Chương 11


Phát triển các hệ thống hướng đối tượng






•
Giới thiệu

•
Các mô hình hướng-thủ tục

•
Các công cụ phát triển hướng-thủ tục

•
Mô hình hướng đối tượng

•
Các ký hiệu và đồ thò hướng đối tượng

•
Các bước phân tích hướng đối tượng

•
Các bước thiết kế hướng đối tượng

•
Cài đặt

•
Mô hình mẫu

•
Tóm tắt


Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng



338






































Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng




339
I/ Giới thiệu

Các kỹ sư phần mềm đã dùng nhiều
công cụ
(tools),
phương pháp
(methods)

và
thủ
tục
(procedures) khác nhau để thực hiện tiến trình phát triển phần mềm nhằm xây
dựng các sản phẩm phần mềm chất lượng cao với hiệu suất ngày càng cải tiến.

Các phương pháp
cung cấp khái niệm “làm như thế nào” để xây dựng phần mềm
trong khi
các công cụ
cung ứng các hổ trợ tự động và bán tự động cho các phương
pháp. Họ sử dụng mọi giai đoạn phát triển của tiến trình phát triển phần mềm, đó là,
lập kế hoạch, phân tích, thiết kế, phát triển và bảo trì.

Các thủ tục
phát triển phần mềm tích hợp các phương pháp và các công cụ lại với
nhau và làm cho sự phát triển các hệ thống phần mềm trở nên hợp lý và hợp thời.
(hình 11.1). Chúng cung cấp các nguyên tắc chỉ đạo như làm thế nào áp dụng các
phương pháp và công cụ, làm thế nào để tiến hành phân phối ở mỗi giai đoạn, các
điều khiển nào sẽ áp dụng, và những cột mốc nào được dùng để đánh giá sự phát

triển.

Software development
Procedures
Methods

Tools






Hình 11.1 Các thành tố phát triển phần mềm

Có một số mô hình phát triển phần mềm, mỗi mô hình bao gồm một tập hợp các
phương pháp và công cụ khác nhau. Việc lựa chọn một mô hình phụ thuộc vào bản
chất của một ứng dụng, ngôn ngữ lập trình được dùng, những điều khiền và phân
phối được yêu cầu.

Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng



340
Sự phát triển một hệ thống hoàn chỉnh không những phụ thuộc vào những phương
pháp và kỹ thuật thích hợp mà còn phụ thuộc các ràng buộc của những nhà phát
triển vào các đối tượng của hệ thống. Một hệ thống hoàn chỉnh phải là :
1. thoả mãn những yêu cầu của người dùng.

2. trở nên dể hiểu đối với người dùng và người vận hành
3. trở nên dể thao tác
4. có giao diện tốt
5. dễ dàng chỉnh lý
6. có thể phát triển được
7. có những điều khiển bảo mật thích hợp chống lại sự lạm dụng dữ liệu
8. bắt lỗi và xử lý ngoại lệ thật hài lòng
9. phân phối sản phẩm theo đúng ngày giờ đã ấn đònh

Trong chương này chúng ta sẽ xem xét một vài cách tiếp cận truyền thống được ứng
dụng rộng rãi trong phát triển phần mềm và thảo luận một vài ý tưởng hiện nay có
thể áp dụng được vào phát triển phần mềm hướng đối tượng.

II/ Các mô hình hướng-thủ tục
Prolem
definition


Analysis



Design



Coding




Testing



Maintenance


Hình 11.2 Chu kỳ sống phát triển phần mềm cổ điển
(mô hình “thác nước” nhúng được)
Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng



341
Phát triển phần mềm thường được mô tả bởi một bộ các trạng thái mô tả các tác vụ
khác nhau bao gồm trong tiến trình phát triển. Hình 11.2 minh hoạ chu kỳ sống phần
mềm cổ điển được ứng dụng rộng rãi trong phát triển hướng-thủ tục (procedure-
oriented).

Chu kỳ sống cổ điển dựa trên một mô hình cơ bản, thông thường là mô hình “thác
nước”. Mô hình này cố gắng làm rõ những hoạt động có thể nhận biết được trong
một chuỗi các hành động, mỗi một trong số chúng phải hoàn tất trước khi hành động
khác lại bắt đầu. Các hoạt động bao gồm, xác đònh vấn đề, phân tích các yêu cầu,
thiết kế, lập trình, kiểm nghiệm, và bảo trì. Sự tinh chế hơn nữa cho mô hình này
bao gồm các bước lặp quay lui những giai đoạn trước đó nhằm kết hợp chặt chẽ bất
kỳ sự biến đổi nào hoặc các liên kết còn thiếu.

