「武汉理工大学 软件工程复习」第四章 | 面向对象 & UML建模

今天药忘吃喽~ 2023-09-28 10:34 192阅读 0赞

目录

【对象、属性、方法】

【面向对象分析与设计】

专有名字的缩写

面向对象的分析 OOA

面向对象的设计 OOD

UML介绍

【面向对象设计原则】

SOLID原则

OO设计时需要注意的一些问题

CRC卡片分拣法

【类图 & 类图】

类图的相关概念

类图关系：关联关系

类图关系：聚合关系、组合关系

类图关系：泛化关系

类图关系：依赖关系

类图关系：实现关系

关联类

类图符号总结

类图建模的过程

【用例图】

用例图的相关概念

用例图关系

用例建模的流程

【顺序图】

顺序图的相关概念

顺序图建模的流程

顺序图的组合框

顺序图 VS 用例图

【状态图】

状态图的相关概念

状态图建模的流程

【单元测试题】

选择题

判断题

【对象、属性、方法】

  • 什么是软件对象？

    • 软件也是由不同类型的软件对象组成的．每个软件对象也有自己的状态和行为。

  • 什么是类？

    • 一个蓝图或原型，它定义了某种类型的所有对象通用的变量和方法，具有可重用性以节省开发许多同类对象的工作。

  • 对象的消息传递：

    • 对象不会接受任意的消息传递，对象可接受的消息通常被定义为该对象的一组方法

  • 接口：

    • 方法声明的集合
    • 接口是一个软件对象所能提供的所有功能属性（服务）的集合。
    • 接中的方法定义了服务对象所能实现的各种“服务”
    • 方法（或服务）的产生以及命名,都必须遵循使用该服务的客户对象的需求
    • 设计一应该从客户对象的需求中“提取”服务对象类的接口以及各方法的具体实现，而不是向客户对象“推送”我们认为这个服务对象类应该提供的功能。

  • 对象是软件模块

    • 软件模块只是子程序和数据的一种松散组合

【面向对象分析与设计】

专有名字的缩写

OOAD（Object oriented analysis design），面向对象分析设计

OOP（Object oriented programming），面向对象程序设计

OOD（Object oriented design），面向对象设计

OOA（Object oriented analysis），面向对象分析

面向对象的分析 OOA

面向对象程序设计（OOP)：将OOP中的概念上推到分析和设计阶段

数据库设计(Database design)：将数据语义建模概念，如实体-关系、泛化、聚合和分类用于系统分析和设计

结构化分析〈Structured Analysis ）：将结构化分析方法与技术，如SADT方法等用于系统分析与建模

知识表示(Knowledge Representation)：采用基于问题框架和语义网络的知识表示方法

面向对象的设计 OOD

  • 早期OODの特点

    • 不是基于OOA的，大多基于结构化分析结果
    • 是OO编程方法的延伸，多数方法与编程语言有关
    • 不是纯OO的，对某些OO概念缺少支持
    • 不是只针对软件生存周期的设计阶段
    • 早期的OOD可看作现今OOAD方法的雏形。

  • 90年代以后 の OOD的特点

    • 以面向对象的分析为基础
    • 相应的OOA方法共同构成一种OOAD方法体系
    • 较全面地体现面向对象方法的概念与原则
    • 大多数方法独立于编程语言，可以由不同的编程语言实现
    • 面向对象的设计OOD：在OOA模型基础上运用面向对象方法进行系统设计，产生一个符合具体实现条件的OOD模型。

  • 几种典型的面向对象的方法

    • Booch方法、Coad-Yourdon方法、Firesmith方法、Jacobson方法(OOSE)、Martin-odell方法、Rumbaugh方法(OMT)、Seidewitz-Sark方法、

      Shlaer-Mellor方法、Wirfs-Brock方法

    • 方法的异同体现于：概念、表示法、系统模型、开发过程、可用性、技术支持

      • 【Booch方法】微过程：识别类和对象 - 识别类和对象的语义 - 识别类和对象的关系 - 实现类和对象；
      • 【Jacobson方法】特点：通过用例描述用户需求、用交互图描述对象之间的交互、用例驱动的观点言之有过
      • 【OMT方法】特点：概念严谨，阐述清楚 ； 过程具体，可操作性强 ； 包含了许多非面向对象的内容 ； 提出若干扩充概念,偏于复杂

