【文章內(nèi)容簡介】 代表性和影響力的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言是由美國Xerox（施樂）公司Palo Alto研究中心的Alan Kay開發(fā)的Smalltalk語言。Smalltalk全面實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蠹夹g(shù)的機(jī)制，豐富了面向?qū)ο蟮母拍?，它的發(fā)布引起了人們對面向?qū)ο蟾拍畹膹V泛關(guān)注。隨后產(chǎn)生了多種面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言，如C++和Java等，同時(shí)，面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)方法也被廣泛應(yīng)用于軟件開發(fā)中。比較具有代表性的基于面向?qū)ο笏枷氲能浖_發(fā)方法有Grady Booch提出的面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)方法論、Jim Rumbaugh提出的面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)和Zvar Jacobson提出的面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒▽W(xué)等。2003年，Alan Kay因在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)上的杰出貢獻(xiàn)，成為圖靈獎(jiǎng)的得主。Alan Kay于1970年加入Xerox（施樂）公司的Palo Alto研究中心。20世紀(jì)70年代初期，Alan Kay等人開發(fā)了最具代表性和影響力的面向?qū)ο笳Z言Smalltalk，因此，被譽(yù)為“Smalltalk之父”。Alan Kay不但是面向?qū)ο缶幊陶Z言Smalltalk的發(fā)明人之一，也是面向?qū)ο缶幊趟枷氲膭?chuàng)始人之一。他是筆記本電腦最早的構(gòu)想者，同時(shí)也是現(xiàn)代Windows GUI的架構(gòu)師。Alan Key可謂是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的大師。相對于傳統(tǒng)的軟件工程思想而言，面向?qū)ο蟮乃枷敫先祟惖乃季S邏輯，它淡化了計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)，以現(xiàn)實(shí)世界中的模型作為構(gòu)造軟件系統(tǒng)的依據(jù)。面向?qū)ο蟮幕靖拍畎▽ο?、類、封裝、繼承和多態(tài)，下面一一介紹。1. 對象對象可以是客觀世界中存在的事物，也可以是概念化的實(shí)體，它由一組屬性和操作組成。屬性是用來描述對象靜態(tài)特征的數(shù)據(jù)項(xiàng)，是對客觀世界實(shí)體所具有性質(zhì)的抽象。操作是用來描述對象動態(tài)特征。比如，把人當(dāng)成一個(gè)對象，那么他的屬性就有身高、體重、姓名和年齡等靜態(tài)特征，他的操作就包括工作、學(xué)習(xí)、吃飯和運(yùn)動等；把汽車當(dāng)成一個(gè)對象，那么它的屬性就有品牌、顏色、價(jià)格和壽命等，它的操作就包括加速、減速和剎車等。理解對象的概念時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)。對象的數(shù)據(jù)是封裝起來的，對數(shù)據(jù)的處理需要通過特定的操作。對象之間通過傳遞消息進(jìn)行通信，不同的對象獨(dú)立地處理自身的數(shù)據(jù)。對象具有主動性。要處理對象的內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)，外界需要通過接口向?qū)ο蟀l(fā)送消息，請求它執(zhí)行特定的操作。2. 類類是對對象的抽象，是對具有相同屬性和相同操作的一組相似對象的定義。通常情況下，很多對象都有相似的特征。比如，對于兩個(gè)教師，他們雖然可能身高、體重、性別、年齡和籍貫等特征不同，但是職業(yè)卻是相同的；對于兩把椅子，它們可能顏色、形狀、價(jià)格和位置等特征不同，但是作用卻是相同的。