第9章UML模型與程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)

通過對各種元素到應(yīng)用程序映射規(guī)律的討論，理解和掌握軟件建模與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系

重點(diǎn)掌握類圖模型中的類、關(guān)系等模型元素到程序代碼的映射方法

理解和掌握UML中順序圖到程序代碼的映射方法

理解和掌握UML中狀態(tài)圖到程序代碼的映射方法第9章UML模型與程序設(shè)計(jì)軟件開發(fā)過程中，在完成了軟件建模之后，接下來的工作就是將這些模型轉(zhuǎn)換成具體的程序設(shè)計(jì)語言代碼。常見的做法是，使用建模軟件中的“正向工程”功能將模型中的結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的應(yīng)用程序框架代碼，程序設(shè)計(jì)人員可以此框架代碼為基礎(chǔ)，添加模型中尚未實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，完成系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。目前，大多數(shù)UML建模軟件，還不能將所有的模型元素以自動化的方式轉(zhuǎn)換成程序代碼，普遍能夠自動轉(zhuǎn)換的可能僅有類圖模型。盡管如此，各種模型中的模型元素與應(yīng)用程序之間仍然存在著千絲萬縷的聯(lián)系。使用UML模型建模一個軟件，可以為開發(fā)人員生成一個較為完善的程序代碼框架。同時(shí)，UML中的各種圖形化模型也為開發(fā)人員設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)提供了直觀且無二義性的支持作用。第9章UML模型與程序設(shè)計(jì)UML模型中，類和類圖是最重要的模型元素，它們描述了構(gòu)建目標(biāo)系統(tǒng)所需要的類和類之間的關(guān)系、這些類所具有的屬性和方法，同時(shí)也包括了這些元素之上的各種約束。盡管UML中定義了種類繁多的模型元素，但它們中的大多數(shù)都是面向軟件開發(fā)人員的。本章將以C++程序設(shè)計(jì)語言為例，討論UML模型向程序代碼映射的基本原理和基本方法，重點(diǎn)討論類圖到C++類的映射，其中包括類之間各種關(guān)系的映射。最后，再簡單討論一下模型中的順序圖、通信圖、活動圖和狀態(tài)圖等模型到C++程序的映射。9.1類的映射從靜態(tài)結(jié)構(gòu)的角度來看，任何一個C++程序均可看成是一個由多個類的定義和實(shí)現(xiàn)構(gòu)成的集合。因此，將一個UML模型映射到C++程序的本質(zhì)，就是將在UML中定義的類轉(zhuǎn)換成C++程序表示的類。為了敘述方便，本書將UML類圖中的類簡稱為UML類，而將C++中的類簡稱為C++類。9.1.1C++類的基本結(jié)構(gòu)C++程序中，類的定義通常由類名、數(shù)據(jù)成員和函數(shù)成員等三個部分組成。C++程序設(shè)計(jì)語言通常將每個類的描述分為定義和實(shí)現(xiàn)兩個部分，類的定義部分從整體上描述類的基本結(jié)構(gòu)及其與相關(guān)類之間的關(guān)系，存放在類定義文件（擴(kuò)展名為.h文件）中。而類的實(shí)現(xiàn)部分則是類中每個函數(shù)成員的具體實(shí)現(xiàn)，一般情況下存放在類的實(shí)現(xiàn)文件（擴(kuò)展名為.cpp文件）中。9.1.1C++類的基本結(jié)構(gòu)類的結(jié)構(gòu)元素包括：（1）類名：C++中的類等同于類型，類名實(shí)際上也是一個類型聲明符，可用它聲明對象。（2）數(shù)據(jù)成員：也就是類屬性，C++類可以沒有數(shù)據(jù)成員，也可以有多個數(shù)據(jù)成員。（3）函數(shù)成員：即所謂的類方法，C++類中的成員函數(shù)分為函數(shù)聲明和函數(shù)實(shí)現(xiàn)。函數(shù)聲明屬于類定義，存放在類的定義文件中。函數(shù)實(shí)現(xiàn)則屬于類的實(shí)現(xiàn)部分，存放在類的實(shí)現(xiàn)文件中。實(shí)際上，函數(shù)成員描述了一個類的對象所能提供的服務(wù)。一個類可包含多個成員函數(shù)。9.1.1C++類的基本結(jié)構(gòu)C++對類的數(shù)據(jù)成員和函數(shù)成員都提供了可見性定義，C++中的可見性分為私有（private），受護(hù)（protected）和公有（public）等三種類型。9.1.2UML類到C++類的映射在將一個UML類映射為相應(yīng)的C++類時(shí)，通常分別生成一個頭文件和一個實(shí)現(xiàn)文件。頭文件應(yīng)給出類的定義部分，包括類名、數(shù)據(jù)成員和函數(shù)成員的聲明部分。實(shí)現(xiàn)文件則應(yīng)給出這個類的框架（無具體實(shí)現(xiàn)代碼的成員函數(shù)），其具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)則由程序人員自行設(shè)計(jì)和添加，或由某種建模軟件根據(jù)模型中的其他信息自動生成。9.1.2UML類到C++類的映射例如，圖9-1給出了一個CLine類，其中定義了兩個數(shù)據(jù)成員和三個函數(shù)成員。可直觀地看出其所有成員的可見性。由這個UML類生成的C++代碼如下所示：圖9-1CLine類//File:CLine.hclassCLine:publicCGraphElement{public:

CLine();

virtual~CLine();

voidShift(intdy,intdx);

voidRotate(doublealpha);

voidDraw(CDC*pDC);private:

CPointstart,end;};//File:CLine.cpp#include"CLine.h"CLine::CLine(){}CLine::~CLine(){}voidCLine::Shift(intdy,intdx){}voidCLine::Rotate(doublealpha){}voidCLine::Draw(CDC*pDC){}9.1.2UML類到C++類的映射CLine類的映射非常簡單，其中只包含了屬性的映射和方法的映射。實(shí)際上，UML類的映射遠(yuǎn)比這里所描述的復(fù)雜得多，類之間通常存在著泛化、關(guān)聯(lián)（聚合、組合）和依賴等關(guān)系。在將UML類映射為C++類時(shí)，類之間的這些關(guān)系也必須進(jìn)行映射。9.1.3屬性和方法的映射UML通常使用各種修飾符或?qū)傩灾祦砻枋鲱悓傩院头椒ǖ目梢娦?、作用域、抽象類、抽象方法等方面的特性或約束。C++類中，屬性和方法的可見性定義與UML類中的可見性定義完全相同，不同的僅僅是表示符號不同而已。C++使用靜態(tài)成員表示具有類作用域的屬性和方法。C++類中，靜態(tài)成員的含義與UML類中類作用域的含義完全一致。同樣，UML類中實(shí)例作用域的含義與C++類中的普通成員的含義也是相同的。9.1.3屬性和方法的映射表9-1常見的UML類修飾符以及對應(yīng)的C++表示方法類特性UML修飾符C++關(guān)鍵字說明可見性公共+public表示屬性或方法對任何類均是可見的私有-private表示屬性或方法只在本類中可見保護(hù)#protected表示屬性或方法只在本類及派生類中可見作用域?qū)嵗J(rèn)）默認(rèn)C++類的成員默認(rèn)為實(shí)例作用域類（下劃線）staticC++類用靜態(tài)成員表示類作用域抽象操作斜體方法名或abstract純虛函數(shù)C++用純虛函數(shù)表示抽象操作virtual類型名方法名([參數(shù)表])=0抽象類斜體類名

