面向对象分析与设计复习提要

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1、面向对象分析与设计复习提要软件学院2010.12.25.第一部分 面向对象技术的 基本概念和基本方法1.1 软件开发方法的发展计算机诞生之后，计算机技术一直处于高速发展状 态，计算机科学技术的发展由原来只依靠硬件的发展 逐渐变为更多地依靠软件的发展。事实上，软件技术 的发展经历了多代历程。 l第一代(20世纪50-60年代)，是以FORTRAN和 ALGOL等编程语言为标志的算法技术时代。那时，程序设计全靠人们发挥创造才能，全靠技巧 和窍门。基于这种算法技术的软件生产率非常低，程 序很难看懂，甚至程序员自己写的程序过一段时间后 自己也看不懂，这给软件的修改、维护带来极大的困 难。于是60年代末

2、出现了 “软件危机”。l第二代(20世纪70年代末开始到80年代盛行 的)，以PASCAL、COBOL等编程语言和关系数 据库管理系统为标志的结构化系统分析和设 计技术。为了克服软件危机，人们主要从如下两个方向 做了努力： l 一是从管理的角度改进软件开发方法，提出了软件工程方法,大大改善了软件的质量与可维护性 。 l 二是侧重于对软件开发过程中分析与设计方法的研 究和改进 。这方面的重要成果就是在70年代出现 了风靡一时的结构化开发方法结构化系统分析 和设计技术。 l 。l 为了改进基于算法技术的软件开发方法，人们提 出了软件工程方法，使软件开发工作从只考虑程 序的编写技巧转变到利用软件工程

3、的方法，使软 件系统的生产过程遵循一系列的规范化步骤：计划需求分析设计编码 测试 运行维 护 每个阶段都有其明确的任务，任务完成后都将 交付给下一阶段一定规格的文档，作为下一阶段 开发的依据。这种开发过程直观上就像一级一级 的瀑布，所以系统开发生命周期也称为“瀑布模 型”。软件工程方法大大改善了软件的质量与可 维护性。 瀑布模型的缺点：1）在项目各个阶段之间极少有反馈。只有在项 目生命周期的后期才能看到结果。 2）由于软件开发过程是一个非常复杂的过程， 在软件开发的每一阶段都有可能留下隐患和错 误，如果等到系统已经开发完毕，在测试阶段 发现了重大问题，这时的返工就会造成人力、 物力、财力及时间

4、上的巨大浪费。当软件需求 不明确或不准确时容易出现问题。 l其他模型： 原型模型 增量模型 螺旋模型。l第三代 (80年代开始至今还盛行的)以 Smalltalk、C+等为代表的面向对象软件开发 方法(OO)。 （问题1：面向对象软件开发方法发展的动因是什么？） 传统的结构化程序设计以算法为核心， 把本来密切相关的数据和对数据的操作分离开 来，很难保持数据和操作的一致性，其软件开 发方法也不符合人们的自然思维习惯,设计出 来的软件系统其解空间与问题空间不一致，致 使程序难以理解、修改和扩充，最终导致程序 复杂性问题和软件危机。为了超越程序复杂性 障碍，克服软件危机,人们提出了面向对象软 件开发

5、方法。（问题2：面向对象软件开发方法的优点有哪些？）面向对象开发方法一改过去传统的以功能分析 和功能分解为基础的面向过程的结构化分析与设计 方法，面向对象开发方法模拟人们理解和处理客观 世界的方式来分析问题，把系统视为一系列对象的 集合，其面向对象的设计又将分析的结果映射到某 种面向对象实现工具的结构上，使映射过程有着比 较直接的对应关系，使分析者、设计者和编程者都 可使用相同的概念，从而使面向对象的软件开发能 比较自然地模拟客观世界的活动，使问题描述空间 与解空间在结构上尽可能一致。因此，采用面向对 象方法可以更有效地开发大型软件系统。面向对象 方法的封装、继承、多态等机制不仅支持软件复用