在這種情況下，我們就可以忽略事物的非本質(zhì)特征，只注意那些與當(dāng)前目標(biāo)相關(guān)的本質(zhì)特征，從中找出事物的共性，把本質(zhì)特征相同的事物劃分為一類，即將多個(gè)對象抽象為類。對于同類對象，它們具有相同的屬性和操作，但是每個(gè)對象的屬性值可能不同，執(zhí)行操作的結(jié)果也可能不同。比如，在教務(wù)管理系統(tǒng)中，可以定義“學(xué)生”類，并定義編號、姓名和院系等屬性，及登錄該系統(tǒng)進(jìn)行操作。每位學(xué)生都有自己特定的編號、姓名和院系等屬性值，并且執(zhí)行登錄操作后，都會進(jìn)入個(gè)性化的主頁。談到類的概念，就必須知道什么是類的實(shí)例。實(shí)例是由某個(gè)特定的類描述的一個(gè)具體的對象。比如，對于教師類，某位教師王一就是類的一個(gè)實(shí)例；對于學(xué)生類，某位學(xué)生李二就是該類的一個(gè)實(shí)例。3. 封裝封裝是指把對象的屬性和操作結(jié)合在一起，組成一個(gè)獨(dú)立的單元。封裝強(qiáng)調(diào)兩個(gè)概念，即獨(dú)立和封閉。獨(dú)立是指對象是一個(gè)不可分割的整體，它集成了事物全部的屬性和操作，并且它的存在不依賴于外部事物。封閉是指與外部的事物通信時(shí)，對象要盡量地隱藏其內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，它的內(nèi)部信息對外界來說是隱蔽的，外界不能直接訪問對象的內(nèi)部信息，而只能通過有限的接口與對象發(fā)生聯(lián)系?？梢哉f，類是數(shù)據(jù)封裝的工具，而對象是封裝的實(shí)現(xiàn)。類的成員又分為公有成員、私有成員和保護(hù)成員，它們分別有不同的訪問控制機(jī)制。封裝是軟件模塊化思想的重要體現(xiàn)。4. 繼承繼承表示類之間的層次關(guān)系，它使得某類對象可以自動擁有另外一個(gè)或多個(gè)對象的全部屬性和操作。比如，某系統(tǒng)已經(jīng)定義了一個(gè)學(xué)生類，現(xiàn)在還需要定義一個(gè)研究生類。由于研究生也屬于學(xué)生的一種，它具有學(xué)生所有的一切屬性和操作，這時(shí)就可以采用繼承的方法，使研究生類直接獲得學(xué)生類的一切屬性和操作。在這個(gè)系統(tǒng)中，研究生類就叫做子類或派生類，學(xué)生類就叫做父類或基類。子類可以把父類定義的內(nèi)容自動作為自己的部分內(nèi)容，同時(shí)再加入新的內(nèi)容。繼承可以分為單重繼承和多重繼承。單重繼承是指一個(gè)子類只有一個(gè)父類。多重繼承是指一個(gè)子類可以同時(shí)繼承多個(gè)父類。單重繼承構(gòu)成的類之間的關(guān)系是樹狀結(jié)構(gòu)，多重繼承構(gòu)成的類之間的關(guān)系是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。繼承簡化了定義一個(gè)新類的過程，有利于人們對事物的認(rèn)識和描述，達(dá)到了軟件復(fù)用的目的。5. 多態(tài)多態(tài)是一種使父類中定義的屬性或操作被子類繼承后，可以有不同的實(shí)現(xiàn)的機(jī)制。換句話說，多態(tài)允許屬于不同類的對象對同一消息做出不同的響應(yīng)。當(dāng)一個(gè)對象接收到進(jìn)行某項(xiàng)操作的消息時(shí)，多態(tài)機(jī)制將根據(jù)對象所屬的類，動態(tài)地選用該類中定義的操作。比如，先定義一個(gè)父類幾何圖形，它具有計(jì)算面積的操作，然后再定義一些子類，如三角形、長方形和圓形，它們可繼承父類幾何圖形的各種屬性和操作，并且在各自的定義中要重新描述計(jì)算面積的操作。這樣，當(dāng)有計(jì)算幾何圖形面積的消息發(fā)出時(shí)，對象會根據(jù)類的類型做出不同的響應(yīng)，采用不同的面積計(jì)算公式。多態(tài)這種機(jī)制極大地減少了軟件設(shè)計(jì)中的冗余信息，提高了軟件的可復(fù)用性和可擴(kuò)展性。. 面向?qū)ο蠓椒ǖ奶卣髋c優(yōu)勢方法、工具和過程是軟件工程方法學(xué)的三個(gè)重要因素。方法是指為了完成軟件開發(fā)的各項(xiàng)任務(wù)所采用的技術(shù)方法。工具是為方法的實(shí)行提供的自動或半自動的支持。過程是指為了獲得高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品所需要完成的一系列任務(wù)的框架。