C+程序设计课件第8章.ppt

《C+程序设计课件第8章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《C+程序设计课件第8章.ppt（82页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、2021/1/18 1 本章学习重点掌握内容： 面向对象的分析 面向对象的设计与实现 第 8章面向对象程序设计方法与实例 2021/1/18 2 第 8章面向对象程序设计方法与实例 8.1 面向对象方法学概述 8.2 面向对象的模型 8.3 面向对象程序设计过程 8.4 电梯模拟系统 2021/1/18 3 8.1 面向对象方法学概述 面向对象 (Object-Oriented,缩写为 OO)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

2、空间 (也称为求解 域 )在结构上尽可能一致 。 面向对象方法是一种新的思维方法 ， 它不是把程序 看作是工作在数据上的一系列过程或函数的集合 ， 而 是把程序看作是相互协作而又彼此独立的对象的集合 。 每个对象就像一个微型程序 ， 有自己的数据 、 操作 、 功能和目的 。 2021/1/18 4 8.1 面向对象方法学概述 面向对象 (Object-Oriented,缩写为 OO)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

3、域 )在结构上尽可能一致。 面向对象方法是一种新的思维方法，它不是把程 序看作是工作在数据上的一系列过程或函数的集合， 而是把程序看作是相互协作而又彼此独立的对象的集 合。每个对象就像一个微型程序，有自己的数据、操 作、功能和目的。 2021/1/18 5 8.1 面向对象方法学概述 面向对象方法在概念和表示方法上的一致性，保证了 软件工程各项开发活动之间的平滑（“无缝”）过渡。面 向对象开发过程的核心是面向对象分析（ OOA）和面向对 象设计（ OOD）两个阶段，但二者的界限比较模糊。 OOA通过分析用例，提取用户的需求，从而建立问题 域逻辑模型的过程； OOD是建立面向对象的求解域模型的

4、过程。从 OOA到 OOD实际是一个多次反复、逐步迭代模 型的过程。 面向对象（ OO）是认识事物的一种方法，是一种以 对象为中心的思维方式。这里先介绍它的几个主要概念： 对象、类、封装、继承、消息、结构与关联、多态性。 2021/1/18 6 1、对象 世界上所有的事物都可以称为对象。对象可以是有 形的如：一台电视机等。也可以是无形的如：帐户、一 项记录等。对象具有静态特征和动态特征。 对象是封装了数据结构及可以施加在这些数据结构 上的操作的封装体，这个封装体有可以唯一地标识它的 名字，而且向外界提供一组服务 (即公有的操作 )。 属性和操作是对象的两大要素。属性是对象静态特 征的描述，操作

5、是对象动态特征的描述。对象名也称为 对象标识。如电视的属性有：品牌、尺寸、重量等。操 作有：收视、选台、音量调节等。 8.1.1 对象和类 2021/1/18 7 2、类 类是对象的蓝图。根据抽象的原则对客观对象进行归 纳和划分，把具有相同特征的对象归为一个类。它是一个 抽象的概念。 类是对象模版，用于创建具有相同属性和相同操作 （服务）的对象。它包括属性和方法（注：类的服务、行 为和操作只是叫法上的区别）。 3、封装 封装是指按照信息隐藏的原则，把对象的属性和操作 结合在一起，构成一个独立的封装体。封装性也就是信息 隐藏，通过封装把对象的实现细节对外界隐藏起来了 。 8.1.1 对象和类 2

6、021/1/18 8 外部对象不能直接操作对象的属性，只能使用对象提 供的接口。具有封装性的条件如下 : 有一个清晰的边界。所有私有数据和实现操作的代 码都被封装在这个边界内，从外面看不见更不能直接 有确定的接口 (即协议 )。接口就是对象之间通信的 桥梁，只能通过向对象发送消息来使用它。 受保护的内部实现。实现对象功能的细节 (私有数据 和私有方法 )不能在定义该对象的类的范围外进行访 问。 8.1.1 对象和类 2021/1/18 9 4、 继承 继承使得一个类可以继承另一个类的属性和方法。 这样通过抽象出共同的属性和方法组建新的类，便于 代码的重用。如图 8.1的继承关系。 Button