C++用含有純虛函數(shù)或?qū)?gòu)造函數(shù)可見性置為protected的方法表示抽象類方法修飾符QueryconstC++用const關(guān)鍵字表示只讀操作，只讀操作不修改對象屬性值Update默認(rèn)C++類的操作的默認(rèn)屬性，使用const關(guān)鍵字表示只讀操作，只讀操作不修改對象屬性值參數(shù)修飾符inconst不允許在方法中修改參數(shù)的值或狀態(tài)out或inoutconst&允許在方法中對參數(shù)作任何操作9.1.3屬性和方法的映射可以把類作用域方法（靜態(tài)成員函數(shù)）看成是為類（類的對象集合）提供的服務(wù)，而不是專門為這個類的某個實(shí)例提供的服務(wù)。因此，這些方法并不與特定的對象相聯(lián)系，當(dāng)然也不能直接訪問該類的任何實(shí)例和具有實(shí)例作用域的方法。UML類中使用斜體方法名或abstract關(guān)鍵字表示抽象類，C++類則純虛函數(shù)或?qū)?gòu)造函數(shù)定義成保護(hù)或私有可見性的方法定義抽象類。二者在表示方法上略有不同，但二者的含義是相同的。如果UML抽象類中不包含抽象方法，那么映射時(shí)應(yīng)將對應(yīng)的C++類的構(gòu)造函數(shù)的可見性置為保護(hù)或私有。這樣，將會使得這個類因不能實(shí)例化而變成抽象類。9.1.3屬性和方法的映射將UML類中的抽象操作映射到C++類時(shí)，可使用帶有virtual關(guān)鍵字的純虛函數(shù)表示，純虛函數(shù)的語法形式表示為：virtual類型名方法名([參數(shù)表])=0。在這一點(diǎn)上，二者的表示法和語義也是相同的。其共同特征是：基類中都沒有給出相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)被推遲到它的某個派生類。包含抽象操作的類本身就是抽象類，它不能被實(shí)例化。另外，UML類中某些方法的特性中可能會出現(xiàn)query或update關(guān)鍵字。特性query的含義是該方法的執(zhí)行不會修改該對象的任何屬性值，即它對對象屬性的訪問時(shí)只讀的。與此相對的是，特性update表明該方法可以修改對象中的屬性值，即它可以對對象中的屬性進(jìn)行讀寫訪問。9.1.3屬性和方法的映射C++類操作的默認(rèn)特性是讀寫的，類操作的query特性可以用帶有const關(guān)鍵字的成員函數(shù)表示。C++類中被聲明為const的成員函數(shù)，只能對對象中的數(shù)據(jù)成員進(jìn)行只讀訪問而不進(jìn)行寫訪問。任何不帶有const關(guān)鍵字的成員函數(shù)被看成是需要修改對象數(shù)據(jù)成員的函數(shù)，而且編譯程序不允許為一個const對象調(diào)用這個函數(shù)。如果僅僅在類頭中將一個函數(shù)聲明為const，那么就不能保證成員函數(shù)也是這樣定義的，所以編譯程序迫使程序人員在定義函數(shù)時(shí)要重申const說明。為確保函數(shù)的只讀特性，在const函數(shù)中，任何一個修改成員變量值的語句或非const成員函數(shù)的調(diào)用都會觸發(fā)一個編譯錯誤，以保證函數(shù)對對象狀態(tài)的保護(hù)作用。9.1.3屬性和方法的映射在UML類中，每個方法可帶有若干個形式參數(shù)，每個參數(shù)的語法形式如下:參數(shù)類別形式參數(shù)名：類型[=默認(rèn)值]；其中參數(shù)類別的取值可以包括{in，out，inout}三個選項(xiàng)，用于表示參數(shù)的可修改性語義。參數(shù)類別取值為in時(shí)，表示在方法內(nèi)只能對這個參數(shù)進(jìn)行讀訪問，而不能進(jìn)行寫訪問；當(dāng)參數(shù)類別為out時(shí)，表明該參數(shù)為輸出參數(shù)，在方法體內(nèi)可調(diào)用參數(shù)對象的寫訪問；當(dāng)類別為inout時(shí)，表明方法體內(nèi)可對參數(shù)它進(jìn)行任何訪問。9.1.3屬性和方法的映射在C++中，可用關(guān)鍵字const限定函數(shù)參數(shù)的可修改性。如果函數(shù)中出現(xiàn)了對const類型的參數(shù)進(jìn)行寫操作語句，那么編譯程序會給出一個出錯信息。構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)是兩種特殊方法。程序在創(chuàng)建對象時(shí)會自動調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，以便完成對象的初始化工作。在C++中，構(gòu)造函數(shù)名必須與類名相同，它沒有返回值。析構(gòu)函數(shù)也用類的名做函數(shù)名，只不過前面加一個特殊符號“~”以便和構(gòu)造函數(shù)區(qū)分開。它不帶任何參數(shù)，也沒有返回值，其目的是用來為對象做一些清除性的工作。9.1.3屬性和方法的映射在映射時(shí)，如果在UML類中沒有用衍型?constructor?和?destructor?修飾方法，那么一般應(yīng)自動生成默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。在C++中，復(fù)制構(gòu)造函數(shù)采用相同類型的對象引用作為它的參數(shù)，它可用來從現(xiàn)有的對象創(chuàng)建新的對象。當(dāng)用傳值方式傳遞或返回一個對象時(shí)，編譯程序就自動調(diào)用該復(fù)制函數(shù)。如果UML類涉及指針的管理，那么為保證對指針進(jìn)行正確的操作，同時(shí)還應(yīng)自動生成復(fù)制構(gòu)造函數(shù)及進(jìn)行“=”操作符重載。9.1.3屬性和方法的映射當(dāng)UML類中存在抽象方法，即相應(yīng)的C++類包含虛函數(shù)時(shí)，那么在映射時(shí)應(yīng)自動生成虛析構(gòu)函數(shù)而不是默認(rèn)的析構(gòu)函數(shù)。當(dāng)UML類中包含子類時(shí)，父類映射所得的C++類的析構(gòu)函數(shù)也應(yīng)為虛析構(gòu)函數(shù)，虛析構(gòu)函數(shù)的目的是保證正確地清除對象。9.1.3屬性和方法的映射因此，在把UML類映射為C++類時(shí)，一般應(yīng)遵循如下映射規(guī)則。（1）類、屬性和方法的映射根據(jù)類圖中定義的類名、屬性及方法定義類。包括類的定義和類的實(shí)現(xiàn)。了定義存放在頭文件中，類實(shí)現(xiàn)存放在.cpp文件中。（2）可見性的映射將UML類中用+、-與#修飾的屬性或方法分別映射成帶有public,private與protected等關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)成員或成員函數(shù)。9.1.3屬性和方法的映射因此，在把UML類映射為C++類時(shí)，一般應(yīng)遵循如下映射規(guī)則。（1）類、屬性和方法的映射根據(jù)類圖中定義的類名、屬性及方法定義類。包括類的定義和類的實(shí)現(xiàn)。了定義存放在頭文件中，類實(shí)現(xiàn)存放在.cpp文件中。（2）可見性的映射將UML類中用+、-與#修飾的屬性或方法分別映射成帶有public,private與protected等關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)成員或成員函數(shù)。9.1.3屬性和方法的映射（3）作用域映射將UML類中的具有類作用域的屬性或方法分別映射成帶有static關(guān)鍵字的靜態(tài)數(shù)據(jù)或函數(shù)成員。（4）構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)在C++類中添加默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。（5）抽象方法映射將UML類中的抽象方法（方法名為斜體或后面帶有abstract關(guān)鍵字）映射成純虛函數(shù)。9.1.3屬性和方法的映射（6）設(shè)置成員函數(shù)的只讀屬性將UML類中query特性為真的方法映射成帶有const關(guān)鍵字的方法，同時(shí)將UML類方法形式參數(shù)帶有的{in,out,inout}中的具體選項(xiàng)映射成對應(yīng)的C++類成員函數(shù)的形式參數(shù)。設(shè)UML類中某個參數(shù)的數(shù)據(jù)類型為T，則其具體映射方法如下：①若參數(shù)的類別為in，則應(yīng)將該參數(shù)類型映射為constT&;②若參數(shù)的類別為out或inout，則可將該參數(shù)類型映射為T&;9.1.3屬性和方法的映射（7）帶有泛化關(guān)系的UML類的映射若映射的UML類之間存在泛化關(guān)系，則將相應(yīng)C++類的析構(gòu)函數(shù)設(shè)置成虛函數(shù)。（8）抽象類的映射若UML類是一個抽象類，則構(gòu)造函數(shù)的可見性將被映射為保護(hù)的（protected）。9.1.3屬性和方法的映射圖9-2中的類圖中包含了文檔CGraphicDocument、圖形元素CGraphElement、直線Cline和圓CCircle等四個類，還包含了兩個繼承和一個關(guān)聯(lián)關(guān)系。圖9-2圖形文檔結(jié)構(gòu)類9.1.3屬性和方法的映射按照上述規(guī)則，從這個類圖生成的C++程序代碼如下。1）CGraphicDocument類的定義與實(shí)現(xiàn)

//CGraphicDocument.h#include"CGraphElement.h"classCGraphicDocument{public:

CGraphicDocument();

virtual~CGraphicDocument();

voidSave(CArchivear);

voidAdd(CAgrphicElement&e);

CGraphElement*m_CGraphElement;};//CGraphicDocument.cpp#include"CGraphicDocument.h"CGraphicDocument::CGraphicDocument(){}CGraphicDocument::~CGraphicDocument(){}voidCGraphicDocument::Save(CArchivear){}voidCGraphicDocument::Add(CGraphElement&e){}9.1.3屬性和方法的映射2）CGraphElement類的定義與實(shí)現(xiàn)

//CGraphElement.hclassCGraphElement{public:CGraphElement();virtual~CGraphElement();protected:intLineStyle,intLineWidth;COLORREFLineColor;voidDraw(CDC*pDC);voidShift(intdx,intdy);voidRotate(doubleAlpha);};//CGraphElement.cpp#include"CGraphElement.h"CGraphElement::CGraphElement(){}CGraphElement::~CGraphElement(){}voidCGraphElement::Draw(CDC*pDC){}voidCGraphElement::Shift(intdx,intdy){}voidCGraphElement::Rotate(doubleAlpha){}9.1.3屬性和方法的映射3）CCircle類的定義與實(shí)現(xiàn)

