C++ và lập trình hướng đối tượng - Chương19

C++ và lập trình hướng đối tượng - Chương

phụ lục 6phân tích, thiết kế và lập trình hớng đối tợngĐ 1. Phân tích hớng đối tợng1.1. Giới thiệuPhân tích hệ thống không chỉ có liên quan chặt chẽ với sự xuất hiện của máy tính, mà thực tế nhu cầu phân tích đã có trớc khi máy tính xuất hiện từ nhiều thế kỷ. Khi các Vua Pharaon của Ai Cập cổ đại xây dựng các Kim Tự Tháp, thì những ngời thiết kế Kim Tự Tháp có thể đợc coi nh những nhà thiết kế hệ thống, những kiến trúc s đại tài, còn những ngời tổ chức vận chuyển nguyên vật liệu, huy động nhân công xây dựng Kim Tự Tháp, theo một nghĩa nào đó, chính là những ngời phân tích hệ thống. Từ giữa thế kỷ trớc, các nhà t bản, các doanh nghiệp muốn có lợi nhuận cao đã phải tiến hành nghiên cứu phơng pháp, cách tổ chức, phân công lao động hợp lý để cho các hệ thống sản xuất, kinh doanh hoạt động đạt hiệu quả cao hơn. Chính họ đã thực hiện phân tích những hệ thống đó để đề ra những phơng pháp quản lý, cách tổ chức mới, tốt hơn.Cùng với sự phát triển của công nghiệp điện tử, giá thành phần cứng giảm nhiều, nhng giá phần mềm lại tăng. Nhất là phí tổn cho bảo trì để hệ thống đáp ứng đợc nh cầu của ngời sử dụng lại chiếm một tỷ trọng rất lớn trong tổng chi phí cho một dự án phát triển phần mềm. Điều này cho thấy vai trò của công việc phân tích hệ thống là rất quan trọng và cần thiết phải tìm ra phơng pháp tốt hơn cho việc phát triển hệ thống.Phân tích làm nhiệm vụ phân tách bài toán thành các thành phần nhỏ hơn. Trong công nghệ phần mềm thì nó còn có nghĩa là phải hiểu rõ quá trình xây dựng đặc tả yêu cầu của ngời sử dụng, nắm đợc các chức năng và cách phân rã hệ thống vật lý thành các đơn thể (module). Theo phơng pháp truyền thống thì điều đó thờng đợc thực hiện theo cách tiếp cận trên-xuống (top-down), sử dụng phơng pháp phân tích có cấu trúc. Phân tích hớng đối tợng cho phép mô tả hệ thống gần với thế giới thực hơn, xác định rõ các đối tợng, trừu tợng hoá các yêu cầu để trên cơ sở đó xây dựng đợc cấu trúc của hệ thống. Phơng pháp hớng đối tợng giải quyết đợc hố ngăn cách giữa phân tích và thiết kế hệ thống.Trong mục này chúng ta đề cập đến các bớc cần thực hiện trong phân tích hớng đối tợng (PTHĐT). Thông qua ví dụ về phân tích hệ thống th viện, chúng ta hình dung rõ hơn công việc xây dựng các đặc tả yêu cầu, mô tả đối tợng và cách xác định mối quan hệ giữa các lớp đối tợng trong hệ thống.1.2. Các bớc thực hiện trong phân tích hớng đối tợngĐể xây dựng một hệ thống phần mềm thì phải giải quyết ba vấn đề chính sau:+ Dữ liệu, lớp các đối tợng và cấu trúc của chúng.+ Những hành vi thể hiện các chức năng cục bộ, những quá trình trong hệ thống.