7、 -pressed : bool +pressButton() :void 8.1.1 对象和类 elevatorButton -elevatorRef : Elevator +pressButton() :void floorButton -floorNumber : int +pressButton() :void 图 8.1 继承中的父子类 2021/1/18 10 子类电梯按钮和楼层按钮继承了父类 Button的全部属性 和服务，同时又具有自身新的属性和服务。 一般和特殊是相对而言的，在哺乳动物和狗及猫之间， 哺乳动物是一般类（称为基类、超类或父类），狗和猫是 特殊类（也称子类）；在狗

8、和黑狗之间狗是一般类，黑狗 是特殊类。 5、消息 向某个对象发出的服务请求称作消息。对象提供的服 务规定的消息格式称作消息协议。 消息包括：被请求的对象标识、被请求的服务标识、 输入信息和应答信息。如：向电梯按钮类发送请求按下电 梯按钮的消息 elvatorButton.pressButton()。 8.1.1 对象和类 2021/1/18 11 8.1.1 对象和类 6、结构与关联 一个系统一般由很多对象组成，对象之间并不是 互相孤立的，而是存在着各种各样的关系。包括：部 分 /整体、一般 /特殊、实例连接、消息连接。 （ 1）部分 /整体 对象之间存在的部分与整体的结构关系。如电梯 按钮是

9、电梯类的一个组成部分，电梯由电梯按钮、门、 楼层、响铃等组成。如图 8.2的组合关系。 2021/1/18 12 8.1.1 对象和类 Elevator -door ： Door +processPossibleArrival()： void elevatorButton -elevatorRef : Elevator +pressButton() :void Door - open : bool +closeDoor() :void 图 8.2 组合关系 2021/1/18 13 8.1.1 对象和类 组合和聚合。组合关系中部分和整体的关系很紧密。聚 合关系中则比较松散，一个部分对象可以属于

10、几个整体对象。 （ 2）一般 /特殊 对象之间的结构关系，很多时候也称作泛化和特化关系。 （ 3）实例连接 对象之间的实例连接称作链接，对象类之间的实例连接 称作关联。 （ 4）消息连接 消息连接表现了这样一种联系：一个对象发送消息请求 另一个对象的服务，接收消息的对象响应消息，执行相应的 服务。 2021/1/18 14 7、多态性 所谓多态性是指不同对象接收相同的消息时产生不 同的行为。这里的消息主要是对类中成员函数的调用， 而不同的行为就是指类成员函数的不同实现。即在类等 级的不同层次中可以共享 (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

11、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。如图 8.1中，当向按钮对象发送消息 pressButton（）时 ,不 同按钮对象如电梯内部按钮和楼层按钮会自动判断自己 的所属类并执行相应的服务。 8.1.1 对象和类 2021/1/18 15 面向对象的模型，分别从三个不同侧面描述了所 要开发的系统。对象模型定义了 “ 做什么 ” 的实体， 功能模型指明了系统应该 “ 做什么 ” ，动态模型明确 规定在何种状态下，接受什么事件的触发而 “ 做什 么 ” 。 一个典型的软件系统组合了上述三方面内容：它 使用数据结构 (对象模型 )，执行操作 (动态模

12、型 )，并 且完成属性值的变化 (功能模型 )。 8.2 面向对象的模型 2021/1/18 16 1. 对象模型是一个类（属性和方法）、对象（类的 实例）、类或对象之间关系的定义集。 对象模型表示静态的、结构化系统的 “ 数据 ” 性质， 为建立动态模型和功能模型提供了实质性的框架。 对象模型把面向对象的概念与常用的信息建模概念 结合起来，增强了模型的可理解性和表达能力。 对象模型还表示了类 /对象之间的结构关系。类 /对 象之间的关系一般可概括为关联、归纳（继承）、组 合（或聚集）三类。 8.2 面向对象的模型 2021/1/18 17 8.2 面向对象的模型 2. 动态模型表示瞬间的、行

13、为化的系统 “ 控制 ” 性质， 它规定了对象模型中对象状态的合法变化序列。 对象有自己的生命周期，它由多个阶段组成，每个特 定阶段都有规范该对象行为的一组运行规则。 对象的状态是对象属性的一种抽象，事件是某个特定 时刻发生的一个系统行为是引起对象状态转换的控制 信息。对象对事件的响应，取决于当时的状态，响应 包括改变自己的状态，或者是形成一个新的触发行为 （事件）。 动态模型描绘对象的状态，触发状态转换的事件，以 及对象行为（对事件的响应），即基于事件共享而互 相关联的一组状态集合构成了系统的动态模型。 2021/1/18 18 3. 功能模型指明了系统应该 “ 做什么 ” ，直接地反映 了

