第四部分结构建模(精)

第四部分结构建模第十章类的详解1、引言●随着软件设计和建造的深入，往往需要有更加完备的结构模型，以更详细地反映软件系统的细节。

●例如，当建模的目的是为了软件系统的建造时，软件模型表达的内容必须足够完备，直至能够支持通过模型的正向工程进行软件的建造。

●本章将更深入地讨论类的完备模型应具备的UML建模元素。

2、可见性●类的存在价值在于它的对象要参与软件系统的交互，●孤立存在的类是没有存在价值的。

●类的基本构成包括属性和操作。

●当类的对象参与交互时●类的属性●定义了类的结构和其对象在交互时所处的状态●类的操作●定义了类的对象在交互中为其它对象提供的服务。

●当某一类的对象和其它类的对象进行交互时，●它的某些操作是可以被其它对象通过消息直接启动的，●通过启动操作，目标对象为其它对象提供了服务●而有些操作是不能被其它对象直接启动的，●它们的作用只是为对象的服务的实现提供支持。

●类的属性也是一样，●有些属性代表的状态可以被其它对象存取，●而有些属性代表的是对象的内部状态，它们只能被类的操作所存取。

●类的构成(property)的能被其它类的对象所访问的特性是由类的可见性规定的。

●在大多面向对象的程序设计语言里，都有规定类的属性和操作的可见性的规则。

●UML的类可见性就是为程序设计语言的对应特性进行建模的手段。

●可见性的定义●在UML里，类的可见性就是规定类的基本构成能否被其它的类所引用的规则。

●类的可见性可分为三类:●公有的, 保护的,私有的●如果一个类的构成具有公有可见性（public），那么这个构成可以被任何别的类访问。

●如果一个类的构成具有保护可见性(protacted)，则代表此构成可以被此类的导出类访问。

●如果一个类的构成具有私有可见性(private)，那么代表此构成只能被此类本身的操作访问●类的可见性的图形表示●如果类的构成具有公有可见性，则在构成的名字前缀以“+”。