//CCircle.h#include"CGraphElement.h"classCCircle:publicCGraphElement{public:CCircle();virtual~CCircle();voidDraw(CDC*pDC);voidShift(dx,intdy);voidRotate(doublealpha);private:CPointCenter;intRadius;COLORREFFaceColor;intFaceStyle;};//CCircle.cpp#include"CGraphElement.h"#include"CCircle.h"CCircle::CCircle(){}CCircle::~CCircle(){}voidCCircle::Draw(CDC*pDC){}voidCCircle::Shift(dx,intdy){}voidCCircle::Rotate(doublealpha){}9.1.3屬性和方法的映射4）CLine類的定義與實(shí)現(xiàn)

//Cline.h#include"CGraphElement.h"classCLine:publicCGraphElement{public:CLine();virtual~CLine();voidShift(intdy,intdx);voidRotate(doublealpha);voidDraw(CDC*pDC);private:CPointstart,end;};//CLine.cpp#include"CLine.h"CLine::CLine(){}CLine::~CLine(){}voidCLine::Shift(intdy,intdx){}voidCLine::Rotate(doublealpha){}voidCLine::Draw(CDC*pDC){}9.1.3屬性和方法的映射容易看出，這些代碼雖然給出了完整的類定義，但卻僅僅生成了一系列的空方法，這些空方法的實(shí)現(xiàn)則被留給了程序員。這時(shí)，模型中關(guān)于各種模型元素的描述細(xì)節(jié)將成為程序員編程的重要依據(jù)。9.2泛化關(guān)系的映射在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法中，泛化關(guān)系用于從一個類中派生出新的類，即向一個泛化類中添加新的信息或?qū)ζ溥M(jìn)行修改而得到新的特化類。C++中，與泛化關(guān)系對應(yīng)的機(jī)制是繼承關(guān)系，C++不僅支持繼承，而且還支持多繼承的設(shè)計(jì)。繼承提供了一種能夠促進(jìn)代碼共享、復(fù)用和擴(kuò)展的重要機(jī)制。在繼承關(guān)系中，不僅可以在基類的基礎(chǔ)上定義派生類，而且還可以在派生類中添加新的數(shù)據(jù)成員和函數(shù)成員。更重要的是，C++還提供了一種虛函數(shù)機(jī)制，以便在派生類中覆蓋基類中的某些成員函數(shù)。C++規(guī)定，在派生類中可以重新定義那些在基類中被聲明為虛函數(shù)的成員函數(shù)。9.2泛化關(guān)系的映射在C++中，還定義了公有、私有和保護(hù)等多種繼承方式，派生類可按公有方式繼承基類，也可按私有方式或受保護(hù)的方式繼承基類。1．公有繼承（public）公有繼承的特點(diǎn)是基類的公有成員和保護(hù)成員作為派生類的成員時(shí)，它們都保持原有的可見性，而基類的私有成員仍然是私有的，不能被這個派生類的子類所訪問。9.2泛化關(guān)系的映射2．私有繼承（private）私有繼承的特點(diǎn)是基類的公有成員和保護(hù)成員都可以被派生類繼承，但它們在派生類中的可見性被定義為私有的，所以它們也不能被這個派生類的子類訪問。9.2泛化關(guān)系的映射3．保護(hù)繼承（protected）保護(hù)繼承的特點(diǎn)是派生類繼承基類的所有公有成員和保護(hù)成員，并把它們定義為派生類的保護(hù)成員，當(dāng)然可以被它的派生類或友元訪問，基類的私有成員仍然是基類私有的。在將UML類中的泛化關(guān)系映射為C++類中的繼承關(guān)系時(shí)，一般選擇公有繼承。9.2泛化關(guān)系的映射在多繼承的情況下，有時(shí)會出現(xiàn)重復(fù)繼承的情況發(fā)生，如圖9-3中的GraduateStudentOnJob類（在職研究生）就重復(fù)地繼承了Person類（人員）的屬性，這可能會導(dǎo)致了派生類中屬性的冗余。圖9-3多繼承中的重復(fù)繼承9.2泛化關(guān)系的映射C++定義了一種被稱為虛繼承的方式來解決這個問題。當(dāng)使用虛繼承時(shí)，不論從派生類到其超類有幾條繼承路徑，派生類都將僅一次性地繼承其虛基類的屬性，這樣就可以有效地避免因多繼承產(chǎn)生的冗余所導(dǎo)致的不一致性。當(dāng)然，必要時(shí)也可以不使用虛繼承。為簡單起見，在將泛化關(guān)系向繼承關(guān)系映射時(shí)，應(yīng)讓所有的派生類都以虛繼承的方式描述它從基類中的繼承。9.2泛化關(guān)系的映射將圖9-3中的多繼承映射到C++后生成的程序代碼如下所示，得到的這些代碼中，所有類之間的繼承就都使用了虛繼承方式來定義這些類之間的泛化。classPerson{public:

Person();

virtual~Person();private:

char*PersonID;

char*Name;};classTeacher:virtualpublicPerson{public:

Teacher();

virtual~Teacher();private:

char*TeacherID;

char*Specialities;};9.2泛化關(guān)系的映射將圖9-3中的多繼承映射到C++后生成的程序代碼如下所示，得到的這些代碼中，所有類之間的繼承就都使用了虛繼承方式來定義這些類之間的泛化。classGraduateStudent:virtualpublicPerson{public:

GraduateStudent();

virtual~GraduateStudent();private:

char*StudentID;

char*Director;};classGraduateStudentOnJob:virtualpublicTeacher,virtualpublicGraduateStudent{public:

GraduateStudentOnJob();

virtual~GraduateStudentOnJob();};9.3關(guān)聯(lián)關(guān)系的映射關(guān)聯(lián)關(guān)系是對象之間的十分重要的一種關(guān)系。關(guān)聯(lián)關(guān)系不僅存在于系統(tǒng)的應(yīng)用域中的實(shí)體類之間，也存在于系統(tǒng)的分析域、設(shè)計(jì)域及實(shí)現(xiàn)域中的各種類型的類之間。關(guān)聯(lián)最重要的含義在于，一個對象可以通過關(guān)聯(lián)訪問到與之關(guān)聯(lián)對象所提供的任何服務(wù)。對象模型將關(guān)聯(lián)關(guān)系描述成一種類之間的靜態(tài)的結(jié)構(gòu)性的關(guān)系。但實(shí)際上，關(guān)聯(lián)關(guān)系卻是對象之間存在的動態(tài)關(guān)系。雖然大多數(shù)情況下，實(shí)例化一個關(guān)聯(lián)關(guān)系時(shí)，往往是簡單地實(shí)例化幾個對象，然后再建立它們之間的聯(lián)系就可以了。但很多情況下，對象之間的關(guān)聯(lián)卻是選擇性的，還可能需要一個相對復(fù)雜的過程來實(shí)例化一個需要的關(guān)聯(lián)。9.3關(guān)聯(lián)關(guān)系的映射影響關(guān)聯(lián)映射的因素有很多，如關(guān)聯(lián)的方向性、多重性、強(qiáng)制性、有序性、帶有關(guān)聯(lián)類的關(guān)聯(lián)、帶有限定符、聚合關(guān)系和組合關(guān)系等，所有這些因素都會對關(guān)聯(lián)的映射產(chǎn)生較大的影響。實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)映射最重要的問題是準(zhǔn)確把握這些關(guān)聯(lián)的實(shí)質(zhì)性含義。在C++程序設(shè)計(jì)語言中，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系的基本方法是在關(guān)聯(lián)的起始端的類中嵌入一個指向被關(guān)聯(lián)對象的指針，通過這個指針，這個對象可以在其內(nèi)部的任何位置訪問被關(guān)聯(lián)對象提供的服務(wù)。在映射時(shí)，可以將關(guān)聯(lián)端點(diǎn)上的角色名映射為一個屬性（指向被關(guān)聯(lián)對象的指針），其可見性一般設(shè)置為private。有時(shí)為了維護(hù)對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，相應(yīng)的C++類中還應(yīng)添加對指針進(jìn)行讀寫操作的訪問成員函數(shù)。9.3.1關(guān)聯(lián)的方向性從關(guān)聯(lián)的多重性的角度來看，關(guān)聯(lián)可以分成單向關(guān)聯(lián)和相關(guān)聯(lián)兩種情況。如圖9-4就給出了單向關(guān)聯(lián)和雙向關(guān)聯(lián)的例子。單向關(guān)聯(lián)的含義是關(guān)聯(lián)中A類對象可以通過這個關(guān)聯(lián)訪問B類對象。反之，B類對象卻不能通過這個關(guān)聯(lián)訪問A類對象。雙向關(guān)聯(lián)的含義是關(guān)聯(lián)中任何一端的對象都可以通過關(guān)聯(lián)訪問另一端的對象。圖9-4單向關(guān)聯(lián)和雙向關(guān)聯(lián)a)單向關(guān)聯(lián)b)雙向關(guān)聯(lián)9.3.1關(guān)聯(lián)的方向性1）單向關(guān)聯(lián)的映射

