《面向对象建模》PPT课件.ppt

需求工程的总体流程,1.需求分析的根本任务,1.1建立分析模型,模型“模型是对事物的抽象，帮助人们在创建一个事物之前可以有更好的理解”集中关注问题的计算特性（数据、功能、规则等等）“它是对系统进行思考和推理的一种方式。建模的目标是建立系统的一个表示，这个表示以精确一致的方式描述系统，使得系统的使用更加容易”建模方法抽象分解投影,1.1建立分析模型,抽象（Abstraction）一方面要求人们只关注重要的信息，忽略次要的内容通过强调本质的特征，就减少了问题的复杂性另一方面也要求人们将认知保留在适当的层次，屏蔽更深层次的细节在问题的各元素之间推断出更广泛和更普遍的关系，帮助人们寻找解决方案分解（Decomposition/Partitioning）“分而治之”将单个复杂和难以理解的问题分解成多个相对更容易的子问题，并掌握各子问题之间的联系分解的方案往往还能提供问题的解决思路投影（Projection）多视点方法,1.1建立分析模型,三种模型,1.1建立分析模型模型、模型语言与表示法,2 常用需求分析技术,结构化技术数据建模实体关系图Entity Relationship Diagram过程建模数据流图Data Flow Diagram上下文图Context Diagram微规格说明Mini-Specification数据字典Data Dictionary行为建模状态(转换)图/矩阵State(Transition)Diagram/Matrix过程/数据关系建模功能实体矩阵Function/Entity Matrix信息工程方法功能分解图Function Decomposition Diagram过程依赖图Process Dependency Diagram,面向对象技术UML用例图Use-Case Diagram类图Class Diagram交互图（顺序图/通信图）Interaction（Sequence/Communication）Diagram活动图Activity Diagram对象约束语言Object Constraint Language状态图State Chart Diagram,3.需求分析方法,结构化分析,3.需求分析方法,面向对象分析,第14章.面向对象建模,潘娅,主要内容,面向对象分析对象模型用例模型行为模型对象约束语言OCL面向对象建模,1.面向对象分析现实世界的复杂模型,复杂总是简单部分的组合简单部分又是更简单部分的组合简单组成复杂的过程存在层次性每个最小简单部分独立负责完成一系列相关任务相比较而言，每个组合内部各部分的关系比其内部与外部的关系都更紧密各个部分通过一致的接口进行组合，即一个部分对其它部分的所知仅仅是接口,1.面向对象分析映射现实模型的面向对象思想,任何系统都是能够完成一系列相关目标和任务的对象对象完成一个任务时会请求一系列其他对象帮助其完成一些子目标其他对象为了完成其任务又会请求将子目标更细分为子子目标，并请求其他对象帮助完成子目标的分解和责任分担一直进行直到最后产生的子部分可以映射到计算实体计算实体：对象层次关系：聚合（组合）、继承、关联组合接口：一个对象暴露的接口,1.面向对象分析面向对象建模,面向对象建模：一种用于辨识系统环境中的对象及这些对象之间关系的技术OMT(James Rumbaugh)Booch方法(Grady Booch)UMLOOSE(Ivar Jacobson)Coad-YourdonShlaer-MellorFusion,Three amigos,UML的三位主要奠基人，被称为“三友”（three amigos），UnifiedG.Booch 布奇 Booch方法J.Rumbaugh 兰博 OMT方法I.Jacobson 雅格布森 OOSE,Jacobson,Booch,Jacobson,Rumbaugh,1.面向对象分析UML,1.