+ Điều khiển hành vi tổng thể của hệ thống.Trong thực tế, cấu trúc dữ liệu và yêu cầu về hành vi của hệ thống thờng xuyên thay đổi. Do vậy phải phân tích kỹ bài toán, lựa chọn phơng pháp phát triển hệ thống thích hợp để cho hệ thống có tính chất mở, dễ thích nghi giúp cho công việc bảo trì hệ thống đỡ tốn kém.Ngời phân tích hệ thống là ngời có kiến thức bao quát, có kinh nghiệm trong quá trình phân tích nhiều hệ thống ứng dụng khác nhau, đồng thời phải có khả năng giao tiếp, trao đổi và hiểu đợc những ngời đầu t, thiết kế và những ngời sử dụng hệ thống.Nhiệm vụ của phân tích hệ thống là phải trả lời cho đợc câu hỏi "Hệ thống làm cái gì?" và "Tại sao?". Để xác định đợc bài toán và trả lời đợc những câu hỏi nêu trên thì ngời phân tích cũng cần phải phát hiện, tìm hiểu kỹ những hệ thống đã có hoặc đang hoạt động trong thực tế. Có thể đó cha phải là hệ thống tin học hoá. Trên cơ sở nghiên cứu những hệ thống cũ, xác định rõ yêu cầu của ngời sử dụng để quyết định xem hệ thống cần xây dựng sẽ làm cái gì và hoạt động nh thế nào. Quá trình đó đợc mô tả nh ở hình 1-1.577 578 Tìm hiểu Quyết định hệ thống cũ hệ thống mới làm cái gì?Yêu cầu của ngời sử dụngPhát hiện những Xác định rõhệ thống cũ hệ thống cầnphát triểnHình 1-1. Mức độ bao quát thế giới thựcTrong các phơng pháp truyền thống thì mô hình dòng dữ liệu đợc mô tả thông qua sơ đồ dòng dữ liệu. Các quá trình trong hệ thống đợc xác định thông qua việc phân rã chức năng top-down. Sơ đồ biến đổi trạng thái đợc sử dụng để mô tả sự biến đổi thông tin và dòng điều khiển trong hệ thống. Phơng pháp hớng đối tợng kết hợp hai phơng diện dữ liệu với quá trình, gộp chung hành vi cục bộ với dữ liệu trong một đơn vị cấu trúc. Phơng pháp phân tích hớng đối tợng cung cấp cho chúng ta công cụ đơn giản nhng đủ mạnh để xác định các đối t-ợng và xây dựng các đơn nguyên của hệ thống cần phát triển. Phân tích hớng đối tợng bao gồm các bớc sau:+ Tìm hiểu bài toán.+ Xác định rõ các đặc tả yêu cầu của ngời sử dụng, của hệ thống phần mềm.+ Xác định các đối tợng và các thuộc tính của chúng.+ Xác định các hàm mà các đối tợng sẽ phải thực hiện (hành vi của các đối tợng).+ Xác định mối quan hệ tơng tác giữa các đối tợng, các thông báo và sự truyền thông báo giữa các đối tợng.Thiết kếHình 1-2. Phân tích hớng đối tợng1.2.1. Tìm hiểu kỹ bài toánNhiệm vụ đầu tiên của quá trình phân tích là phải tìm hiểu kỹ bài toán ứng dụng. Ngời phân tích phải gặp gỡ, trao đổi với những ngời đầu t, những ngời sử dụng để biết rõ về chức năng, nhiệm vụ của hệ thống cần phát triển. Đồng thời ngời phân tích phải tìm hiểu, phát hiện những hệ thống cũ đã hoặc đang giải quyết những vấn đề tơng tự nh những vấn dề mà hệ thống cần xử lý. Dựa vào những kinh nghiệm, kết quả phân tích những hệ thống cũ, những công việ mà hàng ngàyphải thực hiện để xác định chính xác bài toán. Trên cơ sở đó làm