在軟件工程領(lǐng)域，“方法學(xué)”是被廣泛使用的一個(gè)詞匯。在20世紀(jì)70年代，“方法學(xué)”一詞用于表示“開發(fā)軟件產(chǎn)品的方式”，而該詞實(shí)際上是指“方法的科學(xué)”?！胺椒▽W(xué)”應(yīng)用于整個(gè)軟件工程的過程。流行的軟件工程方法目前比較流行的軟件工程方法包括面向過程的軟件工程方法、面向數(shù)據(jù)的軟件工程方法、面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ê托问交能浖こ谭椒ā?1) 面向過程的軟件工程方法基于“自頂向下，逐步求精”的原則來完成軟件開發(fā)各階段的任務(wù)。程序的執(zhí)行過程主要由順序、選擇和循環(huán)等控制結(jié)構(gòu)來控制。(2) 面向數(shù)據(jù)的軟件工程方法中的數(shù)據(jù)是指元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)并不表示某一記錄的具體信息，而是用來將一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)組織起來，即元數(shù)據(jù)是組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。比如，信息系統(tǒng)中實(shí)體名及姓名的集合，或者數(shù)據(jù)庫中物理表的表名及字段名的集合。這種方法與關(guān)系數(shù)據(jù)庫聯(lián)系緊密，特別適合信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。(3) 面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ㄊ钱?dāng)前最流行的軟件工程方法，它主要有以下幾個(gè)方面的特征。把數(shù)據(jù)和操作封裝在一起，形成對象。對象是構(gòu)成軟件系統(tǒng)的基本構(gòu)件。把特征相似的對象抽象為類。類之間可以存在繼承或被繼承的關(guān)系，形成軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。對象之間通過發(fā)送消息進(jìn)行通信。將對象的私有信息封裝起來。外界不能直接訪問對象的內(nèi)部信息，而必須是發(fā)送相應(yīng)的消息后，通過有限的接口來訪問。(4) 形式化的軟件工程方法基于嚴(yán)格的數(shù)學(xué)邏輯，多應(yīng)用于對安全性和可靠性要求較高的特殊領(lǐng)域。面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)(1) 符合人類的思維習(xí)慣。通常人類在認(rèn)識客觀世界的事物時(shí)，不僅會考慮到事物會有哪些屬性，還會考慮到事物能完成哪些操作，也就是說靜態(tài)的屬性及動態(tài)的動作特征都是組成事物的一部分，它們組合起來才能完整地表達(dá)一個(gè)事物。而面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ㄗ钪匾奶攸c(diǎn)就是把事物的屬性和操作組成一個(gè)整體，以對象為核心，更符合人類的思維習(xí)慣。此外，面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ǜ幼⒅厝祟愒谡J(rèn)識客觀世界時(shí)循序漸進(jìn)，逐步深化的特點(diǎn)。用面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ㄟM(jìn)行軟件開發(fā)的過程，是一個(gè)主動的多次反復(fù)迭代的過程，而不是把整個(gè)過程劃分為幾個(gè)嚴(yán)格的順序階段。(2) 穩(wěn)定性好。傳統(tǒng)的軟件工程方法基于功能分析和功能分解。當(dāng)軟件功能發(fā)生變化時(shí)，很容易引起軟件結(jié)構(gòu)的改變。而面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒▌t是基于對象的概念，用對象來表示與待解決的問題相關(guān)的實(shí)體，以對象之間的聯(lián)系來表示實(shí)體之間的關(guān)系。