面向对象的软件工程设计与实现
软件工程 第八章 面向对象的设计方法
第八章面向对象的设计方法本章采用基于UML的面向对象设计方法的将分析模型转换为设计模型。
如第五章所述，面向对象的分析模型主要由顶层架构图、用例与用例图、领域概念模型构成；设计模型则包含以包图表示的软件体系结构图、以交互图表示的用例实现图、完整精确的类图、针对复杂对象的状态图和用以描述流程化处理过程的活动图等。
为完成这一转换过程，设计人员必须处理以下任务：（1）针对分析模型中的用例，设计实现方案。
实现方案用UML交互图表示。
（2）设计技术支撑设施。
在大型软件项目中，往往需要一些技术支撑设施来帮助业务需求层面的类或子系统完成其功能。
这些设施本身并非业务需求的一部分，但却为多种业务需求的实现提供公共服务。
例如，数据的持久存储服务、安全控制服务和远程访问服务等。
在面向对象设计中，需要研究这些技术支撑设施的实现方式以及它们与业务需求层面的类及子系统之间的关系。
（3）设计用户界面。
（4）针对分析模型中的领域概念模型以及第（2）、（3）两个步骤引进的新类，完整、精确地确定每个类的属性和操作，并完整地标示类之间的关系。
此外，为了实现软件重用和强内聚、松耦合等软件设计原则，还可以对前面形成的类图进行各种微调，最终形成足以构成面向对象程序设计的基础和依据的详尽类图。
面向对象的软件设计过程如图8-1-1所示。
图8-1-1 面向对象的软件设计过程第一节设计用例实现方案UML 的交互图（顺序图、协作图）适于用例实现方案的表示。
因此，本节首先介绍交互图的语言机制，然后探讨用例实现方案的设计方法。
该设计方法包含如下3个步骤：（1）提取边界类、实体类和控制类；（2）构造交互图；（3）根据交互图精华类图。
一、顺序图顺序图用来描述对象之间动态的交互关系，着重表现对象间消息传递的时间顺序。
在顺序图中，参与交互的对象位于顶端的水平轴上，垂直轴表示时间，时间推移的方向是自上而下的。
顺序图中的对象一般以“对象名：类名”的方式标识，但也可以仅采用缩写形式“对象名”或者“：类名”。
软件工程第十一章面向对象设计
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01
抽象类是一种不能被实例化的 类，它只能被其他类继承。
02
抽象类可以包含抽象方法和具 体方法。抽象方法是没有具体 实现的方法，需要在继承抽象 类的子类中实现。
03
通过继承抽象类，子类可以继 承抽象类的属性和方法，并且 可以重写或实现抽象类中的方 法。
接口与抽象类的选择
在设计软件时，选择使用接口还是抽象类取决于具体需求和设计目标。
关系
关系描述了对象之间的交互和联系。 常见的关系包括关联、聚合和继承。
继承与多态的设计
继承
继承是一种实现代码重用的方式，子类可以继承父类的属性和方法，并可以扩展或覆盖它们。通过继承，可以建 立类之间的层次结构，使得代码更加清晰和易于维护。
多态
多态是指一个接口可以有多种实现方式，或者一个对象可以有多种形态。多态可以提高代码的灵活性和可扩展性， 使得程序更加易于维护和修改。
02
类与对象的设计
类的定义与属性
类的定义
类是对象的抽象，它描述了一组具有相同属性和行为的对象。类定义了对象的结构、行为和关系。
属性
属性是类中用于描述对象状态的变量。每个对象都有其自己的属性值，这些属性值决定了对象的状态 。
对象的行为与关系
行为
行为是类中定义的方法，用于描述对 象可以执行的操作。方法定义了对象 的行为和功能。
高层模块不应该依赖于低层模块，它们都应 该依赖于抽象。
面向对象设计的优势
提高代码可重用性
通过类和继承实现代码重用，减少重 复代码。
提高代码可维护性
面向对象设计使得代码结构更加清晰， 易于理解和维护。
提高开发效率
通过快速原型开发，快速构建软件系 统。
软件工程 第三部分 软件设计与建模--面向对象设计
(2) 块状组织 把系统垂直地分解成若干个相对独立的、弱耦 合的子系统/块，每块提供一种类型的服务。
采用层次与块状的混合结构
3. 设计(分布式)系统的拓扑结构 由子系统组成完整的系统时，典型的拓扑结构 有管道形、树形、星形等。设计者应该采用与问题 结构相适应的、尽可能简单的拓扑结构，以减少子 系统之间的交互数量。