rõ hơn những yêu cầu của bài toán và định nghĩa lại theo quan điểm của các kỹ s phầm mềm để đảm bảo đa ra đợc lời giải tin học (hệ thống thực hiện đợc trên máy tính). Các khẳng định về bài toán phải đơn giản và rõ ràng, mạch lạc về văn phạm. Điều này giúp cho các kỹ s phần mềm có điều kiện tập chung nhiều hơn vào việc xây dựng lời giải cho bài toán. Dựa trên những khẳng định của bài toán để xây dựng các đặc tả yêu cầu của ngời sử dụng lẫn của cả hệ thống phần mềm.Xây dựng các đặc tả yêu cầuĐịnh nghĩa bài toánXác định các lớp đối tợngXác địnhcác hàmMối quan hệ giữa các đối tợng579 580 1.2.2. Xây dựng các đặc tả yêu cầuKhi đã định nghĩa rõ bài toán thì bớc tiếp theo là phải tìm hiểu xem hệ thống dự kiến sẽ yêu cầu làm cái gì? Điều quan trọng ở đây là phải xây dựng đợc danh sách các yêu cầu của ngời sử dụng. Rõ ràng là ở đây cần có sự trao đổi, hiểu biết giữa ngời sử dụng và ngời phát triển hệ thống về những điều mà họ mong muốn. Dựa trên những yêu cầu của ngời sử dụng, ngời phát triển đa ra các đặc tả cho hệ thống. Ngời xây dựng hệ thống phải trả lời đợc các câu hỏi:+ Đầu ra (output) của hệ thống là cái gì?+ Hệ thống sẽ phải làm cái gì để có kết quả mong muốn, nghĩa là phải xử lý cái gì?+ Đầu vào (input) của hệ thống là cái gì?+ Những tài nguyên mà hệ thống yêu cầu là cái gì?Phải hiểu rõ nguồn gốc, các dạng thông tin cần cung cấp cho hệ thống hoạt động. Hệ thống sẽ giải quyết vấn đề gì, những kết quả cần phải có là gì. Xác định đợc mối quan hệ giữa đầu vào/ra (input/output), nghĩa là xác định đợc những khẳng định về mối quan hệ giữa tiền điều kiện và hậu điều kiện cho các quá trình trong hệ thống.Các đặc tả chi tiết phục vụ cho việc xây dựng và trắc nghiệm hệ thống để kiểm tra xem những nhiệm vụ đặt ra có đợc hoàn thành hay không.1.2.3. Xác định các đối tợngThông thờng các đối tợng sẽ đợc xác định thông qua các thực thể trong thế giới thực và đợc trừu tợng hoá thành các đối tợng trừu tợng. Để xác định các đối tợng chúng ta có thể sử dụng một trong những công cụ sau:1. Sơ đồ dòng dữ liệu2. Phân tích văn bản.Sơ đồ dòng dữ liệu:Sơ đồ dòng dữ liệu là mô hình hệ thống cho cả dữ liệu lẫn quá trình. Thông tin lấy từ các nguồn dữ liệu, đợc chuyển đến cho một hay nhiều quá trình xử lý và ngợc lại, một quá trình khi nhận đủ thông tin vào (input) thì bắt đầu thực hiện, xử lý thông tin và cho các kết quả (output) và chúng đợc gửi tới các kho dữ liệu. Trong sơ đồ dòng dữ liệu, một quá trình sẽ đợc thực hiện khi có đủ các thông tin đầu vào (theo các đờng có mũi tên dẫn đến quá trình đó).Trong sơ đồ, hình tròn hoặc ellipse đợc sử dụng để biểu diễn cho một quá trình, trong hình có tên gọi của quá trình. Tên gọi cho một quá trình phải là duy nhất và bao giờ cũng phải bắt đầu bằng động từ kết hợp với bổ ngữ nh: "Xử