Xác đònh vấn đề
: Hành động này yêu cầu một đònh nghóa chính xác về vấn đề trong

những thuật ngữ đang dùng. Một phát biểu rõ ràng của vấn đề là một quyết đònh cho
sự thành công của sản phẩm. Nó không chỉ giúp cho nhà phát triển mà còn giúp
người sử dụng hiểu vần đề được tốt hơn.

Phân tích các yêu cầu
: Điều này bao trùm sự nghiên cứu chi tiết về những yêu cầu
của cả người dùng lẫn sản phẩm. Hành động này là một bước cơ bản có liên quan
đến “cái gì” (
What
) của hệ thống như là :
•
Những đầu vào cho hệ thống là cái gì ?
•
Các tiến trình yêu cầu cái gì ?
•
Những đầu ra mong muốn sẽ là cái gì ?
•
Những ràng buộc (
constraints
) là gì ?

Thiết kế
: pha thiết kế giải quyết những quan niệm khác nhau của thiết kế hệ thống
như cấu trúc dữ liệu, kiến trúc sản phẩm, và các thuật toán. Pha này chuyển những
yêu cầu vào cách biểu diễn (
representation
) của sản phẩm. Giai đoạn này trả lời câu
hỏi “
How
”.


Lập trình
: Mã hoá có liên quan đến sự chuyển dòch bản thiết kế sang dạng mã-máy-
có-thể-đọc-được. Chi tiết hoá bản thiết kế, dễ dàng hơn đó là sự mã hoá và làm cho
tính tin cậy của thiết kế được tốt hơn.

Kiểm nghiệm
: một bản mã lệnh được viết xong , cần phải kiểm nghiệm nghiêm ngặt
giúp cho bản mã và kết quả được tốt nhất. Sự kiểm nghiệm có thể là một vài modul
Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng



342
riêng lẽ hoặc có khi là toàn bộ hệ thống. Nó yêu cầu một kế hoạch chi tiết như kiểm
tra cái gì, khi nào và làm như thế nào (
what, when, how to
test)

Bảo trì
: sau khi sản phẩm đã được hoàn chỉnh, nó có thể phải chòu một vài thay đổi.
Điều này thường xảy ra theo yêu cầu của người dùng và của cả môi trường điều
hành, hoặc một lỗi nào đó trong sản phẩm bò sót trong quá trình kiểm nghiệm. Sự
bảo trì bảo đảm rằng mọi thay đổi sẽ được kết hợp chặt chẽ bất cứ lúc nào thấy cần
thiết.
Mỗi pha của chu kỳ sống đều có mục đích và đầu ra. Đầu ra của pha này sẽ là đầu
vào của pha tiếp theo. Bảng 11.1 sẽ chiû ra các kiểu của đầu ra



Pha Đầu ra (
outputs
)
Xác đònh vấn đề * Phiếu phát biểu của vấn đề
(why) * Tài liệu đề nghò của dự án
Phân tích * Tài liệu yêu cầu
(what) * Báo cáo khả thi
* Tài liệu đặc tả
* Tiêu chuẩn kiểm nghiệm được công nhận
Thiết kế * Tài liệu thiết kế
(how) * Thiết kế các tình huống cho kiểm nghiệm
Mã hoá * Tài liệu mã hoá (chương trình)
(how) * Kế hoạch kiểm nghiệm
* Tài liệu cho người dùng
Kiểm nghiệm * Các mã hoá đã được kiểm nghiệm
(what & how) * Các kết quả kiểm nghiệm
* Tài liệu cho hệ thống
Bảo trì * Các phiếu nhật ký bảo trì
* Tài liệu các phiên bản

Bảng 11.1 Các đầu ra của chu kỳ sống phần mềm cổ điển

Chu kỳ sống phần mềm, được mô tả ở trên, thường được xem như kỹ thuật phân rã
chức năng (
the functional decomposition
), được biết rộïng rãi như cách tiếp cận từ
trên xuống (
top-down)
, hoặc theo modun (
modular)

. Kỹ thuật phân rã chức năng dựa
trên sự thể hiện không gian vấn đề và nó chuyển sang không gian lời giải như là sự
thông dòch một tập các hàm. Các hàm được phân rã theo trình tự tăng dần, những
Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng



343
hàm đơn giản nhất sẽ được thực thi cuối cùng. Hệ thống cuối cùng được xem như
một tập các hàm được tổ chức theo cấu trúc phân cấp
top-down .