3. 设计简单的类 小而简单的类便于开发和管理(高内聚)。为使 类保持简单，应该注意以下几点。 (1) 避免包含过多的属性：完成的功能可能太多了。 (2) 有明确的定义：任务应该简单。 (3) 简化对象之间的合作关系。如果需要多个对象 协同配合才能做好一件事，则破坏了类的简明性和 清晰性。 (4) 不要提供太多服务。典型地，一个类提供的公 共服务不超过7个。
层次图、结 构图、流程 图、N-S图、 PAD图、判 定表、判定 树等
面向对象设计方法比结构化设计方法更具有优势， 9/71 使用范围更广。
内容摘要
• • • • • 面向对象设计方法概述 面向对象设计原则 面向对象设计的启发规则 系统设计 对象设计
10/237
面向对象设计原则
• 强调模块化、抽象化、信息隐蔽、高内聚低耦合、复用性等 设计准则。
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什么是面向对象设计（OOD）？
（二）现今（90年代后）的OOD • 面向对象的设计（OOD）就是在OOA模型的基础上运 用面向对象方法进行系统设计，目标是产生一个符合具 体实现条件的OOD模型。
OOD的特点： • 1、以面向对象的分析为基础，一般不依赖结构化分析。 • 2、与相应的OOA方法共同构成一种OOA&D方法体系。 OOA和OOD采用一致的概念和原则，但属于软件生命 周期的不同阶段，有不同的目标及策略。 • 3、较全面地体现面向对象方法的概念与原则。 • 4、大多数方法独立于编程语言，通过OOA&D所得到 的系统模型可以由不同的编程语言实现。
面向对象程序设计的实现方法和步骤
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聚合关系表示当整体不再存在之后，部分还会继续存在的关 系。例如，下图中的类Orchestra 和 Performer之间的关系。
Employee
department employeeBy name position
1..10 employeesSupervised
注意，参与一个关联的两个对象常常是独立存在的，即关联 关系中的一个对象的存在与否不会影响到所关联的另一个对 象的存在。
⑶ 类之间的聚合和合成关系： 表示对象之间的“整体”和“部分”之间的关系，即在整体和
§1.2.1 用例图 使用“用例图”描述拟建软件与外部环境之间的关系。一个
用例表示一个外部角色 Actor （例如，用户或其他外部软件环境） 与拟建软件之间一个单独交互。将所有的用例集中在一起，就可以 描述一个OO软件的总体功能需求。例如一个网上拍卖系统的拍卖 过程用例图：
销售者 购买者
贴出需要 拍卖的物品
Employee
Manager
⑵ 关联关系(Association) ：表示两个类之间的关联关系，如下 图中 Employee 和 Corporation 的关联关系：
Employee
department name position
* employees
Corporation
0..1
employeeBy
软件工程面向对象软件开发方法
软件工程面向对象软件开发方法引言在当前的软件开发领域中，面向对象编程（Object-oriented programming，简称OOP）是一种主要的软件开发方法。
面向对象软件开发方法基于面向对象的程序设计理念，通过将问题分解为对象，并通过对象之间的交互来解决问题。
本文将介绍面向对象软件开发的概念、特性以及在软件工程中的重要性。
面向对象软件开发概述面向对象软件开发是一种以对象为核心的软件开发方法，其中一个对象可以是一个类的实例或一个类本身。
对象在面向对象软件开发中被视为具有状态、行为和标识的实体。
该方法通过将问题分解为对象，并定义对象之间的关系和交互来解决问题。
面向对象软件开发方法有以下几个基本特征：1.封装（Encapsulation）：通过封装将数据和相关操作组合在一起，只暴露必要的接口给外部使用。
封装可以使得对象的内部实现对外部不可见，提高了代码的可维护性和安全性。
2.继承（Inheritance）：通过继承，在已有类的基础上创建新的类。
继承可以促使代码重用和层次化设计。
3.多态（Polymorphism）：多态允许同一操作作用于不同类型的对象上，并产生不同的结果。
这种特性增加了代码的灵活性和可扩展性。
面向对象软件开发方法的优势包括：•提高开发效率：通过封装和抽象的机制，可以更好地管理和组织大型项目的代码，减少开发时间和维护成本。
•提高代码复用性：通过继承和多态的机制，可以避免重复编写相似的代码，提高了代码的复用性和可维护性。