lý đơn hàng", "Ghi nhận nguồn hàng" v.v . Ví dụ:Đơn đặt hàng Xử lý Chỉ thịđơn hàngChức năng quan trọng của quá trình là xử lý dữ liệu, biến đổi thông tin. Dòng dữ liệu đợc biểu diễn bằng đờng thẳng có mũi tên làm nhiệm vụ chuyển tải thông tin vào hoặc ra khỏi một quá trình. Mũi tên chỉ hớng của dòng thông tin. Lu ý là ở đây chỉ nói tới sự vận chuyển thông tin logic chứ không phải thông tin ở dạng vật lý. Dòng dữ liệu đợc gắn với một tên nhng không nhất thiết phải là duy nhất. Các dòng dữ liệu, và tên đợc gắn cho nó phải chỉ ra đợc thông tin logic tơng ứng cho một quá trình. Trong sơ đồ dòng dữ liệu, các dữ liệu đợc biểu diễn bằng hình chữ nhật có chứa tên của thông tin đợcc cất giữ. Tên gắn với dữ liệu phải là danh từ. Ví dụ:KHACH_HANGbiểu diễn cho những thông tin về khách hàng đợc có tên là KHACH_HANG. Giữa dữ liệu và quá trình luôn có ít nhất một dòng dữ liệu liên kết. Đơn đặt hàng Xử lý Chỉ thịđơn hàngHình 1-3. Sơ đồ dòng dữ liệuCác quá trình đợc biểu diễn trong các ô hình tròn hoặc ellipse là các thủ tục, các hàm. Hình 1-3 mô tả sơ đồ dòng dữ liệu của hệ thống xử lý đơn hàng và vận chuyển thông tin cho công ty phát hành sách.Khách hàngKho sách581 582 Trong sơ đồ dòng dữ liệu của hệ thống thì các thực thể đợc biểu diễn trong các hình chữ nhật và các kho dữ liệu đợc biểu diễn với tên gọi đặt trong hai đờng thẳng song song. Kho dữ liệu biểu diễn cho một lợng lớn thông tin cần phải lu trữ trong một thời gian dài, thờng là trong các tệp dữ liệu để cho nhiều ngời có thể truy nhập vào. Sơ đồ dòng dữ liệu có thể sử dụng để biểu diễn quá trình xử lý thông tin trong hệ thống ở nhiều mức độ trừu tợng khác nhau. Quá trình "Xử lý đơn hàng", "Tập hợp đơn hàng" ở hình 1-4 đợc làm mịn từ quá trình "Xử lý đơn hàng" ở hình 1-3 và có thể tiếp tục đợc làm mịn thêm, mô tả những quá trình nh thanh toán, giao hàng v.v ., ở mức độ chi tiết hơn. CSDL về sáchXử lýđơn hàng CSDL về khách hàng Tập hợpđơn hàngHình 1-4. Sơ đồ dòng dữ liệu trong hệ xử lý đơn đặt hàngPhơng pháp tạo ra sơ đồ dòng dữ liệuChúng ta có thể tạo ra sơ đồ dòng dữ liệu theo một trong hai cách sau:1. Dùng sơ đồ chức năng: Sơ đồ chức năng chỉ cho chúng ta biết về chức năng và cấu trúc phân cấp công việc cần thực hiện. Một trong những nhiệm vụ đầu tiên của ngời phân tích là phân tích bài toán để xây dựng sơ đồ chức năng của hệ thống. Theo phơng pháp có cấu trúc, việc phân rã chức năng của hệ thống thành những chức năng con lại bao hàm nhiều chức năng con khác nữa sẽ cho kết quả là một sơ đồ phân cấp các chức năng của hệ thống (phân tích chức năng và cách xây dựng sơ đồ chức năng đợc đề cập kỹ trong cuốn "Phân tích, thiết kế và cài đặt hệ thông tin quản lý, Viện Tin học"). Các chức năng trong sơ đồ chức năng sẽ đợc chuyển tơng ứng sang quá trình trong