而不把它作为属性。

(5) 操作:如果问题陈述中的名词有动作含义,则描述的操作就不是类。但是具有自身性质而且需要独立存在的操作应该描述成类。如我们只构造电话模型,"拨号"就是动态模型的一部分而不是类,但在电话拨号系统中,"拨号"是一个重要的类,它日期、时间、受话地点等属性。

在银行网络系统中,模糊类是"系统"、"安全措施"、"记录保管"、"银行网络"等。属于属性的有:"帐户数据"、"收据"、"现金"、"事务数据"。属于实现的如:"访问"、"软件"等。这些均应除去。

2.准备数据字典

为所有建模实体准备一个数据字典。准确描述各个类的精确含义,描述当前问题中的类的范围,包括对类的成员、用法方面的假设或限制。

3.确定关联

两个或多个类之间的相互依赖就是关联。一种依赖表示一种关联,可用各种方式来实现关联,但在分析模型中应删除实现的考虑,以便设计时更为灵活。关联常用描述性动词或动词词组来表示,其中有物理位置的表示、传导的动作、通信、所有者关系、条件的满足等。从问题陈述中抽取所有可能的关联表述,把它们记下来,但不要过早去细化这些表述。

下面是银行网络系统中所有可能的关联,大多数是直接抽取问题中的动词词组而得到的。在陈述中,有些动词词组表述的关联是不明显的。最后,还有一些关联与客观世界或人的假设有关,必须同用户一起核实这种关联,因为这种关联在问题陈述中找不到。

银行网络问题陈述中的关联:

·银行网络包括出纳站和自动出纳机;

·分行共享自动出纳机;

·分理处提供分理处计算机;

·分理处计算机保存帐户;

·分理处计算机处理帐户支付事务;

·分理处拥有出纳站;

·出纳站与分理处计算机通信;

·出纳员为帐户录入事务;

·自动出纳机接受现金卡;

·自动出纳机与用户接口;

·自动出纳机发放现金;

·自动出纳机打印收据;

·系统处理并发访问;

·分理处提供软件;

·费用分摊给分理处。

隐含的动词词组:

·分行由分理处组成;

·分理处拥有帐户;

·分行拥有分行计算机;

·系统提供记录保管;

·系统提供安全;

·顾客有现金卡。

基于问题域知识的关联:

·分理处雇佣出纳员;

·现金卡访问帐户。

使用下列标准去掉不必要和不正确的关联:

(1) 若某个类已被删除,那么与它有关的关联也必须删除或者用其它类来重新表述。在例中,我们删除了"银行网络",相关的关联也要删除。

(2) 不相干的关联或实现阶段的关联:删除所有问题域之外的关联或涉及实现结构中的关联。如"系统处理并发访问"就是一种实现的概念。

(3) 动作:关联应该描述应用域的结构性质而不是瞬时事件,因此应删除"自动出纳机接受现金卡","自动出纳机与用户接口"等。

(4) 派生关联:省略那些可以用其他关联来定义的关联。因为这种关联是冗余的。银行网络系统的初步对象图其中含有关联。

4.确定属性

属性是个体对象?词常常表示具体的可枚举的属性值,属性不可能在问题陈述中完全表述出来,必须借助于应用域的知识及对客观世界的知识才可以找到它们。只考虑与具体应用直接相关的属性,不要考虑那些超出问题范围的属性。首先找出重要属性,避免那些只用于实现的属性,要为各个属性取有意义的名字。按下列标准删除不必要的和不正确的属性:

(1) 对象:若实体的独立存在比它的值重要,那么这个实体不是属性而是对象。如在邮政目录中,"城市"是一个属性,然而在人口普查中,"城市"则被看作是对象。在具体应用中,具有自身性质的实体一定是对象。

(2) 定词:若属性值取决于某种具体上下文,则可考虑把该属性重新表述为一个限定词。

(3) 名称:名称常常作为限定词而不是对象的属性,当名称不依赖于上下文关系时,名称即为一个对象属性,尤其是它不惟一时。

(4)标识符:在考虑对象模糊性时,引入对象标识符表示,在对象模型中不列出这些对象标识符,它是隐含在对象模型中,只列出存在于应用域的属性。

(5) 内部值:若属性描述了对外不透明的对象的内部状态,则应从对象模型中删除该属性。

(6) 细化:忽略那些不可能对大多数操作有影响的属性。

5.使用继承来细化类

使用继承来共享公共机构,以次来组织类,可以用两种方式来进行。

(1) 自底向上通过把现有类的共同性质一般化为父类,寻找具有相似的属性,关系或操作的类来发现继承。例如"远程事务"和"出纳事务"是类似的,可以一般化为"事务"。有些一般化结构常常是基于客观世界边界的现有分类,只要可能,尽量使用现有概念。对称性常有助于发现某些丢失的类。

(2) 自顶向下将现有的类细化为更具体的子类。具体化常常可以从应用域中明显看出来。应用域中各枚举字情况是最常见的具体化的来源。例如:菜单,可以有固定菜单,顶部菜单,弹出菜单,下拉菜单等,这就可以把菜单类具体细化为各种具体菜单的子类。当同一关联名出现多次且意义也相同时,应尽量具体化为相关联的类,例如"事务"从"出纳站"和"自动出纳机"进入,则"录入站"就是"出纳站"和"自动出纳站"的一般化。在类层次中,可以为具体的类分配属性和关联。各属性和都应分配给最一般的适合的类,有时也加上一些修正。

