第6章面向对象方法学引论

第6章 面向对象方法学引论 教学提示：本章主要讲述面向对象方法学的优缺点；面向对象的基本概念：对象、类、实例、消息、方法、封装、继承、多态性和重载等；面向对象的软件工程：OOA、OOD、

OOP、OOT；面向对象的建模及对象模型、动态模型、功能模型；面向对象的开发方法。

教学要求：面向对象的基本概念，比较抽象，教学中要注意结合面向对象的高级语言举一些例子来更深刻地领会。本章难点是面向对象的概念及特征和面向对象的模型。掌握面向对象的基本概念及特征，面向对象的建模，面向对象的软件工程。了解面向对象方法学的定义和优点，面向对象的开发方法。

面向对象的软件开发方法在20世纪60年代后期首次提出，经过将近20年这种技术才逐渐得到广泛应用。到了20世纪90年代前半期，面向对象的软件工程方法学已经成为人们在开发软件时首选的范例。今天看来，面向对象技术似乎是最好的软件开发技术

6.1 面向对象方法学概述

面向对象的技术是当前计算机界所关心的重点，是目前软件发展的主流。面向对象的概念来自面向对象的程序设计语言，实际上，面向对象的概念和应用已经超越了程序设计语言，扩展到很宽的范围，如面向对象的数据库系统、面向对象的系统分析与设计、CAD 技术、人工智能以及其他广泛的应用范围。

6.1.1 面向对象方法的发展历程

面向对象的方法的研究正在引起全世界越来越强烈的关注和高度重视，被誉为“研究最新技术的好方法”。针对日趋复杂的软件需求的挑战，软件业界开始崇尚利用面向对象的方法和思想进行软件开发。

与人类发明史上的许多创举不同，面向对象不是瞬间出现的。面向对象不是某个人的突发奇想，而是许多人经历多年研究积累的产物。

面向对象的方法起源于面向对象的程序设计语言。在20世纪60年代中期Simula-67的设计者Dahl和Nygaard 提出对象(object)的概念，在程序设计语言中开始使用数据封装(data encapsulation)的概念。在20世纪70年代，Liskov使用抽象数据类型(ADT)的理论和实现有了重大的进展，奠定了面向对象的基础。Liskov最著名的研究成果是CLU语言，支持隐藏内部数据表示方法。从20世纪70年代起，Xerox公司的 Palo Alto 研究中心经过对Smalltak 72、74连续不断的研究、改革后，在1980年推出了Smalltalk-80，它在系统设计中强调对象概念的统一，引入对象、对象类、方法和实例等概念及术语，采用了动态联编及单继承机制，体现了面向对象方法的许多重要概念，对面向对象方法学的形成和发展起

第6章 面向对象方法学引论 ·123·了重大作用。

与此同时，Bell实验室的B. Stroustrup着手在C语言的基础之上加以扩展，使之成为一个面向对象的语言，定名为C++。由于C语言在80年代已成为通用的开发语言，它不仅可以用于计算机，而且可以用于范围很宽的计算机结构及环境，因此在C语言的基础上扩展而成的C++虽然不是纯粹的面向对象语言，却继承了C的语言构造，易学易用，不需特殊的计算机平台。这些相比于Smalltalk-80明显的优点，受到计算机界的普遍欢迎。许多C++商业版本和工具相继出现，原来阻碍面向对象程序设计语言推广使用的性能价格比问题也顺利地得以解决。所以，C++的问世，促进了面向对象技术的发展。

Java语言与Internet有着直接的关系，它采用了类C++的风格，是一个比较严格的面向对象的语言，并且可以跨平台运行。SUN公司的Java 2的J2ME、J2SE、J2EE不同的标准，使得Java可以应用在任何平台之上。

另外，还有一些其他的面向对象的程序设计语言也在20世纪80年代相继出现，如objective-C、Eiffel、CommonLOOPS等。

许多基于框架(Frame-based)的知识表达系统提供了面向对象的特征；Tertronix和Data General公司提供了面向对象辅助设计和工程系统。O2、ITASCA及ObjectStore等面向对象的数据库系统，日趋成熟并已进入商品化。许多Client/Server数据库开发工具都采用了面向对象的方法与技术，如Borland Internatioal公司的Delphi、Powersoft公司的Power Builder和Informix的New Era等。

在20世纪90年代后期，尽管Grady Booch、Ivar Jacobson及Jim Rumbaugh三人在面向对象领域各有各自的主张，但是他们仍通力合作将面向对象用合理的符号表示产生了统一建模语言(Unified Modeling Language，UML)，这个图形化的建模语言既有可视的表达形式，又有严谨的语义支撑。

6.1.2 面向对象方法学的优点

面向对象方法的基本思想是从现实世界中客观存在的事物出发来构造软件系统，并在系统构造中尽可能运用人类的自然思维方式。开发一个软件是为了解决某些问题，这些问题所涉及的业务范围称作该软件的问题域。面向对象方法强调直接以问题域(现实世界)中的事物为中心来思考问题、认识问题，并根据这些事物的本质特征，把它们抽象地表示为系统中的对象，作为系统的基本构成单位，而不是用一些与现实世界中的事物相差较远，并且没有对应关系的其他概念来构造系统。因此，面向对象方法可以使系统直接地映射问题域，保持问题域中事物及其相互关系的本来面貌。

1. 与人类习惯的思维方法一致

面向对象的软件技术是以对象为核心，用这种技术开发出的软件系统由对象组成。对象是对现实世界实体的正确抽象，它是由描述内部状态表示静态属性的数据以及可以对这些数据施加的操作，封装在一起所构成的统一体。对象之间通过传递消息互相联系，以模拟现实世界中不同事物彼此之间的联系。

面向对象的设计方法基本原理是，使用现实世界的概念抽象地思考问题从而自然地解决问题。它强调模拟现实世界中的概念而不强调算法，鼓励开发者在绝大部分过程中都应

·123·

软件工程基础教程

·124··124·

用领域的概念去思考。在面向对象的设计方法中，计算机的观点是不重要的，现实世界的模型才是最重要的。面向对象的软件开发过程从始至终都围绕着建立问题域的对象模型来进行，对问题域的自然的分解，确定需要使用的对象和类，建立适当的类等级，在对象之间传递消息实现必要的联系，从而按照人们习惯的思维方式建立起问题领域的模型，模拟客观世界。

面向对象方法学的基本原则是按照人类习惯的思维方法建立问题域的模型，开发出尽可能直观、自然地表现求解方法的软件系统。面向对象的软件系统中广泛使用的对象是对客观世界中实体的抽象。面向对象的软件技术为开发者提供了随着对某个应用系统的认识逐步深入和具体化的过程，而逐步设计和实现该系统的可能性，因为可以先设计出由抽象类构成的系统框架，随着认识深入和具体化再逐步派生出更具体的派生类。这样的开发过程符合人们认识客观世界、解决问题时逐步深化的渐进过程。

