第10章面向对象

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1、第10章面向对象分析10.1面向对象分析的基本过程不论采用哪种软件工程方法开发软件，需求分析的主要 工作都是：理解需求、表达需求和验证需求，下面的图概括 地表示了参照当前系统建立目标系统的过程。图：参照当前系统建立目标系统面向对象分析(Object-Oriented Analysis,简称 OOA)的 关键就是识别出对象与类，并分析它们之间的关系，最终建 立对象模型、动态模型和功能模型。10.1.1 概述系统分析员要善于学习、勇于实践，更重要的是一切从实 际出发。注j “OOA就是抽取和整理用户需求并建立问题域精确模型 的过程。”（P231）这在一开始能做到吗？一一扯蛋10.1.2 3个子模型

2、与5个层次面向对象建模需建立包含系统的三个要素：1）静态结 构（对象模型）、2）交互次序（动态模型）、3）数据交换（功 能模型）。建立系统模型的过程是一个迭代（iterations）式的自顶 向下的求精过程。对于一个大型复杂系统来说对象模型一般 由下述5个层次组成：主题层类与对象层结构层属性层服务层图10.2复杂问题的对象模型的5个层次其中主题层是指从一个更高（高于“类”）的抽象层次 来描述对象模型（即从一个相当高的层次上描述总体模型）， 通过划分“主题”把一个复杂系统的对象模型分解成几个不 同的概念范畴。其实上述5个层次就是OOA中建立对象模型的5项主 要工作：找出类和对象，识别结构（类或对

3、象之间的关系）， 识别主题、定义属性、定义服务。我们知道动态模型和功能 模型中都包含了对象模型中的操作，因此人们在定义每个类 中的服务前，往往先建立起动态模型和功能模型，这样说来 OOA大体上可按下列顺序进行：（1）确定类和对象（2）确定关联（3）划分主题（4）定义属性（5）确定继承关系（6）建立动态模型（7）建立功能模型（8）定义服务需要注意地是在这里我们根本不强调顺序，更不是谈什 么步骤。10.2需求陈述需求陈述的主要任务是准确地回答“系统必须做什 么？”而不是“系统应该怎么做？10.2.1书写要点10.2.2例子我们用 “ATM 系统”（ATM 是 Automatic Teller Ma

4、chine 的缩 写，意即自动柜员机）的开发作为OOA&OOD的实例。图10.2ATM系统10.3建立对象模型10.3.1确定类与对象1. 找出候选的类与对象（例：P236 ATM系统）一般来说，大千世界中的客观事物可分为5类：1）可感知的物理实体，如：飞机，汽车，房屋2）人或组织的角色，如：教师，医生，计算机系，学生 处3）应该记忆的事件，如：飞行，演出，访问，交通事故4）对象的相互作用，如：购买，结婚，纳税5）概念，如：政策，刑法，泛化，集合2. 筛选出正确的类与对象我们需要确定的类与对象是:（1）应该记录的对象（2）需要它提供服务的对象同时要关注下述6个方面：1）冗余：去掉冗余的类（如“

5、用户”）2）无关：去掉无关的类（如“储蓄所”）3）笼统：去掉笼统的类（如“银行”）4）属性：区分属性和类（某个性质若具有很强的 独立性应当作为“类”）5）操作：区分操作和类（本身具有属性且需独立存 在的“操作”应当作为“类”）6）实现：忽略实现内容（应当去掉仅和实现有关 的“类”，如“事务日志”）10.3.2确定关联对象之间的相互依赖、相互作用的关系就是关联。在分 析的起始阶段，我们不必花过多的精力去区分关联和聚集， 聚集不过是一种特殊的关联，是关联的一个特例。1.初步确定关联通过分析动词词组我们可以得出大多数关联（例：P238ATM系统）2.筛选筛选时要关注下述5个方面：1）已删去的类之间的

6、关联也要删除2）无关的或在实现阶段考虑的关联要删除3）描述瞬时事件的关系不应作为关联（关联应该描 述问题域的静态结构）4）三个或三个以上对象的关联要作分解或描述成限 定关联5）冗余关联要删除3. 进一步完善完善时要关注下述4个方面：1）正名：选择更明确的名字作为关联名2）分解：分解已确定的类以适用关联3）补充：及时补充遗漏关联4）标明重数：但无需花过多精力勒i汁尊机拥T1+计聊一ATM1+m员输入串务拒员图10.3ATM系统原始的类图10.3.3划分主题按问题领域而不是用功能分解来高度概括主题10.3.4确定属性属性是类中所定义的数据，它表明了对象的性质。一般来说，确定属性的过程包括分析和选择