當(dāng)目標(biāo)系統(tǒng)的需求發(fā)生變化時(shí)，只要實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系不發(fā)生變化，就不會引起軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化，而只需要對部分對象進(jìn)行局部修改（如從現(xiàn)有的類中派生出新的子類）就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。因此，基于對象的軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性比較好。(3) 可復(fù)用性好。面向?qū)ο蠹夹g(shù)采用了繼承和多態(tài)的機(jī)制，極大地提高了代碼的可復(fù)用性。從父類派生出子類，一方面復(fù)用了父類中定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和代碼，另一方面提高了代碼的可擴(kuò)展性。(4) 可維護(hù)性好。由于利用面向?qū)ο筌浖こ谭椒ㄩ_發(fā)的軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性好和可復(fù)用性好，而且采用了封裝和信息隱藏機(jī)制，易于對局部軟件進(jìn)行調(diào)整，所以系統(tǒng)的可維護(hù)性比較好?；谝陨线@些優(yōu)點(diǎn)，面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ㄔ絹碓绞艿饺藗兊那嗖A。. 面向?qū)ο笮枨蠓治龇椒嫦驅(qū)ο蟮男枨蠓治龌诿嫦驅(qū)ο蟮乃枷?，以用例模型為基礎(chǔ)。開發(fā)人員在獲取需求的基礎(chǔ)上，建立目標(biāo)系統(tǒng)的用例模型。所謂用例是指系統(tǒng)中的一個(gè)功能單元，可以描述為操作者與系統(tǒng)之間的一次交互。用例常被用來收集用戶的需求。首先要找到系統(tǒng)的使用者，即用例的操作者。操作者是在系統(tǒng)之外，透過系統(tǒng)邊界與系統(tǒng)進(jìn)行有意義交互的任何事物?！霸谙到y(tǒng)之外”是指操作者本身并不是系統(tǒng)的組成部分，而是與系統(tǒng)進(jìn)行交互的外界事物。這種交互應(yīng)該是“有意義”的交互，即操作者向系統(tǒng)發(fā)出請求后，系統(tǒng)要給出相應(yīng)的回應(yīng)。而且，操作者并不限于人，也可以是時(shí)間、溫度和其他系統(tǒng)等。比如，目標(biāo)系統(tǒng)需要每隔一段時(shí)間就進(jìn)行一次系統(tǒng)更新，那么時(shí)間就是操作者?？梢园巡僮髡邎?zhí)行的每一個(gè)系統(tǒng)功能都看作一個(gè)用例。可以說，用例描述了系統(tǒng)的功能，涉及系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能目標(biāo)而關(guān)聯(lián)的操作者、對象和行為。識別用例時(shí)，要注意用例是由系統(tǒng)執(zhí)行的，并且用例的結(jié)果是操作者可以觀測到的。用例是站在用戶的角度對系統(tǒng)進(jìn)行的描述，所以描述用例要盡量使用業(yè)務(wù)語言而不是技術(shù)語言。確定了系統(tǒng)的所有用例之后，就可以開始識別目標(biāo)系統(tǒng)中的對象和類了。把具有相似屬性和操作的對象定義為一個(gè)類。屬性定義對象的靜態(tài)特征，一個(gè)對象往往包含很多屬性。比如，讀者的屬性可能有姓名、年齡、年級、性別、學(xué)號、身份證號、籍貫、民族和血型等。目標(biāo)系統(tǒng)不可能關(guān)注對象的所有屬性，而只是考慮與業(yè)務(wù)相關(guān)的屬性。比如，在圖書館信息管理系統(tǒng)中，可能就不會考慮讀者的民族和血型等屬性。操作定義了對象的行為，并以某種方式修改對象的屬性值。目標(biāo)系統(tǒng)的類可以劃分為邊界類、控制類和實(shí)體類。邊界類代表了系統(tǒng)及其操作者的邊界，描述操作者與系統(tǒng)之間的交互。它更加關(guān)注系統(tǒng)的職責(zé)，而不是實(shí)現(xiàn)職責(zé)的具體細(xì)節(jié)。通常，界面控制類、系統(tǒng)和設(shè)備接口類都屬于邊界類?？刂祁惔砹讼到y(tǒng)的邏輯控制，描述一個(gè)用例所具有的事件流的控制行為，實(shí)現(xiàn)對用例行為的封裝。通常，可以為每個(gè)用例定義一個(gè)控制類。