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1、信息系统的开发与管理教程信息系统的开发与管理教程（第二版）（第二版）中国人民大学：左美云中国人民大学：左美云 第七章第七章一、面向对象方法一、面向对象方法对象对象对对象象是是一一些些属属性性及及专专用用服服务务的的封封装装体体，它它是是问问题题空空间中一些东西的抽象。间中一些东西的抽象。由由以以上上定定义义可可知知，对对象象就就是是我我们们在在问问题题空空间间中中要要考考虑虑的的那那些些人人或或事事物物。它它具具有有一一组组属属性性和和一一组组操操作作。这这些些属属性性的的值值刻刻画画了了一一个个对对象象的的状状态态，而而这这些些操操作作是是对对象象的的行行为为，通通过过它它们们改改变变对对象
2、象的的状状态态（即即属属性性值）。值）。数数据据和和操操作作封封装装于于对对象象的的统统一一体体中中，而而不不是是分分开开。这这样样，对对象象就就具具有有较较强强的的独独立立性性和和自自治治性性，具具有有很很好的模块性，为软件重用奠定了坚实的基础。好的模块性，为软件重用奠定了坚实的基础。与与对对象象相相关关的的一一个个概概念念是是对对象象类类（Object Class）。对对象象类类简简称称类类，是是有有相相似似属属性性和和行行为为的的多多个个对对象象的的集集合合。例例如如，对对象象“客客车车”、“货货车车”、“拖拖车车”等，它们属一个共同的类等，它们属一个共同的类“车辆车辆”。封装和继承封装
3、和继承 封封装装即即信信息息隐隐藏藏。对对象象是是一一个个很很好好的的封封装装体体。它它向向外外提提供供的的界界面面包包括括一一组组数数据据结结构构（属属性性）和和一一组组操操作作（服服务务），而而把把内内部部的的实实现现细细节节（如如函函数数体体）隐隐蔽起来。蔽起来。继继承承指指对对象象继继承承它它所所在在类类的的结结构构、操操作作和和约约束束，也也指指一一个个类类（子子类类）继继承承另另一一个个类类（父父类类）的的结结构构、操作和约束。继承体现了一种共享机制。操作和约束。继承体现了一种共享机制。继继承承一一个个单单一一的的父父类类时时叫叫单单继继承承，如如果果有有两两个个以以上上的的父父类
4、类则则是是多多继继承承。前前者者继继承承关关系系是是单单一一的的，体体系系结构表现为树；后者继承关系复杂，呈网状结构。结构表现为树；后者继承关系复杂，呈网状结构。继继承承的的作作用用在在于于信信息息组组织织和和分分类类，简简化化对对象象及及类类的的创创建建工工作作量量。利利用用继继承承性性，只只要要在在原原有有类类的的基基础础上上增加、删除或修改少量数据和方法就可以得到子类。增加、删除或修改少量数据和方法就可以得到子类。消息消息一一条条消消息息告告诉诉一一个个对对象象做做什什么么，它它指指出出：发发送送者者、接接收者、需要执行的服务、需要的参数。收者、需要执行的服务、需要的参数。例例如如，对对
5、象象汽汽车车具具有有“行行驶驶”这这项项操操作作，为为了了让让汽汽车车以以时时速速50公公里里的的时时速速行行驶驶，需需要要向向汽汽车车对对象象传传送送“行行驶驶”和和“时速时速50公里公里”的消息，来触发这个对象。的消息，来触发这个对象。值值得得注注意意的的是是，“消消息息传传递递”与与传传统统的的“过过程程调调用用”的区别。的区别。发发送送消消息息只只是是触触发发对对象象。接接受受对对象象收收到到消消息息后后，按按消消息息及及消消息息调调用用自自己己的的操操作作来来改改变变状状态态或或返返回回结结果果。因因此此，同同样样的的输输入入参参数数可可能能因因对对象象的的初初始始状状态态不不同同而
6、而得得到到不不同同的的终终态态，或或输输出出不不同同的的结结果果。而而过过程程调调用用则则只只要输入相同的参数，输出总是一样的。要输入相同的参数，输出总是一样的。OO遵循的法则及其特性遵循的法则及其特性三个构造法则：三个构造法则：区区分分对对象象及及其其属属性性，例例如如，区区分分一一棵棵树树和和树树的的大大小；小；区区分分整整体体对对象象及及其其组组成成部部分分，例例如如，区区分分一一棵棵树树和树枝；和树枝；不不同同对对象象类类的的形形成成及及区区分分，例例如如，所所有有树树的的类类和和所有车辆的类。所有车辆的类。OO的优良特性的优良特性抽象性抽象性、封装性封装性、继承性继承性、多态性。多态