14、用户对目标系统的需求。面向对象的功能模型由一 组用例组成，用例模型描述的是外部执行者 (Actor)所 理解的系统功能。 用例模型描述了待开发系统的功能需求 用例模型将系统看作黑盒，从外部执行者的角度来理 解系统 用例模型驱动了需求分析之后各阶段的开发工作，不 仅在开发过程中保证了系统所有功能的实现，而且被 用于验证和检测所开发的系统，从而影响到开发工作 的各个阶段和 UML 的各个模型。 在 UML中，一个用例模型由若干个用例图描述，用例图 主要元素是用例和执行者。 8.2 面向对象的模型 2021/1/18 19 传统程序设计方法的主要思想是自顶向下逐步分解。 整个系统由分层的子程序集合构

15、成。这要求程序设计师必 须对系统的调用关系非常清楚，这对于开发大型系统来讲 是是非困难的，而且构建的系统稳定性较差，任何上层子 程序的修改都会引整个系统的改变。 而面向对象得程序设计方法提供一种崭新的系统设计 方案，就是将系统看成一系列相关联的对象的集合，而对 象之间是通过消息传递的方法相互作用来完成任务，每个 对象用自己的方法管理数据。 本节就介绍这种软件开发的方法，它将软件开发过程 分为 3个阶段：面向对象的分析、面向对象的设计、面向对 象的实现。不同阶段则使用不同的模型来描述。 8.3 面向对象程序设计过程 2021/1/18 20 8.3.1 面向对象的分析 面向对象分析的任务是确定

16、系统能够做什么？谁来使 用这个系统？同时建立用例模型，并定义系统中的问题领 域类，主要由系统用户和开发人员合作完成。 1需求分析 分析的第一步是定义用例，以描述所开发系统的外部 功能需求。用例模型的主要构件是用例、角色和系统边界。 用例用于描述系统所有功能需求，系统边界用于界定系统 功能的范围，而角色用于描述与系统功能有关的外部实体， 它可以是用户，也可以是外部系统。 2021/1/18 21 使用面向对象程序设计方法时，在本阶段不需要严 格的系统规格说明书，可以使用图表（如用例图）来描 述系统的功能，除了用用例图描述系统需求外，还可以 用文字 (或活动图 )对每个用例进行需求说明，更具体地

17、描述该用例与角色的交互。例如电梯模拟系统的用例图 如下： 8.3.1 面向对象的分析 2021/1/18 22 8.3.1 面向对象的分析 乘 客 处理电梯呼叫 标示移动方向 处理楼层呼叫 标示电梯位置 电梯模拟系统 移动停止电梯 开关门 触发紧急处理器 图 8.3 电梯模拟系统用例图 2021/1/18 23 2特定领域类分析 分析阶段的另一项工作是特定领域分析，以列 出系统中的特定领域类。我们可以通过阅读规格说 明、用例以及寻找系统处理的 概念 来进行特定领 域分析，也可以通过用户和领域专家的讨论，以识 别出要处理的所有关键类及它们的相互关系。这里 的特定领域是指具体的商业领域，而不是整个

18、系统 领域。 在本实例中，可以确定电梯模拟系统中特定领 域类为电梯、调度、门、按钮、楼层等，并使用类 图来描述系统领域类及其关系。 8.3.1 面向对象的分析 2021/1/18 24 需要强调的是，这一阶段对特定领域类的描述具 有一定的素描性质，也就是说特定领域类的操作和属 性不一定与最终实现时的定义一致。因为此时还没有 涉及到系统功能的具体实现，不可能准确、完整地定 义它们。有一些操作需要在设计阶段细化时才能确定。 此外，为了描述问题领域中类的动态行为，可以 使用 UML中的任何一种动态图 (如顺序图、活动图、协 作图、状态图 )。本阶段的各动态图都具有素描性质， 主要是为了协助对领域类及

