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1、1 面向对象方法学概述 2 面向对象的概念 3 面向对象建模 4 对象模型 5 动态模型 6 功能模型,面向对象方法学,面向对象方法学的出发点和基本原则，是尽可能模拟人类习惯的思维方式，使开发软件的方法与过程尽可能接近人类认识世界解决问题的方法与过程，也就是使描述问题的问题空间(也称为问题域)与实现解法的解空间(也称为求解域)在结构上尽可能一致。,1、面向对象方法学概述,概括地说，面向对象方法具有下述4个要点： (1) 认为客观世界是由各种对象组成的，任何事物都是对象，复杂的对象可以由比较简单的对象以某种方式组合而成。按照这种观点，可以认为整个世界就是一个最复杂的对象。因此，面向对象的软件系统
2、是由对象组成的，软件中的任何元素都是对象，复杂的软件对象由比较简单的对象组合而成。 由此可见，面向对象方法用对象分解取代了传统方法的功能分解。,(2) 把所有对象都划分成各种对象类(简称为类，class)，每个对象类都定义了一组数据和一组方法。数据用于表示对象的静态属性，是对象的状态信息。因此，每当建立该对象类的一个新实例时，就按照类中对数据的定义为这个新对象生成一组专用的数据，以便描述该对象独特的属性值。 类中定义的方法，是允许施加于该类对象上的操作，是该类所有对象共享的，并不需要为每个对象都复制操作的代码。,(3) 按照子类(或称为派生类)与父类(或称为基类)的关系，把若干个对象类组成一个
3、层次结构的系统(也称为类等级)。在这种层次结构中，通常下层的派生类具有和上层的基类相同的特性(包括数据和方法)，这种现象称为继承(inheritance)。但是，如果在派生类中对某些特性又做了重新描述，则在派生类中的这些特性将以新描述为准，也就是说，低层的特性将屏蔽高层的同名特性。,(4) 对象彼此之间仅能通过传递消息互相联系。对象与传统的数据有本质区别，它不是被动地等待外界对它施加操作，相反，它是进行处理的主体，必须发消息请求它执行它的某个操作，处理它的私有数据，而不能从外界直接对它的私有数据进行操作。也就是说，一切局部于该对象的私有信息，都被封装在该对象类的定义中，就好像装在一个不透明的黑
4、盒子中一样，在外界是看不见的，更不能直接使用，这就是“封装性”。,1. 与人类习惯的思维方法一致 传统的程序设计技术是面向过程的设计方法，这种方法以算法为核心，把数据和过程作为相互独立的部分，数据代表问题空间中的客体，程序代码则用于处理这些数据。,面向对象方法学的优点,2. 稳定性好 传统的软件开发方法以算法为核心，开发过程基于功能分析和功能分解。用传统方法所建立起来的软件系统的结构紧密依赖于系统所要完成的功能，当功能需求发生变化时将引起软件结构的整体修改。事实上，用户需求变化大部分是针对功能的，因此，这样的软件系统是不稳定的。,3. 可重用性好 用已有的零部件装配新的产品，是典型的重用技术，
5、例如，可以用已有的预制件建筑一幢结构和外形都不同于从前的新大楼。重用是提高生产率的最主要的方法。,4. 较易开发大型软件产品 在开发大型软件产品时，组织开发人员的方法不恰当往往是出现问题的主要原因。用面向对象方法学开发软件时，构成软件系统的每个对象就像一个微型程序，有自己的数据、操作、功能和用途，因此，可以把一个大型软件产品分解成一系列本质上相互独立的小产品来处理，这就不仅降低了开发的技术难度，而且也使得对开发工作的管理变得容易多了。这就是为什么对于大型软件产品来说，面向对象范型优于结构化范型的原因之一。,5. 可维护性好 用传统方法和面向过程语言开发出来的软件很难维护，是长期困扰人们的一个严
