C++基础---面向对象建模方法

1. 面向对象建模方法

1.1 OMT/Rumbaugh方法

• OMT（Object Modeling Technique）方法：
  (1)OMT方法最早是由Loomis，Shan和Rumbaugh在1987年提出的，曾扩展应用于关系数据库设计。Jim Rumbaugh在1991年正式把OMT应用于面向对象的分析和设计。这个方法是在实体关系模型上扩展了类、继承和行为而得到的。
  (2)OMT方法覆盖了分析、设计和实现三个阶段，它包括一组相互关联的概念：类（class）、对象（object）、一般化（generalization）、继承（inheritance）、链（link）、链属性（link attribute）、聚合（aggregation）、操作（operation）、事件（event）、场景（scene）、属性（attribute）、子系统（subsystem）、模块（module）等。
  (3)OMT方法包含分析、系统设计、对象设计和实现四个步骤，它定义了三种模型，这些模型贯穿于每个步骤，在每个步骤中被不断地精化和扩充。
• OMT方法从三个方面对系统进行建模，每个模型从一个侧面反映系统的特性，三个模型分别是：
  (1)对象模型：用类和关系来刻画系统的静态结构；
  (2)动态模型：用事件和对象状态来刻画系统的动态特性；
  (3)功能模型：按照对象的操作来描述如何从输入给出输出结果。
  注：分析的目的是建立可理解的现实世界模型。系统设计确定高层次的开发策略。对象设计的目的是确定对象的细节，包括定义对象的界面、算法和操作。实现对象则在良好的面向对象编程风格的编码原则指导下进行。

1.2 OOD/Booch方法

• OOD（Object Oriented Design）方法：
  (1)OOD方法是Grady Booch从1983年开始研究，1991年后走向成熟的一种方法。
  (2)OOD方法主要包括下述概念，类（class）、对象（object）、使用（uses）、实例化（instantiates）、继承（inherits）、元类（meta class）、类范畴（class category）、消息（message）、域（field）、操作（operation）、机制（mechanism）、模块（module）、子系统（subsystem）、过程（process）等。其中，使用及实例化是类间的静态关系，而动态对象之间仅有消息传递的连接。元类是类的类。类范畴是一组类，它们在一定抽象意义上是类同的。物理的一组类用模块来表达。机制是完成一个需求任务的一组类构成的结构。
  (3)OOD方法方法在面向对象的设计中主要强调多次重复和开发者的创造性。方法本身是一组启发性的过程式建议。
• OOD方法的一般过程如下：
  (1)在一定抽象层次上标识类与对象；
  (2)标识类与对象的语义；
  (3)标识类与对象之间的关系（如继承、实例化、使用等）；
  (4)实现类与对象。

1.3 RDD/Wirfs-Brock方法

• RDD（Responsibility-Driven Design）方法：
  (1)RDD方法是Wirfs-Brock在1990年提出的。这是一个按照类、责任以及合作关系对应用进行建模的方法。首先定义系统的类与对象，然后确定系统的责任并划分给类，最后确定对象类之间的合作来完成类的责任。这些设计将进一步按照类层次、子系统和协议来完善。
  (2)RDD方法主要包含以下概念：类（class）、继承（inheritance）、责任（responsibility）、合作（collaboration）、合同（contract）、子系统（subsystem）。对每个类都有不同的责任或角色以及动作。合作是为完成责任而需要与之通信的对象集合。责任进一步精化并被分组为合同。合同又进一步按操作精化为协议。子系统是为简化设计而引入的，是一组类和低级子系统，也包含由子系统中的类及子系统支持的合同。
  (3)RDD方法按照类层次图、合作图、类规范、子系统规范、合同规范等设计规范来完成实现。
• RDD方法分为探索阶段和精化阶段：
  (1)探索阶段：确定类、每个类的责任以及类间的合作；
  (2)精化阶段：精化类继承层次、确定子系统、确定协议。