●如果类的成具有保护可见性，则在此构成的名字前面缀以“#”，●如果类的构成具有私有可见性，则在此构成的名字前面缀以“-”●（图10.1）。

3、作用域●类是对象的抽象。

对象是类的坚实存在。

●类由属性和操作组成，属性和操作统称为类的构成。

●类可以有多个对象。

●通常, 当一个类的多个对象同时存在时，●此类的同名的构成具有多个副本。

●这意味着●修改一个对象的属性的取值不会对另一个对象的同名属性发生作用；●一个对象的操作的执行不会影响同一个类的另一个对象的状态。

●但在有些情况下，●可能需要同一个类的各个对象能共享一个或多个属性。

●例如，可能需要设定一个变量来统计某一类当前存在的对象的数目。

●类的构成的作用范围，在UML里，称为作用域(scope)。

●类的构成的作用域规定了类的构成是定义在每个对象上的还是定义在整个类的范围内的。

●类的构成的作用域共有两种，即对象作用域和类作用域。

●对象作用域指的是此构成对此类的每个对象都有一个副本。

●类作用域指的是此构成只有一个副本，它能为类的所有对象共享。

●如果一个操作具有类作用域，则意味着此操作的结果对整个类有效。

●对C++而言，具有类作用域的类的构成，相当于是静态(static)变量和静态函数●（在C++里，如果一个函数是静态的，就意味着此函数只能访问静态变量）。

●作用域的图形表示●如果类的构成的名字下面加了下划线，就表示此构成具有类作用域，●否则就是具有对象作用域。

●在有些工具中作用域的表示有些微小区别，●例如，图10.2 是ROSE里作用域的图形表示，其中，●符号"$"代表类作用域。

4、抽象类和多态性●利用泛化关系,可以指定一系列具有共享的结构和行为的类。

●这些类具有共有的结构，●在交互中通过相同的接口提供不同的服务。

●基于图形用户界面的交互式软件的工具栏就是这样的一个例子（图10.3）。

●工具拦里的各鼠标工具都接受相同类型的鼠标消息●但对鼠标消息的解释则随鼠标工具的功能的不同而不同。

●在考虑鼠标工具的实现机制的时候，通常是把各工具都应实现的鼠标消息的处理操作提取出来，在一个基类里为它们声明调用格式，●把各工具的实现类声明为此基类的导出类。

●在这种情形下，基类只为其导出类定义了公共的结构和操作接口，它本身不会被实例化为对象。

●在UML里，可以用抽象类为它们建模。

●抽象类的定义：●抽象类在UML里被定义为没有直接实例的类。

●抽象类的图形表示：●为了将抽象类区别于其它类，在图形表示上，把抽象类的名字用斜体字拼写（图10.4）。

●抽象类里的操作的实现方法（method）都可以是未定义的，●它们的实现将在各导出类里定义。

●这样的操作被称为是抽象操作（abstract operation）。

●抽象操作的定义●在UML里，抽象操作被定义为是未指定实现方法的操作。

●其操作的实现方法必须在其后继（导出类）中定义。

●如果把抽象操作映射到C++,●则抽象操作等同于C++里的纯虚函数。

●抽象操作的图形表示●在类图上，如果一个操作的名字是用斜体字拼写的，那么，这个操作就是抽象操作。

●使用抽象类、抽象操作以及泛化关系来描述一系列的类的继承关系后，在抽象类里定义的操作在交互里的动态行为将取决于参与交互的对象的类型。

●即，根据此对象实例化的那个抽象类的导出类的对应操作的实现方法，决定此操作在交互时的动态行为。

●多态性●在UML里，多态性指的是在泛化关系的层次结构中，处于不同层次的导出类的署名(signature)相同的操作，可以有不同的动态行为。

●如果对应到C++, 则多态性就对应于C++的如下特性，●即：类型为指向抽象类的指针的变量所代表的对象的动态行为将取决于此对象在运行时所实例化的类的实现。

●在UML里, 操作和操作的实现是两个不同的概念。

●操作定义了一个类能为其它类能提供的服务。

但它不规定此服务的实现方法。

●操作的实现在UML里被称为实现方法(method)。

●因此，抽象操作是没有定义实现方法的操作。

●而在利用了操作的多态性的类的继承网络里，●具有相同署名的操作，可以有多个实现方法。

●在一个类的模型图上，将存在各种具有不同特性的类。

●例如：在一个表达类的多重继承的类图上，必定存在一个或多个类，它们处于类的继承层次结构的顶层，即它们不是从任何基类导出的。

●有时，出于设计的需要，也存在一些类，它们不会是，或规定不得是任何类的基类。

为了在模型图上强调这样的类，UML里定义了叶子类(leaf class)、根类(root)以及坚实类(concrete class)的概念。

●叶子类是没有任何导出类的类。

●图形表示：●叶子类被表示为对类的约束，使用关键字leaf对类的名字进行修饰，●即把leaf用花括弧扩起来（{leaf}）放置在类的名字的下方（图10.4）。

●根类是没有任何基类的类。

●根类也被表示为对类的约束，其关键字为root。

它({root})被放置在类的名字的下方,表示这个名字的类是根类。

●坚实类在UML里被定义为是可以被直接实例化的类。

●我们建模时遇到的大多数的类都是坚实类，UML不对坚实类做特殊的图形标注。

●抽象操作是实现方法由类的导出类定义的操作。

与此相对应，UML也定义了实现方法必须被定义的操作，这就是叶子操作(leaf operation),●叶子操作又称为坚实操作(concrete operation)。

●叶子操作被定义为是不具备多态性且不能被重载的操作。

●被重载指的是它的实现方法可以在其所在的类的导出类里被定义。

●因此一个操作如果不得被重载，就意味着此操作本身必须被指定实现方法。

5、类的重复度●在对软件系统进行逻辑设计时，在某些情形之下，可能需要限制类的对象在软件系统中存在的数目。

●出于交流的目的，可能需要在逻辑视图上强调这种情形，这时就可以用类的重复度（multiplicity）来表达。

●重复度的定义●在UML里，对类的可同时存在的对象的数目的限制，称为类的重复度。

●重复度描述的是一个数目范围。

数目范围用一个表达式描述。

下表就是此表达式可以采取的形式的几个例子：形式含义N 对对象的可以同时存在的数目没有限制1 有且只能有一个对象1..n 必须有至少一个对象存在0..n 可以有零个或任意多个对象存在0..1 可以有零个或一个对象存在<大于等于1的整数> 必须有指定个对象存在，存在的数目由此整数指定2..10 必须至少有2个对象存在，但不能有超过10个对象同时存在●重复度的图形表示●在类图上，类的重复度表达式被放置在类的图标的右上角（图10.5）。

●如果类的重复度表达式在类图上被省略，那么此类的重复度缺省为n。

●即对此类的可同时存在的对象的数目没有限制。

●重复度同样可以应用于类的属性，●这时，按照UML的规定，可以把重复度表达式用方括号扩起来，放置在对应的属性名字的后面。

●如果属性的重复度表达式省略，则属性的重复度缺省为1。

●（在某些工具如ROSE, 属性的重复度被放置在属性的类型说明的后面，如图10.5所示）。

6、属性的语法●类的属性的构成包括:●属性名字、●属性的可见性、●属性的类型以及●属性的重复度。

●为了构造一个完整的类的模型，还需要为属性指定其它的一些构成，它们是：●属性的初始值、●属性的作用域和●属性的可变性（changeability）。

●UML类的属性的完整的语法可以表述如下：［可见性］名字[重复度］［：类型］[=初始值]［{特性串}］●在上面的式子里，用方括号括起来的构成是可省略的。

●这意味着在建模时，依据模型图所表达的内容的侧重面，属性的构成可以被隐藏，甚至可以暂时缺省。

●“特性串”用于描述属性的可变性。

●可变性描述了对属性取值的修改的限制。

●UML中共有三种预定义的属性可变性，它们是：●<1>、changeable（可变的）：●表示此属性的取值没有限制，属性的取值可以被随意修改。

●<2>、addOnly(只可加)：●它只对重复度大于1的属性有效。

●对于重复度大于1的属性而言，此属性的每个实例在被初始化或赋值之前，其取值是无效的，随着交互的进行，属性的这些实例被逐步地初始化或赋值，这些被初始化的实例的取值才是有效的。

●addOnly特性串表明，对这个属性而言，新的有效值只能添加到此属性的有效值集合中去，●一旦一个有效值被加入到此属性的有效值集合中，就不能被更改或删除。

特性串取有效值的数目只可增加。

●●<3>、frozen (冻结的)：frozen特性串表明属性所在的类的对象一旦被初始化，它的取值就不能被再改变。

这相当于C++里的常量（const）。

●例如：如果一个类的属性具有如下的形式，id : Interger {frozen}就表示此属性的取值在对象被创建之后是不可更改的。