classA{private:B*m_B;public:A();virtual~A();};classB{public:B();virtual~B();};2）雙向關(guān)聯(lián)的映射

classA{private:B*m_B;public:A();virtual~A();};classB{private:A*m_A;public:B();virtual~B();};這兩種情況的關(guān)聯(lián)映射出來的C++類定義如下9.3.2多重性與關(guān)聯(lián)映射關(guān)聯(lián)角色在類中的具體實(shí)現(xiàn)還依賴于關(guān)聯(lián)的多重性。通常情況下，關(guān)聯(lián)角色的多重性一般可分為0..1、1、0..*和1..*等多種情況，關(guān)聯(lián)的兩個關(guān)聯(lián)角色含有一個多重性。這可以使關(guān)聯(lián)組合出多種不同的情況，映射時(shí)需要關(guān)注的是關(guān)聯(lián)對象之間的關(guān)聯(lián)是否滿足特定的多重性要求。實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)多重性即包含了類結(jié)構(gòu)方面的約束，同時(shí)還可能包含了算法方面的約束。圖9-4中給出了若干個具有不同的多重性的關(guān)聯(lián)的實(shí)例，不同的關(guān)聯(lián)給系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)帶來了不同的約束條件，將它們映射到程序設(shè)計(jì)語言所得到的結(jié)果也會有重要的差別，有時(shí)甚至?xí)泻艽蟮膮^(qū)別。探究這些差別將有助于更深刻地理解關(guān)聯(lián)的建模意義和編程方面的意義，這些區(qū)別將主要體現(xiàn)在類的關(guān)聯(lián)角色屬性定義、類的方法、關(guān)聯(lián)對象的實(shí)例化以及這些方法的使用等多個方面。9.3.2多重性與關(guān)聯(lián)映射圖9-5關(guān)聯(lián)的多重性強(qiáng)制對可選的一對一關(guān)聯(lián)b)強(qiáng)制對強(qiáng)制的一對一關(guān)聯(lián)c)強(qiáng)制對可選的一對多關(guān)聯(lián)d)可選對可選的一對多關(guān)聯(lián)9.3.2多重性與關(guān)聯(lián)映射強(qiáng)制對可選的關(guān)聯(lián)的類定義classA{private:B*m_B;public:A();virtual~A();voidSetB(B*b);B*GetB();};classB{private:A*m_A;public:B(A&a);virtual~B();};強(qiáng)制對可選的關(guān)聯(lián)的類實(shí)現(xiàn)

#include"A.h"A::A(){}A::~A(){}voidA::SetB(B*b){m_B=b;}B*A::GetB(){returnm_B;}#include"B.h"B::B(A*a){m_A=a;}B::~B(){}9.3.2多重性與關(guān)聯(lián)映射強(qiáng)制對可選一對一關(guān)聯(lián)創(chuàng)建和使用圖9-5中a表示的強(qiáng)制對可選一對一關(guān)聯(lián)的示例如下：1創(chuàng)建任何一個B類的實(shí)例時(shí)，必須先創(chuàng)建相應(yīng)的類A的實(shí)例，并創(chuàng)建這兩個對象的鏈接關(guān)系。創(chuàng)建過程如下：A*a=newA(); //首先，創(chuàng)建A類實(shí)例a。B*b=newB(*a); //創(chuàng)建與a關(guān)聯(lián)的B類實(shí)例ba.SetB(*b); //設(shè)置對象a到對象b的關(guān)聯(lián)。9.3.2多重性與關(guān)聯(lián)映射2需要單獨(dú)創(chuàng)建A類實(shí)例時(shí)，可不必創(chuàng)建類B的實(shí)例，也不必創(chuàng)建這個關(guān)聯(lián)的實(shí)例。A類實(shí)例以單獨(dú)的身份履行它所承擔(dān)的系統(tǒng)責(zé)任。創(chuàng)建過程如下：A*a=newA();3撤銷A類對象時(shí)，如果存在與其關(guān)聯(lián)的B類對象，那么應(yīng)首先撤銷這個B類對象，然后再撤銷這個A類對象。撤銷過程如下：if(!a->GetB()){deletea->GetB();}deletea;9.3.2多重性與關(guān)聯(lián)映射4撤銷B類對象時(shí)，如果存在與其關(guān)聯(lián)的A類對象，那么應(yīng)首先在A類對象中注銷這個關(guān)聯(lián)，然后再撤銷這個B類對象。撤銷過程如下：if(!b->GetA()){b->SetA(NULL); //在A類對象中注銷這個關(guān)聯(lián)}deleteb; //撤銷B類對象9.3.2多重性與關(guān)聯(lián)映射2．強(qiáng)制對強(qiáng)制的一對一關(guān)聯(lián)而對于圖9-5中b強(qiáng)制對強(qiáng)制的一對一關(guān)聯(lián)來說，它所表達(dá)的含義則是：對于每一個類A的對象a，必須有一個類B的對象b和從對象a到對象b的鏈接。同時(shí)，對于對象b來說，也要求存在一個從對象b到對象a的鏈接。其映射代碼如下所示。強(qiáng)制對可選的關(guān)聯(lián)的類定義

classA{private:B*m_B;public:A();virtual~A();voidSetB(B*b);B*GetB();};classB{private:A&m_A;public:B(A&a);virtual~B();};強(qiáng)制對可選的關(guān)聯(lián)的類實(shí)現(xiàn)

#include"A.h"A::A(){m_B=NULL;}A::~A(){}voidSetB(B*b){m_B=b;}B*GetB(){returnm_B;}#include"B.h"B::B(A&a){m_A=a;}B::~B(){}9.3.2多重性與關(guān)聯(lián)映射創(chuàng)建和使用圖9-5中b表示的強(qiáng)制對強(qiáng)制一對一關(guān)聯(lián)的示例如下：1關(guān)聯(lián)中任何一個類的實(shí)例都不能單獨(dú)創(chuàng)建，創(chuàng)建類實(shí)例時(shí)，必須創(chuàng)建兩個類的實(shí)例并建立這兩個對象之間的鏈接關(guān)系。創(chuàng)建過程如下：A*a=newA(); //首先，創(chuàng)建A類實(shí)例a。B*b=newB(*a); //創(chuàng)建與a關(guān)聯(lián)的B類實(shí)例ba.SetB(*b); //設(shè)置對象a到對象b的關(guān)聯(lián)。2使用關(guān)聯(lián)，若兩個關(guān)聯(lián)的對象之間具有明確的客戶與服務(wù)之間的關(guān)系。則二者的使用則可以明確地按照這個關(guān)系使用。否則，可以根據(jù)使用關(guān)聯(lián)的上下文使用這個關(guān)聯(lián)。3撤銷對象，必須同時(shí)撤銷兩個對象，即撤銷這個關(guān)聯(lián)的實(shí)例。撤銷過程如下：deletea;deleteb;從上面兩個例子不難看出，理解了關(guān)聯(lián)多重性的確切語義，不難完成關(guān)聯(lián)到程序設(shè)計(jì)語言的映射。另外一個問題是，關(guān)聯(lián)到程序設(shè)計(jì)語言的映射方案并不是唯一的，唯一的是二者所表示的語義。9.3.3組合和聚合關(guān)系的映射聚合關(guān)系是一種特殊的關(guān)聯(lián)關(guān)系，其特殊性在于它描述了對象之間的整體與部分之間的關(guān)系。組合關(guān)系則是一種特殊的聚合關(guān)系，所不同的是，組合關(guān)系強(qiáng)調(diào)了整體對象與部分對象具有了相同的生存期的關(guān)系。C++程序設(shè)計(jì)語言中并沒有與聚合和組合關(guān)系直接對應(yīng)的語言成分。在將這類關(guān)系映射為C++程序時(shí)，與關(guān)聯(lián)的實(shí)現(xiàn)方式類似，可采用嵌入指針的方式實(shí)現(xiàn)聚合關(guān)系；一般情況下，可采用嵌入對象的方式實(shí)現(xiàn)組合關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)組合關(guān)系所強(qiáng)調(diào)的相同的生存期特性。換句話說，組合關(guān)系中的整體被映射成一個容器對象，個體部分則被實(shí)現(xiàn)為容器的嵌入對象。9.3.3組合和聚合關(guān)系的映射圖9-6描述了一個訂單類，由訂單和訂單細(xì)則兩個類構(gòu)成，它的語義是任何一個Order類的對象，都是由一組特定的OrderItem類的對象組合而成的，并且這些整體對象（訂單）與它們的子對象（訂單明細(xì)）具有相同的生命周期。圖9-6訂單類圖9.3.3組合和聚合關(guān)系的映射//訂單類的定義order.h#include"OrderItem.h"classOrder{private:char*OrderID;char*CustomerID;char*CustomerName;char*TotalAmount;charOrderDate;OrderItem*OrderItemList;public:Order();virtual~Order();voidADD(OrderItemitem);boolRemove(iint);};//訂單細(xì)則類的定義ordeitem.hclassOrderItem{private:char*OrderID;intnumber;char*GoodsID;char*GoodsName;floatQuantity;public:OrderItem();virtual~OrderItem();};