2. 稳定性好

传统的软件开发方法以算法为核心，开发过程是基于功能分解和功能分析进行的。当功能需求发生变化时将引起软件结构的整体修改。所以，这种软件系统的稳定性是比较差的。而面向对象方法是基于构造问题领域的对象模型，以对象为中心来构造软件系统的。用对象模拟问题领域中的实体，以对象间的联系刻画实体间的联系。面向对象的软件系统的结构是根据问题领域的模型建立起来的，而不是基于对系统应完成的功能的分解，所以，当对系统的功能需求变化时并不会引起软件结构的整体变化，往往仅需要作一些局部性的修改。因此，以对象为中心构造的软件系统也是比较稳定的。

3. 可重用性好

面向对象方法在类的级别上而不是在各子程序级别上，提高代码重用来改进软件的可重用性。可以通过开发和建立合适的类库进行重用，这种方法实际上是一种新的符合特定需求的非常高层的语言。

实际上对象类是一个足够复杂的有机体，可以作为独立的软件单元从公司中的一个应用移植到另一个应用。

4. 可扩展性

软件的可扩展性简单地描述为“说明域与实现域之间是同构的”，用通俗的话来说就是解决问题的模型应该满足问题的模型。用户的一些小的改变不会导致主要系统灾难性的后果，当修改面向对象代码时很少会引发其他部分产生的莫名其妙的问题。由于面向对象基于更高层次上建立软件单元，它更接近于生活的抽象，因此比传统的技术更容易建立同构。

可扩展性经常和继承性一起使用，用户常在已经声明的主题中增加变量以对系统进行扩展。使用面向对象技术，可以在已有的超类下增加继承子类的方法实现扩展。

5. 可维护性

前面4个特性是可维护性的基础。面向对象的方法可以提高前4个方面的质量，因此能够在以下几个方面降低系统的维护开销。

(1) 可重用性降低了企业整个代码维护的费用。

(2) 可靠性减少了用户的不满意度和对修改问题的抱怨。

第6章 面向对象方法学引论 ·125·

(3) 健壮性确保了软件的可维护性而不至于在桌面上瘫痪。

(4) 可扩展性迎合了用户修改系统的渐近式倾向，因此用户可以不断地对软件寻求更多的较小的修改。

6.1.3 面向对象方法学的不足

面向对象的方法也不是完美的，也有一些不方便的地方。

1. 面向对象需要更关注于需求、分析和设计

和结构化方法类似，如果要构建出符合用户需要的系统，必须了解用户到底需要什么。因此要做出需求分析，然后根据需求的结构进行分析和设计。利用面向对象的方法必须在分析和设计上下功夫。

2. 面向对象需要完全改变每个人的思想

系统现在都是由相互作用的对象组成的，这完全和结构化的方法不同。千万不要低估这两种方法之间巨大的差异。

3. 面向对象需要改变软件开发文化

每个开发人员思想的变化实际上反映了开发文化总体上的变化。每个开发人员都是用新的方法，做更多的分析和设计，与自己的用户进行更多的交流。如果这些变化在你的机构里还没有发生，那么当面向对象引入到开发部门时就会经历巨大的企业文化变迁。

4. 面向对象不仅仅是编程

在改变开发文化的过程中，应更加注重整个系统的开发过程，尤其是分析和实际工作，需要学习如何正确地使用面向对象的方法，这样做起来既不容易也不快。

5. 面向对象的许多优点是长期的

增加重用性和可扩展性有助于减少开发时间和成本，当需要扩展和完善软件系统时面向对象的优点就显示出来了。这意味着有些优点所带来的好处必须等待好几年的时间。

6. 面向对象要求先在培训、教育和工具上投资

软件开发机构必须对开发人员进行培训，要购买面向对象的开发工具、书籍及杂志。这些都需要预先进行一部分投资。这些短期投资和面向对象将带来长期回报。

7. 面向对象技术不能保证能构造出正确的系统

面向对象提供了增加项目成功的可能性，但这仍依靠参与人员的能力。开发人员、用户和管理者每个人都有义务协同工作，营造出适于面向对象开发的一个氛围。

8. 面向对象要求更多的测试工作

面向对象开发本质上就是迭代的，因为可能正在使用对象开发复杂的软件，最终结果可能要花更多的时间来测试。迭代开发需要更侧重于回归测试以及验证老软件在改动后仍能正常工作上。软件越复杂就越需要下力气来验证它。

·125·

软件工程基础教程

·126··126·

9. 面向对象仅是解决方案的一部分

面向对象并不能包含一切事情。不仅要使用计算机辅助软件工程来帮助建模，还需要质量保证活动来确保系统达到用户要求，并且还要制作出方便用户有效使用的系统界面。面向对象不是包治百病的万灵药，它仅是解决方案的一部分。

6.2 面向对象的基本概念

在面向对象的设计方法中，对象和传递消息分别是表现事物及事物间相互联系的概念。类和继承是适应人们一般思维方式的描述范式。方法是允许作用于该类对象上的各种操作。

6.2.1 对象

对象一词应用广泛，难以精确定义，场合不同，含义各异。一般说来，任何事物均看成“对象”，但对于计算机软件来说，则失之过泛。

在这里，对象是一个实体，它能够保存一个状态(或称信息或数据)，并且能提供一系列操作(或称行为)，这些操作或能检查或能影响对象的状态。

对象能够表示现实或抽象的事物，具有良好定义的责任和良好定义的行为，以及良好定义的接口。对象通常不是太复杂或太大。一个对象可以由多个对象组成，并且与其他对象具有松散耦合。

对象具有封装性(encapsulation)。对象将数据及行为封装在一起，并且具有信息隐藏的能力，也就是说将其内部结构隐藏起来。具体地说，外界不能直接修改对象的状态，只有通过向该对象发送消息(message)来对它施加影响。对象隐藏了其中的数据及操作的实现方法，对外可见的只是该对象所提供的操作的接口，对象将接口从实现中分离。但在某些面向对象程序设计语言中，信息隐藏是有权限的，如C++。

通过封装，可以防止对封装数据未经授权的访问，有助于保证数据的完整性。隐藏起来的执行细节，对其他对象是透明的，因此内部细节的改动不影响向其发送消息的对象。

对象具有自治性(autonomy)。对象具有独立的计算能力：给定一定的输入，经过状态转换，对象能产生输出，说明它具有计算能力。对象自身的状态变化不是直接受外界干预的，外界只有通过发送消息对其产生影响，因此对象能够提供服务。

对象具有通信性。对象具有与其他对象通信的能力，具体地说就是对象能接收其他对象发来的消息，同时也能向其他对象发送消息。通信性反映了不同对象间的联系，通过这种联系，若干对象可以协同完成某项任务。

对象具有被动性。对象的存在和状态转换都是由来自外界的某种刺激(stimulus)引发的，这种刺激就是消息。对象的存在是由外界决定的，而对象的状态转换则是在它接收到某种消息后产生的。