UML介绍

  • UML简介

    • 什么是UML？UML-Unified Modeling Language 统一建模语言，又称标准建模语言。是用来对软件密集系统进行可视化建模的一种语言
    • UML是一个开放的标准、一种描述性语言:严格的形式语法(如编程)、一种说明性语言:由用法和约定塑造
    • UML包含很多语言：用例图、类图、顺序图、状态图等等

  • 使用UML

    • 草图：交流系统的各个方面，通常在白板或纸上完成用于获得粗略的选择性想法
    • 蓝图:要实现的完整设计，有时用CASE(计算机辅助软件工程)工具完成
    • 正向设计:在编码之前使用
    • UML逆向设计:在编码为文档之后进行UML建模
    • 作为一种编程语言：使用正确的工具，可以从UML自动生成和执行代码

【面向对象设计原则】

SOLID原则

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OO设计时需要注意的一些问题

  • 不同类中相似方法的名字应该相同
  • 遵守已有的约定俗成的习惯
  • 尽量减少消息模式的数目。只要可能，就使消息具有一致的模式，以利于理解。
  • 设计简单的类。类的职责要明确，应该从类名就可以较容易地推断出类的用途。
  • 定义简单的操作、方法
  • 定义简单的交互协议
  • 泛化结构的深度要适当
  • 把设计变动的副作用减至最少

CRC卡片分拣法

  • CRC卡片分拣法的作用是 根据用例描述中的名词确定类的候选者，根据用例描述中的名词确定类的候选者

  • 具体方法：

    • 由名词寻找实体类 由动词寻找职责也要从字面去发现职责
    • 根据边界类，控制类，实体类的划分来帮助发现系统中的类
    • 对领域进行分析，或利用已有的领域分析结果得到类
    • 参考分析，设计模式来确定类

【类图 & 类图】

参考资料：类图六大关系总结_大音希声_的博客-CSDN博客_类图关系

类图的相关概念

什么是类和对象？

  • 类：具有相同性质、行为、对象关系、语义的对象集合
  • 对象：类的实例，两个不同对象可以有相同的属性值

类的分类

边界类，控制类，实体类

  • 边界类位于系统与外界的交界处
  • 实体类保存要放进持久存储体的信息。通常每个实体类在数据库中有相应的表，实体类中的属性对应数据库表中的字段。
  • 控制类是控制其他类工作的类。每个用例通常有一个控制类，控制用例中的事件顺序，控制类也可以在多个用例间共用。其他类并不向控制类发送很多消息，而是由控制类发出很多消息。

类图的表示

  • 类图显示了软件系统中实体类的存在及其关系。

  • 类图显示模型的静态结构，特别是存在的事物，如类、它们的内部结构，以及它们与其他类的关系。

  • 它是一个系统的静态视图，主要支持系统的功能需求。

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类图关系：关联关系

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  • 单项关系示例

    public class Phone {

    1. private User user;

    }
    public class User {
    }

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  • 双向关系示例

    public class Person {

    1. private IDCard idCard;

    }
    public class IDCard {

    1. private Person person;

    }

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  • 一个完整的关联关系应该包含的元素：关联关系名、导航性、多样性、角色

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  • 关联关系的种类：自返（递归）关联、二元关联、N元关联

类图关系：聚合关系、组合关系

聚合关系

  • 聚合关系表示的是整体与部分之间的关系，整体与部分可以分开。

  • 聚合关系是关联关系的特例，所以它具有关联的导航性和多重性。聚合关系使用带空心菱形的实现来表示。

示例：

  1. public class Computer {
  2.     private Mouse mouse;
  3.     private Monitor monitor;
  5.     public void setMonitor(Monitor monitor) {
  6.         this.monitor = monitor;
  7.     }
  9.     public void setMouse(Mouse mouse) {
  10.         this.mouse = mouse;
  11.     }
  12. }
  13. public class Mouse {
  14. }
  15. public class Monitor {
  16. }

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组合关系

  • 组合关系也是整体与部分的关系，但是整体与部分不可以分开。即：整体与部分是同生共死的关系。
  • 组合关系使用实心菱形表示。
  • 聚合和组合的区别：聚合是将类作为属性；组合是将对象作为属性

示例

  1. public class Computer {
  2.     private Mouse mouse=new Mouse();
  3.     private Monitor monitor=new Monitor();
  4. }
  5. public class Mouse {
  6. }
  7. public class Monitor {
  8. }