Cũng có một vài thiếu sót trong cách tiếp cận
top-down
, tiếp cận phân rã chức năng.
Chúng bao gồm :
1. Không cho phép những thay đổi tiến hoá trong phần mềm.
2. Hệ thống được đặc trưng bởi một hàm đơn (
a single function
) ở đỉnh của cây
phân cấp nhưng không phải lúc nào cũng hoàn toàn đúng. Trong nhiều
trường hợp thực tế các hệ thống không có hàm

đơn ở đỉnh.
3. Dữ liệu không được xem là đáng quan trọng.
4. Nó không khuyến khích việc tái sử dụng mã lệnh đã có.




III/ Các công cụ phát triển hướng-thủ tục

Các công cụ phát triển hiện nay có thể phân loại theo 3 thế hệ.
Các công cụ thế hệ 1 được phát triển vào thập niên 60 và 70 được gọi là các công cụ
truyền thống.

Các công cụ thế hệ 2 được giới thiệu vào cuối thập niên 70 và đầu thập niên 80 dành
cho phân tích và thiết kế các
hệ thống có cấu trúc
và do đó chúng được biết như là
các
công cụ có cấu trúc.


Các công cụ thế hệ 3 được giới thiệu vào cuối thập niên 80 cho đến nay dành cho
phân tích và thiết kế các
hệ thống hướng đối tượng.


Bảng 11.2 chỉ cho thấy một số công cụ thông dụng dành cho các tiến trình phát triển
theo 3 chủng loại. Phần này sẽ giới thiệu tổng quát một vài công cụ thường dùng ở
thế hệ 1 và 2.

Process First
generation
Second generation Third generation
Physical
processes
System

flowcharts
Context diagrams Inheritance graphs
Object-relationship
charts

Data Layout forms Data dictionary Objects
Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng



344
representation Grid charts Object dictionary

Logic
processes
Playscript
English
narrative
Decision tables
trees
Data flow
diagrams
Inheritance graphs
Data flow diagrams

Program
representation
Program
flowcharts

I/O layouts
Structure charts
Warrier/Orr
diagrams
State change diagrams
Ptech diagrams
Coad/Yourdon charts

Bảng 11.2 Các công cụ phát triển hệ thống


!"
Lưu đồ hệ thống (System flowcharts)
!"
Lưu đồ chương trình (Program flowcharts)
!"
Kòch bản từng giai đoạn (Playscripts)
!"
Các khuôn dạng sơ bộ (Layout forms) cho việc nhập và xuất kết quả .
!"
Biểu đồ (Grid charts) biểu diễn mối quan hệ giữa các modun của hệ thống.
!"
Lược đồ ngữ cảnh (Context diagrams) biểu diễn đầu vào với tài nguyên của
chúng và đầu ra với các đích của chúng.
!"
Lược đồ dòng dữ liệu (Data flow diagrams) biểu diễn dòng dữ liệu giữa các thành
phần khác nhau của hệ thống
!"
Từ điển dữ liệu (Data dictionary)
!"

Biểu đồ cấu trúc (Structures chart) biểu diễn đồ thò các điều khiển logic giữa các
modun của hệ thống.
!"
Bảng quyết đònh (Decision table) một bảng các tình huống bất ngờ dành cho việc
xác đònh vấn đề và các hành động để thực hiện.
!"
Cây quyết đònh (Decision tree)
!"
Lược đồ Warnier/Orr : một biểu đồ phân cấp hàng ngang sử dụng một tập các dấu
móc, mã giả (pseudo-code) và các ký hiệu logic để chỉ các cấu trúc chương trình.





Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng



345
IV/ Mô hình hướng-đối tượng

Mô hình hướng-đối tượng đặt nặng trên lý thuyết hệ thống tổng quát như là nền tảng
thuộc về khái niệm.
Một hệ thống có thể được xem như một sự tập hợp các thực thể
(entities), chúng tương tác với nhau nhằm đạt đến mục tiêu nào đó
(hình 11.3).