对象具有暂存性。有两层含义：一是指对象的存在可以动态地引发，不是在系统运行一开始就存在二是对象可随时消亡，不是必须存在到系统运行结束。虽然在系统运行过程中自始至终保存某些对象，但从对象的本质或作用来说，它具有暂存性。

对象可具有持久性(persistence)。持久对象不随着创建它的进程结束而消亡，并且在外

第6章 面向对象方法学引论 ·127·存中存储。对象的持久性可以从两个方面理解。一个方面是应用系统急需管理的客观存在的对象，如学生等。这方面的持久对象主要靠面向对象的数据库管理系统进行管理。另一方面，在面向对象的应用中，经常需要将暂存对象(内存中的对象)转换成持久对象(在外存中存储)，应用需要时，再将持久对象转换成暂存对象。

在面向对象程序设计语言中，对象由若干属性值及方法组成。对象的属性和方法称作对象的特性(property)。属性值即对象的状态，方法即对象的行为。属性在内部实际上是一组变量。方法是一组函数或过程。在smalltalk中，影响对象属性值的唯一方法是可以直接访问对象的属性及方法。在C++中，属性称作数据成员，方法称作成员函数。

6.2.2 类和实例

1. 类

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、王五等的基本特征相似，都是黄皮肤、黑头发、黑眼睛，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。

在面向对象的方法中，对象按照不同的性质划分为不同的类。同类对象在数据和操作性质方面具有共性。在面向对象程序设计语言中，程序由一个或多个类组成。在程序运行过程中，根据需要创建类的对象(即其实例)，因此类是静态概念，对象是动态概念。类是对象之上的抽象，有了类之后，对象则是类的具体化，是类的实例。

类的定义是具有相同属性和服务的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述，其内部包括属性和服务两个主要部分。具体来说，类由方法和数据集成，它是关于对象性质的描述，包括外部特性和内部实现两个方面。

一个类的上层可以有超类，下层可以有子类，形成一种层次结构。这种层次结构的一个重要特点是继承性，一个类继承其超类的全部描述。这种继承具有传递性，一个类实际上继承了层次结构中在其上面的所有类的全部描述，属于某个类的对象除具有该类所描述的特性外，还具有层次结构中该类上面所有类描述的全部特性。在类的层次结构中，一个类可以有多个子类，也可以有多个超类。因此，一个类可以直接继承多个类，这种继承方式称为多重继承。如果限制一个类至多只能有一个超类，则一个类至多只能直接继承一个类，这种继承方式称为单重或简单继承。在简单继承情况下，类的层次结构为树结构，而多重继承是网状结构。

类分为一般类和特殊类，它们的定义是：如果类A具有类B的全部属性和全部服务，而且具有自己特有的某些属性或服务，则A叫做B的特殊类，B叫做A的一般类。

把一组对象的共同特性加以抽象并存储在一个类中的能力，是面向对象方法最重要的一点，是否建立了一个丰富的类库，是衡量一个面向对象程序设计语言成熟与否的重要标志。

在面向对象程序设计语言中，类的作用有两个：一是作为对象的描述机制，刻画一组对象的公共属性和行为；二是作为程序的基本单位，它是支持模块化设计的设施，并且类上的分类关系是模块划分的规范标准。

2. 类和型的区别

型(type)的说明是指概念上、逻辑上的问题。数据的值都有型。一个类指一个特定的抽

·127·

软件工程基础教程

·128··128·

象数据类型实现模板，对象具有类。型是定义在值上的一个谓词布尔函数，而不能用在限制一个可能的参数或表征某一个结果上，型通过一个公共的接口对对象进行分类。如果一个型定义了对象是如何定义和实现的，那么将通过定义新的型来实现应用。一个型包括：

(1) 一个操作接口集合；

(2) 操作的代码；

(3) 定义对象表达的数据结构。

一个类是一个能够实例化出多个具有同样行为的对象的设计部分，一个对象是一个类的实例，同类型相反，类通过一个公共的实现来区分对象。有些人认为类和型关系密切并可以交换使用，也有一些人认为类和型完全不同，实际上，上述两种看法都是不对的：类具有一个外部的意义，指明适合于型的对象集合；型则是一个对象集合特征的内部定义。

3. 类的实例

在面向对象的系统中，每个对象都属于一个类，属于某个类的对象称为该类的一个实例，类和对象间具有instance-of 关系。一个实例是从一个类创建而来的对象，类描述了这个实例的行为(方法)及结构(属性)。实例的当前状态由在该实例执行的操作来定义。类是静态的，实例对象是动态的。

实例的行为和属性由其所在的类来定义，每个实例具有一个对象标识。许多不同的实例可以由某一个类所创造，每个实例可由该类上定义的操作(方法)来操纵，不同的实例可以由不同的操作序列来操纵，结果会得到不同的状态。如果这些实例严格地用同样的操作方法进行操纵，必定得到相同的状态。

在某些环境下，我们也认为类本身也是一个对象，这个特殊的对象也有其属性和方法，称为类属性和类方法(普通对象的属性和方法称作实例属性和实例方法)。我们认为任何一个对象都是某个类的对象，因此如果将类看作一个对象，该类必定是另一个特殊类的实例，这个特殊类称作元类(metaclass)。

在面向对象的程序设计语言中，类的实例既可静态地产生也可动态地产生。静态实例化指在程序编译时刻即产生对象，存活于程序运行期间。动态实例化指对象的创建运行时刻分配对象的存储空间及对象标识，在运行时刻删除该对象，回收所占空间。Java 语言采用动态实例化方法。要创建一个对象，必须使用关键字new 来创建一个动态的实例。

6.2.3 消息和方法

1. 消息

对象通过它对外提供的服务在系统中发挥自己的作用。当系统中的其他对象(或其他系统成分)请求这个对象执行某个服务时，它就响应这个请求，完成服务所要求的职责。在面向对象的方法中把面向对象发出的服务请求称作消息。消息用来请求对象处理或回答某些信息的要求，消息统一了数据流和控制流。程序的执行是靠在对象间传递消息来完成的。

消息就是向对象发出的服务请求，它应含有提供服务的对象标识、服务标识、输入信息和回答信息。

消息的接收者是提供服务的对象。在设计时，它对外提供的每个服务应规定消息的格式，这种规定称作消息协议。消息的发送者是要求提供服务的对象或其他系统成分(在不要

第6章 面向对象方法学引论 ·129·求完全对象化的语言中允许有不属于任何对象的成分，如C++程序的main函数)。在它的每个发送点上需要写出一个完整的消息，其内容包括接收者(对象标识)、服务标识和符合消息协议要求的参数。消息中只包含发送者的要求，它指示接收者要完成哪些处理，但并不告诉接收者应该怎样完成这些处理。