sơ đồ dòng dữ liệu. Dựa vào kết quả tìm hiểu, phân tích bài toán để xác định các nguồn dữ liệu, kho dữ liệu vào/ra cho các quá trình trong sơ đồ dòng dữ liệu.2. Sử dụng sơ đồ ngữ cảnh: Sơ đồ ngữ cảnh thờng đợc sử dụng ở giai đoạn đầu của quá trình phân tích và đợc dùng để vạch phạm vi hoạt động của hệ thống. Thông thờng sơ đồ ngữ cảnh đợc xây dựng dới dạng tựa nh sơ đồ chức năng, bao gồm một nút chính biểu diễn cho nhiệm vụ trung tâm của hệ thống, và toả ra là các tác nhân ngoài hoặc nhóm công việc có liên quan.Phân tích sơ đồ chức năng, sơ đồ ngữ cảnh và cách xây dựng sơ đồ dòng dữ liệu có thể tham khả trong cuốn "Phân tích, thiết kế và cài đặt hệ thông tin quản lý, Viện Tin học".Chúng ta có thể dựa vào định nghĩa của sơ đồ dòng dữ liệu để xác định các đối tợng. Trong sơ đồ dòng dữ liệu, những ô hình chữ nhật, ô có hai đờng thẳng song song biểu diễn cho dữ liệu, kho dữ liệu có thể đợc xem nh là các đối tợng. Lu ý rằng không có sự tơng ứng 1-1 giữa những nút biểu diễn cho dữ liệu, kho dữ liệu trong sơ đồ dòng dữ liệu với các đối tợng. Một đối tợng có thể là đại diện của một hay nhiều nút dữ liệu, kho dữ liệu trong sơ đồ dòng dữ liệu tuỳ thuộc vào ngữ cảnh của vấn đề mà nó mô tả. Ví dụ trong hình 1-4. chúng ta sẽ có ba đối tợng: SACH, DON_HANG và KHACH_HANG. Hai nút: kho dữ liệu "CSDL về sách" với nút dữ liệu "Các kho sách" cùng đại diện cho đối tợng SACH vì cùng quản lý những thông tin về sách; đối tợng DON_HANG đợc xác định từ nút "Đơn đặt sách" còn KHACH_HANG đợc xác định từ nút "CSDL về khách hàng".Phân tích văn bản:Cách thực hiện thứ hai là dựa trên mô tả bằng văn bản của bài toán hoặc lời giải để phân tích. Văn bản mô tả có thể gồm có một hay nhiều câu, một hay nhiều đoạn, chơng, phần, tuỳ thuộc vào mức độ phức tạp của bài toán. Trong đó các đối tợng thờng đợc mô tả bằng các danh từ. Danh từ thờng đợc phân loại thành danh từ riêng, danh Đơn đặt sáchCác kho sách583 584 từ chung, và các danh từ trừu tợng hoặc danh từ chỉ đại lợng.Điều quan trọng cần lu ý khi phân tích là phải dựa vào ngữ nghĩa và ngữ cảnh để phân loại danh từ. Một từ có thể là danh từ chung trong ngữ cảnh này song nó cũng có thể là danh từ trừu tợng hoặc danh từ chỉ đại lợng trong ngữ cảnh khác. Cũng cần lu ý là không phải tất cả các danh từ đều đợc dùng để biểu diễn cho những đối tợng cần thiết cho hệ thống của chúng ta.Bảng 1-1. Bảnh phân loại danh từKiểu của danh từý nghĩaVí dụDanh từ chung Xác định một lớp các thực thểÔ tô, khách hàng, học sinhDanh từ riêng Tên của một đối tợng xác địnhNguyễn An, IBM, BBCDanh từ trừu tợng hoặc đại lợngXác định chất lợng, đại lợng hoặc hoạt động ứng với danh từThu nhập, lơng, giao thôngTóm lại, chúng ta có thể sử dụng một trong hai công cụ trên để xác định danh sách các đối tợng của bài