面向对象分析UML,UML对象模型Object Model(Domain Model)用例模型Use Case Model行为模型Behavior Model状态机模型对象约束语言OCL,UML的构成图,UML基本构造块,UML基本构造块,事物,关系,图,结构事物,行为事物,分组事物,辅助事物,关联关系,依赖关系,泛化关系,实现关系,静态图,动态图,用例图,类图,对象图,组件图,配置图,时序图,协作图,状态图,活动图,用例,类,接口,协作,主动类,组件,节点,状态机,交互机,包,注释,UML的“4+1”视图,UML的“4+1”视图,UML的“4+1”视图,UML对软件开发过程的支持,主要内容,面向对象分析对象模型组成元素重要概念领域模型用例模型行为模型对象约束语言OCL面向对象建模,2.1 对象模型组成元素对象,对象对象是指在一个应用当中具有明确角色的独立可确认的实体 每个对象都要包含标识唯一的标识自己，引用 状态对象的特征描述，包括对象的属性和属性的取值 行为对象在其状态发生改变或者接收到外界消息时所采取的行动,2.1 对象模型组成元素 对象,常见的事物都可以是对象和系统存在交互的外部实体，例如人、设备、其他的软件系统等；问题域中存在的事物，例如报表、信息展示、信号等；在系统的上下文环境中发生的事件，例如一次外部控制行为、一次资源变化等；人们在与系统的交互之中所扮演的角色，例如系统管理人员、用户管理人员、普通用户等；和应用相关的组织单位，例如分公司、部门、团队、小组等；问题域中问题发生的地点，例如车间、办公室等；事物组合的结构关系，例如部分与整体的关系等。,2.1 对象模型组成元素 对象,但是也有事物不是对象无法界定的事物纯粹的值纯粹的行为,2.1 对象模型组成元素 对象,一个对象维护其自身的状态需要对外公开一些方法，行使其职能也要对外公开一些方法，这些方法组合起来定义了该对象允许外界访问的方法，或者说限定了外界可以期望的表现，它们是对象需要对外界履行的协议（Protocol）一个对象的整体协议可能会分为多个内聚的逻辑行为组，划分后的每一个逻辑行为组就描述了对象的一个独立职责，体现了对象的一个独立角色 对象职责职责是指对象持有、维护特定知识并基于知识行使固定职能的能力如果一个对象拥有多个行为组，就意味着该对象拥有多个不同的职责，需要扮演多个不同的角色。理想的单一职责对象应该仅仅扮演一个角色,2.1 对象模型组成元素 链接,链接对象之间的物理或业务联系 链接通常是单向的，当然也有双向的链接存在如果一个对象a存在指向b的链接，那就意味着a拥有对b的假设，关于b的行为和行为效果的假设。也就是说，b需要满足a的某些行为期望,2.1 对象模型组成元素 链接,导航和可见性由a指向b的链接除了包含假设和期望因素之外，还意味着a能够在链接的指引下，正确的找到并将消息发送给b，即a可以导航到b由a指向b的链接使得b对a可见，或者说a拥有b的可见性（Visibility）a获取b的可见性的途径有以下几种：b是全局对象，它对系统内的所有其他对象都是可见的；b是a的一部分；b是被a创建的；b的引用被作为消息的一部分传递给了a,2.1 对象模型组成元素 类,类类是共享相同属性和行为的对象的集合，它为属于该类的所有对象提供统一的抽象描述和生成模板抽象描述称为接口（Interface），定义了类所含对象对外的（其他类和对象）的统一协议生成模板称为实现（Implementation），说明了类所含对象的生成机制和行为模式,2.1 对象模型组成元素 类,类的分类类产生的关键是进行正确的分类人们认识和处理具体事物时总会有意识或无意识的对它们进行归类数据驱动（Data-Driven）将具有相同属性的对象归为一类产生自哲学上传统的经典分类理论（Classical Categorization Theory）所有具有一个给定特性或共同特性集的实体组成一个类 职责驱动（Responsibility-Driven）会依据事物的相似性而不是完全的相同性来进行事物的分类 产生自哲学上的概念聚类（Conceptual Clustering）使用概念描述而不是指定的特征来描述类别和事物，在进行事物分类时它会考虑概念之间的相似性，并将事物归入和其概念最为相似的类别,2.1 对象模型组成元素 类,抽象抽象是指在事物的众多特征当中只注意那些和目标密切相关的特征，同时忽略那些不相关的特征，进而找出事物的本质和共性 抽象是人们在理解事物时常用的手段 对象就是对现实世界事物的抽象结果，它表达了系统所需要的现实世界事物特征，抛弃了那些系统不需要的特征。