•提高软件的可扩展性：面向对象软件开发方法的灵活性使得系统易于进行修改和扩展，能够快速适应变化的需求和技术。
面向对象软件开发流程面向对象软件开发方法通常包括以下几个主要步骤：在需求分析阶段，软件工程师与客户交流，确保准确理解客户的需求和问题。
通过讨论和分析，确定系统的功能需求、非功能需求和约束条件。
领域建模领域建模是通过抽象和建模来描述问题领域的过程。
通过识别实体、属性和关系，构建领域模型，这些模型将在后续的设计和实现阶段中使用。
《软件工程实用教程》第6_章_面向对象的软件设计
第6 章 面向對象的軟體設計
例：
第6 章 面向對象的軟體設計
2．部署圖 部署圖描述了處理器、設備和軟體構件運行時 的體系結構。 （ 1 ）結點：是某種計算資源的物理對象，包括電 腦、設備（如印表機、通信設備）等 (2) 連接：連接用一條直線表示，它指出結點之間 存在著某種通信路徑，並指出通過哪條通信路 徑可使這些結點間交換對象或發送消息
第6 章 面向對象的軟體設計
2．詳細設計 （1）細化、補充類的屬性和操作 （2）設計類操作的實現演算法 （3）優化數據訪問路徑 （4）實現外部互動式的控制 （5）調整類結構，增加繼承性 （6）設計類之間的關聯的實現方式 （7）確定對象屬性的精確表示 （8）把類和關聯打包歸納到模組中
第6 章 面向對象的軟體設計
第6 章 面向對象的軟體設計
3）依賴倒置原則：指的是依賴關係應該是儘量依賴介面 （或抽象類），而不是依賴於具體類。在面向對象 的設計中，高層的類往往與領域的業務有關，這些 類只依賴於一些抽象的類或介面，當具體的實現細 節改變時，不會對高層的類產生影響。 4）介面分離原則：指的是在設計時採用多個與特定客戶 類有關的介面比採用一個通用的介面要好。即一個 類要給多個客戶類使用，那麼可以為每個客戶類創 建一個介面，然後這個類實現所有這些介面，而不 要只創建一個介面，其中包含了所有客戶類需要的 方法，然後這個類實現這個介面。
第6 章 面向對象的軟體設計
2．設計基於類的構件 （1）基本設計原則 2）Liskov替換原則：指的是子類可以替 換父類出現在父類能出現的任何地方。 例如，類ClassA要使用ClassB，ClassC 是ClassB的子類。如果在運行時，用 ClassC代替ClassB，則ClassA仍然可以 使用原來ClassB中提供的方法，而不需 要做任何改動。
第九章软件工程面向对象实现
② 减小方法的规模 若某个方法规模过大（代码长度超过一页纸），即应将其分
解为几个更小的方法。 ③ 保持方法的一致性
一般而言，功能相似的方法应有一致的名字、参数特征（包括参数 个数、类型、次序）、返回值类型、使用条件及出错条件等。
同样，属性和关联也可分为公有和私有两大类，公有属性或关 联又可进一步设置为具有只读权限或只写权限两类。
3、提高健壮性
编写实现方法的代码时，既应考虑效率，也应考虑健壮性，通 常需要在健壮性与效率之间做适当的折衷。
作为软件不可忽视的质量指标。提高健壮性应遵守如下准则： ① 预防用户的操作错误
软件系统必须具有处理用户操作错误的能力。当用户在输入数据时发 生错误，不应该引起程序运行中断，更不应该造成“死机”。
若在执行过程中发现错误，仅返回执行状态。由于实现方法是自含式算法，相 对独立于具体应用，因此在其他应用系统中也可能重用它们。
为提高可重用性，在编程时不应将策略和实现放在同一个方法中，而应将算法 的核心部分放在一个单独的具体实现方法中。为此需要从策略方法中提取具体参 数，作为调用实现方法的变元。
⑤ 全面覆盖 若输入条件的各种组合都可能出现时，应针对所有组合写出方
2、提高可扩充性
上述提高可重用性的准则，也能提高程序的可扩充性。 此外，以下面向对象程序设计准则也有助于提高可扩充性。 ① 封装实现策略
将类的实现策略（包括描述属性的数据结构、修改属性的算法 等）封装起来，对外只提供公有的接口，否则将降低今后修改数 据结构或算法的自由度。 ② 避免用一个方法遍历多条关联链
软件工程 软件设计方法
软件工程软件设计方法
软件工程软件设计方法
软件设计方法是软件工程中的重要组成部分，它是指在软件开发过程中，通过采用一定的方法论和技术，对软件系统进行设计的过程。
1. 结构化设计方法
结构化设计方法是指将软件系统划分为多个模块，在每个模块中定义合适的数据结构和算法，以实现系统的功能需求。
典型的结构化设计方法包括层次设计、数据流图和结构图等。