toán ứng dụng và sau đó tiếp tục:1. Xác định những đối tợng chỉ nằm trong không gian bài toán, không gian lời giải, và những đối tợng nằm trong không gian bài toán nhng nằm ngoài giới hạn của hệ thống phần mềm.2. Xây dựng các thuộc tính cho các đối tợng của không gian lời giải.Sau khi đã xác định đợc các đối tợng thì nhiệm vụ tiếp theo là xác định những thuộc tính mô tả các tính chất của từng lớp đối tợng. Ng-ời phân tích có thể dựa vào ba nguồn cung cấp thông tin cơ bản sau để tập hợp, xây dựng những thuộc tính cho từng lớp đối tợng:1. Từ những kinh nghiệm, tri thức của ngời phân tích hệ thống về thực tế công việc trong lĩnh vực tập trung nghiên cứu để dự đoán, xác định danh sách các thuộc tính.2. Từ những ngời sử dụng, thông qua các cuộc phỏng vấn, trao đổi và tìm hiểu bài toán cụ thể để lập danh sách các thuộc tính.3. Từ những hệ thống cũ, những bảng biểu, báo cáo và các tài liệu khoa học đợc sử dụng thờng xuyên trong lĩnh vực đang nghiên cứu để chọn lọc ra những thuộc tính cho lớp các đối tợng đã xác định.Theo cách thức đó chúng ta có thể đề xuất danh sách những thuộc tính cho các lớp SACH, DON_HANG và KHACH_HANG trong hệ quản lý kinh doanh sách đã nêu ở trên nh sau:Đối với lớp SACHTac_gia : Tên tác giả của cuốn sáchTen_sach : Tên gọi, tiêu đề của cuốn sáchNha_XB : Nhà xuất bảnNam_XB : Năm xuất bảnĐối với lớp DON_HANGSo_hieu : Số hiệu đơn đặt hàngSH_KH : Số hiệu hoặc tên khách hàngNgay_DH : Ngày đặt hàngNgay_GH : Ngày giao hàngĐối với lớp KHACH_HANGSH_KH : Số hiệu khách hàngTen_KH : Tên khách hàngDia_chi : Địa chỉ, nơi giao hàngTK_KH : Số tài khoản của khách hàng trong ngân hàngDanh sách các thuộc tính của các lớp sẽ đợc tiếp tục xem xét, bổ sung cho đầy đủ trong giai đoạn thiết kế. Cần lu ý là phải cân nhắc để đa ra đợc những thuộc tính chung nhất, với những tên gọi đặc trng cho từng lớp đối tợng.1.2.4. Xác định các hàmĐể mô tả đầy đủ, chính xác các đối tợng chúng ta cần tiếp tục xác định các hàm mô tả hành vi của chúng. Chúng ta có thể dựa vào văn bản mô tả bài toán để xác định các hàm. Thông thờng, trong các câu 585 586 mô tả thì động từ đợc dùng để chỉ một hành động, sự xuất hiện, phân loại hay cấu thành của các đối tợng.Bảng 1-2. Bảng phân loại động từCác kiểu động từý nghĩaVí dụĐộng từ chỉ hành độngĐộng từ chỉ sự xuất hiệnĐộng từ chỉ sở hữuĐộng từ chỉ sự so sánhĐộng từ chỉ trạng tháiNêu các hành độngPhân loạiCấu thànhCác phép so sánhĐiều kiện - bất biếnĐọc, viết, mua, bánLà, nằm trong v.v .Có, là một phần củaNhỏ hơn, bằng v.v .Cần, phải có mặtCác động từ chỉ hành động và so sánh giúp cho chúng ta xác định đợc các hàm, còn động từ chỉ sự xuất hiện, so sánh giúp chúng ta xây dựng đợc cấu trúc phân loại. Động từ sở hữu giúp cho việc xác định những cấu trúc cấu thành của các đối tợng. Cách