//訂單類的實(shí)現(xiàn)order.cppOrder::Order(){}Order::~Order(){}voidOrder::ADD(OrderItemitem){}boolOrder::Remove(iint){returnfalse;}//訂單細(xì)則類的實(shí)現(xiàn)ordeitem.hOrderItem::OrderItem(){}OrderItem::~OrderItem(){}

根據(jù)從這個類圖生成的C++程序代碼可以看出，這段代碼中只是簡單地將組合關(guān)系映射成一個單向的關(guān)聯(lián)關(guān)系，而把組合關(guān)系概念中所強(qiáng)調(diào)的整體和部分應(yīng)具有的相同生命期特性的責(zé)任則被留給了程序員，程序員必須在他們編寫的程序中添加能夠?qū)崿F(xiàn)這樣一種責(zé)任的程序代碼。根據(jù)這個類圖生成的C++程序代碼如下所示9.3.3組合和聚合關(guān)系的映射另外，影響關(guān)聯(lián)映射的其他因素，如關(guān)聯(lián)對象有序性、關(guān)聯(lián)類、限定符等也都可以映射到程序代碼中，具體的映射方法則由程序員負(fù)責(zé)完成。9.4依賴關(guān)系的映射對象之間的依賴體現(xiàn)為一個對象以某種方式訪問了另一個對象，從而導(dǎo)致了兩個對象（或類）之間的依賴。按照對象之間的訪問方式，可將依賴分為成員依賴、參數(shù)依賴和局部變量依賴等三種情況。（1）屬性依賴：如果一個類的實(shí)例或?qū)嵗檬橇硪粋€類的屬性時(shí)，那么稱這兩個類之間存在屬性依賴。例如：如下程序代碼所示的兩個類，就表示了兩個類之間的屬性依賴。classA{Bb;voidfunca(){b.funcb();}}classB{;voidfuncb();}9.4依賴關(guān)系的映射可以看出，類B對象被定義為類A的一個屬性，此時(shí)，類A和類B之間存在著一種屬性依賴。顯然，在類A中的任何地方，都可以訪問到與之相對應(yīng)類B對象b的服務(wù)。這時(shí)，這個依賴的作用范圍是類A的所有方法。9.4依賴關(guān)系的映射2）參數(shù)依賴：如果一個類（或?qū)ο螅┮苑椒ǖ男问絽?shù)的形式出現(xiàn)在另一個類中，那么稱這兩個類（或?qū)ο螅┲g存在的關(guān)系為參數(shù)依賴關(guān)系。例如：如下程序代碼所示的兩個類，就表示了兩個類之間的屬性依賴?？梢钥闯?，類B的實(shí)例b是以形式參數(shù)的形式出現(xiàn)在類A的方法中，這時(shí)，類A和類B之間存在著一種從A到B的依賴，并且A對B的依賴僅局限在A的方法voidfunca(Bb)的內(nèi)部。所以參數(shù)依賴是一種比屬性依賴弱一些的依賴。classA{……;voidfunca(Bb){b.funcb();}} classB{……;voidfuncb();}9.4依賴關(guān)系的映射3）局部變量依賴：如果一個類的實(shí)例或?qū)嵗檬橇硪粋€類的某個方法的局部變量，那么稱這兩個類之間的依賴為局部變量依賴。例如：如下程序代碼所示的兩個類，就表示了兩個類之間的局部變量依賴。顯然，這種A對B的局部變量依賴對A的影響區(qū)域與參數(shù)依賴相似。但這兩種依賴仍然是有區(qū)別的，區(qū)別在于局部變量依賴的影響區(qū)域被牢牢地控制在對應(yīng)方法的某個分程序之內(nèi)。classA{voidfunca(){Bb；b.funcb();}}classB{voidfuncb();}9.4依賴關(guān)系的映射例如，如下Circle類中的函數(shù)voiddraw(CDC*pDC)，就描述了Circle類與CDC類之間的參數(shù)依賴。與上述的局部變量依賴相比較，這個依賴的影響范圍就擴(kuò)大到整個voiddraw(CDC*pDC)函數(shù)。classCircle{intx,y;doubleradius;voiddraw(CDC*pDC){pDC->Ellipse(x,y,radius,radius);}}9.5接口和包的映射9.4.1接口的映射接口是由一組操作構(gòu)成的集合。如果一個類實(shí)現(xiàn)了某個接口中的某些操作，那么就稱這個類實(shí)現(xiàn)了這個接口。在C++程序設(shè)計(jì)語言中，沒有定義專門的表示接口的語法成分，直接表示接口的方法就是定義一個僅包含若干個純虛函數(shù)的類來表示接口。將接口映射到C++程序時(shí)，可以將接口映射成一個用C++描述的抽象類，或者將抽象類看成是接口。如果映射得到的是一個每個操作都是具有公共可見性的純虛函數(shù)的類時(shí)，這樣得到的類就是一個純粹的用C++程序設(shè)計(jì)語言描述的接口。進(jìn)一步，還可以將接口的實(shí)現(xiàn)映射成接口的派生類。9.4.1接口的映射下面將給出一個接口映射的例子。圖9-7接口及其實(shí)現(xiàn)9.4.1接口的映射將圖9-7中的接口及其實(shí)現(xiàn)映射到C++后，得到的程序代碼如下所示。//接口IList.htemplate<Titem>classIList{public:IList(){}virtual~IList(){}virtualboolAdd(itemT)=0;virtualvoidFirst()=0;virtualTGetCurrent()=0;virtualboolHasItems()=0;virtualboolNext()=0;virtualTRemove(iint)=0;};