7、性。多态性多态性多多态态性性又又叫叫多多形形性性，指指相相同同的的操操作作（或或函函数数，或或过过程程）可可作作用用于于多多种种类类型型的的对对象象并并获获得得不不同的结果。同的结果。在在面面向向对对象象方方法法中中，可可给给不不同同类类型型的的对对象象发发送送相相同同的的消消息息，不不同同的的对对象象分分别别作作出出不不同同的的处理。处理。例例如如，给给整整数数对对象象和和复复数数对对象象定定义义不不同同的的数数据据结结构构和和加加法法运运算算，但但可可以以给给它它们们发发送送相相同同的的消消息息“做做加加法法运运算算”，整整数数对对象象接接收收此此消消息息后后做做整整数数加加法法，复复数数
8、对对象象则则做做复复数数加加法法，产产生生不不同同的的结结果果。多多态态性性增增强强了了软软件件的的灵灵活活性、重用性、可理解性。性、重用性、可理解性。二、面向对象分析二、面向对象分析面向对象分析的特点面向对象分析的特点面面向向对对象象的的分分析析（OOA）要要求求把把问问题题空空间间分分解解成成一一些些类类或或对对象象，找找出出这这些些对对象象的的特特点点（即即属属性性和和服服务务），以以及及对对象象间间的的关关系系（一一般般/特特殊殊，整整体体/部部分分关关系系），并并由由此此产产生生一一个规格说明。个规格说明。OOA有有助助于于改改善善：问问题题空空间间的的理理解解，人人与与人人之间的通
9、讯和需求的不断变化。之间的通讯和需求的不断变化。OOA由由五五个个主主要要步步骤骤构构成成：标标识识对对象象，标标识识结结构构，定定义义主主题题，定定义义属属性性（及及实实例例连连接接），定义服务（及消息连接）。定义服务（及消息连接）。标识对象标识对象寻寻找找对对象象：寻寻找找对对象象应应从从问问题题空空间间、文文字字资资料料和和图图片片资资料料入入手手，寻寻找找结结构构、其其他他系系统统、设设备备、要要记记住住的的事事件件、人人扮扮演演的的角角色色、地地点点和组织单元等，以便发现可能的对象。和组织单元等，以便发现可能的对象。挑挑剔剔对对象象。对对那那些些不不必必记记住住的的事事物物与与服服务
10、务，单单个个属属性性或或派派生生结结果果（如如“年年龄龄”是是“出出生生日日期期”的的派派生生结结果果），就就要要考考虑虑它它们们可可能能并并不是对象。不是对象。命命名名对对象象。用用单单个个名名词词或或形形容容词词加加名名词词作作对对象象名名，尽尽量量选选择择反反映映主主题题的的标标准准词词汇汇作作对对象象名。名。车辆登记和发照（发驾驶执照）系统车辆登记和发照（发驾驶执照）系统车车主主购购车车后后持持相相关关证证件件到到主主管管部部门门登登记记注注册册，缴缴纳纳费费用用，获获得得牌牌照照。注注册册后后，登登录录车车况况信信息息和和车车主主信信息。系统维护下列信息：息。系统维护下列信息：组织机
11、构（名称，经理，地址，电话等）；组织机构（名称，经理，地址，电话等）；职员（用户名，审查，开始日期，结束日期等）；职员（用户名，审查，开始日期，结束日期等）；车主（合法名，地址，电话等）；车主（合法名，地址，电话等）；发照（号码，所有权证件，费用等）；发照（号码，所有权证件，费用等）；注册（日期，品牌，费用等）；注册（日期，品牌，费用等）；车车辆辆（号号码码，年年份份，制制造造厂厂，厢厢体体颜颜色色，自自重重，载载客客量量，燃料，价格等）；燃料，价格等）；另外还有：另外还有：对货车：现时自重对货车：现时自重 对摩托车：对摩托车：自重自重 对拖车：对拖车：燃料，燃料，载客量载客量 对旅游拖车：厢