Các thực thể có thể biểu diễn các đối tượng vật lý như các thiết bò hay con người, và

các khái niệm trừu tượng như các file dữ liệu hoặc các hàm. Trong phân tích hướng-
đối tượng các thực thể được gọi là các đối tượng (
objects
).

PROCESS



INPUT OUTPUT





Hình 11.3 Một hệ thống với các quan hệ-bên trong của các thực thể

Theo như tên gọi, mô hình hướng-đối tượng đặt để tầm quan trọng nhất vào các đối
tượng đó là tính đóng gói dữ liệu và hàm. Chúng đóng vai trò trung tâm trong mọi
giai đoạn của phát triển phần mềm và do đó sẽ tồn tại ở mức cao sự gối lên nhau
(
overlap
) và sự lặp đi lặp lại (
iteration
) giữa các giai đoạn. Tiến trình phát triển toàn
thể trở thành sự tiến hoá như trong tự nhiên. Bất kỳ một biểu diễn đồ hoạ nào của
các phiên bản hướng-đối tượng của chu kỳ phát triển phần mềm đều phải lưu tâm
đến hai khía cạnh gối lên nhau và và sự lặp đi lặp lại. Kết quả là mô hình “vòi phun
nước” (
fountain model

) đã thay thế mô hình “thác nước cổ điển” (hình 11.4).








Entity Entity

Entity


Entity Entity
Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng



346
Maintenance Further development


Application




Object-oriented OOP Objects

programming in program

Object-oriented OOD Objects
design in solution space

Object-oriented OOA Objects
analysis in problem space


Hình 11.4 Mô hình “vòi phun nước” trong phát triển
phần mềm hướng-đối tượng

Phân tích hướng-đối tượng
(OOA) có liên quan đến các phương pháp của các yêu
cầu đặc tả của phần mềm theo thuật ngữ các đối tượng của thế giới thực, các hành vi
ứng xử và các tương tác của chúng.

Thiết kế hướng-đối tượng
(OOD) chuyển những yêu cầu của phần mềm sang những
đặc tả cho đối tượng và các lớp dẫn xuất phân cấp từ đó các đối tượng sẽ được tạo ra.

Lập trình hướng-đối tượng
(OOP) có liên quan đến cài đặt chương trình trong một
ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng như C++.

Tương phản với cách tiếp cận phân rã chức năng top-down, tiếp cận hướng đối tượng
sử dụng các thiết kế top-down lẫn bottom-up. Kỹ thuật phân rã chức năng từ trên
xuống có thể áp dụng để thiết kế các lớp riêng lẽ trong khi hệ thống cuối có thể
được xây dựng với sự trợ giúp các modun lớp sử dụng tiếp cận từ dưới lên.


Problem space Objects defined
Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng



347
in problem space during analysis

!

!


!

!







!

!

!


!
Solution specific
objects defined

!

!

!
during design
Solution space

Hình 11.5 Các tầng của các đặc tả đối tượng


V/ Các ký hiệu và đồ thò hướng đối tượng

Các ký hiệu đồ hoạ (
graphical notations
) là phần không thể thiếu của bất kỳ quá
trình thiết kế và phát triển nào, thiết kế hướng đối tượng cũng vậy. Chúng ta cần các
ký hiệu để biểu diễn các lớp, các đối tượng, các lớp con, và mối quan hệ qua lại của
chúng. Thật không may, không có các ký hiệu chuẩn để biểu diễn các đối tượng và
các tương tác ủua chúng. Mỗi tác giả và các nhà nghiên cứu đều có cách ký hiệu
riêng của mình. Dưới đây là một số ký hiệu thông dụng , từ hình 11.6 đến 11.14

1. lớp và đối tượng
2. các thể hiện của đối tượng
3. message truyền thông giữa các đối tượng
4. quan hệ kế thừa

5. quan hệ phân loại
6. quan hệ hợp thành
7. biểu đồ phân cấp thứ bậc
8. quan hệ client-server
9. các tiến trình
Classname
Classname Classname
Function 1
Chương 11
Phát triển hệ thống hướng đối tượng



348
Functions Data Data



Functions






(a) (b) (c)

Hình 11.6 Các dạng khác nhau dùng biểu diễn lớp/đối tượng



Person Class






is-a is-a is-a


John Hung Ahmed

objects

Hình 11.7 Các thể hiện của các đối tượng


Object A Object B




Hình 11.8 message truyền thông giữa các đối tượng

A
Base class
Function 2
Function 3
data