//實(shí)現(xiàn)ConcreateList.h#include"IList.h"template<Titem>classConcreateList:publicIList<Titem>{public:ConcreateList(){}virtual~ConcreateList(){}virtualboolAdd(itemT){returnfalse;}virtualvoidFirst(){}virtualTGetCurrent(){returnNULL;}virtualboolHasItems(){returnfalse;}virtualboolNext(){returnfalse;}virtualTRemove(iint){returnNULL;}};9.4.2包的映射首先要說明的是，包的映射方法不是唯一的。一般情況下，模型中的包主要用于組織和管理模型中的模型元素，因此，模型中的包也不一定都要映射到程序代碼中去。但對于模型中用于組織某些結(jié)構(gòu)元素（如類等）的包，有時(shí)就可能需要這樣的映射了。在UML中，包可以看成是由若干個模型元素構(gòu)成的集合，使用包可以將一個大系統(tǒng)劃分成多個比較小的子系統(tǒng)。同時(shí)，各個包之間還可以存在各種依賴關(guān)系。9.4.2包的映射例如，在圖9-8中，給出了List和Order兩個包，其中，Order與List之間，就存在了一個引入（import）依賴。圖9-8IList和Order包及其之間的依賴關(guān)系9.4.2包的映射在C++中，可以將包映射成一個名空間（namespace）。名空間可以用來隱藏?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義，從而防止程序中的命名沖突。當(dāng)需要引用某個名空間中定義的符號時(shí)，可以使用using語句引入這個名字空間，using語句實(shí)際上與UML中包之間的某種依賴關(guān)系相對應(yīng)。在映射時(shí)，可將選定的包和一個名空間對應(yīng)，包之間的依賴關(guān)系則可以在代碼中使用一個using語句實(shí)現(xiàn)。將圖9-6中的接口IList映射到C++程序時(shí)，可使用下列形式的代碼實(shí)現(xiàn)包的映射。9.4.2包的映射//接口IList的定義IList.hnamespaceIList{template<Titem>classIList{public:IList(){}virtual~IList(){}virtualboolAdd(itemT)=0;virtualTRemove(iint)=0;virtualboolHasItems()=0;virtualvoidFirst()=0;virtualboolNext()=0;virtualTGetCurrent()=0;};}//接口IList的引用usingIListtemplate<Titem>classConcreateList:publicIList{public:ConcreateList(){}virtual~ConcreateList(){}virtualboolAdd(itemT){returnfalse;}virtualvoidFirst(){}virtualTGetCurrent(){returnNULL;}virtualboolHasItems(){returnfalse;}virtualboolNext(){returnfalse;}virtualTRemove(iint){returnNULL;}};9.4.2包的映射代碼中，接口IList被封裝在Ilist包中，需要時(shí)，可使用usingnamespaceIList語句引用這個名字空間中的IList接口。9.5UML中其他各種圖的映射UML模型中，類和類圖之外的各種圖與程序代碼之間也都存在著某種形式的映射關(guān)系，盡管這些映射不像類或類圖那樣可以直接映射，但它們?nèi)匀粚ψ罱K的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生重要的影響。很多情況下，這些圖到實(shí)現(xiàn)的映射通常是通過對類施加的影響而最終映射到目標(biāo)系統(tǒng)的。事實(shí)上，模型本身也不一定能夠全面描述軟件結(jié)構(gòu)和行為的全部細(xì)節(jié)，幾乎每一個模型都僅僅是從某一角度或某一側(cè)面對系統(tǒng)的概括性描述。雖然，大多數(shù)建模軟件都沒有提供這些模型到實(shí)現(xiàn)的自動映射方法，但這樣的轉(zhuǎn)換卻是內(nèi)在的，也是可行的。9.5.1順序圖的映射在軟件設(shè)計(jì)過程中，順序圖主要用于對系統(tǒng)的行為建模，通常用于描述系統(tǒng)的一個過程。順序圖到實(shí)現(xiàn)的映射并不是直接進(jìn)行的，其基本思想是通過行為建模不斷豐富和完善系統(tǒng)的類模型，從而完善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。這些動態(tài)模型，包括順序圖、通信圖、狀態(tài)圖和活動圖等，可以為系統(tǒng)帶來的模型增量包括：9.5.1順序圖的映射1．發(fā)現(xiàn)新的類如果動態(tài)模型中出現(xiàn)了新的類，那么就意味著可能為系統(tǒng)找到了新的類。建模過程中，應(yīng)及時(shí)將新發(fā)現(xiàn)的類作為新的模型元素加到你的模型中。2．新的關(guān)系如果在動態(tài)模型中出現(xiàn)了新的對象（類）之間的消息傳遞，那么就意味著可能為找到了新的對象之間的鏈接關(guān)系。進(jìn)一步分析這些消息，還可以確認(rèn)這些關(guān)系的具體類型及其他細(xì)節(jié)，并把它們補(bǔ)充到模型中。9.5.1順序圖的映射3．新的屬性和方法動態(tài)模型中出現(xiàn)的每一個消息，都可能與系統(tǒng)中的某個對象、對象的屬性或方法相對應(yīng)。新的消息就意味著可能找到了新的對象、屬性或方法。建模過程中，應(yīng)及時(shí)將新發(fā)現(xiàn)的對象（類）、屬性或方法加入到模型中。4．方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)動態(tài)模型中，兩個對象之間的消息將被映射成目標(biāo)對象的某個方法。消息的順序和約束就可能構(gòu)成了這些方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。如圖9-9給出的一個某商品銷售用例的順序圖描述。圖9-9商品銷售用例的順序圖9.5.1順序圖的映射分析這張順序圖，可以獲得如下一些信息。1）類或?qū)ο髨D中出現(xiàn)的了銷售員（saler）、訂單窗體（OrderForm）、訂單控制（OrderControl）、數(shù)據(jù)庫控制（DBControl）、訂單（Order）和訂單明細(xì)（OrderItem）等多個生命線元素。除了銷售員是參與者以外，其余的均為系統(tǒng)中的類，它們都將被映射到最終的軟件中去。9.5.1順序圖的映射2）關(guān)系分析順序圖中的消息傳遞關(guān)系，可得到對象之間應(yīng)有的鏈接關(guān)系。從而分析出這些類之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。如果觀察每個對象的生命周期，還可以確定出實(shí)例化這些關(guān)聯(lián)關(guān)系的時(shí)機(jī)和方法。從圖9-9可以得到的關(guān)系包括：saler與OrderForm、OrderForm與OrderControl、OrderControl與Order、OrderControl與OrderItem、OrderControl和DBContro以及Order和OrderItem之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。9.5.1順序圖的映射3）屬性和方法首先，分析參與者（saler）與邊界類（OrderForm）之間的交互，可以設(shè)計(jì)出邊界類的屬性和方法。包括邊界類中的界面元素、需要響應(yīng)的事件及事件的響應(yīng)方法。9.5.1順序圖的映射表9-2列出了從圖9-9可以得到的邊界類所需要的界面元素、相應(yīng)事件以及事件的相應(yīng)方法。表9-2邊界類（OrderForm）的界面元素、事件及事件處理方法消息界面元素對應(yīng)的事件事件響應(yīng)說明訂貨請求用戶命令激活CreateOrder創(chuàng)建訂單輸入顧客編號字符串輸入完成輸入SetCustomerID輸入訂單中的顧客信息輸入顧客姓名字符串輸入完成輸入SetCustomerName輸入顧客地址字符串輸入完成輸入SetCustomerAddress增加訂單明細(xì)用戶命令激活CreateOrderItem增加一條明細(xì)記錄輸入商品編號字符串輸入完成輸入SetGoodsID填寫訂單明細(xì)輸入商品數(shù)量數(shù)值輸入完成輸入SetGoodsAmount保存訂單用戶命令激活Save保存訂單打印訂單用戶命令激活Print打印訂貨單取消訂單用戶命令激活Cancel取消訂單9.5.1順序圖的映射4）方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)最后再討論一下順序圖所呈現(xiàn)出來的方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)問題，注意到圖中每一個對象的生命線上都從上到下排列了若干個被稱為“控制焦點(diǎn)”的小矩形。動態(tài)地看這些“控制焦點(diǎn)”，它們表示了對象在某個時(shí)間片段所處的狀態(tài)。而靜態(tài)地看這些“控制焦點(diǎn)”時(shí)，它們則在某種意義上直觀地描述了對應(yīng)消息（方法）的處理邏輯。同時(shí)，順序圖中使用的組合片段也描述了各消息之間的順序、選擇、循環(huán)甚至并發(fā)等方面的約束。為方法的實(shí)現(xiàn)提供了明確且無二義性的支持。9.5.1順序圖的映射顯然，這個處理邏輯對程序員編程具有非常直接的意義，把這個過程寫成程序代碼并不困難。另外，任何一個模型都不可能代表目標(biāo)系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)。模型中總有可能會忽略某些較小粒度的技術(shù)細(xì)節(jié)。對于順序圖來說，被忽略的就可能包括類、屬性、方法、約束條件等多個技術(shù)層面的東西，只要丟掉的細(xì)節(jié)不影響模型要表達(dá)的東西就可以了。例如圖9-9中的順序圖就忽略了商品（Goods）對象，圖9-9中卻出現(xiàn)了GoodsID、GoodsName、price等商品對象的屬性，也出現(xiàn)了與商品有關(guān)的GetGoodsPrice（GoodsID）方法，卻忽略了商品（Goods）對象，但這并不影響整個模型所要描述的過程。9.5.1順序圖的映射圖9-10分析順序圖得到的屬性和方法9.5.1順序圖的映射實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以把創(chuàng)建、使用和銷毀商品對象的過程封裝在GetGoodsPrice（GoodsID）方法的內(nèi)部，這并不影響整個過程的實(shí)現(xiàn)。值得注意的是，順序圖即包含十分豐富的信息，同時(shí)也會忽略掉很多細(xì)節(jié)。因此將順序圖直接轉(zhuǎn)換成程序代碼幾乎是一個不可能的問題，或者說將一張順序圖轉(zhuǎn)換成程序代碼實(shí)際上也是一個偽命題。因此，順序圖到實(shí)現(xiàn)的映射將是一個十分內(nèi)在的過程。9.5.1順序圖的映射對于通信圖來說，通信圖是一種與順序圖語義等價(jià)一種圖。所以，通信圖的映射與順序圖的映射的總體思路和基本方法也都是相同的。不同的是，通信圖中增加了對象之間的鏈接，直接給出了類之間應(yīng)具有的關(guān)聯(lián)關(guān)系，而順序圖中則要分析對象之間的鏈接關(guān)系。反過來，順序圖中可以使用組合片段（CombinedFragments），用來描述不同的交互片段之間的順序、選擇、循環(huán)和并發(fā)等各種約束，這些約束為順序圖的映射提供了更多的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。9.5.2狀態(tài)圖的映射與順序圖不同，狀態(tài)圖通常用于描述某個特定的對象在其生命期內(nèi)（或參與某項(xiàng)活動時(shí)）所處的各個狀態(tài)及其變遷情況。由于狀態(tài)圖主要用于描述一個特定的對象，所以狀態(tài)圖建模的主要意義在于對這個特定對象的屬性和方法進(jìn)行建模。狀態(tài)圖中最重要的兩種元素就是的狀態(tài)和遷移。狀態(tài)通?？梢员硎緸閷ο蟮哪硞€屬性（如狀態(tài)變量）或?qū)ο笏鶟M足的條件，與狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的動作則可以映射為有一個或若干個程序語句描述的動作或?qū)ο蟮姆椒?。遷移用于表示對象狀態(tài)的改變，通常是由某個事件觸發(fā)的。當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，對象會根據(jù)對事件處理的結(jié)果修改相應(yīng)的屬性值，改變對象的狀態(tài)。9.5.2狀態(tài)圖的映射因此，遷移可以映射為對象中的事件及其對事件的響應(yīng)，不同的程序設(shè)計(jì)環(huán)境提供了不同的事件處理機(jī)制，這使得事件的映射方法也不盡相同。例如，對于隊(duì)列這樣一種比較簡單的對象來說，其狀態(tài)通常被定義成：空（Empty）、滿（Full）和半滿（SemiFull）三種狀態(tài)。隊(duì)列對象的狀態(tài)圖通常可以描述成如圖9-11所示的狀態(tài)圖。由于隊(duì)列對象僅用于對外提供數(shù)據(jù)緩存服務(wù)，通常不需要具有自主的主動行為，所以，隊(duì)列對象狀態(tài)通常不需要關(guān)聯(lián)的動作。9.5.2狀態(tài)圖的映射圖9-11隊(duì)列類類圖及其狀態(tài)圖9.5.2狀態(tài)圖的映射隊(duì)列對象的三種狀態(tài)均可表示為隊(duì)列對象的兩個屬性front和rear之間的關(guān)系，所以，對象的狀態(tài)可以使用特定的條件來表示。如圖中出現(xiàn)的三個邏輯表達(dá)式就表示了三個狀態(tài)所滿足的條件。這張圖映射到C++程序時(shí)，所得到的就是用C++實(shí)現(xiàn)的一個隊(duì)列類的定義與實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，狀態(tài)圖所起的作用僅僅是描述了對算法實(shí)現(xiàn)方面的約束。9.5.2狀態(tài)圖的映射例如，對于網(wǎng)絡(luò)銷售系統(tǒng)中的訂單狀態(tài)問題，我們首先將訂單在其生存期內(nèi)的狀態(tài)劃分成初始、待支付、待發(fā)貨、待收貨、待確認(rèn)、退貨、完成和取消等多個狀態(tài)。（1）初始狀態(tài)：表示客戶新提交的訂單，需要審核商品的品種和數(shù)量等信息后才能進(jìn)行銷售，審核不通過的訂單將被自動取消。（2）待支付：表示訂單已審核通過，需要在指定期限內(nèi)進(jìn)行支付，超過期限的訂單將被取消，用戶需要時(shí)可重新訂貨。9.5.2狀態(tài)圖的映射（3）待發(fā)貨：表示客戶已支付到第三方賬戶，正在組織發(fā)貨。（4）待收貨：表示貨物已經(jīng)發(fā)出，客戶可以根據(jù)發(fā)貨信息跟蹤貨物的物流情況。（5）待確認(rèn)：表示客戶已收到貨物，客戶可以在指定期限內(nèi)確認(rèn)收貨已完成最終支付或提出退貨請求。超出期限，訂單將自動轉(zhuǎn)入已完成狀態(tài)。9.5.2狀態(tài)圖的映射（6）退貨：表示客戶已提出退貨申請，并完成退貨處理的狀態(tài)。（7）完成：表示客戶完成貨物的簽收或完成退貨確認(rèn)，訂單處于最終的完成狀態(tài)。（8）取消：表示審核未通過或逾期未支付的無效訂單。這張狀態(tài)圖直觀地描述了一個訂單對象的狀態(tài)及其變遷情況?？梢赃M(jìn)一步得到的是狀態(tài)圖為訂單對象帶來的模型增量。如表示訂單狀態(tài)的屬性和修改狀態(tài)的方法。圖9-12訂單對象的狀態(tài)圖實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以添加表示訂單狀態(tài)的類型，再添加必要的屬性和操作。這樣可得到經(jīng)過細(xì)化的訂單類。圖9-13訂單類類圖9.5.2狀態(tài)圖的映射其中，表示訂單狀態(tài)的枚舉類型可定義如下：typedefenum{initial,paying,delivering,receiving,returning,confirming,complished,canceled}OrderStatus;新添加的屬性包括：CDateVerifyDate,ReceivedDate,ConfirmedDate,ReturningDate;和OrderStatusorderstatus;等，它們分別表示訂單的狀態(tài)、審核日期、收貨日期、確認(rèn)日期和完成日期等。9.5.2狀態(tài)圖的映射新添加的操作則包括：verify（審核）、cancel（取消）、pay（支付）、send（發(fā)貨）、receive（收貨）、confirm（確認(rèn)）和back（退貨）等。這些新的屬性和操作進(jìn)一步細(xì)化了訂單類的設(shè)計(jì)。需要說明的是，這個例子中給出的映射方法并不是唯一的，也不一定是最合理的。例如，設(shè)計(jì)模式中的狀態(tài)模式就提供了一個不同的表示狀態(tài)的解決方式。9.5.2狀態(tài)圖的映射與順序圖和通信圖不同的是，狀態(tài)圖是一個相對封閉的軟件模型，即它僅用于描述一個對象的狀態(tài)。因此，目前已經(jīng)有建模軟件能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)圖的自動映射了。只要你的狀態(tài)圖建模足夠完善或完備，使用這樣的自動轉(zhuǎn)換也將是十分有意義的。9.6小結(jié)UML模型到應(yīng)用程序的映射實(shí)際上就是UML模型中的類模型到應(yīng)用程序的映射。實(shí)際的軟件建模過程中，可以使用建模工具提供的正向工程功能實(shí)現(xiàn)這個映射。需要指出的是，目前的大多數(shù)建模軟件還不能自動映射類圖之外的UML模型，如狀態(tài)圖、活動圖、順序圖和通信圖等。但這些模型描述的內(nèi)容卻也是可以通過它們對類圖的影響映射到應(yīng)用程序中。最后一個問題是，本章僅討論了基于C++模型映射。對于其他一些程序設(shè)計(jì)語言（如java或C#）來說，情況可能會有一些細(xì)節(jié)方面的不同。第10章面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)原則學(xué)習(xí)目標(biāo)