6、重问题，是软件危机的突出表现。,在应用领域中有意义的、与所要解决的问题有关系的任何事物都可以作为对象，它既可以是具体的物理实体的抽象，也可以是人为的概念，或者是任何有明确边界和意义的东西。，对象是对问题域中某个实体的抽象，设立某个对象就反映了软件系统具有保存有关它的信息并且与它进行交互的能力。,2、 面向对象的概念 （1） 对象,由于客观世界中的实体通常都既具有静态的属性，又具有动态的行为，因此，面向对象方法学中的对象是由描述该对象属性的数据以及可以对这些数据施加的所有操作封装在一起构成的统一体。对象可以作的操作表示它的动态行为，在面向对象分析和面向对象设计中，通常把对象的操作称为服务或方法。
7、 1. 对象的形象表示 为有助于读者理解对象的概念，下图形象地描绘了具有3个操作的对象。,对象的形象表示,一个对象很像一台录音机。当在软件中使用一个对象的时候，只能通过对象与外界的界面来操作它。对象与外界的界面也就是该对象向公众开放的操作。使用对象向公众开放的操作就好像使用录音机的按键，只须知道该操作的名字(好像录音机的按键名)和所需要的参数(提供附加信息或设置状态，根本无须知道实现这些操作的方法。事实上，实现对象操作的代码和数据是隐藏在对象内部的，一个对象好像是一个黑盒子，表示它内部状态的数据和实现各个操作的代码及局部数据，都被封装在这个黑盒子内部，在外面是看不见的，更不能从外面去访问或修改
8、这些数据或代码。,（2）类(class) 现实世界中存在的客观事物有些是彼此相似的，例如，张三、李四、王五虽说每个人职业、性格、爱好、特长等等各有不同，但是，他们的基本特征是相似的，都是黄皮肤、黑头发、黑眼睛，于是人们把他们统称为“中国人”。人类习惯于把有相似特征的事物归为一类，分类是人类认识客观世界的基本方法。,在面向对象的软件技术中，“类”就是对具有相同数据和相同操作的一组相似对象的定义，也就是说，类是对具有相同属性和行为的一个或多个对象的描述，通常在这种描述中也包括对怎样创建该类的新对象的说明。 以上先详细地阐述了对象的定义，然后在此基础上定义了类。也可以先定义类再定义对象，例如，可以像
9、下面这样定义类和对象： 类是支持继承的抽象数据类型，而对象就是类的实例。,（3） 实例(instance) 实例就是由某个特定的类所描述的一个具体的对象。类是对具有相同属性和行为的一组相似的对象的抽象，类在现实世界中并不能真正存在。实际上类是建立对象时使用的“样板”，按照这个样板所建立的一个个具体的对象，就是类的实际例子，通常称为实例。当使用“对象”这个术语时，既可以指一个具体的对象，也可以泛指一般的对象，但是，当使用“实例”这个术语时，必然是指一个具体的对象。,（4） 消息(message) 消息就是要求某个对象执行在定义它的那个类中所定义的某个操作的规格说明。通常，一个消息由下述3部分组成
10、： 接收消息的对象； 消息选择符(也称为消息名)； 零个或多个变元。 （5）方法(method) 方法就是对象所能执行的操作，也就是类中所定义的服务。方法描述了对象执行操作的算法，响应消息的方法。在C+语言中把方法称为成员函数。,（6）属性(attribute) 属性就是类中所定义的数据，它是对客观世界实体所具有的性质的抽象。类的每个实例都有自己特有的属性值。 在C+语言中把属性称为数据成员 （7）封装(encapsulation) 从字面上理解，所谓封装就是把某个事物包起来，使外界不知道该事物的具体内容。把数据和实现操作的代码集中起来放在对象内部。一个对象好像是一个不透明的黑盒子，表示对象状
11、态的数据和实现操作的代码与局部数据，都被封装在黑盒子里面。,封装也就是信息隐藏，通过封装对外界隐藏了对象的实现细节。 对象类实质上是抽象数据类型。类把数据说明和操作说明与数据表达和操作实现分离开了，使用者只需知道它的说明（值域及可对数据施加的操作），就可以使用它。 7. 继承(inheritance) 广义地说，继承是指能够直接获得已有的性质和特征，而不必重复定义它们。在面向对象的软件技术中，继承是子类自动地共享基类中定义的数据和方法的机制。,实现继承机制的原理,当一个类只允许有一个父类时，也就是说，当类等级为树形结构时，类的继承是单继承；当允许一个类有多个父类时，类的继承是多重继承。多重继承