19、其相互关系的分析，为下 一阶段的具体设计打下基础。 8.3.1 面向对象的分析 2021/1/18 25 设计阶段的任务是对分析模型进行扩展并将模型进 一步细化，并考虑技术细节和限制条件。设计的目的是 指定一个可行的解决方案，以便能很容易地转变成为编 程代码。设计可以分成两个阶段： 体系结构设计阶段 （ ArchitectureDesign）。这是 一个从较高层次的进行的设计，用来定义包（子系统）， 描述包之间的依赖性及通信机制。很自然，目的是要设 计一个清晰简单的体系结构，有很少的依赖性，而且尽 可能避免双向依赖。 详细设计阶段 （ Detailed Design）。在此阶段， 所有的类都详

20、尽地进行描述，给编写代码的程序员一个 清晰的规范说明。 UML中的动态模型用来说明类的对象 如何在特定的情况下做出相应的表现。 8.3.2 面向对象的设计 2021/1/18 26 8.3.2 面向对象的设计 1 体系 结构设计 类图中包括有助于用户从技术逻辑中分离出应用 逻辑 (领域类 )，从而减少它们之间的依赖性。这就是 软件结构设计强调的模块间的高聚合、低偶合的原则。 在商业 MIS中，存在以下包 (或子系统 ): 用户接口包 ：用户接口类允许用户访问系统数据 和加入新数据。在商业对象中，用户接口包跟商业对 象包合作，调用商业对象的操作，实施数据的检索和 插入。 2021/1/18 27

21、 8.3.2 面向对象的设计 商业对象包 ： 该包包括域类，这些域类（如 elevatorButton,Floor， Light等）来自于分析模型。 设计阶段完整地定义了这些类的操作，并增加了一些其 他细节来支持持续存储。在设计阶段，详细设计这些类， 以完整定义他们的操作，支持对数据库的存取。所以， 所有商业对象类必须继承数据库包中的类。 数据库包 ：它向商业对象包中的类提供服务，以 便他们能够持续地存储。在当前版本中，持久对象类将 把它的子类的对象存储到文件系统的文件中。 通用包 ：该包含了一些服务，用来被系统中其他 包调用。 2021/1/18 28 8.3.2 面向对象的设计 2详细设计

22、 详细设计的目的是通过创建新的类图、状态图和动态 图，描述新类，并扩展和细化分析阶段 “ 素描 ” 的商业对 象类。不过在详细设计阶段，它们是从技术层次上对系统 进行更详尽的描述。如分析阶段的用例描述用来验证它们 是否在设计阶段都得到处理，而顺序图用来展示系统中每 个用例在技术上如何实现，等等。 在设计阶段，也可细化分析阶段的状态图，更详细的 显示状态的变换细节。使用状态图可以揭示单个对象在整 个系统中的变化细节，对了解和实现关键类有较大的帮助。 此外，还可以使用其他图在实现层上从不同侧面对分 析阶段建立的模型进行细化。 2021/1/18 29 8.3.3 面向对象的实现 面向对象的实现可分

23、为两个阶段：一是对类进行编 程的过程。可以选择某种面向对象对象编程语言 (如 c+ 或 Java)作为实现系统的软件环境；二是测试和配置，完 成系统编码后，需要对系统进行测试。 1.编码 本阶段完成系统框架进行编码。选择合适的语言实 现设计阶段完成的总体框架的搭建和具体算法的描述。 在实现阶段中，可以选取下列图的说明来辅助编程 : 2021/1/18 30 类的规格说明 :每个类的规格说明详细显示了必要的属 性和操作。 类图 :显示类的静态结构和类之间的关系。 状态图 :显示类的对象可能的状态、所需处理的转移以 及触发这些转移的操作。 包含某个类的对象的动态图 (顺序图、协作图、活动 图 ):

24、显示该类的某个方法的实现或别的对象是如何使 用该类的对象的。 用例图和规格说明 :显示系统需求和结果。 8.3.3 面向对象的实现 2021/1/18 31 编码期间也可能会发现设计模型的缺陷。这时需要 开发者修改设计模型。修改设计模型时一定要保持设计 模型与编码的一致性，以便将来易于维护。 2测试和配置 完成系统编码后，需要对系统进行测试，它通常包括 : 单元测试、集成测试、系统测试和验收测试。在单元测 试中使用类图和类的规格说明，对单独的类或一组类进 行测试；在集成测试中，使用组件图和协作图，对各组 件的合作情况进行测试；在系统测试中，使用用例图， 以检验所开发的系统是否满足例图所描述的需