實(shí)體類描述了系統(tǒng)中必須存儲的信息及相關(guān)的行為，通常對應(yīng)于現(xiàn)實(shí)世界中的事物。確定了系統(tǒng)的類和對象之后，就可以分析類之間的關(guān)系了。對象或類之間的關(guān)系有依賴、關(guān)聯(lián)、聚合、組合、泛化和實(shí)現(xiàn)。依賴關(guān)系是“非結(jié)構(gòu)化”的和短暫的關(guān)系，表明某個(gè)對象會影響另外一個(gè)對象的行為或服務(wù)。關(guān)聯(lián)關(guān)系是“結(jié)構(gòu)化”的關(guān)系，描述對象之間的連接。聚合關(guān)系和組合關(guān)系是特殊的關(guān)聯(lián)關(guān)系，它們強(qiáng)調(diào)整體和部分之間的從屬性，組合是聚合的一種形式，組合關(guān)系對應(yīng)的整體和部分具有很強(qiáng)的歸屬關(guān)系和一致的生存期。比如，計(jì)算機(jī)和顯示器就屬于聚合關(guān)系。泛化關(guān)系與類間的繼承類似。實(shí)現(xiàn)關(guān)系是針對類與接口的關(guān)系。明確了對象、類和類之間的層次關(guān)系之后，需要進(jìn)一步識別出對象之間的動態(tài)交互行為，即系統(tǒng)響應(yīng)外部事件或操作的工作過程。一般采用順序圖將用例和分析的對象聯(lián)系在一起，描述用例的行為是如何在對象之間分布的。最后，需要將需求分析的結(jié)果用多種模型圖表示出來，并對其進(jìn)行評審。由于分析的過程是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，合理的分析模型需要多次迭代才能得到。. 需求分析過程有了上述分析方法、建模的指導(dǎo)，那如何有效地應(yīng)用到需求分析過程中？本章節(jié)主要結(jié)合面向?qū)ο蟮姆治龇椒?、建模工具來講述需求分析的各個(gè)階段與任務(wù)。分析過程可概括總結(jié)為三個(gè)階段，參見下圖：一階段：建立框架，理清業(yè)務(wù)脈絡(luò)與框架，初步進(jìn)行分解（業(yè)務(wù)流程分析、業(yè)務(wù)實(shí)體分析、角色與使用場景分析），該階段的輸出物是需求說明書中業(yè)務(wù)流程分析、業(yè)務(wù)實(shí)體分析以及用例分析。二階段：填充細(xì)節(jié)，完成上述用例的內(nèi)容填充、類圖填充。這個(gè)階段工作量非常大，也可能需要多次迭代完成。三階段：非功能性需求細(xì)節(jié)。包括接口需求、全局性的非功能性需求、全局性的技術(shù)約束。圖表 37：分析過程. 一階段分析過程這個(gè)階段工作的輸入是從立項(xiàng)階段或業(yè)務(wù)原始需求初步梳理的業(yè)務(wù)事件列表和報(bào)表列表、輸出是用例模型和概念層的類圖。對應(yīng)于RUP中的細(xì)化階段的第一次迭代。該階段結(jié)束的標(biāo)志是標(biāo)示出了絕大部分的用例，生成了概念層類圖。在整個(gè)過程中是針對每個(gè)業(yè)務(wù)事件進(jìn)行業(yè)務(wù)流程分析、業(yè)務(wù)實(shí)體分析和用例分析；針對每個(gè)報(bào)表進(jìn)行業(yè)務(wù)實(shí)體分析和用例，如下圖所示。表 38：一階段分析過程第一步：流程圖編制。每個(gè)業(yè)務(wù)事件都是一個(gè)業(yè)務(wù)流程的觸發(fā)，沿著對業(yè)務(wù)事件的響應(yīng)序列，找到所有相關(guān)的業(yè)務(wù)活動，表述這些業(yè)務(wù)活動之間的關(guān)系、了解這些活動需要接受哪些信息、產(chǎn)生哪些信息（表單），確定數(shù)據(jù)傳送路線，同時(shí)標(biāo)示出活動執(zhí)行的部門、崗位。由于業(yè)務(wù)事件是分類型的，因此流程也是分類型，主要是三類：生產(chǎn)類、管理類、支撐類。后面兩類都容易遺漏。借助分類可以獲得更完整的流程列表。下表是以cdma為例給出業(yè)務(wù)事件與流程列表示例：分類業(yè)務(wù)事件名稱流程名稱流程編號生產(chǎn)類新裝Cdma新裝流程YWLCCP001補(bǔ)卡Cdma補(bǔ)卡流程YWLCCP002管理類資費(fèi)特批資費(fèi)特批流程YWLCZF001碼號特批碼號特批流程YWLCZY001支持性Uim卡導(dǎo)入與分配Uim卡運(yùn)營準(zhǔn)備流程YW