应用域中各枚举情况是最常见的具体化的来源。

6.完善对象模型

对象建模不可能一次就能保证模型是完全正确的,软件开发的整个过程就是一个不断完善的过程。模型的不同组成部分多半是在不同的阶段完成的,如果发现模型的缺陷,就必须返回到前期阶段去修改,有些细化工作是在动态模型功能模型完成之后才开始进行的。

(1) 几种可能丢失对象的情况及解决办法:

·同一类中存在毫无关系的属性和操作,则分解这个类,使各部分相互关联;

·一般化体系不清楚,则可能分离扮演两种角色的类

·存在无目标类的操作,则找出并加上失去目标的类;

·存在名称及目的相同的冗余关联,则通过一般化创建丢失的父类,把关联组织在一起。

(2) 查找多余的类。

类中缺少属性,操作和关联,则可删除这个类。

(3)查找丢失的关联。

丢失了操作的访问路径,则加入新的关联以回答查询。

(4) 网络系统的具体情况作如下的修改:

①现金卡有多个独立的特性。把它分解为两个对象:卡片权限和现金卡。

a.卡片权限:它是银行用来鉴别用户访问权限的卡片,表示一个或多个用户帐户的访问权限;各个卡片权限对象中可能具有好几个现金卡,每张都带有安全码,卡片码,它们附在现金卡上,表现银行的卡片权限。

b.现金卡:它是自动出纳机得到表示码的数据卡片,它也是银行代码和现金卡代码的数据载体。

②"事务"不能体现对帐户之间的传输描述的一般性,因它只涉及一个帐户,一般来说,在每个帐户中,一个"事务"包括一个或多个"更新",一个"更新"是对帐户的一个动作,它们是取款,存款,查询之一。一个"更新"中所有"更新"应该是一个原子操作

③"分理处"和"分离处理机"之间,"分行"和"分行处理机"之间的区别似乎并不影响分析,计算机的通信处理实际上是实现的概念,将"分理处计算机"并入到"分理处",将"分行计算机"并入到"分行"。

折叠 建立动态模型

1.准备脚本

动态分析从寻找事件开始,然后确定各对象的可能事件顺序。在分析阶段不考虑算法的执行,算法是实现模型的一部分。

2.确定事件

确定所有外部事件。事件包括所有来自或发往用户的信息、外部设备的信号、输入、转换和动作,可以发现正常事件,但不能遗漏条件和异常事件。

3.准备事件跟踪表

把脚本表示成一个事件跟踪表,即不同对象之间的事件排序表,对象为表中的列,给每个对象分配一个独立的列。

4.构造状态图

对各对象类建立状态图,反映对象接收和发送的事件,每个事件跟踪都对应于状态图中一条路径。

(四)建立功能建模

功能模型用来说明值是如何计算的,表明值之间的依赖关系及相关的功能,数据流图有助于表示功能依赖关系,其中的处理应于状态图的活动和动作,其中的数据流对应于对象图中的对象或属性。

1.确定输入值、输出值

先列出输入、输出值,输入、输出值是系统与外界之间的事件的参数。

2.建立数据流图

数据流图说明输出值是怎样从输入值得来的,数据流图通常按层次组织。

(五)确定操作

在建立对象模型时,确定了类、关联、结构和属性,还没有确定操作。只有建立了动态模型功能模型之后,才可能最后确定类的操作。

折叠 编辑本段 应用

当前,在研究OO方法的热潮中,有如下主要研究领域:

(1) 智能计算机的研究。因为OO方法可将知识片看作对象,并为相关知识的模块化提供方便,所以在知识工程领域越来越受到重视。OO方法的设计思想被引入到智能计算机的研究中。

(2) 新一代操作系统的研究。采用OO方法来组织设计新一代操作系统具有如下优点:采用对象来描述OS所需要设计、管理的各类资源信息,如文件、打印机、处理机、各类解设等更为自然;引入OO方法来处理OO的诸多事务,如命名、同步、保护、管理等,会更易实现、更便于维护;OO方法对于多机、并发控制可提供有力的支持,并能得当地管理网络,使其更丰富和协调。

(3) 多学科的综合研究。当前,人工智能、数据库、编程语言的研究有汇合趋势。例如,在研究新一代数据库系统(智能数据库系统)中,能否用人工智能思想与OO方法建立描述功能更强的数椐模型?能否将数据库语言和编程语言融为一体?为了实现多学科的综合,OO方法是一个很有希望的汇聚点。

(4) 新一代面向对象的硬件系统的研究。要支持采用OO方法设计的软件系统的运行,必须建立更理想的能支持OO方法的硬件环境。目前采用松耦合(分布主存)结构的多处理机系统更接近于OO方法的思想;作为最新出现的神经网络计算机的体系结构与OO方法的体系结构具有惊人的类似,并能相互支持与配合:一个神经元就是一个小粒度的对象;神经元的连接机制与OO方法的消息传送有着天然的联系;一次连接可以看作一次消息的发送。可以预料,将OO方法与神经网络研究相互结合,必然可以开发出功能更强、更迷人的新一代计算机硬件系统

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