12、体号，长度。对旅游拖车：厢体号，长度。登记和发照系统中的对象登记和发照系统中的对象标识结构标识结构分类结构分类结构 分分类类结结构构有有助助于于刻刻画画出出问问题题空空间间的的类类成成员员层层次次。它它通通过过搜搜集集公公共共特特性性，并并把把这这种种特特性性扩扩充充到到特特例例之中，显示现实世界事件的通用性及专用性。之中，显示现实世界事件的通用性及专用性。继承的概念是分类结构的一个重要组成部分。继承的概念是分类结构的一个重要组成部分。定定义义分分类类结结构构时时，要要分分析析通通用用类类是是否否表表达达了了专专用用类类的的共共性性，专专用用类类是是否否表表示示了了个个性性。子子类类把把不不需
13、需继承的服务和属性标记为继承的服务和属性标记为“X”。组装结构组装结构组组装装结结构构刻刻画画了了一一个个整整体体及及其其组组成成部部分分。例例如如，一辆汽车由发动机，传动装置和刹车装置组成。一辆汽车由发动机，传动装置和刹车装置组成。登登记记和和发发照照系系统统中中的的结结构构标识主题标识主题首首先先，对对每每个个对对象象和和每每个个结结构构增增加加一一个个相相应应主主题题，如如果果主主题题的的个个数数超超过过7个个左左右右，则则进进一一步步提提炼炼主主题题，一一旦旦对对象象和和结结构构之之间间的的连连接接得得到到标标识识，根根据据需需要要，把把紧紧耦耦合合的的主主题题合合在在一一起起提提供供
14、一一个个更更好好的的模模型型概概观观供读者理解。供读者理解。然后，列出主题及主题层上各主题之间的消息连接。然后，列出主题及主题层上各主题之间的消息连接。最最后后，对对主主题题进进行行编编号号，在在层层次次图图上上列列出出主主题题以以指指导导读读者者从从一一个个主主题题到到另另一一个个主主题题。每每一一层层都都可可以以组组织成按主题划分的图。织成按主题划分的图。登记和发照系统中的主题登记和发照系统中的主题标识属性标识属性标识属性。标识属性。属性定位。属性定位。通用属性应放在结构的高层，特殊属性放在低层。通用属性应放在结构的高层，特殊属性放在低层。如如果果一一个个属属性性适适用用于于大大多多数数的
15、的特特殊殊分分类类，可可将将其其放放在在通通用用的的地地方方，然然后后在在不不需需要要的的地地方方把把它它覆覆盖盖（即即用用“”等记号指出不需要继承该属性）。等记号指出不需要继承该属性）。如如果果发发现现某某个个属属性性的的值值有有时时有有意意义义，有有时时却却不不适适用用，则则应考虑分类结构。应考虑分类结构。根据发现的属性，还可修订对象。根据发现的属性，还可修订对象。标识实例连接。标识实例连接。多多重重性性：一一对对一一（1:1）的的，一一对对多多（1:M），多多对对多多（M:M）。）。参与性：表示实例连接是强制的还是任意的？参与性：表示实例连接是强制的还是任意的？描描述述实实例例之之间间关
16、关系系的的符符号号登登记记和和发发照照系系统统中中的的属属性性标识服务标识服务服服务务可可定定义义为为：收收到到一一条条消消息息之之后后所所执执行行的的处理。处理。服务定义了对象及类所需的行为。行为分为：服务定义了对象及类所需的行为。行为分为：有直接动因的行为；有直接动因的行为；进化史上的相似行为；进化史上的相似行为；功能相似的行为。功能相似的行为。标标识识服服务务（即即对对象象的的行行为为）的的策策略略分分别别对对应应于上述三类行为：于上述三类行为：直接动因对应：状态直接动因对应：状态事件事件响应（辅助策略）；响应（辅助策略）；进化史对应：对象生命历程（辅助策略）；进化史对应：对象生命历程（
17、辅助策略）；功能对应：最基本的服务（基本策略）。功能对应：最基本的服务（基本策略）。标识服务的基本策略标识服务的基本策略Occur（实例的增加、修改、删除和选择）；实例的增加、修改、删除和选择）；Calculate（计算）；计算）；Monitor（监控）；监控）；这这三三种种基基本本服服务务提提供供了了标标识识服服务务的的基基本本策策略略，所所有有的的OOA模型都使用模型都使用“Occur”服务；服务；当当一一个个实实例例需需要要另另一一个个实实例例中中说说明明的的处处理理结结果果时时，使用它的使用它的“Calculate”服务；服务；而而有有关关实实时时处处理理的的那那一一部部分分将将使使用