例如，MyCircle是一个半径4cm、圆心位于(100，200)的Circle类的对象，也就是Circle类的一个实例，当要求它以绿色在屏幕上显示自己时，在C++语言中应该向它发出下列消息：

MyCircle.Show(GREEN);

其中MyCircle是接收消息的对象的名字，Show是消息选择符(即消息名)，圆括号内的GREEN 是消息的变元。当MyCircle接收到这个消息后，将执行在Circle类中所定义的Show操作。

2. 方法(method)

方法(method)也称作行为(behavior)，指定义于某一特定类上的操作与法则。具有同类的对象只可为该类的方法所操作，换言之，这组方法表达了该类对象的动态性质，而对于其他类的对象可能无意义，乃至非法。

把所有对象分成各种对象类，每个对象类都有一组所谓的方法，它们实际上是类对象上的各种操作。图6.1给出了对象的分解图。当一个面向对象的程序运行时，一般要做三件事：首先，根据需要创建对象；其次，当程序处理信息或响应来自用户的输入时，要从一个对象传递消息到另一对象(或从用户到对象)；最后，若不再需要该对象时，应删除它并回收其所占用的存储单元。

对象

数据

方法

图6.1 对象的分解图

由此可见，面向对象的设计方法放弃了传统语言中控制结构的概念，以往的一切控制结构的功能都可以通过对象及其相互间传递消息来实现。

6.3 面向对象的基本特征

在面向对象的设计方法中，对象、类、消息和方法的程序设计范式的基本点在于对象的封装性和继承性。通过封装能将对象的定义和对象的实现分开，通过继承能体现类与类之间的关系，以及由此带来的动态绑定和实体的多态性，从而构成了面向对象的各种特征。

6.3.1 继承性(inheritance)

继承是一种使用户得以在一个类的基础上建立新的类的技术。新的类自动继承旧类的

·129·

软件工程基础教程

·130··130·

属性和行为特征，并可具备某些附加的特征或某些限制。新类称作旧类的子类，旧类称作新类的超类，继承能有效地支持软件构件的重用，使得当需要在系统中增加新的特征时，所需新代码最少，并且当继承和多态、动态联编结合使用时，为修改系统所需变动的原代码最少。继承机制的强有力之处还在于它允许程序设计人员可重用一个未必完全符合要求的类，允许对该类进行修改而不至于在该类的其他部分引起有害的副作用。

继承性是面向对象程序设计语言不同于其他语言的最主要特点，是其他语言所没有的。正因为继承机制才使得子类的对象也是超类的对象，所以所有发给超类对象的消息，子类对象也可以接收。例如类“cycle ”是类“shape ”的子类，所以一个cycle 对象可以接收发给shape 对象的消息。

继承机制是组织构造和重用类的一种工具，如果没有继承概念的支持，则所有的类都像一盘散沙，分别是一个个独立的实体，每次软件开发仍要从“一无所有”开始，这时，由于类开发者在构造方法时仍然各自为政，使得类和类之间没有什么联系，即使有，也只是程序员之间的某种约定的结果。

由于继承机制是由相关的关系来组织事物的，可以减少我们对相似事物运行说明和记

忆的规模，所以它为我们提供了一种有效的简化手段。

彼此独立开发的事物常常是不一致的，其中会有许多信息要求人们去记忆，这当然容易出差错。继承是面向对象语言中功能最强大、最有代表性的特性。首先，继承使新的类变得简洁明了；其次，通过继承可以重复使用和扩展那些经过测试的已有的类，实现重用。最后，是利用继承可以增强处理的一致性。

子类和继承是两个不可分割的概念，继承是在类、子类以及对象间共享数据和方法的一种重用性(reusability)机制。在设计新类时，只需考虑与已存在的类所不同的部分，可以继承存在的类的内容作为自己的内容。已存在的类通常称作超类，新的类通常称作子类。子类不仅可以继承超类的方法，也可以继承超类的属性。如果超类中的某些方法不适合于子类，则可以重置这些方法，即重写方法新的实现部分并予以存储。

如果类C 能使用类B 中的方法及属性，称B 是C 的超类(superclass)，C 是B 的子类(subclass)，也称类C 继承类B ，如图6.2所示。

图6.2 继承

类间的继承关系是可以传递的：如果C 的超类是B ，B 的超类是A ，则A 是C 的间接超类，C 是A 的间接子类。而B 是C 的直接超类，C 是B 的直接子类。

继承可分为单继承和多继承，如果一个类只有一个直接超类，则这种继承叫做单继承；如果一个类有多于一个的直接超类，这种继承叫做多继承。

A

B C B

C

第6章 面向对象方法学引论 ·131·多继承的主要缺点是降低了类继承层次的易懂性。特别是当两个超类都有同名的方法，但定义不同时，将引起很大的问题。必须定义一个新的方法或显式地选择一个已经存在的定义。在大多数支持多继承的面向对象的程序设计语言中，用户被迫重新定义方法名以使方法名唯一。这是最容易被接受的方案，一种特殊情况是同一方法存在于两个超类中，而这两个超类又具有同一个超类，这种继承称作重复继承(repeated inheritance)即发生重名冲突。

在多继承中必须解决重复继承问题，解决方法随着语言的不同而不同。一种途径是发现这种冲突时发出时的出错信号，并要求子类对冲突的方法予以显示指明，指明方法是从哪个超类中继承来的。

6.3.2 封装性(encapsulation)

在面向对象的方法中，所有信息都存储在对象中，即其数据及行为都封装在对象中。影响对象的唯一方式是执行它所从属的类的方法即执行作用于其上的操作。这就是信息隐藏(information hiding)，也就是说将其内部结构从其环境中隐藏起来。若要对对象的数据进行读写，必须将消息传递给相应对象，得到消息的对象调用其相应的方法对其数据进行读写。因此，当使用对象时，不必知道对象的属性及行为在内部是如何表示和实现的，只需知道它提供了哪些方法(操作)即可。

封装是一种信息隐蔽技术，用户只能见到对象封装界面上的信息，对象内部对用户来说是隐蔽的。

封装是面向对象方法的一个重要原则，它有两个含义：第一个含义是，把对象的全部属性和全部服务结合在一起，形成一个不可分割的独立单位(即对象)；第二个含义也称作信息隐蔽，即尽可能隐蔽对象的内部细节，对外形成一个边界，只保留有限的对外接口使之与外部发生联系。

封装的目的在于将对象的使用者和对象的设计者分开，使用者不必知道行为实际的细节，只须用设计者提供的消息来访问该对象。

封装的定义为：

(1) 一个清楚的边界，所有对象的内部软件的范围被限定在这个边界内；

(2) 一个接口，这个接口描述这个对象和其他对象之间相互的作用；

(3) 受保护的内部实现，这个实现给出了由软件对象提供的功能的细节，这些只能通过定义这个对象的类所提供的方法进行访问。

封装的概念和类说明有关，但它同样提供如何将一个问题解的各个组件组装在一起的求精过程。封装的基本单位是对象，这个对象的性质由它的类说明来描述，具有同样类的其他对象共享这个性质。对象用作封装的说法比说一个类表示封装的说法更严格。借助对象封装这种定义，一个类的每一个实例在一个问题求解中是一个单独的封装。

