软件工程（4）面向对象方法：面向对象软件工程OOSE与案例实践

OOSE（Object-Oriented Software Engineering，面向对象软件工程）是一种用于开发软件系统的工程方法论，它强调使用面向对象的技术和方法来设计和实现软件。OOSE 方法是由 Ivar Jacobson 提出的，主要包括以下几个关键方面：

1. 用例驱动（Use-Case Driven）

• 用例（Use Case） 是描述系统如何与外部用户或其他系统交互的一种方式。用例驱动意味着开发过程围绕用例进行，首先识别系统的用例，并基于这些用例设计和实现系统。
• 用例图（Use Case Diagram） 是用来表示用例和系统参与者之间关系的图示工具。

2. 模型驱动（Model Driven）

• 在OOSE中，软件开发过程依赖于创建和维护多个模型，这些模型描述系统的不同方面。主要的模型包括用例模型、类模型、顺序模型、状态模型等。
• 类图（Class Diagram） 显示系统中的类及其关系。
• 顺序图（Sequence Diagram） 描述对象之间的交互顺序。
• 状态图（State Diagram） 显示对象的状态变化。

3. 迭代增量（Iterative and Incremental）

• 开发过程被划分为多个迭代，每个迭代都产出一个可工作的增量。每个增量都是系统的一部分，并且通过反复迭代不断改进和扩展系统。
• 这种方法允许在开发过程中进行反馈和调整。

4. 面向对象的分析与设计（Object-Oriented Analysis and Design）

• 面向对象分析（OOA） 是分析阶段，通过识别和定义对象及其关系来理解系统的需求。
• 面向对象设计（OOD） 是设计阶段，基于分析阶段的成果，设计系统的架构和组件。

OOSE 的实践案例

案例1：图书管理系统

1. 用例识别

   • 主要用例：借书、还书、添加新书、删除书籍、查询书籍等。
   • 参与者：读者、图书管理员、系统。

2. 用例图设计

   • 绘制用例图，展示读者和管理员如何与系统交互。
   • 例：读者可以进行“借书”和“还书”操作；管理员可以进行“添加新书”和“删除书籍”操作。

3. 类模型

   • 类：书籍（Book）、读者（Reader）、图书管理员（Librarian）、借书记录（BorrowRecord）等。
   • 关系：书籍与借书记录之间存在一对多关系；读者与借书记录之间也存在一对多关系。

4. 顺序图

   • 设计借书用例的顺序图，展示读者如何请求借书，系统如何处理请求并更新借书记录。

5. 状态图

   • 设计书籍的状态图，例如：书籍的状态可能包括“在馆”、“已借出”、“维护中”等。

6. 迭代开发

   • 每个迭代增加一个功能或改进现有功能，如第一个迭代完成基本的借书功能，第二个迭代增加还书功能，第三个迭代改进查询功能等

具体细化实践

图书管理系统案例详细实践

1. 用例识别

目标：确定系统的主要功能和参与者。

参与者：

• 读者：可以借书、还书、查询书籍。
• 图书管理员：可以添加新书、删除书籍、管理借还记录。
• 系统：负责处理所有操作和管理数据。

主要用例：

• 借书：读者可以选择书籍并进行借阅。
• 还书：读者将书籍归还给图书馆。
• 添加新书：管理员将新书添加到系统中。
• 删除书籍：管理员删除不再使用的书籍。
• 查询书籍：读者或管理员查询书籍的可用性及详细信息。
• 查看借阅记录：管理员查看借阅记录，了解书籍的借出情况。

2. 用例图设计

用例图帮助可视化用例与参与者之间的关系。

• 借书用例：

  • 参与者：读者
  • 用例：借书
  • 描述：读者选择要借的书籍，系统检查书籍是否可借，并记录借阅信息。

• 添加新书用例：

  • 参与者：图书管理员
  • 用例：添加新书
  • 描述：管理员输入书籍的详细信息（如标题、作者、ISBN、类别）并将其添加到系统中。

用例图示例：

+-------------------+
|    读者            |
+-------------------+||v
+-------------------+
|    借书用例        |
+-------------------+||v
+-------------------+
|    系统            |
+-------------------+||v
+-------------------+
|    查询书籍        |
+-------------------+

3. 类模型

类模型展示了系统中的主要类及其关系。

主要类：

• Book：书籍

  • 属性：title, author, ISBN, category, status
  • 方法：checkAvailability(), updateStatus()

• Reader：读者

  • 属性：name, readerID, borrowedBooks
  • 方法：borrowBook(), returnBook()

• Librarian：图书管理员

  • 属性：name, librarianID
  • 方法：addBook(), removeBook(), manageRecords()

• BorrowRecord：借阅记录

  • 属性：recordID, book, reader, borrowDate, returnDate
  • 方法：createRecord(), updateRecord()

类图示例：

+-------------------+
|    读者            |
+-------------------+||v
+-------------------+
|    借书用例        |
+-------------------+||v
+-------------------+
|    系统            |
+-------------------+||v
+-------------------+
|    查询书籍        |
+-------------------+

4. 顺序图

顺序图展示了用例的动态行为，即对象之间的交互顺序。

借书用例顺序图：

Reader                System                Book|                       |                    ||-------borrowBook()--->|                    ||                       |---checkAvailability()--->||                       |<--availability status---||<---confirmation-------|                    ||                       |                    |

描述：

1. 读者请求借书。
2. 系统调用书籍对象的 checkAvailability() 方法，检查书籍是否可借。
3. 系统根据检查结果返回借书确认信息给读者。

5. 状态图

状态图展示了对象在其生命周期中的状态变化。

书籍状态图：

+------------------+
|    Available     |
+------------------+|| borrowv
+------------------+
|    Borrowed      |
+------------------+|| returnv
+------------------+
|    Available     |
+------------------+

描述：

• Available：书籍可借状态。
• Borrowed：书籍已被借出状态，不能借阅。
• 状态变更：从“Available”到“Borrowed”是借书操作，从“Borrowed”到“Available”是还书操作。

6. 迭代开发

第一迭代：实现基本的借书和还书功能。

• 目标：开发借书和还书用例，包括用例图、类图、顺序图和状态图的设计。
• 实现：提供基础的借书和还书功能，记录借阅信息。

第二迭代：实现书籍管理功能。

• 目标：开发添加新书和删除书籍功能。
• 实现：提供管理员界面，用于添加和删除书籍。

第三迭代：实现查询功能和用户界面改进。

• 目标：添加书籍查询功能和改进用户界面。
• 实现：实现书籍查询功能，优化用户体验，添加反馈机制。

通过这种详细的分步实施，可以有效地将OOSE方法应用于实际的项目开发中，使得软件系统的设计和实现过程更为清晰和高效。