2.5 面向对象分析方法

2.5.1 面向对象分析的基本思想

面向对象方法学是模拟人类思维方式，使开发软件过程与方法接近人类认识问题和解决问题的过程，有助于使问题描述空间与实现方法的解空间达到一致。问题空间都是由客观世界的实体和实体之间的联系构成。如学校的组成通常由教师和学生这两个基本实体构成，同时教师与学生存在着必然的联系。在软件开发过程中，面向对象方法学采用“对象”的概念，可以根据客观问题定义或选取空间对象，通过软件系统形成问题的解空间，达到问题空间与解空间的一致。

2.5.2 面向对象的基本概念

面向对象的软件技术以对象（Object）为核心，是对现实世界实体的正确抽象，把对象作为由数据及可以施加在数据上的操作所构成的整体，对象之间通过传递消息互相联系，以模拟现实世界中不同事物彼此之间的联系。下面给出几个常用的概念。

1．对象

对象是人们要进行研究的任何事物，从最简单的整数到复杂的飞机等均可看做对象，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件。因此，在应用领域中有意义的、与所要解决的问题有关系的任何事物都可以作为对象，包括任何的实体、概念、事物等有意义的东西，如学生、教师、课程、学校、办公室、注册课程、政策、法规等均可作为对象。在软件系统中设立对象用来反映系统保存对象及其相关信息。

2．对象的状态和行为

对象具有状态，一个对象用数据值来描述它的状态。

对象还有操作，用于改变对象的状态，对象及其操作就是对象的行为。

对象实现了数据和操作的结合，使数据和操作封装于对象这个统一体中。

3．类

具有相同或相似性质的对象的抽象就是类。因此，对象的抽象是类，类的具体化就是对象，也可以说类的实例是对象。

类具有属性，它是对象的状态的抽象，用数据结构来描述类的属性。

类具有操作，它是对象的行为的抽象，用操作名和实现该操作的方法来描述。

4．类的结构

在客观世界中有若干类，这些类之间有一定的结构关系。通常有两种主要的结构关系，即一般-具体结构关系和整体-部分结构关系。

（1）一般-具体结构称为分类结构，也可以说是“或”关系，或者是“is a”关系。

（2）整体-部分结构称为组装结构，它们之间的关系是一种“与”关系，或者是“has a”关系。

5．消息和方法

对象之间进行通信的结构叫做消息。在对象的操作中，当一个消息发送给某个对象时，消息包含接收对象去执行某种操作的信息。发送一条消息至少要包括说明接收消息的对象名、发送给该对象的消息名（即对象名、方法名）。一般还要对参数加以说明，参数可以是认识该消息的对象所知道的变量名，或者是所有对象都知道的全局变量名。类中操作的实现过程叫做方法，一个方法有方法名、参数、方法体。

具体的对象类和对象实例如图2-24所示。这个雇员的对象类定义了有关公司所需要的雇员的基本信息，包括他们的姓名、性别、年龄等信息，同时列出与该对象类相关的一些操作，如可以对雇员进行基本信息的录入、修改、查找等基本操作。

2.5.3 面向对象分析步骤

面向对象的分析是建立问题域的对象模型，该模型描述了问题域的“类与对象”以及它们之间的关系。典型的工作步骤是：确定类和对象；确定关联；划分主题；确定属性；识别继承关系。

1．确定类和对象

通过分析找出系统应该具有的类与对象。首先，找出候选类与对象。对象是对问题域中有意义的事物的抽象。一般分为：

（1）可感知的客观实体，如书本、手机；

（2）人或组织机构，如学生、教师、学校、公司等；

（3）需要记录下来的事件，如登录、成绩；

（4）不同对象之间的作用关系，如选课、退课；

（5）需要说明的概念，如政策、法规等。

根据这五类的基本要求，找出当前问题域中存在的候选类与对象。

以一个自动化图书馆目录系统为例，这个系统包含图书馆中所有图书信息，要求该系统能够让图书管理员、借阅者和读者都可以使用，同时系统支持目录浏览、查询，允许用户发送消息给图书管理员预订在借图书。根据以上描述，客观实体本身有：图书馆、图书，管理员、借阅者、读者、用户，目录浏览、查询、预订，消息、在借图书、目录等，均可作为系统的对象或类。