6.3.3 多态性(polymorphism)和重载(over loading)

在收到消息时对象要予以响应，不同的对象收到同一消息可以产生完全不同的结果，这一现象叫做多态。

类的继承与多态结合后，将进一步增强软件的重用性。多态主要包括如下内容。

·131·

软件工程基础教程

·132··132·

(1) 运算符重载： 同一运算符可用于不同的变量类型，称作运算符重载。例如，“加”运算既可用来加两个整数，也可实现浮点数相加、复数相加(由程序定义复数)、复数与整数相加或与浮点数相加等。在这些情况下，“同样”的操作对于不同的参数类型保持运算功能的透明性。

(2) 即席多态(ad hoc polymorphism)：即席多态也称操作名重载。同一操作名可作用于不同对象上并产生不同的结果。例如“OPEN ”操作既可作用于“数据流”也可作用于“窗口”等不同对象上。这种多态很有用，但若使用不当也会产生错误结果。因此，程序员应选择避免发生误解释的、意义明确的操作名。

(3) 类属软件(generic software)的重用：类的继承与多态密切相关，作用于超类实例的方法同样也可以作用于其子类的实例。超类的方法不仅可由已存在的子类所重用，而且还可以由新创建的子类所重用。

另外，通过从超类中抽取出共性，利用类继承机制实现软件重用。类属对象类(generic object class)通过对类仅作部分描述并且使参数作为一种未知的东西来实现软件重用。这些参数通常是类属类的实例可以操纵的类的对象。通常有两种类属对象：一类是同类的“容器(container)”对象，例如数组及列表，可以对任何种类对象进行操作。另一种是“工具(tool)”对象，例如排序器或编辑器，只能作用于某些种类的对象，其参数必须加以约束来指明这些参数所需要的超类。排序器仅能对有比较操作的对象进行排序，排序对象能利用“总体排序”的类属类的多态，并将操作平等地施加于满足约束的对象中。

6.4 面向对象的软件工程

传统的软件工程方法学曾经给软件产业带来过巨大的进步，缓解了软件危机，使用这种方法学开发的许多中、小规模的软件项目都获得了一定的成功。但人们也发现当把这种方法学应用于大型软件产品的开发时，似乎很少能取得成功。

在20世纪60年代后期出现的面向对象的编程语言SIMULA-67中首次引入了类的对象概念。从此，人们逐渐开始注重面向对象分析和设计的研究，逐步形成了面向对象方法学。20世纪90年代，面向对象方法学已经成为人们在开发软件时首选的范型。面向对象的技术已成为当前最好的软件开发技术。

随着编程语言由低级向高级的发展，它与自然语言之间的鸿沟在逐渐变窄。开发人员从对问题域产生正确的认识，到用一种编程语言把这些认识描述出来，在这一过程中他所付出的劳动不断减少，由机器代替人完成的工作则在增多。

在软件开发过程中，要求人们对问题域的理解，比人们日常生活中对它的理解更深刻、更准确，这需要许多以软件专业知识为背景的思维方法。所有这些问题都是软件工程学所要解决的。

软件开发是对问题域的认识和描述，软件工程学的作用从认识事物方面看，它在分析阶段提供了一些对问题域的分析、认识方法。从描述事物方面看，它在分析和设计阶段提供了一些从问题域逐步过渡到编程语言的描述手段。这如同在语言的鸿沟上铺设了一些平坦的路段。但是在传统的软件工程方法中，由于软件工程各阶段表示方法不连续等原因，

第6章 面向对象方法学引论 ·133·

·133·

并没有完全填平语言之间的鸿沟，如图6.3所示。而在面向对象的软件工程方法中，从面向对象的分析到面向对象的设计，再到面向对象的编程、面向对象的测试都是紧密衔接的，从而填平了语言之间的鸿沟，如图6.4所示。

面向对象的软件工程方法是面向对象方法在软件工程领域的全面运用，它包括面向对象的分析(OOA)、面向对象的设计(OOD)、面向对象的编程(OOP)、面向对象的测试(OOT)和面向对象的维护等主要内容。 图6.3 传统的软件工程方法 图6.4 面向对象的软件工程方法

1. 面向对象的分析

OOA 强调直接针对问题域中客观存在的各种事物建立OOA 模型中的对象。用对象的属性和服务分别描述事物的静态特征和行为。问题域有哪些值得考虑的事物，OOA 模型中就有哪些对象，而且对象及其服务的命名都强调与客观事物一致。另外，OOA 模型也保留了问题域中事物之间的关系。把具有相同属性和相同服务的对象归结为一类，用一般/特殊结构(又称分类结构)描述一般类与特殊类之间的关系(即继承关系)。用整体/部分结构(又称组装结构)描述事物间的组成关系，用实例连接和消息连接表示事物之间的静态联系和动态联系。静态联系是指一个对象的属性与另一对象属性有关，动态联系是指一个对象的行为与另一对象行为有关。

可以看到，无论是对问题域中的单个事物，还是对各个事物之间的关系，OOA 模型都保留着它们的原貌，没有转换、扭曲，也没有重新组合，所以OOA 模型能够很好地映射问题域。OOA 对问题域的观察、分析和认识是很直接的，对问题域的描述也是很直接的，它所采用的概念及术语与问题域中的事物保持了最大限度的一致，不存在语言上的鸿沟。

2. 面向对象的设计

OOA 与OOD 的职责划分是： OOA 针对问题域运用面向对象的方法，建立一个反映问题域的OOA 模型，不考虑与系统实现有关的因素(包括编程语言、图形用户界面、数据库等)，从而使OOA 模型独立于具体的实现。OOD 则是针对系统的一个具体的实现运用面向对象的方法。其中包括两方面的工作，一是把OOA 模型直接搬到OOD(不经过转换，仅

问题域

需要分析 总体设计 详细设计 编程 测试 计算机 计算机 面向对象

测试

面向对象

编程

面向对象

设计

面向对象

分析

问题域

软件工程基础教程

·134··134·

作某些必要的修改和调整)，作为OOD 的一个部分；二是针对具体实现中的人机界面、数据存储、任务管理等因素补充一些与实现有关的部分。这些部分与OOA 采用相同的表示法和模型结构。

OOA 与OOD 采用一致的表示法是面向对象的分析与设计优于传统的软件工程方法的重要因素之一。这使得从OOA 到OOD 不存在转换，只需局部的修改或调整，并增加几个与实现有关的独立部分。因此OOA 与OOD 之间不存在传统方法中分析与设计之间的鸿沟，两者能够紧密衔接，大大降低了从OOA 过渡到OOD 的难度、工作量和出错率。