25、求。 8.3.3 面向对象的实现 2021/1/18 32 8.4.1 需求陈述 电梯模拟系统的设计与 “ 真实 ” 的系统相比省去很 多技术的细节。我们的电梯系统有所有电梯都有的基本 功能，如上升和下降，开门和关门，以及能承载乘客。 电梯假设在一栋大楼的第一层到第 N层运行，第一层是大 厅。电梯里有每一层对应的按钮，除了第一层和第 N层外， 每个楼层都有两个按钮，乘客可以呼叫上楼和下楼。顶 楼只有一个下行按钮，第一层的大厅只有一个上行按钮。 当电梯停在某一层时，电梯开门，电梯的指示灯表明当 前电梯运行的方向，这样乘客知道当前电梯运行的方向。 电梯在两个楼层间快速移动时，电梯的门是紧闭的，而

26、且电梯能提前减速到达目的地。为保证电梯系统的安全， 在任何不安全的因素下，紧急制动就会促发，电梯被强 制停止。 8.4 电梯模拟系统 2021/1/18 33 电梯到达一个楼层时，它会重置电梯按钮，并响铃 （继承到电梯内部）进入电梯，然后电梯向楼层发布已 经到达的信号。作为响应，楼层会重置楼层按钮，并显 示电梯已经到达指定楼层。然后，电梯门开，注意楼层 上对应的门随电梯门一起自动打开。随后，电梯内的乘 客离开电梯，正在等待电梯的人进入电梯。 一个人进入电梯内后，按下电梯按钮，电梯内的指 示灯会亮。另外，等电梯到达另一楼层，并重置电梯按 钮后，灯就熄灭。接着，电梯向指定楼层移动，电梯到 达指定楼

27、层后，如果没有人进入电梯，而且楼层上的楼 层按钮没有被按下的话，就等待电梯门关闭，直到楼层 按钮被按下。 8.4.1 需求陈述 2021/1/18 34 8.4.2.1用例图 电梯系统的用例图如图 8.4所示，主要包括用例、角 色和关系。 8.4.2 电梯模拟系统的分析 乘 客 处理电梯呼叫 标示移动方向 处理楼层呼叫 标示电梯位置 电梯模拟系统 移动停止电梯 开关门 触发紧急处理器 图 8.4 电梯系统用例图 2021/1/18 35 其中的小人代表参与系统的外来实体，在这就是电 梯系统的唯一角色 -乘客，它需要系统为他提供相 应的服务，乘客通过观察电梯移动的方向和电梯位置 指示器决定是否进

28、 /出电梯，因此他参与系统的四个用 例，处理电梯呼叫、处理楼层呼叫、标示电梯位置和 标志移动方向。以下是该用例图的简单功能描述。 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/1/18 36 处理电梯呼叫：这个用例包括几个场景。这些场景有乘 客的呼叫电梯、电梯按钮的亮灭、电梯控制器处理电梯 呼叫，处理按钮信息更新等等。 处理楼层呼叫：和处理电梯呼叫类似，这个用例包括乘 客选择楼层、楼层按钮的亮灭和电梯控制器处理楼层呼 叫，处理按钮信息更新等等。 移动停止电梯：这是一台电梯的主要功能，详细的动作 包括驱动速度的改变，停止的判定，电梯的运动方向驱 动。 标识电梯移动方向：电梯应该有这种机制，即让乘客知

29、 道电梯目前的运动方向，决定是否进电梯 。 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/1/18 37 标识电梯位置：类似电梯移动方向，电梯应该让乘客 知道他 /她的目的层是否到达，决定是否离开电梯。 开关门：乘客进出电梯，电梯应该开关门。这个用例 应该包括当电梯正关闭时乘客想进入，乘客可以使电 梯门打开。 触发紧急制动器：电梯有安全机制确定一个不安全的 状态不是瞬时产生的。 系统框架（用例图中封闭的矩形）包含系统的用例， 而边界代表系统和外界实体交互的界面。 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/1/18 38 每个用例代表系统对外提供的服务，或另一个子系统。 可用事件流对其中的用例进行详

30、细描述。如下对用例 “ 处理 电梯呼叫 “ ：处理电梯呼叫用例基本流程。 (1) 乘客按下第 M层的下行按钮。 (2) M被插入到下行队列的合适位置。 (3) 如果 M被插到下行队列头。 如果电梯正处于下行状态。将 M发送给电梯作为目的地。 如果电梯处于停止状态。将 M发送给电梯作为目的地。 (4) 电梯到达此楼层。 (5) 电梯自动打开门。 (6) 乘客进入电梯。 (7) 超重响警铃。 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/1/18 39 8.4.2.2类图 类图是面向对象系统中应用最多的图，它对系统进行 静态建模。静态图主要描述系统的功能需求 -系统给最终 用户提供的服务。 类图描述一