1.4 OOAD/Coad-Yourdon方法

• OOAD（Object-Oriented Analysis and Design）方法：
  (1)OOAD是由Peter Coad和Edward Yourdon 在1991年提出的。这是一种逐步进阶的面向对象建模方法。
  (2)在OOA中，分析模型用来描述系统的功能，主要包括以下概念：类（class）、对象（object）、属性（attribute）、服务（service）、消息（message）、主题（subject）、一般/特殊结构（Gen-Spec-Structure）、全局/部份结构（Whole-Part-Structure）、实例连接（instance connection）和消息连接（message connection）等。其中，主题是指一组特定的类与对象。
  (3)OOA使用了基本的结构化原则，并把它们同面向对象的观点结合起来。
  (4)OOA完成系统分析，包括以下五个步骤：确定类与对象、标识结构、定义主题、定义属性和定义服务。OOA本质上是一种面向对象的方法，适用于小型系统的开发。
• OOD负责系统设计，包括以下四个步骤：
  (1)设计问题域（细化分析结果）；
  (2)设计人机交互部分（设计用户界面）；
  (3)设计任务管理部分（确定系统资源的分配）；
  (4)设计数据管理部分（确定持久对象的存储）。

1.5 OOSE/Jacobson方法

• OOSE（Object-Oriented Software Engineering）方法：
  (1)OOSE是Ivar Jacobson在1992年提出的一种使用事例驱动的面向对象开发方法。
  (2)OOSE主要包括下列概念：类（class）、对象（object）、继承（inherits）、相识（acquaintance）、通信（communication）、激励（stimuli）、操作（operation）、属性（attribute）、参与者（actor）、使用事例（use case）、子系统（subsystem）、服务包（service package）、块（block）、对象模块（object module）。相识表示静态的关联关系，包括聚合关系。激励是通信传送的消息。参与者是与系统交互的事物，它表示所有与系统有信息交换的系统之外的事务，因此不关心它的细节。参与者与用户不同，参与者是用户所充当的角色。参与者的一个实例对系统做一组不同的操作。当用户使用系统时，会执行一个行为相关的事物系列，这个系列是在与系统的会话中完成的，这个特殊的系列称为使用事例，每个使用事例都是使用系统的一条途径。使用事例的一个执行过程可以看作是使用事例的实例。当用户发出一个激励之后，使用事例的实例开始执行，并按照使用事例开始事物。事务包括许多动作，事务在收到用户结束激励后被终止。在这个意义上，使用事例可以被看作是对象类，而使用事例的实例可以被看作是对象。
• OOSE开发过程中有以下五种模型，这些模型是自然过渡和紧密耦合的：
  (1)需求模型包括由领域对象模型和界面描述支持的参与者和使用事例。对象模型是系统的概念化的、容易理解的描述。界面描述刻画了系统界面的细节。需求模型从用户的观点上完整地刻画了系统的功能需求，因此按这个模型与最终用户交流比较容易。
  (2)分析模型是在需求模型的基础上建立的。主要目的是要建立在系统生命期中可维护、有逻辑性、健壮的结构。模型中有三种对象。界面对象刻画系统界面。实体对象刻画系统要长期管理的信息和信息上的行为。实体对象生存在一个特别的使用事例中。第三种是按特定的使用事例作面向事务的建模的对象。这三种对象使得需求的改变总是局限于其中一种。
  (3)设计模型进一步精化分析模型并考虑了当前的实现环境。块描述了实现的意图。分析模型通常要根据实现作相应的变化。但分析模型中基本结构要尽可能保留。在设计模型中，块进一步用使用事例模型来阐述界面和块间的通信。
  (4)实现模型主要包括实现块的代码。OOSE并不要求用面向对象语言来完成实现。
  (5)测试模型包括不同程度的保证。这种保证从低层的单元测试延伸到高层的系统测试。

1.6 VMT/IBM方法

• VMT（Visual Modeling Technique）方法：
  (1)VMT是IBM公司于1996年公布的。VMT方法结合了OMT、OOSE、RDD等方法的优点，并且结合了可视化编程和原型技术。VMT方法选择OMT方法作为整个方法的框架，并且在表示上也采用了OMT方法的表示。VMT方法用RDD方法中的CRC（Class-Responsibility-Collaboration）卡片来定义各个对象的责任（操作）以及对象间的合作（关系）。此外，VMT方法引入了OOSE方法中的使用事例概念，用以描述用户与系统之间的相互作用，确定系统为用户提供的服务，从而得到准确的需求模型。
  (2)VMT方法的开发过程分为三个阶段：分析、设计和实现。分析阶段的主要任务是建立分析模型。设计阶段包括系统设计、对象设计和永久性对象设计。实现阶段就是用某一种环境来实现系统。