12、的类可以组合多个父类的性质构成所需要的性质，因此功能更强、使用更方便；但是，使用多重继承时要注意避免二义性。 继承性使得相似的对象可以共享程序代码和数据结构，从而大大减少了程序中的冗余信息。在程序执行期间，对对象某一性质的查找是从该对象类在类等级中所在的层次开始，沿类等级逐层向上进行的，并把第一个被找到的性质作为所要的性质。因此，低层的性质将屏蔽高层的同名性质。,（9） 多态性(polymorphism) 多态性一词来源于希腊语，意思是“有许多形态”。在面向对象的软件技术中，多态性是指子类对象可以像父类对象那样使用，同样的消息既可以发送给父类对象也可以发送给子类对象。也就是说，在类等级的不同层
13、次中可以共享(公用)一个行为(方法)的名字，然而不同层次中的每个类却各自按自己的需要来实现这个行为。当对象接收到发送给它的消息时，根据该对象所属于的类动态选用在该类中定义的实现算法。,（10） 重载(overloading) 有两种重载：函数重载是指在同一作用域内的若干个参数特征不同的函数可以使用相同的函数名字；运算符重载是指同一个运算符可以施加于不同类型的操作数上面。当然，当参数特征不同或被操作数的类型不同时，实现函数的算法或运算符的语义是不相同的。,为了更好地理解问题，人们常常采用建立问题模型的方法。所谓模型，就是为了理解事物而对事物作出的一种抽象，是对事物的一种无歧义的书面描述。通常，模
14、型由一组图示符号和组织这些符号的规则组成，利用它们来定义和描述问题域中的术语和概念。更进一步讲，模型是一种思考工具，利用这种工具可以把知识规范地表示出来。模型可以帮助我们思考问题、定义术语、在选择术语时作出适当的假设，并且可以帮助我们保持定义和假设的一致性。,3、 面向对象建模,一个典型的软件系统组合了3方面内容：它使用数据结构(对象模型)，执行操作(动态模型)，并且完成数据值的变化(功能模型)。用面向对象方法开发软件，在任何情况下，对象模型始终都是最重要、最基本、最核心的。在整个开发过程中，3种模型一直都在发展、完善。在面向对象分析过程中，构造出完全独立于实现的应用域模型；在面向对象设计过程
15、中，把求解域的结构逐渐加入到模型中；在实现阶段，把应用域和求解域的结构都编成程序代码并进行严格的测试验证。,对象模型表示静态的、结构化的系统的“数据”性质。它是对模拟客观世界实体的对象以及对象彼此间的关系的映射，描述了系统的静态结构。对象模型为建立动态模型和功能模型，提供了实质性的框架。,4 、 对象模型,在建立对象模型时，我们的目标是从客观世界中提炼出对具体应用有价值的概念。为了建立对象模型，需要定义一组图形符号，并且规定一组组织这些符号以表示特定语义的规则。也就是说，需要用适当的建模语言来表达模型，建模语言由记号（即模型中使用的符号）和使用记号的规则（语法、语义和语用）组成。,类图描述类及
16、类与类之间的静态关系。类图是一种静态模型，它是创建其他UML图的基础。一个系统可以由多张类图来描述，一个类也可以出现在几张类图中。 定义类 UML中类的图形符号为长方形，用两条横线把长方形分成上、中、下3个区域（下面两个区域可省略），3个区域分别放类的名字、属性和服务。,4.1 类图的基本符号,表示类的图,如前所述，类图由类及类与类之间的关系组成。定义了类之后就可以定义类与类之间的各种关系了。类与类之间通常有关联、泛化（继承）、依赖和细化等4种关系。 1. 关联 关联表示两个类的对象之间存在某种语义上的联系。例如，作家使用计算机，我们就认为在作家和计算机之间存在某种语义连接，因此，在类图中应该在作家类和计算机类之间建立关联关系。,4.2 表示关系的符号,（1） 普通关联 普通关联是最常见的关联关系，只要在类与类之间存在连接关系就可以用普通关联表示。普通关联的图示符号是连接两个类之间的直线。通常，关联是双向的，可在一个方向上为关联起一个名字，在另一个方向上起另一个名字（也可不起名字）。为避免混淆，在名字前面（或后面）加一个表示关联方向的黑三角。,普通关联示例,在表示关联