thứ hai là dựa vào sơ đồ dòng dữ liệu để xác định các hàm, các chức năng đợc biểu diễn bằng các hình tròn hoặc ellipse. Ví dụ, để mô tả cho hành vi của đối tợng trong lớp KHACH_HANG chúng ta phải xây dựng các hàm xử lý những thuộc tính đã xác định ở trên nh các hàm xác định những thông tin về khách hàng: số hiệu, họ và tên, địa chỉ, tài khoản v.v .1.2.5. Xác định mối quan hệ giữa các đối tợngBớc tiếp theo là xác định mối quan hệ giữa các đối tợng, nghĩa là sự trao đổi thông tin giữa chúng. Nh chúng ta thấy, trong một hệ thống mỗi thực thể phải có quan hệ ít nhất với một thực thể khác. Chẳng hạn, trong hệ thống quản lý kinh doanh của công ty phát hành sách với sơ đồ dòng dữ liệu đã xây dựng ở hình 1-4, khách hàng muốn mua sách thì phải ghi vào đơn đặt hàng, nghĩa là đối tợng KHACH_HANG sẽ phải gửi một thông báo (đơn đặt hàng) cho đối t-ợng DON_HANG. Tơng tự, DON_HANG lại có quan hệ với SACH vì những cuốn sách sẽ đợc bán cho khách hàng khi nhận đợc các đơn đặt hàng. Quan hệ giữa các lớp đối tợng có thể có những kiểu khác nhau và đợc phân thành ba kiểu sau:1. Quan hệ một - một2. Quan hệ một - nhiều3. Quan hệ nhiều - nhiềuQuan hệ một - một: Hai lớp có quan hệ 1-1 nếu với mỗi đối tợng của lớp này có liên quan tơng ứng một đối tợng ở lớp kia và ngợc lại. Ví dụ: Hai lớp PHIEU_GHI và MAT_HANG có quan hệ 1-1. Mỗi phiếu ghi trong lớp PHIEU_GHI sẽ mô tả đúng một mặt hàng đợc quản lý trong lớp MAT_HANG. Quan hệ này đợc biểu diễn nh sau:PHIEU_GHI MAT_HANGHình 1-5. Quan hệ một - mộtQuan hệ một - nhiều: Hai lớp A và B có quan hệ một - nhiều nếu:- Với mỗi đối tợng trong lớp A có quan hệ với một hay nhiều đối tợng trong lớp B.- Mỗi đối tợng trong lớp B có quan hệ với một đối tợng của lớp A.Quan hệ một - nhiều đợc biểu diễn nh sau:A KHACH_HANGB DON_HANGHình 1-6. Quan hệ một - nhiềuLớp KHACH_HANG có quan hệ một - nhiều với lớp DON_HANG vì một khách hàng có thể đặt nhiều đơn hàng khác nhau.Quan hệ nhiều - nhiều: Hai lớp A và B có quan hệ nhều - nhiều nếu:- Mỗi đối tợng A có sự tơng ứng với nhiều đối tợng trong B.- Ngợc lại, mỗi đối tợng trong B cũng có tơng ứng với nhiều đối t-ợng trong A.Quan hệ nhiều - nhiều đợc biểu diễn nh sau:A NHA_CUNG_CAP587 588 B MAT_HANGHình 1-7. Quan hệ nhiều - nhiềuHai lớp NHA_CUNG_CAP và MAT_HANG có quan hệ nhiều - nhiều vì mỗi xí nghiệp có thể sản xuất và bán ra nhiều mặt hàng và ngợc lại, một mặt hàng cũng có thể đợc sản xuất ở nhiều nơi.Mô hình dữ liệu và những quan hệ giữa các đối tợng đợc sử dụng không chỉ nh một công cụ để phân tích, thiết kế mà còn nh một ph-ơng pháp kiểm chứng các yêu cầu của hệ thống. Những vấn đề về xây dựng mô hình dữ liệu, mô hình quan hệ và các bớc chuẩn hoá dữ liệu có thể tham khảo trong cuốn Phân tích, thiết kế và cài đặt hệ thông tin quản lý, Viện Tin học.1.3. Ví dụ1.3.1. Phát biểu bài toánTại khoa Tin học của một trờng đại học có khoảng vài trăm cuốn sách để cho các cán bộ nhân viên trong khoa mợn. Hãy xây dựng một hệ thống để quản lý trên máy tính những cuốn sách mà khoa có, những cuốn nào đang trong phòng làm việc, những cuốn nào đang có ngời mợn và ai mợn.