18、用“Monitor”服服务务，“Monitor”服服务务执执行行对对外外界界系系统统、设设备备或或用用户户的的运运行监控。行监控。对象生命历程的辅助策略对象生命历程的辅助策略定定义义基基本本的的对对象象生生命命历历程程序序列列：增增加加、修修改改、选择和删除；选择和删除；检检查查每每一一步步的的演演变变：扩扩展展每每一一步步，反反映映出出增增加、修改、删除的演变；加、修改、删除的演变；增增加加基基本本序序列列：对对象象或或分分类类结结构构响响应应其其他他事事件吗？件吗？增增加加服服务务：根根据据扩扩展展的的每每一一步步增增加加服服务务，一一般所增加的服务是对象的基本服务的演变。般所增加的服务是
19、对象的基本服务的演变。状态状态事件事件响应的辅助策略响应的辅助策略定义系统的主要状态；定义系统的主要状态；对每一个状态，列出外部事件和所需的响应；对每一个状态，列出外部事件和所需的响应；根据事件和响应增加服务（和消息连接）；根据事件和响应增加服务（和消息连接）；辅辅 助助 策策 略略 有有 助助 于于 发发 现现 可可 能能 遗遗 漏漏 的的“Calculate”和和“Monitor”服务。服务。建立消息连接建立消息连接首首先先在在已已经经存存在在实实例例连连接接的的对对象象和和分分类类结结构构之间增加消息连接。之间增加消息连接。然然后后检检查查对对象象和和分分类类结结构构，包包括括封封装装在
20、在其其中中的的属属性性，寻寻找找一一个个实实例例所所需需要要的的另另一一个个实实例例的服务，从中找到消息。的服务，从中找到消息。再再次次在在发发送送者者的的服服务务说说明明中中建建立立消消息息连连接接的的文文档档，在在接接收收者者的的服服务务说说明明中中建建立立相相应应的的执执行服务的文档。行服务的文档。最后详细说明服务。最后详细说明服务。登登记记和和发发照照系系统统中中的的服服务务三、面向对象设计三、面向对象设计OOD的内容的内容问题空间部分的设计（问题空间部分的设计（PDC）人机交互部分的设计（人机交互部分的设计（HIC）任务管理部分的设计（任务管理部分的设计（TMC）数据管理部分的设计（
21、数据管理部分的设计（DMC）问题空间部分的设计（问题空间部分的设计（PDC）PDC的的设设计计策策略略包包括括三三部部分分：运运用用OOA的的结结果果；改改进进OOA的结果；增补的结果；增补OOA的结果。的结果。对对OOA结果的增补原因和准则包括：结果的增补原因和准则包括：重用设计和编程的类：为了重用而引进现成的类。重用设计和编程的类：为了重用而引进现成的类。把把问问题题空空间间专专用用类类组组合合在在一一起起：附附加加一一个个根根类类把把所所有有类类组织起来。组织起来。通通过过增增添添一一般般类类而而建建立立协协议议：引引进进一一个个附附加加类类，作作为为有有相似服务及相应属性的一般类。相似
22、服务及相应属性的一般类。改改进进性性能能：为为改改进进速速度度，可可能能合合并并一一些些高高度度耦耦合合的的类类，还还可可能能在在类类及及对对象象中中扩扩充充一一些些保保存存临临时时结结果果的的属属性性或或一一些低层控制块。些低层控制块。提供数据管理部分：增加属性和服务使对象能够被保存。提供数据管理部分：增加属性和服务使对象能够被保存。增加低层成分：增加类来反映一些低层的逻辑细节。增加低层成分：增加类来反映一些低层的逻辑细节。调调节节继继承承的的支支持持级级别别：如如果果OOA的的结结果果包包括括多多继继承承，而而编程语言只支持单继承甚至无继承时，就要作相应调整。编程语言只支持单继承甚至无继承
23、时，就要作相应调整。多继承展平为单继承多继承展平为单继承人机交互部分的设计（人机交互部分的设计（HIC）对对人人分分类类。把把人人按按技技能能层层次次、组组织织层层次次、不不同同身身份份进进行行分分类类，增加与系统交互的人的子集。增加与系统交互的人的子集。描描术术人人及及其其任任务务脚脚本本。对对每每一一类类人人，描描述述其其身身份份、目目的的、特特征征、关关键键的的成成果果因因素素（必必须须/想想要要，喜喜欢欢/不不喜喜欢欢/有有偏偏见见）熟练程度及任务剧本。）熟练程度及任务剧本。设设计计命命令令层层。命命令令层层可可能能以以菜菜单单屏屏面面或或菜菜单单条条或或一一系系列列图图符符呈呈现现给