7、两个步骤：1.分析通常用名词词组表示属性，如：“汽车的颜色”、“光 标的位置”，而用形容词表示可枚举的具体属性，如：“红 色的”、“白色的”。在分析阶段应该仅考虑与具体应用直接相关的属性，而不要考虑那些纯粹用于实现的属性。2.选择选择时要关注下述6个方面：1）区分对象与属性（仅关注其值的是属性）；2）区分关联类属性与对象属性（例：依赖某个 关联链的性质是关联类属性）；3）区分限定词和属性（能用限定词更好）4）区分内部状态和属性（例：某性质是对象的 内部状态）5）忽略无影响的属性（在分析阶段应该忽略对 大多数操作无影响的属性）6）注意属性的相关性（分解该“类”）姓名作址十此!;.-，.麻艮与觇额

8、间-.?=隈奖曾 保中央计算机H 世 码通信A分苗讣算机拥有 柜员柜员终前+柜员敏算II期金植f人ATM岫金割H出金制扯程率务日期1-1-密码II4授权图10.4ATM系统对象模型中的属性10.3.5识别继承关系确定了类中的属性之后性质，并对众多的类重新加以组织。般来说，可以应用两种方式建立继承（即泛化）关系:（1）自底向上：抽象出现有类的共同性质泛化出父类；（2）自顶向下：把现有类细化成更具体的子类。保管*账户1+ 由4修改事务封匚H-：1期1 +5fliuiA拥（I拥有站，现竹金额 出翎ATM通信A通信中M鼻机授IE姓竹发散储U|十现金兑换K姓言地址密碍拙有A拥有，图10.5带有继承关系的

9、ATM对象模型10.3.6反复修改对象模型的建立是一个反复修改、逐步完善的迭代过软件工程导论（第五版） 13 程。对于初学者来说，可尝试用面向对象方法开发几个较小 系统，取得一定的经验后，再总结更适合自己的工作方式。1. 分解“现金兑换卡”类2. “事务”由“更新”组成3. 把“分行”与“分行计算机”合并ATMw仃金倾订出金澈站号雇员号下吁H4 I +户吴.+I !现商兑换T、g代码号I湖限密码I曲r-ij图10.6修改后的ATM对象模型10.4建立动态模型一般来说，建立动态模型的典型步骤如下:（1）编写脚本，确保不遗漏正常的交互行为；（2）从脚本中提取事件，确定每个事件的发送对象 （触发该事

10、件动作的对象）和接受对象；（3）画事件跟踪图（Sequence Diagram，时序图或顺 序图，描述对象之间的时间顺序）（4）画状态图（5）审查状态图的完整性和一致性10.4.1编写脚本脚本是指系统在某一执行期间内出现的一系列事件（脚 本描述事件序列，是用例的实例，是系统的一种实际使用方 法。），它描述用户（或其它外部设备）与系统之间的交互 过程；对于每个事件，脚本都应该指明触发该事件的动作对 象（如：系统、用户或其它外部事物）、接受事件的目标对 象，以及该事件的参数。目的编写脚本的目的是保证不遗漏重要的交互步骤。实质编写脚本的实质是分析用户对与系统交互过程 的要求。编写脚本时，首先编写正常

11、情况的脚本，其次考虑特殊 情况，最后考虑出错情况；如有可能还应该允许用户“异常 操作”。此外还应该提供“在线帮助”、状态查询等在基本交 互行为之上的“通用”交互行为。表10.1 ATM系统的正常情况脚本ATM请储户插卡；储户插入一张现金兑换卡ATM接受该卡并读它上面的分行代码和卡号ATM要求储户输入密码;储户输入自己的密码1234等数字ATM请求总行验证卡号和密码；总行要求39号分行核对储户密码，然后通知ATM说这张卡 有效ATM要求储户选择事务类型（取款、转账、查询等）；储户选择“取款”ATM要求储户输入取款额；储户输入880ATM确认取款额在预先规定的限额内，然后要求总行处理这个事务；总行

12、把请求转给分行，该分 行成功地处理完这项事务并返回该账户的新余额ATM吐出现金并请储户拿走这些现金;储户拿走现金ATM问储户是否继续这项事务;储户回答“不”ATM打印账单，退出现金兑换卡，请储户拿走它们；储户取走账单和卡ATM请储户插卡表10.2 ATM系统的异常情况脚本ATM请储户插卡；储户插入一张现金兑换卡ATM接受这张卡并顺序读它上面的数字ATM要求密码；储户误输入8888ATM请求总行验证输入的数字和密码；总行在向有关分行咨询之后拒绝这张卡ATM显示“密码错”，并请储户重新输入密码;储户输入1234；ATM请总行验证后知道这次输入 的密码正确ATM请储户选择事务类型；储户选择“取款”A

13、TM询问取款额;储户改变主意不想取款了，他按下“取消”键ATM退出现金兑换卡，并请储户拿走它;储户拿走他的卡ATM请储户插卡10.4.2设想用户界面用户界面是用户对系统的“第一感”，它往往对用户是软件工程导论（第五版） 17 否喜欢一个系统起很重要的作用，因此在分析阶段也不能完 全忽略用户界面。设计用户界面时重要的是用户和系统进行 信息交换的方式。图10.7 ATM的界面格式10.4.3画事件跟踪图脚本为建立动态模型（状态图）提供了很好的基础，但 用自然语言书写的脚本还不够简明，并且会有二义性，因此 在画状态图前，我们往往先画出事件跟踪图简化的UML顺 序图（Sequence Diagram，