31、组类、接口和协作，及它们的关系。类图 包括整个系统的描述，如系统的结构和细节，还有类的属 性和操作等细节。 具体方法如下 : 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/1/18 40 1. 找出问题陈述中所有的名词 表 8-1 问题陈述中的名词 大楼 乘客 载客量 电梯 楼层 电梯按钮 楼层按钮 电梯模拟程序 楼层电梯指示灯 人（电梯内的人，楼层等电梯的人） 时间 铃 电梯门 时钟问题陈述中的名词 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/1/18 41 2. 选择在系统中担负主要职责的名词 ,而去掉下面的词 电梯模拟程序 载客量 时间 建筑物是与系统无关的事物，时间和载客量分别是时 钟和电梯

32、所具有的特性，而非独立的实体，电梯模拟程序 是以完整的程序，而不是一个具体的实体 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/1/18 42 3.将剩下的名词划成不同的类，以确定真正的类 大楼 楼层 门 按钮（电梯和楼层按钮） 灯 时钟 调度 铃 乘客（包括电梯内的人，楼层等电梯的人 ) 它们都可能成为系统中所涉及的最终类。我们为楼层按 钮和电梯按钮创建一个类，按钮类，并拥有两个子类，分 别为楼层按钮和电梯按钮（他们分别在电梯系统中担负主 要职责，分别管理呼唤电梯和指挥电梯的移动）。 系统主要的类有： 大楼，楼层，门，按钮），灯，时钟，调度，铃，乘客。 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/

33、1/18 43 8.4.2.3电梯系统类图 根据上面的分析得出系统的类图。如电梯类图、电梯按 钮和门类： 门： “ 电梯 ” 对象 -电梯控制器 -命令门打开和关闭，这 和用例中的描述相对应。 电梯：电梯在控制下上升和下降（用不同的速度），需 要时可以停下。 按钮：电梯控制器类也控制按钮类，按钮类生成两个子 类电梯按钮类和楼层按钮类）。控制对象和按钮对象通信， 得到按钮是否被按下，反过来控制按钮灯的发光。 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/1/18 44 8.4.2 电梯模拟系统的分析 Elevator（电梯） - door ： Door + processPossibleArriva

34、l()： void Button（按钮） - pressed : bool + pressButton() :void Door（门） - open : bool + closeDoor() :void elevatorButton（电梯按钮） -elevatorRef : Elevator +pressButton() :void floorButton（楼层按钮） -floorNumber : int +pressButton() :void 8.5 电梯类图 1 拥有 1 拥有 * 1 2021/1/18 45 8.4.2 电梯模拟系统的分析 系统由不同的类组成，类间的关系称为类的关联，

35、 通过类之间的消息传递才构成纷繁复杂的软件系统。 Uml通过类图描述类之间的关联 ,如图中继承关联 (楼 层按钮合电梯按钮的关系 ),组合关联 (电梯和门以及 电梯按钮的关系 ),一般关联 (电梯和门的关系等 )。 关联可表示为关联对象的个数和关联名 ,如电梯和电 梯按钮的关联表示。系统类图如下： 2021/1/18 46 8.4.2 电梯模拟系统的分析 调度 (Scheduler) 时钟 （ Clock） 乘客 （ Person） 楼层 （ Floor） 电梯 （ Elevator） 楼层按钮 （ floorButton） 灯 （ Light ） 楼层按钮 （ floorButton） 铃

36、（ Bell） 门 （ Door） 图 8.6 电梯模拟系统的类图 1 调 度 0.1 0.1 等待 乘 1 坐 1 拥有 1 1 1.2 1.2 1.* 1 2021/1/18 47 8.4.2.4类的属性 确定类的结构以后，需要表述类本身具有的特性， 也就是类的属性。通过对用例图中每个用例的详细表 述中查询每个类对象拥有的属性，并用合适的名词描 述属性。可用一张表格描述在需求中每个类相关的描 述。如下表 8-2： 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/1/18 48 8.4.2 电梯模拟系统的分析 表 8-2 电梯模拟系统中类的相关描述 类 与类相关的描述词（名词或名词短语） 电 梯