理解和掌握軟件質(zhì)量屬性的基本概念，理解軟件質(zhì)量與開發(fā)效率之間關(guān)系

理解和掌握基本的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原理

通過案例學(xué)習(xí)在軟件設(shè)計(jì)過程中貫徹面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則的方法第10章面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)原則不論是用什么樣的軟件開發(fā)方法，軟件質(zhì)量和開發(fā)效率永遠(yuǎn)都是開發(fā)人員追求的目標(biāo)。而衡量軟件質(zhì)量的指標(biāo)又是多元化的，不同的參與者對軟件質(zhì)量的要求往往又不是完全一致的，又是甚至是相互沖突和矛盾的。開發(fā)人員更注重軟件的開發(fā)效率和可維護(hù)性，用戶關(guān)心得更多的則是軟件的有效性、可靠性、可用性和運(yùn)行效率。軟件開發(fā)過程中，如何均衡各方面的要求則成為一個無法回避的問題。本章將介紹常見的軟件質(zhì)量屬性和基本的面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)原則，并討論如何貫徹這些設(shè)計(jì)原則以設(shè)計(jì)高質(zhì)量軟件的一般方法。10.1軟件質(zhì)量屬性開發(fā)高質(zhì)量的軟件是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作，其中最重要的原因就在于對軟件質(zhì)量的認(rèn)識，不同的人對于軟件質(zhì)量的定義和理解都不盡相同，這使得軟件開發(fā)過程充滿變數(shù)，變化莫測。所謂軟件質(zhì)量，是指軟件與明確地?cái)⑹龅墓δ芎托阅苄枨蟆⑽臋n中明確描述的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)以及任何專業(yè)開發(fā)的軟件產(chǎn)品都應(yīng)該具有的隱含特征相一致的程度。10.1軟件質(zhì)量屬性為了確定軟件質(zhì)量是否滿足要求，必須弄清楚影響軟件質(zhì)量的因素有哪些，以及在軟件設(shè)計(jì)中如何解決這些因素帶來的質(zhì)量問題。影響軟件質(zhì)量的因素有很多，很多因素不僅僅來自于軟件本身，它們還可能來自整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有的甚至來源于系統(tǒng)的環(huán)境。例如，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間就同時(shí)來源于系統(tǒng)的硬件和軟件；安全性則取決于系統(tǒng)的硬件、軟件、人員以及其他環(huán)境因素。有些質(zhì)量因素是強(qiáng)制性的，如過程控制系統(tǒng)或其他技術(shù)系統(tǒng)中的響應(yīng)時(shí)間。不滿足這樣的質(zhì)量要求將會引起嚴(yán)重后果，也有些因素是非強(qiáng)制性的。例如系統(tǒng)屏幕的刷新時(shí)間，這樣的時(shí)間稍長一點(diǎn)不會引起系統(tǒng)的失效。10.1軟件質(zhì)量屬性人們從軟件用途的視角出發(fā)，將軟件的用途劃分成操作（operation）、修改（revision）和轉(zhuǎn)移（transition）等三個方面。它們的具體定義如下：1）操作（operation）是指軟件用戶對軟件的日常使用；2）修改（revision）是指對軟件的維護(hù)及擴(kuò)充；3）轉(zhuǎn)移（transition）是指將軟件用于新的用途，如與其他系統(tǒng)相連接，或者將軟件移植到新的系統(tǒng)環(huán)境中。10.1軟件質(zhì)量屬性表10-1列出了與軟件用途相關(guān)的這些質(zhì)量屬性及其定義。表10-1與軟件用途相關(guān)的軟件質(zhì)量屬性屬性分類軟件質(zhì)量屬性軟件質(zhì)量屬性定義操作(operation)完整性(integrity)系統(tǒng)在處理物理干擾、防止非法存取等方面的能力。正確性(correctness)系統(tǒng)中的錯誤數(shù)目。可靠性(reliability)平均故障間隔時(shí)間以及可用時(shí)間所占的比例?？捎眯?usability)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的容易程度，執(zhí)行日常任務(wù)的有效程度。有效性(efficiency)系統(tǒng)響應(yīng)的快慢，使用資源的多少，計(jì)算的準(zhǔn)確程度等。修改(revision)可維修性(maintainability)錯誤的定位和修復(fù)的難易程度?？蓽y試性(testability)測試的難易程度。靈活性(flexibility)擴(kuò)充新特性的難易程度。轉(zhuǎn)移(transition)可移植性(portability)將系統(tǒng)移植到其他硬件或軟件平臺的難易程度?？芍赜眯?reusability)把部分軟件重用于其他系統(tǒng)的難易程度。互操作性(interoperability)與其他系統(tǒng)協(xié)同工作的難易程度。10.1軟件質(zhì)量屬性上面列出的這些質(zhì)量屬性來源于美國空軍的McCall和Matsumto定義的質(zhì)量屬性列表，除此之外，還存在很多其他標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量屬性列表。它們不僅列出的軟件質(zhì)量屬性不盡相同，并且對一些具有相同名稱的質(zhì)量屬性給出的定義或描述也不盡相同。需要強(qiáng)調(diào)的是，所有這些標(biāo)準(zhǔn)都不是完備的，實(shí)踐中可以將這些標(biāo)準(zhǔn)作為參考，而根據(jù)需求定義出與特定項(xiàng)目相適應(yīng)的質(zhì)量屬性列表。在需求分析過程中，人們可以分析非功能需求中的所有質(zhì)量因素，衡量這些因素中的重要性，并將那些重要的質(zhì)量因素寫入需求規(guī)格說明書中，作為軟件的質(zhì)量屬性列表。從開發(fā)和使用的角度出發(fā)，人們又給出了另一種定義軟件質(zhì)量屬性的標(biāo)準(zhǔn)。表10-2列出了按照這個分類標(biāo)準(zhǔn)定義出來的軟件質(zhì)量屬性列表。10.1軟件質(zhì)量屬性表10-2不同視圖下的軟件質(zhì)量屬性用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性開發(fā)者視圖下的軟件質(zhì)量屬性有效性(availability)可維護(hù)性(maintainability)效率(efficiency)可移植性(portability)靈活性(flexibility)可重用性(reusability)完整性(integrity)可測試性(testability)互操作性(interoperability)