6、，而且使软件维护工作可靠有效，可实现软件系统 的柔性制造，更好地克服软件危机。因此，它已成 为成熟的广为采用的软件开发方法。到20世纪末， 面向对象软件工程逐渐发展成熟，特别是统一建模 语言(UML)标准的形成和广泛使用，使面向对象软 件开发方法已成为软件开发的主流技术。1.2 面向对象的基本概念 （1）对象：对象是客观实体的抽象表示， 是由描述对象的属性数据和对这些数据进 行的操作行为两部分组成。 （2）类 l 类是具有相同属性和行为的对象集合的抽象 描述； l 类的内部包括属性和行为两个主要部分。 （3）实例： 类是对具有相同属性和行为的一 组对象的抽象描述。因此，类可作为一种用 户自定义

7、类型和创建对象的样板，而按照这 种样板所创建的一个个具体对象就是类的实 际例子，通常称为实例。（4）消息消息就是请求某个对象执行它所包含的某 项处理操作的指令信息。实质是对某个类对 象的操作函数的调用,即方法的调用 。例如, student S1;S1.display()是一个消息。一个消息一般由三部分组成：接收消息的对 象名、操作函数名、函数的参数。（5）面向对象技术的三个基本特征 l封装性 l继承性 l 多态性(6) 封装性所谓封装就是把对象的属性和行为结合成 一个独立的单位，使外界不能直接访问或修改 这些数据和代码，外界只能通过对象提供的接 口函数来改变或获取对象的属性数据，这就实 现了

8、消息隐蔽。(7)继承性如果在一个已定义的类上，增加一些特殊属性或 操作，可以形成一个新的类，这个类不仅继承了前一 个类的全部特征，而且具有新的特性，因此可看作前 一个类的特例，是对前一个类的继承。前一个类称为 父类，新产生的类叫做子类。通过继承关系可形成一 种类层次结构，叫做继承结构。(10) 多态性l定义：在不同类中，可用相同的函数名实现功能不 同的函数。 l多态性的优点：高层代码（算法）只需写一次，低层便可多次复用，可提高程序设计的灵活性和效率。1.3 面向对象的分析方法 1、面向对象的分析(OOA)是面向对象软件工程 方法的第一个环节,包括一套概念原则、过程 步骤、表示方法、提交文档等规

9、范要求。 2、OOA的基本任务是：运用面向对象方法，对 问题域和系统责任展开分析，正确认识其中 事物和它们之间的关系，发现描述问题域和 系统责任所需要的对象和类，并定义类的属 性和服务，以及它们之间所形成的结构和连 接，最终的目的是产生一个符合用户需求， 并能直接反映问题域和系统责任的OOA模型及 其详细说明，为后续的面向对象设计（OOD） 和面向对象编程实现（OOP）提供指导。OOA 与OOD能够自然地过渡和结合，这是面向对象 方法的一个优点。3、面向对象分析的大致步骤如下： (1)分析问题域，明确描述用户需求 l 系统问题域说明:应用系统的业务范围 l 系统边界说明:确定系统与用户之间接口

10、 l 系统功能说明:系统需要实现的功能 （2）确定对象和类即分析确定并标识构成系统的对象，再对对 象进行抽象分类。先把系统看成由一些子系 统组成，把每个子系统划分成一个主题，主 题是由一组类和对象组成。（3）确定系统各部分的分类和组成结构 l 第一是按照一般特殊关系，标识类间的继承关系 ，确定分类结构； l 第二是按照整体部分关系，标识一个对象是有哪 些对象组成，确定组装结构。 （4）找出并建立每个对象及其相互之间的联系 即以 应用为基础来标识对象，定义对象的内部特征（属 性和方法），建立实例连接和消息连接。消息连接 体现了对象间的通信关系和接口协议形式。 （5）进一步协调和优化模型中各个组成

11、部分（包括 类/对象）的性能和相互关系，精炼侯选的类/对象 ，使系统成为由不同部分组成的最小集合。 （6）分析和设计模型中每个组成部分（包括类/对象 ）的功能实现细节，检查分析模型的一致性和完整 性。6、OOA模型的建立过程可以划分为五个层次： （1）对象-类层划分待开发系统及其环境信息的基本构造单位，标出反 映问题域的对象和类，并用符号进行规范的描述，用信息提 供者熟悉的术语为对象和类命名。 （2）属性层定义对象类和某些结构中的数据属性 。 （3）服务层要表示对象的服务或行为，就是要定义类上的操作。列出 对象需要做什么（即方法），也给出对象间的消息连接（并 应以箭头指示消息从发送者到接受者）