37、电梯运行的时间 电梯的状态 电梯运行的方向 电梯目前处于的位置 电梯到达楼层的时间 门 门的状态（开和关） 时 钟 时钟的时间 楼 层 按 钮 按钮的状态（按下核释放） 电 梯 按 钮 按钮的状态（按下核释放） 灯 灯的状态（开和关） 铃 没有 调 度 到达指定楼层的时间，人到达时间 楼 层 灯，按钮， 2021/1/18 49 8.4.2 电梯模拟系统的分析 电梯按钮 电梯状态：布尔 = 假 楼层按钮 电梯状态：布尔 = 假 电 梯 目前的位置：整形 = 1 电梯的方向：枚举 = UP 电梯到达的时间：整形 电梯移动：布尔 = 假 命名类的属性： 包括属性的名字、类型、初始值，如图 8.7表

38、示： 灯 开关状态 : 布尔 = 假 图 8-7 具有属性的类图 2021/1/18 50 8.4.2.5 类的行为 行为是指为了完成某一任务，一个对象提供的、并体 现其责任的操作。同类对象之间和不同的对象之间通过相 互通信来完成复杂的系统状态的控制。 行为的获取类的方法仍旧从用例图中的每个用例入手， 通过对用例中每个场景的详细分析区或去每个对象所拥有 的职责，具体从三个方面完成类的行为的获取。 （ 1）提取对象外部行为的大致功能和名称，同时进行 适当的精化； （ 2）标识对象之间的消息传递； （ 3）使用模板描述对象的外部服务和对象间的消息传 递。所谓模板是软件组织制定的用于描述对象行为的标

39、准 格式。 8.4.2 电梯模拟系统的分析 2021/1/18 51 8.4.2 电梯模拟系统的分析 表 8-3 电梯模拟系统中类的行为描述 类 动作行为的描述 电 梯 类 移动，到达指定楼层，按下电梯按钮，释放电梯按钮，人进 入电梯，人离开电梯，开关门，响铃等 时 钟 类 每秒计时 调 度 类 创建一个乘客，时间安排，处理楼层等待的人，延迟时间 电 梯 按 钮 类 标识电梯的移动 楼 层 按 钮 类 按钮按下和释放 门 类 开门，关门，表示人已经乘坐电梯 楼 层 类 通知电梯的到来，标识电梯离开等 铃 类 创建自身，响铃 灯 类 创建自身，开关灯 总控类 运行电梯系统，获取时钟，发送时间给计

40、划表和电梯类 2021/1/18 52 8.4.2 电梯模拟系统的分析 根据以上描述命名类的行为 ， 包括行为的名字 ， 返回 类型和参数 。 如图 8.8表示 ： 电梯按钮 电梯状态：布尔 = 假 按下按钮（） 释放按钮（） 楼层按钮 电梯状态：布尔 = 假 按下按钮（） 释放按钮（） 电 梯 目前的位置：整形 = 1电梯的方向：枚举 = UP 电梯到达的时间：整 形电梯移动：布尔 = 假 电梯运行的时间（） 人进入电梯（） 人离开电梯（） 灯 开关状态 : 布尔 = 假 开灯（） 关灯（） 图 8.8 具有属性和行为的类图 2021/1/18 53 设计阶段的主要任务是定义包 (子系统 )

41、，包括包间 的依赖性和主要通信机制，以及细化包的内容，使编程 人员得到所有类的一个足够清晰的描述。同时使用 UML中 的动态模型，描述特定情况下这些类的实例之间的行为。 1结构设计 本系统较为简单 ,仅给 出类间的包含关系和系统结构 图。根据系统需要，添加控制类 Building类，完成对电 梯的总控，各类的关系如图 8.9： 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 2021/1/18 54 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 Person - ID : int +stepOntoFloor(Floor exitElevator(const Floor （ 8） FloorButton（楼层按

42、钮）类： 召唤电梯，标示电梯的移动方向。 方法： pressButton()，按下楼层按钮。 resetButton()，复原楼层按钮。 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 2021/1/18 59 （ 9） ElevatorButton（电梯按钮）类： 提供电梯移动的服务。 方法： pressButton()，按下电梯内按钮。 resetButton()，松开按钮电梯内按钮。 （ 10） Elevator（电梯）类： 电梯模拟系统的主要类，由 Floor类、 Person类、 Door类和 Bel类组成。实现电梯的移动和电梯到达指定 位置后和其他类的交互，并响铃。 方法： summonEl