3. 面向对象的编程

面向对象的编程又称作面向对象的实现(OOI)。在OOA －OOD －OOP 这一软件工程的过程系列中，OOP 的分工比较简单，认识问题域与设计系统成分的工作已经在OOA 和OOD 阶段完成，OOP 的工作就是用一种面向对象的编程语言把OOD 模型的每个成分书写出来。

理想的面向对象的开发规范应要求在OOA 和OOD 阶段对系统需要设立的每个对象类及其内部构成(属性和服务)与外部关系(结构和静态、动态联系)都达到透彻的认识和清晰的描述，而不是把许多问题遗留给程序员去重新思考。程序员需要动脑筋的工作主要是：用具体的数据结构来定义对象的属性，用具体的语句来实现服务流程图所表示的算法。

4. 面向对象的测试

面向对象的测试是指，对于用面向对象的技术开发的软件，在测试过程中继续运用面向对象的技术，进行以对象概念为中心的软件测试。

采用技术开发的软件含有大量的概念、原则及技术机制有关的语法与语义信息。在测试过程中发掘并利用这些信息，继续运用面向对象方法的概念与原则来组织测试，可以更准确地发现程序错误并提高测试效率。主要原因是：在用OOPL(面向对象的编程语言)编写的程序中，对象的封装性使对象成为一个独立的程序单位，只通过有限的接口与外部发生关系，从而大大减少了错误的影响范围。OOT 以对象的类作为基本测试单位，查错范围主要是类定义之内的属性和服务，以及有限的对外接口(消息)所涉及的部分。有利于OOT 的另一个因素是对象的继承性，在对父类测试完成之后，子类的测试重点只是那些新定义的属性和服务。

对于用OOA 和OOD 建立模型并由OOPL 编程的软件，OOT 可以发挥更强的作用，通过捕捉OOA/OOD 模型信息，检查程序与模型不匹配的错误。这一点是传统的软件工程方法难以达到的。

5. 面向对象的软件维护

软件维护的最大难点在于人们对软件的理解过程中所遇到的障碍。维护人员往往不是当初的开发人员，读懂并正确地理解由别人开发的软件是件困难的事情。在用传统的软件工程方法开发的软件中，各个阶段的文档表示不一致，程序不能很好地映射问题域，从而使维护工作困难重重。

面向对象的软件工程方法为改进软件维护提供了有效的途径。程序与问题域一致，各个阶段的表示一致，从而大大降低了理解的难度。无论是发现了程序中的错误而逆向追溯到问题域，还是需求发生了变化而从问题域正向地追踪到程序，道路都是比较平坦的。面

第6章 面向对象方法学引论 ·135·向对象方法可提高软件维护效率的另一个重要原因是将系统中最容易变化的因素(功能)作为对象的服务封装在对象内部，对象的封装性使一个对象的修改对其他影响小，从而避免了波动效应。

6.5 面向对象的建模

我们在解决问题之前首先要理解所要解决的问题，对问题理解得越透彻，就越容易解决它。为了更好地理解问题，人们常常采用建立问题模型的方法。

6.5.1 面向对象的建模概述

所谓模型，就是为了理解事物而对事物做出的一种抽象，是对事物的一种无歧义的书面描述。通常，模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、在选择术语时做出适当的假设，并且可以帮助我们保持定义和假设的一致性。

为了开发复杂的软件系统，系统分析员应该从不同角度抽象出目标系统的特性，使用精确的表示方法构造系统的模型，验证模型是否满足用户对目标系统的需求，并在设计过程中逐渐把和实现有关的细节加进模型中，直至最终用程序实现模型。对于那些因过分复杂而不能直接理解的系统，特别需要建立模型，建模的目的主要是为了减少复杂性。人的头脑每次只能处理一定数量的信息，模型通过把系统的重要部分分解成人的头脑一次能处理的若干个子部分，从而减少系统的复杂程度。

通常，通过快速建立原型，让用户和领域专家经过亲身体验，对系统模型进行更有效的审查。模型常常会经过多次必要的修改，通过不断改正错误的或不全面的认识，最终，软件开发人员对问题有了透彻的理解，从而为后续的开发工作奠定了坚实基础。

用面向对象方法成功地开发软件的关键，同样是对问题域的理解。面向对象方法基本的原则，是按照人们习惯的思维方式，用面向对象观点建立问题域的模型，开发出尽可能自然地表现求解方法的软件。

面向对象的建模不仅仅是新的编程语言的汇总，而是一种新的思维方式，一种关于计算和信息结构化的新思维。面向对象的建模，把系统看做是相互协作的对象，这些对象是结构和行为的封装，都属于某个类，那些类具有某种层次化的结构。系统的所有功能通过对象之间相互发送消息来获得。面向对象的建模可以视作一个包含以下元素的概念框架：抽象、封装、模块化、层次、分类、并行、稳定、可重用和可扩展性。

面向对象的建模的出现并不能算是一场计算革命。更恰当地讲，它是面向过程和严格数据驱动的软件开发方法的渐进演变结果。软件开发的新方法受到来自两个方面的推动：编程语言的发展和日趋复杂的问题域的需求驱动。尽管在实际中分析和设计在编程阶段之前进行，但从发展历史看却是编程语言的革新带来设计和分析技术的改变。同样，语言的演变也是对计算机体系的增强和需求的日益复杂的自然响应。

·135·

软件工程基础教程

·136··136·

用面向对象方法开发软件，通常需要建立3种形式的模型．它们分别是描述系统数据结构的对象模型、描述系统控制结构的动态模型和描述系统功能的功能模型。这3种模型都涉及到数据、控制和操作等共同的概念，只不过每种模型描述的侧重点不同。这3种模型从3个不同但又密切相关的角度模拟目标系统，各自从不同侧面反映了系统的实质性内容，综合起来则全面地反映了对目标系统的需求。一个典型的软件系统综合了上述3方面内容：它使用数据结构(对象模型)，执行操作(动态模型)，并且完成效据值的变化 (功能模型)。

为了全面地理解问题域，对任何大系统来说，上述3种模型都是必不可少的。当然，在不同的应用问题中，这3种模型的相对重要程度会有所不同，但是，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。

6.5.2 对象模型

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。面向对象方法强调围绕对象而不是围绕功能来构造系统。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。

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。一些著名的软件工程专家在提出自己的面向对象方法的同时，也提出了自己的建模语言。但是，面向对象方法的用户并不了解不同建模语言的优缺点，很难在实际工作中根据应用的特点选择合适的建模语言，而且不同建模语言之间存在的细微差别也极大地妨碍了用户之间的交流。面向对象方法发展的现实，要求在精心比较不同建模语言的优缺点和总结面向对象技术应用经验的基础上，把建模语言统一起来。1997年11月，国际对象管理组织OMG 批准UML 1.1作为基于面向对象技术的标准建模语言，关于UML 语言将在第7章中详细讲述。