14、时序图），为此需进一步明确事件 事件就是引起系统做动作或（和）转换状态的控制信息） 及事件与对象的关系。1. 确定事件事件包括系统与用户（或外部设备）交互的所有信号、 输入、输出、中断、动作等，要注意的是（1）对象的动作 也是事件；（2）对控制流产生相同效果的那些事件应作为 一类事件。经过分析要确定每类事件的发送对象和接受对象。2. 画出事件跟踪图从脚本中提取出各类事件，并确定每类事件的发送对象 和接受对象，就可以用事件跟踪图把事件序列以及事件与对 象的关系表示出来，事件跟踪图是扩充的脚本，更是简化了 的UML顺序图。的 rAIM掐1、，请求分行验证账口哽求明码输人密码,要求事务类型咪J有教一

15、盛户有狡请求处理事务一设求处理计行1场辅我类型r,要求输A敏救瓶.输入取较粮.|刁1顾金一 叩务成明亍串务成功请求忠走现专,章走现金一讨求堪埃此中务姑束印账单迅杞,请求章求卡宋走卡_鼠示挪幕*图10.8ATM系统正常情况脚本的事件跟踪图（时序图）10.4.4画状态图状态图描述了事件与对象状态（对象生命周期中的阶 段）的关系。UML用状态图来表示对象的动态行为，它确定了由事 件序列引出的状态序列。系统分析员应仅考虑系统内具有重 要交互行为的哪些类，即每个主动发送事件的对象类的动态 行为用一张状态图来表示，各个类的状态图通过共享事件合 并起来，从而构成系统的动态模型。从一张事件跟踪图出发画状态图时

16、，要关注影响一类对 象的事件，即考虑指向某条竖线（对象）的箭头线，把这些 事件作为状态图中的有向边（箭头线），边上标以事件名， 两个事件之间的间隔就是一个状态。不可读的卡的显读k顿打印跟单pH- 取消血也小斤效使 户值息if MT 不可读的请求攵走-3失败信图10.9 ATM类的状态图有，置求处理廿1广-一密服户-Cv,谓求分行骑三）密码希:源_J:有效代勤I旅户何收图10.10总行类的状态图图10.11分行类的状态图10.4.5审查动态模型各个类的状态图通过共享事件合并起来，就构成了系统 的“动态模型”，应该细致审查动态模型的完整性和一致性10.5建立功能模型功能模型表明了系统中数据之间的依

17、赖关系，以及有关的数据处理功能，它由一组DFD组成，其中处理功能可以 用IPO图（或表）、伪码等描述。10.5.1画出基本系统模型图最高层的DFD图10.12ATM系统的基本系统模型10.5.2画出功能级数据流图弁汀惜息吗错图10.13ATM系统的功能级数据流图10.5.3描述处理框功能表10.3对更新账户功能的描述更新账户（账号，事务类型，金额）-现金额，账单数据，信息如果取款额超过账户当前余额，拒绝该事务且不付出现金。如果取款额不超过账户当前余额，从余额中减去取款额后作为新的余额，付出储户要取的现金。 如果事务是存款，把存款额加到余额中得到新余额，不付出现金。如果事务是查询，不付出现金。在

18、上述任何一种情况下，账单内容都是:ATM号，日期，时间，账号，事务类型，事务金额（如果有 的话），新余额。10.6定义服务对象是由描述其属性的数据，以及可以对这些数据施 加的操作，封装在一起构成的独立单元。在确定类中的操作时，既要考虑该类实体的常规行为，又要考虑本系统中特殊的服务。1. 常规行为在分析阶段可以认为，类中定义的每个属性都是可以访问 的，也就是类中已经定义了读、写该类每个属性的操作， 而无需显式表示这些常规操作。2. 从事件导出的操作状态图中若有发往对象的事件，该对象必须要有相应的 操作。3. 与数据流图中处理逻辑对应的操作DFD中的每个处理逻辑都与一个对象（或几个对象）上 的操作相对应。4. 利用继承减少冗余操作应尽量利用继承机制减少所需定义的操作。10.7小结习题101. 用面向对象方法分析研究本书习题2第2题中描述的储蓄 系统，试建立它的对象模型、动态模型和功能模型。2. 用面向对象方法分析研究本书习题2第3题中描述的机票 预订系统，试建立它的对象模型、动态模型和功能模型。3. 用面向对象方法分析研究本书习题2第4题中描述的患者 监护系统，试建立它的对象模型、动态模型和功能模型。4. 下面是自动售货机系统的需求陈述，试建立它的对象模 型、动态模型和功能模型：