1.7 六种方法的比较

• OMT方法覆盖了应用开发的全过程，是一种比较成熟的方法，用几种不同的观念来适应不同的建模场合，它在许多重要观念上受到关系数据库设计的影响，适合于数据密集型的信息系统的开发，是一种比较完善和有效的分析与设计方法。
• Booch方法并不是一个开发过程，只是在开发面向对象系统时应遵循的一些技术和 原则。Booch方法是从外部开始，逐步求精每个类直到系统被实现。因此，它是一种分治法，支持循环开发，它的缺点在于不能有效地找出每个对象和类的操作。
• RDD是一种用非形式的技术和指导原则开发合适的设计方案的设计技术。它用交互 填写CRC卡片的方法完成设计，对大型系统设计不太适用。RDD采用传统的方法确定对象类，有一定的局限性。另外，均匀地把行为分配给类也十分困难。
• 在OOAD方法中，OOA把系统横向划分为五个层次，OOD把系统纵向划分为四个部分，从而形成一个清晰的系统模型。OOAD适用于小型系统的开发。
• OOSE能够较好地描述系统的需求，是一种实用的面向对象的系统开发方法，适合于商务处理方面的应用开发。
• VMT基于现有面向对象方法中的成熟技术，采用这些方法中最好的思想、特色、观点以及技术，并把它们融合成一个完整的开发过程。因此VMT是一种扬长避短的方法，它提供了一种实用的能够处理复杂问题的建模方法和技术。

1.8 统一建模语言UML

• 统一建模语言UML最初仅仅是OMT方法、Booch方法的统一。1995年10月，Grady Booch和Jim Rumbaugh联合推出了Unified Method 0.8版本。这个方法力图实现OMT方法和Booch方法的统一。同年秋天，Ivar Jacobson加入了Booch和Rumbaugh所在的Rational软件公司，于是OOSE方法也加入了统一的过程中。1997年9月1日产生了UML 1.1，并被提交到了OMG（Object Management Group），同年11月被OMG采纳。
• 按照UML文件的说法：UML是一种用于软件系统制品制约的、可视化的构造及建档语言，也可用于业务建模以及其它非软件系统。
• 从系统模型这一级别上看，UML表示法由9种图构成，它们是：静态结构图（Static Structure Diagram），其中包括类图（Class Diagram）和对象图（Object Diagram）；使用事例图（Use Case Diagram）；顺序图（Sequence Diagram）；协作图（Collaboration）；状态图（Statechart Diagram）；活动图（Activity Diagram）；实现图（Implementation Diagram），其中包括成分图（Component Diagram）和展开图（Deployment Diagram）。UML的通用表示还有：串（String）、名字（Name）、标签（Label）、关键字（Keyword）、表达式（Expression）、注释（Note）等。
• UML作为一种建模语言，具有以下特点：
  (1)UML结合了Booch方法、OMT方法和OOSE方法的概念，是一个单一的通用的建模语言；
  (2)UML的建模能力比其他面向对象方法更强，不仅适合于一般系统的开发，更擅长于并行、分布式系统的建模；
  (3)UML是一种标准的建模语言，而不是一个标准的开发过程，它完全独立于开发过程。
  注：要想实现软件生产自动化，实现开发方法的统一化、标准化是基本的一条。实现面向对象开发方法的标准化以后，就可以避免不同方法的差异，提高软件重用效率。此外，统一面向对象开发方法，也就是综合每个面向对象方法的优点，最大限度地发挥各种方法的长处。UML是一种表达能力丰富的建模语言，而不是一种方法，因此，目前它还不能取代现有的各种面向对象的分析与设计方法。但是，随着UML工作的进一步展开，必将有助于实现软件自动化。

参考文献：
[1] 百度搜索关键字：面向对象的开发方法、OMT/Rumbaugh方法、OOD/Booch方法、RDD/Wirfs-Brock方法、OOAD/Coad-Yourdon方法、OOSE/Jacobson方法、VMT/IBM方法、统一建模语言UML