6.5.3 动态模型

动态模型表示瞬时的、行为化的系统的“控制”性质，它规定了对象模型中的对象的合法变化序列。

一旦建立起对象模型之后，就需要考察对象的动态行为。所有对象都具有自己的生命周期(或称为运行周期)。对一个对象来说，生命周期由许多阶段组成，在每个特定阶段中，都有适合该对象的一组运行规律和行为规则，用以规范该对象的行为。生命周期中的阶段也就是对象的状态。所谓状态，是对对象属性值的一种抽象。当然，在定义状态时应该忽略那些不影响对象行为的属性。各对象之间相互触发(即作用)，就形成了一系列的状态变化。我们把一个触发行为称作一个事件。对象对事件的响应，取决于接受该触发的对象当时所处的状态，响应包括改变自己的状态或者又形成一个新的触发行为。

通常，用状态图来描绘对象的状态、触发状态转换的事件以及对象的行为(对事件的

第6章 面向对象方法学引论 ·137·响应)。

每个类的动态行为用一张状态图来描绘。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。也就是说，动态模型是基于事件共享而互相关联的一组状态图的集合。

6.5.4 功能模型

功能模型表示变化的系统的“功能”性质，它指明了系统应该“做什么”，因此更直接地反映了用户对目标系统的需求。

通常，功能模型由一组数据流图组成。在面向对象方法学中，数据流图远不如在结构分析、设计方法中那样重要。一般说来，与对象模型和动态模型比较起来，数据流图并没有增加新的信息，但是，建立功能模型有助于软件开发人员更深入地理解问题域，改进和完善自己的设计。因此，不能完全忽视功能模型的作用。

UML提供的用例图也是进行需求分析和建立功能模型的强有力工具。在UML中，把用用例图建立起来的系统模型称为用例模型。

面向对象建模技术所建立的3种模型，分别从3个不同侧面描述了所要开发的系统。

这3种模型相互补充、相互配合，使得我们对系统的认识更加全面：功能模型指明了系统应该“做什么”；动态模型明确规定了什么时候(即在何种状态下接受了什么事件的触发) 做；对象模型则定义了做事情的实体。

在面向对象方法学中，对象模型是最基本最重要的，它为其他两种模型奠定了基础，我们依靠对象模型完成3种模型的集成。下面扼要地叙述三种模型之间的关系。

(1) 针对每个类建立的动态模型，描述了类实例的生命周期或运行周期。

(2) 状态转换驱使行为发生，这些行为在数据流图中被映射成处理，它们同时与对象模型中的服务相对应。

(3) 功能模型中的处理(或用例)对应于对象模型中的类所提供的服务。通常，复杂的处理(或用例)对应于复杂对象提供的服务，简单的处理(或用例)对应于更基本的对象提供的服务。有时一个处理对应多个服务，也有—个服务对应多个处理的时候。

(4) 数据流图中的数据存储，以及数据的源点/终点，通常是对象模型中的对象。

(5) 数据流图中的数据流，住往是对象模型中的对象的属性值，也可能是整个对象。

(6) 用例图中的行为者，可能是对象模型中的对象。

(7) 功能模型中的处理(或用例)可能产生动态模型中的事件。

(8) 对象模型描述了数据流图中的数据流、数据存储以及数据源点/终点的结构。

6.6 面向对象的开发方法

20世纪80年代末以来，随着面向对象技术成为研究的热点，出现了几十种支持软件开发的面向对象方法。其中，Booch，Coad/Yourdon、OMT和Jacobson的方法在面向对象软件开发界得到了广泛的认可。特别值得一提的是统一建模语言UML(Unified Modeling Language)，该方法结合了Booch、OMT和Jacobson方法的优点，统一了符号体系，并从其他方法和工程实践中吸收了许多经过实际检验的概念和技术。

面向对象方法都支持三种基本的活动：识别对象和类，描述对象和类之间的关系，以

·137·

软件工程基础教程

·138··138·

及通过描述每个类的功能定义对象的行为。

6.6.1 Booch 方法

Booch 方法是面向对象开发方法的倡导者。Booch 认为软件开发是一个螺旋上升的过程，上升的每个周期有固定的步骤。首先发现应用领域的对象和类，然后确定其含义，找出类之间的关系，说明界面和实现。这些步骤完成之后，又开始寻找新的对象和类等。

Booch 方法的过程包括以下步骤：

(1) 在给定的抽象层次上识别类和对象；

(2) 识别这些对象和类的语义；

(3) 识别这些类和对象之间的关系；

(4) 实现类和对象。

这4种活动不仅仅是一个简单的步骤序列，而是对系统的逻辑和物理视图不断细化的迭代和渐增的开发过程。

类和对象的识别包括找出问题空间中关键的抽象和产生动态行为的重要机制。

开发人员可以通过研究问题域的术语发现关键的抽象。语义的识别主要是建立前一阶段识别出的类和对象的含义。开发人员确定类的行为(即方法)和类及对象之间的互相作用(即行为的规范描述)。该阶段利用状态转移图描述对象的状态的模型，利用时态图(系统中的时态约束)和对象图(对象之间的互相作用)描述行为模型。

在关系识别阶段描述静态和动态关系模型。这些关系包括使用、实例化、继承、关联和聚集等。类和对象之间的可见性也在此时确定。

在类和对象的实现阶段要考虑如何用选定的编程语言实现，如何将类和对象组织成 模块。

在面向对象的设计方法中，Booch 强调基于类和对象的系统逻辑视图与基于模块和进程的系统物理视图之间的区别，还区别了系统的静态和动态模型。然而，他的方法偏向于系统的静态描述，对动态描述支持较少。

Booch 方法的力量在于其丰富的符号体系，包括：

(1) 类图(类结构-静态视图)；

(2) 对象图(对象结构-静态视图)；

(3) 状态转移图(类结构-动态视图)；

(4) 时态图(对象结构-动态视图)；

(5) 模块图(模块体系结构)；

(6) 进程图(进程体系结构)。

用于类和对象建模的符号体系使用注释和不同的图符(如不同的箭头)来表达详细的信息。Booch 建议在设计的初期可以用符号体系的一个子集，随后不断添加细节。对每一个符号体系还有一个文本的形式，由每一个主要结构的描述模板组成。符号体系由大量的图符定义。但是，其语法和语义并没有严格的定义。

6.6.2 Coad 方法

Coad 方法是1989年Coad 和Yourdon 提出的面向对象的开发方法，该方法严格区分了

第6章 面向对象方法学引论 ·139·面向对象分析(OOA)和面向对象设计(OOD)。该方法利用5个层次和活动定义记录系统行为、输入和输出。这5个层次的活动包括：

(1) 发现类及对象。描述如何发现类及对象。从应用领域开始识别类及对象，形成整个应用的基础，然后据此分析系统的责任。

(2) 识别结构。该阶段分为两个步骤。第一，识别一般/特殊结构，该结构捕获了识别出的类的层次结构；第二，识别整体/部分结构，该结构用来表示一个对象如何成为另一个对象的一部分，以及多个对象如何组装成更大的对象。