2. 面向对象设计方法
面向对象设计方法是基于面向对象编程思想的软件设计方法，它以对象作为软件开发的基本单位，通过定义对象之间的关系和交互，实现系统的功能需求。
常用的面向对象设计方法包括UML建模和设计模式等。
3. 原型设计方法
原型设计方法是通过快速构建系统原型来验证和改进需求，从而指导软件的设计和开发过程。
原型设计方法可以快速获取用户反馈，识别和修复潜在问题，缩短开发周期和降低开发风险。
4. 数据驱动设计方法
数据驱动设计方法强调以数据为中心进行软件设计，通过分析和理解数据的结构、特征和关系，设计出合适的数据模型和处理逻辑，以实现数据的有效管理和利用。
5. 敏捷设计方法
敏捷设计方法是一种迭代、协作和自适应的软件设计方法，其核心理念是响应变化、积极交付和持续改进。
敏捷设计方法通常采用迭代开发模式，强调团队合作和高效沟通，以快速、灵活地满足用户需求。
以上是几种常用的软件设计方法，不同的方法在不同的场景下有其适用性和优劣势。
软件工程师需要根据具体项目需求和团队情况，选取合适的设计方法，并结合实践经验进行不断改进和优化。
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面向对象的软件工程设计与实现
随着IT技术的快速发展和面向对象编程思想的逐渐普及，软件工程设计和实现的重要性越来越受到人们的重视。
面向对象的软件工程设计和实现成为了现代软件开发的重要方法和手段。
本文主要从面向对象的角度出发，介绍了面向对象的软件工程设计和实现的相关知识和技术，以及实现面向对象设计的一些方法和原则。
一、面向对象编程思想
面向对象编程是一种基于对象的软件编程方法。
它将程序设计中的各个元素，如数据结构、算法和程序逻辑，作为一个整体来考虑和设计，以对象为基本单位，将数据和行为进行封装，实现高内聚、低耦合的程序设计。
面向对象编程思想的核心是将现实生活中的事物抽象成对象，这些对象具有属性和行为，并且可以相互交互和组合，从而实现了程序的模块化、复用和扩展性。
二、面向对象设计方法和原则
面向对象设计是指将面向对象编程思想应用到软件设计中。
在进行面向对象设计时，需要考虑以下几个方面：
1. 抽象和建模
抽象是指将现实中的事物抽象成一个对象，将对象之间的关系通过类的继承和实现来实现。
建模是指将现实中的问题模型化，根据问题模型来设计软件系统。
2. 继承
继承是指定义一个类，使其具有另一个类的所有属性和方法。
继承可以实现代码的复用和扩展。
3. 封装
封装是指将一个对象的属性和方法封装起来，使其不能被外部所访问。
封装可以保证程序的安全性和可维护性。
4. 多态
多态是指一个方法可以以不同的方式作用于不同的对象。
多态可以实现代码的可扩展性和可重用性。
5. 接口
接口是指一组方法的集合。
通过接口，可以规范对象之间的交互方式。
三、面向对象设计的实现
面向对象设计的实现主要包括以下几个方面：
1. UML建模
UML是一种用于软件开发的图形化建模语言。
通过UML建模，可以用图形化的方式对软件系统进行描述和分析。
2. 类的设计和实现
在进行面向对象设计时，需要定义类和类的属性和方法。
类的设计和实现是实现面向对象编程的核心内容。
3. 继承和多态的实现
继承和多态是面向对象编程中的两个重要特性。
在进行软件设计时，需要注意继承和多态的实现方式。
4. 接口的设计和实现
接口是指一组方法的集合。
通过接口，可以规范对象之间的交互方式。
在进行设计时，需要注意接口的设计和实现。
四、面向对象软件工程的发展趋势
面向对象软件工程是指将面向对象编程思想应用到软件工程中。
随着技术的不
断发展和需求的不断变化，面向对象软件工程也在不断发展。
未来面向对象软件工程的发展趋势主要包括以下几个方面：
1. 精细化管理
随着项目规模和复杂度的不断提高，需要对面向对象软件工程进行更加细致和
精细的管理和控制。
2. 云计算和大数据
云计算和大数据技术的出现，为面向对象软件工程的发展提供了更加广阔的空
间和更加强大的支持。
3. 新技术的应用
在未来的面向对象软件工程发展中，各种新的技术和方法都将得到应用和发展，为面向对象软件工程的发展注入新的活力和动力。
总之，面向对象的软件工程设计和实现是现代软件开发的重要手段之一。
在进
行面向对象编程时，需要遵循相关的方法和原则，实现高内聚、低耦合的程序设计。
未来面向对象软件工程将在精细化管理、云计算大数据、新技术应用等方面得到更加广泛和深入的发展。