进一步对上述所选对象进行筛选，去掉不正确的或不必要的，仅仅保留确实应该记录其信息或需要其提供服务的那些对象。如去掉冗余，用户与借阅者或读者有相同的含义，可以保留其中之一。

2．确定关联

多个对象之间的相互依赖、相互作用的关系形成了关联。在需求陈述中使用的描述性动词或动词词组，通常表示了关联关系。大多数的关联可以直接从需求陈述中的动词词组中获得，同时发现一些在陈述中隐含的关联，在进一步的深入探求中，可以获得领域实体之间的必然联系。如上文描述的图书馆目录系统中，直接的动词有浏览、查询、预订、发送消息等，形成的对象关系有图书管理员、借阅者、读者，他们可以浏览、预订、查询、发送消息给图书目录系统等。隐含的关系有图书管理员、借阅者、读者获得图书目录信息。同时在图书馆信息系统中必然包含图书数量、缺书登记、新书公告等相关说明。如果考虑相关的说明，或隐含的必然的管理内容，要筛选和删除无关的对象之间的关系。

3．划分主题

一般来说软件系统的开发为降低系统的复杂程度，通常把系统再进一步划分成几个不同的主题，也就是按照问题域的特点把系统分解为几个子系统，保证不同主题内的对象相互之间的依赖和交互尽可能得少。根据自动化图书馆目录系统的描述，可以按照对象的类别进行划分，如可以按管理者与使用者划分，也可以按目录类与消息类划分。

4．确定属性

属性是对象的性质，可以在需求描述中寻找与某一对象相关的性质，但往往需求描述中所给出的不够详细，或者对象本身所具有的内在性质，都可以成为对象属性，因此，在分析对象属性时，可以借助领域知识和常识进行分析，获得对象的属性。属性的确定直接与问题域和目标系统的任务有关，应该仅仅考虑与具体任务直接相关的属性。如学生类中某名学生张三为对象，该对象可能根据实际任务的要求，确定学号、姓名、年龄、成绩等为其属性。

5．识别继承关系

确定类中应有的属性，继而利用继承关系共享公共性质，实现知识抽取的过程。可以根据实际的领域知识，归纳客观世界的分类模式。

2.5.4 面向对象分析实例

银行网络系统问题陈述：设计支持银行网络的软件，银行网络包括人工出纳站和分行共享的自动出纳机。每个分理处用分理处计算机来保存各自的账户，处理各自的事务；各分理处的出纳站与分理处计算机通信，出纳站录入账户和事务数据；自动出纳机与分行计算机通信，分行计算机与拨款分理处结账，自动出纳机与用户接口接受现金卡，与分行计算机通信完成事务，发放现金，打印收据；系统需要记录保管和安全措施；系统必须正确处理同一账户的并发访问；每个分理处为自己的计算机准备软件，银行网络费用根据顾客和现金卡的数目分摊给各分理处。

建立对象模型：首先标识和关联，因为它们影响了整体结构和解决问题的方法；其次是增加属性，进一步描述类和关联的基本网络，使用继承合并和组织类；最后将操作增加到类中去作为构造动态模型和功能模型的副产品。

1．确定类

构造对象模型的第一步是标出来自问题域的相关的对象类，对象包括物理实体和概念。所有类在应用中都必须有意义，在问题陈述中，并非所有类都是明显给出的。有些是隐含在问题域或一般知识中的。

查找问题陈述中的所有名词，产生如下的暂定类：软件、银行网络、出纳员、自动出纳机、分行、分理处、分理处计算机、账户、事务、出纳站、事务数据、分行计算机、现金卡、用户、现金、收据、系统、顾客、费用、账户数据、访问、安全措施、记录保管。