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类图关系：泛化关系

泛化关系 Generalization

  • 泛化关系其实就是继承关系，它是依赖关系的特例。这个很简单，如果A类继承了B类，那么A和B就存在泛化关系。
  • 使用实线白色三角箭头表示泛化关系。子类指向父类

示例

  1. public abstract class DaoSupport {
  2.     public void save(Object entity){    }
  3.     public void delete(Object id){    }
  4. }
  5. public class PersonServiceBean extends DaoSupport {
  7. }

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类图关系：依赖关系

依赖关系 Dependency

  • 定义：只要在类中用到了对方（注意：若在类中定义了另外的类或者类的对象，则属于聚合或组合关系），那么它们之间就存在依赖关系。如果没有对方，则编译不能通过。
  • 使用普通箭头表示依赖关系

示例

  1. public class PersonServiceBean {
  2.     private PersonDao personDao;
  4.     //这里只是用于理解依赖关系，没有具体实现
  5.     public void save(Person person){ }
  7.     public IDCard getIDCard(Integer personid){
  8.         return null;
  9.     }
  11.     public void modify(){
  12.         //注意：局部变量是类对象，不符合迪米特法则，这里只是用于理解依赖关系
  13.         Department department=new Department();
  14.     }
  15. }
  16. public class PersonDao {
  17. }
  18. public class IDCard {
  19. }
  20. public class Person {
  21. }
  22. public class Department {
  23. }

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类图关系：实现关系

实现关系 Realization

  • 实现关系就是A类实现B接口，它是依赖关系的特例。
  • 使用虚线的白色三角箭头表示实现关系

示例

  1. public interface PersonService {
  2.     public void delete(Integer id);
  3. }
  4. public class PersonServiceBean implements PersonService{
  6.     @Override
  7.     public void delete(Integer id) {
  9.     }
  10. }

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关联类

  • 有时要为关联相关信息的存储定义一个专门的类,称为“关联类”
  • 保存与关联关系本身相关的信息,这些信息不属于关联所连接的两端的类。
  • 关联类通过一条虚线连接至关联。

示例：

  1. public class Company {
  2.     private String companyName;
  3.     public Person employee[];
  4. }
  6. public class Contract {
  7.     peuvate Double salary;
  8. }
  10. public class Person {
  11.     private String personName;
  12.     protected Company employer;
  13. }

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类图符号总结

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类图建模的过程

定义类名 → 定义类属性 → 定义类的操作 → 建立类和类之间的关系 → 定义关联关系的多样性、方向和名字

示例：

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【用例图】

用例图的相关概念

  • 用例建模的目的：关联干系人需求以及软件需求、确认与系统交互的人或对象(参与者)、定义系统的边界、捕捉和传达系统的理想行为（用例)
  • 用例图(use case diagram )：由参与者、用例以及它们之间的关系构成的,用于描述系统功能的动态视图。
  • 用例建模的概要：概要描述、参与者Actor列表、用例Use-case列表

  • 用例图的主要元素：参与者、用例、关联、系统边界

  • 参与者：与系统交互的人、与系统交互的外部系统、硬件设备

    • 如顾客通过在信息管理系统的支持下运行的web购物系统购物，则参与者是：顾客、信息管理系统；用例是：web购物系统
    • 参与者是一个角色，而不是具体的人：如A、B、C都是老师
    • 一个人不一定只有一个角色：如A是店长，也是店员

  • 用例：作为外部实体的参与者与系统的交互序列；即系统的一系列行为，为参与者提供有价值且可观测的结果

    • 用例不是功能分解的过程！
    • 常见用例：参与者要用到的系统功能、系统为实现参与者价值所开展的行为序列、交互活动、事件流

  • 关联：参与者与用例之间的交互通道

    • 有箭头：指出是谁发起的交互
    • 没箭头：双方都可以发起的交互

  • 系统边界：包含的所有系统成分与系统以外各种事物的分界线

    • 系统边界会对用例以及Actor的定义有所影响

用例图关系

参考资料：用例建模_万事胜意L的博客-CSDN博客_用例建模

注意一下指向： 泛化：子用例→父用例 ； 包含：基用例→包含用例 ； 扩展：扩展用例→基用例

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  • 关联关系：表示参与者与用例之间的通信。

  • 泛化关系：参与者之间可以有共同的属性和行为，因此可使用泛化关系来描述多个参与者之间的公共行为。它们之间有特殊和一般的关系。

    • 示例：电话订票、网络订票，都包含于”订票“
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  • 包含关系：指一个用例可以包含其他用例具有的行为，并把它所包含的用例行为作为自身用例的一部分。其实就是基础用例中一个不得不执行的用例部分。