(3) 定义主题。主题由一组类及对象组成，用于将类及对象模型划分为同一内容、较大的单位，便于理解。

(4) 定义属性。其中包括定义类的实例(对象)之间的实例连接。

(5) 定义服务。其中包括定义对象之间的消息连接。

在面向对象分析阶段，经过5个层次的活动后的结果是一个分成5个层次的问题域模型，包括主题、类及对象、结构、属性和服务5个层次，由类及对象图表示。5个层次活动的顺序并不重要。

面向对象设计模型需要进一步区分以下4个部分：

(1) 问题域部分(PDC)，面向对象分析的结果直接放入该部分；

(2) 人机交互部分(HIC)，这部分的活动包括对用户分类、描述人机交互的脚本、设计命令层次结构、设计详细的交互、生成用户界面的原型、定义HIC类；

(3) 任务管理部分(TMC)，这部分的活动包括识别任务(进程)、任务所提供的服务、任务的优先级、进程是事件驱动还是时钟驱动、任务与其他进程和外界如何通信等；

(4) 数据管理部分(DMC)，这一部分依赖于存储技术，是文件系统，还是关系数据库管理系统，还是面向对象数据库管理系统。

6.6.3 OMT方法

OMT方法从3个视角描述系统，相应地提供了3种模型：对象模型、动态模型和功能模型。

对象模型描述对象的静态结构和它们之间的关系。主要的概念包括类、属性、操作、继承、关联(即关系)和聚集。

动态模型描述系统中那些随时间变化的方面，其主要概念有状态、子状态和超状态、事件、行为和活动。

功能模型描述系统内部数据值的转换，其主要概念有加工、数据存储、数据流。控制流和角色。

该方法将开发过程分为4个阶段。

1. 分析

基于问题和用户需求的描述，建立现实世界的模型。分析阶段的产物有：

(1) 问题描述；

(2) 对象模型＝对象图+数据词典；

(3) 动态模型＝状态图+全局事件流图；

·139·

软件工程基础教程

·140··140·

(4) 功能模型＝数据流图+约束。

2. 系统设计

结合问题域的知识和目标系统的体系结构(求解域)，将目标系统分解为子系统。该阶段的主要产物是系统设计文档，即基本的系统体系结构和高层次的决策。

3. 对象设计

基于分析模型和求解域中的体系结构等添加的实现细节，完成系统设计。主要产物包括细化的对象模型、细化的动态模型和细化的功能模型。

4. 实现

将设计转换为特定的编程语言或硬件，同时保持可追踪性、灵活性和可扩展性。

6.6.4 Jacobson 方法

Jacobson 方法与上述3种方法有所不同，它涉及整个软件生命周期，包括需求分析、设计、实现和测试4个阶段。需求分析和设计密切相关。需求分析阶段的活动包括定义潜在的角色(角色指使用系统的人和与系统互相作用的软、硬件环境)，识别问题域中的对象和关系，基于需求规范说明和角色的需要发现用例(use case)，详细描述用例。设计阶段包括两个主要活动，从需求分析模型中发现设计对象，以及针对实现环境调整设计模型。第一个活动包括从用例的描述发现设计对象，并描述对象的属性、行为和关联。在这里还要把用例的行为分派给对象。

在需求分析阶段的识别领域对象和关系的活动中，开发人员识别类、属性和关系。关系包括继承、熟悉(关联)、组成(聚集)和通信关联。定义用例的活动和识别设计对象的活动，两个活动共同完成行为的描述。Jacobson 方法还将对象区分为语义对象(领域对象)、界面对象(如用户界面对象)和控制对象(处理界面对象和领域对象之间的控制)。

(1) 在该方法中的一个关键概念就是用例。用例是指行为相关的事务(transaction)序列，该序列将由用户在与系统对话中执行。因此，每一个用例就是一个使用系统的方式，当用户给定一个输入，就执行一个用例的实例并引发执行属于该用例的一个事务。基于这种系统视图，Jacobson 将用例模型与以下其他5种系统模型关联。

(2) 领域对象模型：用例模型根据领域来表示。

(3) 分析模型：用例模型通过分析来构造。

(4) 设计模型：用例模型通过设计来具体化。

(5) 实现模型：该模型依据具体化的设计来实现用例模型。

(6) 测试模型：用来测试具体化的用例模型。

习 题

1．名词解释

对象、类、消息、方法、继承性、单重继承、多重继承、多态性、重用性、对象模型、

第6章 面向对象方法学引论 ·141·动态模型、功能模型

2．填空题

(1) 在面向对象的设计方法中，_______和_______分别是表现事物及事物间相互联系的概念。

(2) 面向对象方法的基本思想是从现实世界中客观存在的事物出发来构造软件系统，并在系统构造中尽可能运用人类的_______方式。

(3) 对象是对现实世界实体的_______，它是由描述内部状态表示静态属性的数据，以及可以对这些数据施加的操作，封装在一起所构成的统一体。

(4) 对象之间通过_______互相联系，以模拟现实世界中不同事物彼此之间的联系。

(5) 面向对象方法学的基本原则是按照人类习惯的思维方法建立_______的模型，开发出尽可能直观、自然地表现求解方法的软件系统。

(6) 对象具有_______性、______性、______性、______性、______性等。

(7) 类的定义是具有相同______和______的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述。

(8) 一个类的上层可以有______，下层可以有______，形成一种层次结构。

(9) 一个类可以直接继承多个类，这种继承方式称为______。如果限制一个类至多只能有一个超类，则一个类至多只能直接继承一个类，这种继承方式称为______。

(10) 如果类A具有类B的全部属性和全部服务，而且具有自己特有的某些属性或服务，则A叫做B的______，B叫做A的______。

(11) 在面向对象的系统中，每个对象都属于一个类，属于某个类的对象称为该类的一个______。

(12) 消息就是向对象发出的______，它应含有提供服务的对象标识、服务标识、输入信息和回答信息。

(13) ______性是面向对象程序设计语言不同于其他语言的最主要特点，是其他语言所没有的。

(14) 在收到消息时对象要予以响应，不同的对象收到同一消息可以产生完全不同的结果，这一现象叫做______。

(15) 面向对象的软件工程方法是面向对象方法在软件工程领域的全面运用，它包括面向______、______、______、______和面向对象的维护等主要内容。

(16) 用面向对象方法开发软件，通常需要建立三种形式的模型，分别是______、______、______模型。

(17) Booch方法是面向对象开发方法的倡导者。Booch认为软件开发是一个______的过程，上升的每个周期有固定的步骤，首先发现应用领域的______。

3．单项选择题

(1) 对象是面向对象开发方法的基本成分，每个对象可用它的一组( )和它可以执行的—组操作来定义。

A. 服务

B. 参数

C. 属性

D. 调用

·141·