43、evator(int floor)，呼唤电梯完成 一特殊楼层的服务。 prepareToLeave(bool)，电梯准备离开。 processTime(int)，电梯运行时间。 passengerEnters(Person * const)，乘客进入电梯。 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 2021/1/18 60 passengerExits()，乘客离开电梯。 processPossibleArrival()， 可能到达的电梯。 processPossibleDeparture()，电梯可能离开。 arriveAtFloor(Floor 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 2021/

44、1/18 75 （ 4） prepareToLeave(bool leaving) / 电梯准备离开 算法描述： / 获取当前呼叫电梯的楼层 Floor / 通知控制器这部电梯正要离开 thisFloor.elevatorLeaving(); / 电梯发送消息给门，请求关门 door.closeDoor(thisFloor); / 电梯朝向指定电梯按钮的指示方向移动 if(leaving) move(); 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 2021/1/18 76 （ 5） processTime(int time) / 通过检测电梯到达目的楼下或准备离开某楼层时，更 新电梯时间 算法描述

45、： / 首先获取当前时钟的时间 currentBuildingClockTime = time; / 电梯按预先设定的楼层移动，则调用方法 processPossibleArrival()计算到达目的楼层的 时间，否则调用 processPossibleDeparture()获取电 梯离开的时间 if( moving) processPossibleArrival(); else processPossibleDeparture(); 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 2021/1/18 77 （ 6） passengerEnters(Person * const personPtr) /

46、 乘客进入电梯 / 获取当前进入电梯的乘客 passengerPtr = personPtr; cout工号为 getID()进入 电梯 . currentFloorendl; （ 7） passengerExits() / 乘客离开电梯 / 当前乘客置空 passengerPtr = 0; 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 2021/1/18 78 （ 8） processPossibleArrival() / 电梯可能到达的楼层 算法描述： /如果时钟获取时间恰好是电梯到达楼层时间，则更新电梯，输出 当前楼层 if( currentBuildingClockTime = arrival

47、Time) currentFloor = (currentFloor =Floor:FLOOR1 ? Floor:FLOOR2 : Floor:FLOOR1); direction = (currentFloor = Floor:FLOOR1 ? UP : DOWN); cout电梯到达第 currentFloor层 endl; arriveAtFloor(currentFloor = Floor:FLOOR1) ? floor1Ref : floor2Ref); return; cout 电梯移动 (direction =UP ? UP : DOWN)endl; 8.4.3 电梯模拟系统的设

48、计与实现 2021/1/18 79 （ 9） processPossibleDeparture() / 电梯准备离开楼层 算法描述： /本楼层需要电梯服务 bool currentFloorNeedsService = currentFloor =Floor:FLOOR1 ? floor1NeedsService : floor2NeedsService; /其他楼层需要服务 bool otherFloorNeedsService = currentFloor =Floor:FLOOR1 ? floor2NeedsService : floor1NeedsService; if (curren

49、tFloorNeedsService) arriveAtFloor(currentFloor = Floor:FLOOR1 ? floor1Ref :floor2Ref); return ; else prepareToLeave(otherFloorNeedsService); 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 2021/1/18 80 （ 10） arriveAtFloor(Floor /reset status cout电梯按钮被释放 endl; elevatorButton.resetButton(); bell.ringBell(); /通知楼层电梯到 Person *floor

50、PersonPtr = arrivalFloor.elevatorArrived(); door.openDoor(passengerPtr,floorPersonPtr,arrivalFloor,* this); 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 2021/1/18 81 /这层需要服务 bool currentFloorNeedsService = currentFloor = Floor:FLOOR1 ? floor1NeedsService : floor2NeedsService; bool otherFloorNeedsService = currentFloor = Floor:FLOOR1 ? floor2NeedsService : floor1NeedsService; if(!currentFloorNeedsService) prepareToLeave(otherFloorNeedsService); else currentFloor = Floor:FLOOR1 ? floor1NeedsService =false : floor2NeedsService = false; 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现 2021/1/18 82 其余各类中操作的详细可参阅程序源代码。 8.4.3 电梯模拟系统的设计与实现