类则是对象集的抽象结果，它忽略了具体某个对象在特定时间和空间的细节状态，从对象集的全局出发，在一个更高的逻辑层次上，描述了对象集的共性,2.1 对象模型组成元素 类,封装封装是指尽可能隐藏构造单位内部的实现细节，只通过有限的对外接口保持对外联系的一种软件构造策略 绝不是简单的将属性和行为放置在一起,2.1 对象模型组成元素 关联,关联指出了类之间的某种语义联系关联是类对其对象实例之间的无数潜在关系的描述,2.1 对象模型组成元素 关联,2.2 对象模型重要概念继承,如果一个类A继承了对象B，那么A就自然具有B的全部属性和服务，同时A也会拥有一些自己特有的属性和服务，这些特有部分是B所不具备的 结构继承和语义继承,2.2 对象模型重要概念继承,2.2 对象模型重要概念多态,广义多态 一个对象在相似情景下表现出多个不同形态，或者多个对象在同一情景中表现出相同形态的现象 一个对象在相似情景下表现出不同的形态 重载（Overloading）依据参数或返回值的不同为协议定义不同的版本，每一个版本都可以表现出自己独特的行为 泛型（Generality）使用同一个通用的实现处理不同的数据类型，然后根据数据类型的不同表现出不同的行为 狭义多态多个对象在同一情景中表现出相同形态的现象,2.3 领域模型,类大多是概念类（Concept Class），是一个能够代表现实世界事物的概念 概念类之间存在指明语义联系的关联，这些关联通常不标记方向，也不标记关联端的可见性 概念类会显式的描述自己的一些重要属性，但不是全部的详细属性，而且概念类的属性通常没有类型的约束 概念类不显式的标记类的行为，即概念类不包含明确的方法,2.3 领域模型,Contained-in,Stocked-in,Records-sale-of,Paid-by,Hosues,Captured-on,1.*,1,0.1,1,1,1,*,1,1,1,1,1,主要内容,面向对象分析对象模型用例模型行为模型对象约束语言OCL面向对象建模,3.用例模型,用例模型就是以用例为基本单位建立的一个系统功能展示模型，它是系统所有用例的集合，以统一、图形化方式展示系统的功能和行为特性 用例是获取和组织用户需求的手段基本元素用例（Use Case）参与者（Actor）关系（Relationship）系统边界（System Boundary）,3.用例模型,Base Use Case,Extending UseCase,Specialized Use Case,General UseCase,Base Use Case,Included UseCase,Communication,3.用例模型,主要内容,面向对象分析对象模型用例模型行为模型对象约束语言OCL面向对象建模,4.行为模型,行为模型交互图（Interaction Diagram）顺序图（Sequence Diagram）通信图（Communication Diagram）交互概述图（Interaction Overview Diagram）时间图（Timing Diagram）活动图（Activity Diagram）状态图（State Diagram）,4.行为模型交互图,交互图以一组对象为中心的交互描述技术 描述在特定上下文环境中一组对象的交互行为 互图通常描述的是单个用例的典型场景交互图中的每一个交互都描述了环境中的对象为了实现某个目标而执行的一系列消息交换 顺序图和通信图是最常用的 交互图交互图中出现的对象应该在领域模型中有相应的对象存在,4.行为模型 交互图,顺序图,4.行为模型 交互图,通信图消息sequence-expression:message messageattribute=name(argument):return-value sequence-expression label iteration-expression iteration-expression*iteration-clause|condition-clause,4.行为模型 交互图,系统顺序图将整个系统看作一个黑箱的对象，强调外部参与者和系统的交互行为，重点展示系统级事件,4.行为模型 活动图,活动图借鉴了多种BPM后建立的行为图 以“流”（控制流和数据流）处理为侧重点描述系统的行为通常以组织的整体业务流程为描述对象的,4.行为模型 活动图,示例,4.行为模型 状态图,状态图以状态机理论为基础建立的对系统行为的描述手段状态机是以“状态”概念为基础解释系统行为的一种技术有限状态机FSM（Finite State Machine）是用于建模的最简单的状态机在FSM技术基础之上，发展出了多种分支技术，UML的状态图SD（State Diagram）也是其中之一。主要用于描述重要而且复杂的对象的所有行为这个对象的行为通常要涉及很多（甚至大部分）的用例,4.行为模型 状态图,状态机理论状态机理论认为，系统总是处于一定的状态之中。而且，在某一时刻，系统只能处于一种状态之中。系统在任何一个状态中都是稳定的，如果没有外部事件触发，系统会一直持续维持该状态。如果发生有效的触发事件，系统将会响应事件，从一种状态转移到唯一的另一种状态。