根据下列标准，去掉不必要的类和不正确的类。

（1）冗余类：若两个类表述了同一个信息，保留最富有描述能力的类。如“用户”和“顾客”就是重复的描述，因为“顾客”最富有描述性，所以保留它。

（2）不相干的类：除掉与问题没有关系或根本无关的类。例如，摊派费用超出了银行网络的范围。

（3）模糊类：类必须是确定的，有些暂定类边界定义模糊或范围太广，如“记录保管”就是模糊类，它是“事务”中的一部分。

（4）属性：某些名词描述的是其他对象的属性，则从暂定类中删除。如果某一性质的独立性很重要，就应该把它归属到类，而不把它作为属性。

（5）操作：如果问题陈述中的名词有动作含义，则描述的操作就不是类。但是具有自身性质而且需要独立存在的操作应该描述成类。如只构造电话模型，“拨号”就是动态模型的一部分而不是类；但在电话拨号系统中，“拨号”是一个重要的类，有日期、时间、受话地点等属性。

在银行网络系统中，模糊类有“系统”、“安全措施”、“记录保管”、“银行网络”等。属于属性的有：“账户数据”、“收据”、“现金”、“事务数据”；属于实现的有：“访问”、“软件”等，这些均应除去。

2．确定关联

两个或多个类之间的相互依赖就是关联。一种依赖表示一种关联，可用各种方式来实现关联，但在分析模型中不用考虑，以便设计时更为灵活。关联常用描述性动词或动词词组来表示，其中有物理位置的表示、传导的动作、通信、所有者关系、条件的满足等。从问题陈述中抽取所有可能的关联表述，把它们记下来，但不要过早去细化这些表述。

下面是银行网络系统中所有可能的关联，大多数是直接抽取问题中的动词词组而得到的。在陈述中，有些动词词组表述的关联是不明显的。最后，还有一些关联与客观世界或人的假设有关，必须同用户一起核实这种关联，因为这种关联在问题陈述中找不到。

银行网络问题陈述中的关联：

● 银行网络包括出纳站和自动出纳机；

● 分行共享自动出纳机；

● 分理处提供分理处计算机；

● 分理处计算机保存账户；

● 分理处计算机处理账户支付事务；

● 分理处拥有出纳站；

● 出纳站与分理处计算机通信；

● 出纳员为账户录入事务；

● 自动出纳机接受现金卡；

● 自动出纳机与用户接口；

● 自动出纳机发放现金；

● 自动出纳机打印收据；

● 系统处理并发访问；

● 分理处提供软件；

● 费用分摊给分理处。

隐含的动词词组：

● 分行由分理处组成；

● 分理处拥有账户；

● 分行拥有分行计算机；

● 系统提供记录保管；

● 系统提供安全；

● 顾客有现金卡。

基于问题域知识的关联：

● 分理处雇佣出纳员；

● 现金卡访问账户。

使用下列标准去掉不必要和不正确的关联：

（1）相关的关联：若某个类已被删除，那么与它有关的关联也必须删除或者用其他类来重新表述。在此例中，我们删除了“银行网络”，相关的关联也要删除。

（2）不相干的关联或实现阶段的关联：删除所有问题域之外的关联或涉及实现结构中的关联。如“系统处理并发访问”就是一种实现的概念。

（3）动作：关联应该描述应用域的结构性质而不是瞬时事件，因此应删除“自动出纳机接受现金卡”，“自动出纳机与用户接口”等。

（4）派生关联：省略那些可以用其他关联来定义的关联。因为这种关联是冗余的，其中含有关联。

3．划分主题

可以将银行按地理位置划分，也可以按不同的处理级别划分，如总行、分理处、ATM进行划分。

4．确定属性

属性是个体对象的性质，属性通常用修饰性的名词词组来表示，形容词常常表示具体的可枚举的属性值，属性不可能在问题陈述中完全表述出来，必须借助于应用域的知识及对客观世界的知识才可以找到它们。只考虑与具体应用直接相关的属性，不要考虑那些超出问题范围的属性。首先找出重要属性，避免那些只用于实现的属性，要为各个属性取有意义的名字。按下列标准删除不必要的和不正确的属性。