    • 示例：下订单 包含 提供用户信息
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扩展关系：一个用例也可以被定义为基础用例的增量扩展，这称作扩展关系，扩展关系是把新行为插入到已有用例的方法。

  • 示例：”取消订单“ 是 ”检查订单状态“ 的扩展
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用例建模的流程

画系统边界 → 列出actor-goal lists → 找到参与者 → 找到用例 → 按照时间流程和用例关系画出关系

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Step1.找出参与者和外部系统、画出 actor-goal lists，找到参与者和用例

actor-goal lists

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Step2.按照actor-goal lists画出用例图

由actor的目标来确定用例

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Step3.写出用例详细规约

包含 不同的场景（成功、失败）、用例建模详细规约

用例建模详细规约的编写：找出用例的执行者和目标、撰写用例概述和主成功场景、考虑操作失败的场景、列出所有可替换场景

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【顺序图】

顺序图的相关概念

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顺序图建模的流程

① 从用例中识别交互过程;

② 获取要画顺序图对应的参与者，并把它放在最开始的位置。然后识别参与交互过程的对象;

③ 为每一个对象设置生命线,并确定对象的存在期限;

④ 从引发交互的初始消息开始,在对象生命线上依次画出交互的消息;

⑤ 如果需要,可以给消息增加时间约束,以及前置条件和后置条件。

示例：

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顺序图的组合框

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顺序图 VS 用例图

  • 顺序图往往和用例图绑定使用
  • 顺序图表达用例的单个场景实例的行为。
  • 顺序图表达对象间如何协作完成用例所描述的功能。

  • 顺序图可用于开发周期的不同阶段，服务于不同目的，描述不同粒度的行为

    • 用于表示为完成用例而在系统边界输入输出的数据以及消息
    • 用于表示系统内部对象间的消息传递。

【状态图】

状态图的相关概念

  • 有限状态机的主要元素：状态和转移、事件和行为

  • 所有的对象 都有状态！！ 对象的存在 / 不存在 也是一种状态

  • 状态图用于表示【一个】类对象的全生命周期过程

  • 描述状态图的图符元素有:状态图符、迁移图符、起始状态、终止状态、条件判定、发出信号、接收信号和并发等。

    • 【起始、终止】必须要有起始和结束状态
    • 【迁移】包含的元素：原状态、触发事件、动作表达式（每个状态迁移都对应一个触发事件，同时满足一定警戒条件）
    • 【迁移】的最终结果一定只能达到一个。即：若有多个分支，则这几个分支间的条件应该是互斥的
    • 【事件】状态图中，事件仅需和系统或当前建模对象相关，在OOD中通过传递消息的方式实现事件
    • 【事件】四类事件：变更事件、调用事件、时间事件、信号事件

    • 变更事件(Changeevents):当给定条件成立时就会发生变更事件

      调用事件(Callevents):当给定对象的操作被调用执行时会发生调用事件

      时间事件(Elapsed-timeevents):表明时间段过去，或某个特殊时间点的触发

      信号事件(Signalevents):当给定对象收到某实时信号

    • 【动作】在状态内部或者状态间迁移时执行的原子操作，两种特殊的动作：入口动作、出口动作

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状态图建模的流程

①找出适合用模型描述其行为的类。

②确定对象可能存在的状态。

③确定引起状态迁移的事件。

④确定迁移进行时对象执行的相应动作。

⑤对建模的结果进行相应的精化和细化。

示例：

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【单元测试题】

选择题

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判断题

1.用户界面设计对于一个系统的成功是至关重要的，一个设计得很差的用户界面可能导致用户拒绝使用该系统。 F

2.系统设计的主要任务是细化分析模型，最终形成系统的设计模型。 F

辨析：系统设计的主要任务是在系统分析的基础上，按照逻辑模型的要求，科学合理地进行系统的总体设计和具体的物理设计，为下一阶段系统提供实施提供必要的技术资料。而不是【最终】形成系统的设计模型

3.面向对象设计是在分析模型的基础上,运用面向对象技术生成软件实现环境下的设计模型。 T

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