可靠性(reliability)

健壯性(robustness)

可用性(usability)

10.1軟件質(zhì)量屬性比較這兩張質(zhì)量屬性列表，它們列出的質(zhì)量屬性并不完全相同，后者多出了健壯性（robustness）和有效性（availability），但同時(shí)缺少了正確性（correctness）和可用性（usability），但它們對軟件質(zhì)量屬性的描述在整體上應(yīng)該是一致的或完全相同的，不同的地方僅僅體現(xiàn)它們給出的具體的質(zhì)量屬性定義上的差異。10.1.1用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性是指對用戶特別重要或用戶特別關(guān)心的質(zhì)量屬性。良好的質(zhì)量屬性可以有效地幫助用戶實(shí)現(xiàn)其業(yè)務(wù)目標(biāo)、解決他們在生產(chǎn)和經(jīng)營活動中存在的各種問題、提高他們的工作效率、降低運(yùn)營成本、提高他們的運(yùn)營效率以及易于使用等很多用戶需要的軟件特性。用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性包括：有效性（availability）、效率（efficiency）、靈活性（flexibility）、完整性（integrity）、互操作性（interoperability）、可靠性（reliability）、健壯性（robustness）和可用性（usability）等。10.1.1用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性是指對用戶特別重要或用戶特別關(guān)心的質(zhì)量屬性。良好的質(zhì)量屬性可以有效地幫助用戶實(shí)現(xiàn)其業(yè)務(wù)目標(biāo)、解決他們在生產(chǎn)和經(jīng)營活動中存在的各種問題、提高他們的工作效率、降低運(yùn)營成本、提高他們的運(yùn)營效率以及易于使用等很多用戶需要的軟件特性。用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性包括：有效性（availability）、效率（efficiency）、靈活性（flexibility）、完整性（integrity）、互操作性（interoperability）、可靠性（reliability）、健壯性（robustness）和可用性（usability）等。10.1.1用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性1．有效性（availability）有效性（availability）是指在預(yù)定的啟動時(shí)間中，系統(tǒng)真正可用并且完全運(yùn)行時(shí)間所占時(shí)間的百分比。更準(zhǔn)確地說，有效性等于系統(tǒng)的平均故障前時(shí)間（MTTF）與平均故障前時(shí)間與故障維修時(shí)間之和的比值。顯然，這個比值越高，系統(tǒng)的有效性就越好。2．效率（efficiency）效率是指系統(tǒng)的運(yùn)行效率，主要指系統(tǒng)資源的使用效率，可用處理器、存儲空間或通信帶寬等資源的使用效率。當(dāng)系統(tǒng)耗盡了所有可用資源，那么用戶遇到的將使系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降，甚至?xí)绊懙较到y(tǒng)的安全性。10.1.1用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性3．靈活性（flexibility）和可擴(kuò)充性和可擴(kuò)展性等一樣，靈活性主要指在軟件中增加新的功能是所需要的工作量的大小。如果軟件開發(fā)者能夠預(yù)見到軟件的可擴(kuò)展性，那么他們就可以選擇合適的開發(fā)方法來最大限度地增加系統(tǒng)的靈活性。在軟件開發(fā)過程中，選擇增量模型和迭代式開發(fā)方法將可能是一種能夠有效增加系統(tǒng)靈活性的方法。4．完整性（integrity）完整性也可以稱為系統(tǒng)的安全性，主要指系統(tǒng)在防止非法訪問系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵和非法數(shù)據(jù)進(jìn)入等事件的發(fā)生方面的抵御能力。任何一個系統(tǒng)，尤其是互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，都應(yīng)該具有良好的完整性。任何違背完整性事件的發(fā)生，都有可能對系統(tǒng)的一致性和信息安全構(gòu)成巨大的威脅。10.1.1用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性5．互操作性（interoperability）互操作性表示的是系統(tǒng)與其他系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)和服務(wù)的難易程度。開發(fā)軟件時(shí)，開發(fā)人員必須弄清楚用戶對系統(tǒng)在互操作方面存在的現(xiàn)實(shí)或潛在的需求，以便實(shí)現(xiàn)或在將來擴(kuò)充需要的互操作功能。6．可靠性（reliability）可靠性一般被定義成系統(tǒng)無故障工作一段時(shí)間的概率。健壯性和有效性有時(shí)可以被看成可靠性的一個部分。衡量一個軟件的可靠性，可使用計(jì)算正確執(zhí)行的操作所占的比例、統(tǒng)計(jì)平均故障前執(zhí)行時(shí)間、和統(tǒng)計(jì)缺陷出現(xiàn)的密度等多種不同的方法加以實(shí)現(xiàn)。10.1.1用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性7．健壯性（robustness）健壯性是指當(dāng)系統(tǒng)及其組件遇到非法輸入數(shù)據(jù)、相關(guān)軟件或硬件組成部分的缺陷或異常操作等情況時(shí)，系統(tǒng)能夠繼續(xù)正常執(zhí)行的程度。具有良好健壯性的軟件應(yīng)該能夠容忍用戶的不當(dāng)操作等引起的錯誤，也可以從發(fā)生了各種異常的情形中將系統(tǒng)恢復(fù)到某個具有一致性的狀態(tài)。8．可用性（usability）可用性也被稱為是易用性，它通常包含了多個用戶友好方面的特性?？捎眯允紫葢?yīng)包括的是用戶與系統(tǒng)交互方面應(yīng)呈現(xiàn)出來的特性，如系統(tǒng)在準(zhǔn)備輸入、操作和理解輸出方面應(yīng)具有的特性?？捎眯赃€應(yīng)包括用戶在學(xué)習(xí)使用產(chǎn)品方面的應(yīng)呈現(xiàn)出來的特性。10.1.1用戶視圖下的軟件質(zhì)量屬性滿足這些質(zhì)量屬性要求的軟件或系統(tǒng)，可以保證用戶能夠容易、有效、安全、高效率地使用相應(yīng)的軟件產(chǎn)品，幫助他們完成特定的工作，實(shí)現(xiàn)他們的工作目標(biāo)。對于任何一種軟件產(chǎn)品來說，所有這些質(zhì)量因素都是必須滿足