如果能够罗列出系统所有可能的状态，并发现所有有效的外部事件，那么就能够从状态转移的角度完整的表达系统的所有行为,4.行为模型 状态图,简单示例,Ready,/ctr:=0,Stop normal,状态,触发,行为,开始状态,转换,结束状态,Done,监护条件,事件,主要内容,面向对象分析对象模型用例模型行为模型对象约束语言OCL面向对象建模,5.对象约束语言OCL,OCL并不是UML中单独的一个模型，而是被应用在其他的模型当中，丰富其他模型的语义 OCL是一种无副作用的规约语言以表达式的方式定义对其他模型元素的约束 约束和限制其他模型元素的行为和状态变化不会修改任何其他模型元素的表述 OCL不是一种编程语言。OCL的首要定位是建模语言，因此它在保证一定表达能力的前提下，注重于语言的简洁性和抽象性 它无法被用来描述程序的控制逻辑和工作流程，它的表达式定义也无法在程序中得到直接的执行,61,5.对象约束语言OCL,示例,Flight,Airplane,62,5.对象约束语言OCL,示例,context Flightinv:type=#cargo implies airplane.type=#cargoinv:type=#passenger implies airplane.type=#passenger,5.对象约束语言OCLexamples,5.对象约束语言OCLexamples,5.对象约束语言OCL,构成 类型表达式保留关键字,5.对象约束语言OCL,主要应用不变量 不变量是可以对UML类元施加的约束类元需要保持它的表达式取值在指定的时间范围内或者指定的条件下始终为“真”最常见的是用来约束类的属性或者类的方法,4.对象约束语言OCL,前置条件和后置条件 前置条件要求类元在执行操作之前必须保证前置条件的表达式为真后置条件要求类元在操作执行完成之后必须保证后置条件的表达式为真,LoyaltyAccount,points:Integer,earn(i:Integer)burn(i:Integer)isEmpty():Boolean,points=0,points=pointspre-i,class invariant,postcondition for burn operation,result=(points=0),points=i and i=0,precondition for burn operation,points=pointspre+i,i=0,5.对象约束语言OCL,监护条件 监护条件是对状态机模型中状态转移施加的约束在状态机到达转移点时，监护条件的表达式需要根据实际状态进行评估，并只有在表达式实际取值为“真”的情况下才进行转移,主要内容,面向对象分析对象模型用例模型行为模型对象约束语言OCL面向对象建模技术路线领域模型建模行为模型建模CRC方法,6.1 面向对象建模技术路线,（1）从用例描述中识别出对象和类；（2）分析用例的描述信息，添加类的属性和类之间的关联；（3）从用例描述中识别系统行为；（4）将系统行为分配给类；（5）综合考虑类的属性与行为，细化类的职责，建立完全的对象模型。,6.1 面向对象建模技术路线,面向对象分析的结果：建立领域模型建立行为模型,6.2 领域模型建模,建立领域模型发现对象和类概念类分类列表 名词分析 行为分析 建立类之间的关联添加类的重要属性,6.2 领域模型建模发现对象和类,如果候选对象既维持一定的状态，又依据状态表现一定的行为，那么它就应该是一个独立存在的对象 如果候选对象只有状态没有行为，那么就要分析它的状态是否是系统需要的数据。如果系统需要它的状态数据，那么该候选对象就应该作为其他对象的属性出现在最终的领域模型当中。否则，该候选对象应该被摈弃 如果候选对象只有行为没有状态，那么往往意味着需求信息的遗漏 需要注意实体关系建模思想带来的误区,6.2 领域模型建模发现对象和类,概念类分类列表这种方法事先给出一个概念类的分类列表，从中发现对象,6.2 领域模型建模发现对象和类,概念类分类列表示例,6.2 领域模型建模发现对象和类,名词分析 从文本描述中识别出有关的名词和名词短语，然后从中发现对象,6.2 领域模型建模发现对象和类,行为分析从需求描述中搜寻动词，识别出系统行为，然后从中发现对象,6.2 领域模型建模建立类之间的关联,保证类之间协作所必需的可见性 适当使用问题域内的关联，增强领域模型的可理解性 要适可而止 不要在关联的识别上花费太多的时间识别概念类比识别关联更加重要 避免显示冗余和导出的关联,6.2 领域模型建模建立类之间的关联,示例,6.2 领域模型建模添加类的重要属性,实现类协作时必要的信息，是协作的条件、输入、结果或者过程记录 使用用户的描述方式，不进行类型和约束的严格定义,6.3 行为模型建模,建立行为模型建立系统顺序图在需要时建立详细的交互图建立用例的状态图或者重要类的状态图建立活动图为系统行为添加契约说明,6.3 行为模型建模建立交互图,确定交互图的上下文环境上下文环境的前置条件和后置条件应该被分配给交互图中的相应行为找出参与交互的对象交互图中的参与对象（和对象之间的关联）应该和领域模型中的知识保持一致。