（1）对象：若实体的独立存在比它的值重要，那么这个实体不是属性而是对象。如在邮政目录中，“城市”是一个属性，然而在人口普查中，“城市”则被看做是对象。在具体应用中，具有自身性质的实体一定是对象。

（2）限定词：若属性值取决于某种具体上下文，则可考虑把该属性重新表述为一个限定词。

（3）名称：名称常常作为限定词而不是对象的属性，当名称不依赖于上下文关系时，名称即为一个对象属性，尤其是它不唯一时。

（4）标识符：在考虑对象模糊性时，引入对象标识符表示，在对象模型中不列出这些对象标识符，它是隐含在对象模型中，只列出存在于应用域的属性。

（5）内部值：若属性描述了对外不透明的对象的内部状态，则应从对象模型中删除该属性。

（6）细化：忽略那些不可能对大多数操作有影响的属性。

5．使用继承来细化类

使用继承来共享公共机构，以此来组织类，可以用两种方式来进行。

（1）自底向上通过把现有类的共同性质一般化为父类，寻找具有相似的属性、关系或操作的类来发现继承。例如“远程事务”和“出纳事务”是类似的，可以一般化为“事务”。有些一般化结构常常是基于客观世界边界的现有分类，只要可能，就尽量使用现有概念。对称性常有助于发现某些丢失的类。

（2）自顶向下将现有的类细化为更具体的子类。具体化常常可以从应用域中明显看出来。应用域中各枚举字情况是最常见的具体化的来源。例如：菜单，可以有固定菜单、顶部菜单、弹出菜单、下拉菜单等，这就可以把菜单类细化为各种具体菜单的子类。当同一关联名出现多次且意义也相同时，应尽量具体化为相关联的类，例如，“事务”从“出纳站”和“自动出纳机”进入，则“录入站”就是“出纳站”和“自动出纳站”的一般化。在类层次中，可以为具体的类分配属性和关联。各属性和关联都应分配给最一般的适合的类，有时也加上一些修正。

6．完善对象模型

对象建模不可能一次就能保证模型是完全正确的，软件开发的整个过程就是一个不断完善的过程。模型的不同组成部分多半是在不同的阶段完成的，如果发现模型的缺陷，就必须返回到前期阶段去修改，有些细化工作是在动态模型和功能模型完成之后才开始进行的。

（1）几种可能丢失对象的情况及解决办法。

①同一类中存在毫无关系的属性和操作，则分解这个类，使各部分相互关联。

②一般化体系不清楚，则可能分离扮演两种角色的类。

③存在无目标类的操作，则找出并加上失去目标的类。

④存在名称及目的相同的冗余关联，则通过一般化创建丢失的父类，把关联组织在一起。

（2）查找多余的类。类中缺少属性、操作和关联，则可删除这个类。

（3）查找丢失的关联。丢失了操作的访问路径，则加入新的关联以回答查询。

（4）视网络系统的具体情况做如下的修改。

①现金卡有多个独立的特性。把它分解为两个对象：卡片权限和现金卡。

卡片权限：它是银行用来鉴别用户访问权限的卡片，表示一个或多个用户账户的访问权限；各个卡片权限对象中可能具有好几个现金卡，每张都带有安全码和卡片码，它们附在现金卡上，表现银行的卡片权限。

现金卡：它是自动出纳机得到表示码的数据卡片，它也是银行代码和现金卡代码的数据载体。

②“事务”不能体现对账户之间的传输描述的一般性，因它只涉及一个账户，一般来说，在每个账户中，一个“事务”包括一个或多个“更新”，一个“更新”是对账户的一个动作，它们是取款、存款、查询之一。一个“更新”中所有“更新”应该是一个原子操作。

③“分理处”和“分理处计算机”之间，“分行”和“分行计算机”之间的区别似乎并不影响分析，计算机的通信处理实际上是实现的概念，将“分理处计算机”并入到“分理处”，将“分行计算机”并入到“分行”。