12、。 （4）结构层识别系统中对象之间的结构关系。当一种对象是另一种 对象的一部分时，用整体-部分关系表示；当一个类属于另 一个类时，用类之间继承关系表示。 （5）主题层将复杂的系统划分为更小的子系统，每个子系统 都由相关类或对象组成，称为一个主题,这样有便 于大系统的管理。1.4 面向对象的设计初步 1、 虽然OOA与OOD分两个阶段进行,但它 们是紧密结合的,可以很自然地从OOA过 渡到OOD,这正是面向对象方法的一个重 要优点。 OOA与OOD的主要区别是： OOA与问题域更接近， OOD与系统的实 现更接近。 2、 OOD模型可采用扩展OOA模型的方法来得到 OOD模型，即在OOA模型横向

13、划分5个层 次的基础上，将目标系统纵向划分成4个 部分：问题域部分、人机交互部分、任务 管理部分、数据管理部分，如下图所示。3、建立OOD模型包括4个部分的工作: (1)问题论域部分：在OOA模型的基础上,细化分析结 果,设计一组构成底层(即数据层)应用模型的类和 对象。 (2)人机交互部分：设计用户界面模型,该用户界面模 型中的类和对象提供实现人机交互操作的接口函数 。用户界面设计包括 菜单设计、窗口设计、输入/ 输出界面设计等等。 (3)任务管理部分：建立一些类，用于处理子系统之 间的通讯、并发、活动调度等问题。例如,在多用 户交互系统中,几个用户同时与系统进行交互,无法 预知哪一个用户是

14、下一个输入者,这些交互活动是 并行发生的，需要建立一些专门的类对象来处理; 在空中交通控制系统中,系统同时监控着数架飞机, 有许多活动在同时发生。对于诸如此类的并发问题 ，需要建立一些专门的类对象来处理。（4）数据管理部分：提供数据管理系统中存 储和检索对象数据的基本方案，包括对永久 性数据的访问和管理方式。数据管理设计包 括： 数据存放设计：数据存放设计选择数 据存放的方式（文件存放、关系数据库表格 存放或面向对象的数据库存放）。 设计相应的操作。为每个需要存储的 对象和类增加用于存储管理的属性和操作， 在类和对象的定义中加以描述。4、什么是优良的OODOOD的关键工作是确定对象、类及其联系

15、 。一个优良的OOD应具备如下基本条件: (1)继承耦合应尽可能紧密 (2)类与类之间的耦合应该很松散 (3)信息隐藏某个类的数据实现细节对于别的类来说应该是隐藏 的 (4)设计应该具有最优的可重用性 (5)尽力使类、对象和方法的定义具有简单性 (6)对所设计的类和类族，应注意保持其协议或接口 的稳定性 (7)类的层次结构设计规模适度，不要太深或太浅 (8)系统整体规模的最小化习题 1. 试述面向对象技术的发展动因和优点 。 2. 面向对象设计技术具有哪些特性(或机制） ？ 3. 解释下列术语的含义： 类 对象 消息 方法 继承性 多态性 封装性 泛化 特化 抽象 分类 4、建立一个校园信息管

16、理系统，其主要功能就 是对在校人员(包括学生和教师)的信息资料 进行管理。 （1）试着按OOA步骤做系统分析； （2）画出类的层次图。第二部分 面向对象程序设计一、复习内容 第2章 C+语言基础 第3章 类与对象的构造设计 第4章 继承性与派生类 第5章 多态性与虚函数 第6章 文件的输入与输出二、复习要点 0 C+语言程序结构例如，编程打印一个55点阵 ：#include “stdio.h“class matrix private:int rown;int colm;public:void show() int i,j;for (i=1;i Getage(); 运行结果： person student 20 delete student delete person3、多态性机制与虚函数的定义 l 多态性是指在类层次结构的相同类或不同类中,可 用相同的函数名实现功能不同的操作，从而可以使 用相同的调用方式来调用这些具有不同功能的同名