根据发现的对象（和关联）建立交互图框架添加消息，描述交互行为考虑和系统相关的（系统内的、系统与外部对象之间的）交互行为，忽略那些与系统无关的（外部对象之间的）交互行为。如果建立的是系统顺序图，那么系统内的行为也可以被忽略。进行消息标识、特化图示等详细信息的描述，将交互图的信息补充完整。,6.3 行为模型建模建立交互图,6.3 行为模型建模建立状态图,确定上下文环境 搞清楚状态的主体常见的状态主体有：类、用例、多个用例和整个系统 识别状态，标记初始状态和结束状态可能会不存在确定的初始状态和结束状态 建立状态转换 补充详细信息，完善状态图,6.3 行为模型建模建立状态图,6.3 行为模型建模建立活动图,确定活动图的上下文环境 界定业务流程的处理界限 分析业务流程中的主要处理步骤 分析业务流程中的主要数据流 进行职责分配，将业务流程的处理步骤划分到不同的泳道，并将处理步骤和数据流的传递组织起来，建立活动图 添加活动图的详细信息，完善活动图描述,6.3 行为模型建模建立活动图,6.3 行为模型建模添加契约说明,不需要为所有的系统行为都定义操作契约，可以有选择的为其中的一部分系统行为定义操作契约 涉及到很多状态变化的复杂行为因果关系比较微妙的模糊行为可以从下面几个角度进行约束的发现工作：不变量：系统行为中所涉及的敏感状态，这些状态的改变往往会产生广泛的连锁反应不可改变的属性、不可改变的关联关系前置条件：行为发生和顺利完成所需要的系统的状态条件合法的参数有效的状态对象的存在状态、对象的属性取值、有效的关联关系后置条件：行为顺利完成之后引起的系统状态改变有效状态的改变对象的存在状态、对象的属性取值关联关系的改变,6.3 行为模型建模添加契约说明,示例,Contract:enterItem(itemID:ItemID,quantity:integer)Cross References:Process SalePrecondition:There is a sale underwayPost-condition:A SalesLineItem instances sli was createdsli was associated with the current Salesli.quantity become quantitysli was associated with a ProductSpecification,based on itemID match,6.4 CRC方法,CRC是Candidates、Responsibilities和 Collaborators三者的缩写基于CRC可以建立一种索引卡片，被称为CRC卡，每个卡片代表了一个被发现的候选对象 形式可能是多种多样的，卡片、纸张、黑板等等都可以作为CRC卡的介质载体 CRC卡简洁方便，可以随时被移动、修改或者丢弃，所以它特别适合于在复杂的系统当中进行对象的发现和设计思想的挖掘，即进行复杂情况下的面向对象分析与设计,6.4 CRC方法CRC卡示例,6.4 CRC方法技术路线,6.4 CRC方法 职责分配的注意事项,集中信息与行为。维持对象的角色。保持对象责任的相关性。保持对象的粒度。不要重复责任。必要的时候调整候选对象。,思考题,在需求获取阶段，需求工程师收集了大量的样本，包括文档、表格和报告，解释这些样本对面向对象建模有哪些用处分析你所在学校使用的选课系统，给出它的详细和完备的面向对象分析模型描述。,本章小结,面向对象分析是90年代之后的主流分析方法，它以UML为基础，综合使用了多种不同的分析技术，主要有：对象模型Object Model(Domain Model)用例模型Use Case Model行为模型Behavior Model状态机模型对象约束语言OCL面向对象分析任务的成功执行，除了要掌握多种面向对象分析技术之外，还需要掌握利用这些技术的建模方法CRC方法是面向对象分析在处理复杂问题时的手段，但是它需要了解很多的建模知识才足以进行,