24、给人人们们，要要按按使使用用频频度度及及用用户户工工作作步步骤骤排排列列服服务务名名。宽宽度一般为度一般为72。设设计计详详细细的的交交互互。考考虑虑的的准准则则有有：一一致致性性；操操作作步步骤骤少少；不不要要“哑播放哑播放”，Undo；趣味与吸引力。趣味与吸引力。继继续续做做原原型型。做做几几个个可可候候选选的的原原型型，让让人人们们一一个个一一个个地地试试用用，要达到要达到“臻于完善臻于完善”，由衷地满意。，由衷地满意。设设计计HIC类类。设设计计HIC类类，从从组组织织窗窗口口和和部部件件的的人人机机交交互互设设计计开开始始，窗窗口口作作基基本本类类，部部件件作作属属性性或或部部分分类
25、类，特特殊殊窗窗口口作作特特殊殊类类。每每个个类类包包括括窗窗口口的的菜菜单单条条、下下拉拉菜菜单单、弹弹出出菜菜单单的的定定义义，每每个个类类还还定定义义了了用用来来创创造造菜菜单单、加加亮亮选选择择等等所所需需的的服服务。务。任务管理部分的设计（任务管理部分的设计（TMC）识识别别事事件件驱驱动动任任务务。事事件件驱驱动动任任务务是是指指睡睡眠眠任任务务（不不占占用用CPU），当当某某个个事事件件发发生生时时，任任务务被被此此事事件件触触发发，任任务务醒醒来来作作相相应应处处理理，然然后后又又回回到到睡睡眠眠状状态。态。识识别别时时钟钟驱驱动动任任务务。按按特特定定的的时时间间间间隔隔去去
26、触触发发任任务务进进行行处处理理，如如某某些些设设备备需需要要周周期期性性的的数数据据采采集集和和控控制。制。识识别别优优先先任任务务和和关关键键任任务务。把把它它们们分分离离开开来来进进行行细细致的设计和编码，保证时间约束或安全性。致的设计和编码，保证时间约束或安全性。识识别别协协调调者者。增增加加一一个个任任务务来来协协调调诸诸任任务务，这这个个任任务可以封装任务之间的协作。务可以封装任务之间的协作。审查每个任务，使任务数尽可能少。审查每个任务，使任务数尽可能少。定定义义每每个个任任务务：包包括括任任务务名名、驱驱动动方方式式、触触发发该该任任务的事件、时间间隔、如何通讯等。务的事件、时间
27、间隔、如何通讯等。OOD的评价的评价对对每每一一种种不不同同的的方方案案有有不不同同的的设设计计，一一个个好好的的设设计计就就是是经经过过权权衡衡选选择择使使整整个个生生命命周周期期内内系系统统总总开开销销最最少的那个设计。少的那个设计。OOD的评判标准包括：耦合、内聚、重用及其他。的评判标准包括：耦合、内聚、重用及其他。OOD的的其其他他评评判判标标准准包包括括结结构构的的深深度度、设设计计的的简简单单性性和和清晰度、公认的优雅风格等。清晰度、公认的优雅风格等。耦合分交互耦合和继承耦合。耦合分交互耦合和继承耦合。交交互互耦耦合合指指两两个个对对象象间间传传递递消消息息以以实实现现交交互互。这
28、这种种耦耦合合越越小小越越好好，因因为为信信息息传传输输量量越越小小，对对象象的的独独立立性性和和模模块块性性就就越越强强，当当一一个个部部分分改改动动时时，对对另另一一部部分分的的影影响响就就越越小小。如如果果几几个个对对象象的的耦耦合合度度实实在在太太大大，可可以以考考虑虑合合并并成成一个对象。一个对象。继继承承耦耦合合表表示示子子类类与与父父类类的的联联系系程程度度，这这种种耦耦合合度度越越大大越好，因为应尽可能利用现有的一般类。越好，因为应尽可能利用现有的一般类。四、统一建模语言四、统一建模语言UMLUML介绍介绍UML是是一一种种通通用用的的可可视视化化建建模模语语言言，适适用用于于各各种种开开发发方方法法、信信息息系系统统生生命命周周期期的的各各个个阶阶段、各种应用领域及各种开发工具。段、各种应用领域及各种开发工具。基基于于UML的的信信息息系系统统开开发发包包含含需需求求、分分析析、设计、实现、部署和配置等步骤。设计、实现、部署和配置等步骤。