Đây là ví dụ đơn giản, nhng cũng khá điển hình trong quá trình phân tích, thiết kế hớng đối tợng. Chúng ta cũng sẽ phân tích khả năng mở rộng, khả năng bảo trì hệ thống hớng đối tợng theo những yêu cầu mới cần mở rộng và phát triển hệ thống nhằm đáp ứng nhu cầu của ngời sử dụng.Để giải quyết bài toán đã nêu ở trên, chúng ta có thể sử dụng một trong những hệ quản trị dữ liệu phổ dụng nh FoxPro, Access v.v . ở đây chúng ta muốn thông qua ví dụ này làm rõ hơn những công việc, các bớc cần thực hiện trong quá trình phân tích hớng đối tợng.1.3.2. Phân tích hệ thốngBài toán nêu ở trên tơng đối rõ ràng. Yêu cầu xây dựng hệ thống phần mềm để quản lý các cuốn sách. Phân tích hớng đối tợng là việc lặp lại nhiều lần việc phân tích bài toán để xác định các đối tợng và xây dựng các đặc tả bài toán. Nhng phân tích hớng đối tợng còn có yếu tố tổng hợp. Việc thực hiện trừu tợng hoá những yêu cầu của ng-ời sử dụng và xác định rõ đợc các đối tợng chính cho phép tập hợp chúng để tạo ra cấu trúc hệ thống logic hỗ trợ cho giai đoạn thiết kế tiếp theo.Nhiệm vụ chính của giai đoạn phân tích là xây dựng mô hình khái niệm cho thế giới thực. Thế giới thực của chúng ta ở đây gồm những cuốn sách và bạn đọc. Những cuốn sách sẽ đợc để ở đâu đó, trong phòng làm việc hoặc đã cho ai mợn.Để hiểu rõ hơn về các thực thể và mối quan hệ của chúng trong thế giới thực mà bài toán đặt ra ở đây là sách và bạn đọc, chúng ta cần tìm hiểu kỹ về hệ thống có liên quan nh hệ thống th viện. Trên cơ sở đó, xây dựng các đặc tả yêu cầu cho bài toán.Phân tích kỹ bài toán, dựa vào văn bản mô tả bài toán chúng ta thấy có hai lớp đối tợng là: SACH và BAN_DOC. Trong các hệ thống th viện, một cuốn sách có thể đợc xác định thông các thuộc tính nh: mã số th viện, tên tác giả, tên gọi cuốn sách, nhà xuất bản, năm xuất bản v.v . Để đơn giản chúng ta có thể dùng tên tác giả để xác định cuốn sách, hoặc tên gọi cùng tên tác giả nếu nh có hai cuốn cùng tác giả, còn bạn đọc thì sẽ đợc xác định thông qua họ và tên của từng ng-ời. Ví dụ: Peter Norton là cuốn sách Cẩm nang lập trình do Peter Norton viết, là một đối tợng trong lớp SACH. Lan Anh là tên một độc giả, là một đối tợng trong lớp BAN_DOC v.v .Hệ thống phần mềm mà chúng ta xây dựng sẽ phải giải quyết các vấn đề sau:+ Lan Anh đã mợn cuốn Peter Norton.+ Hoang Trung đã mợn những cuốn sách nào?+ Ai mợn cuốn sách Peter Hendenson?+ Lan Anh trả cuốn Peter Norton. + Một cuốn sách mới đợc bổ sung.Đây chính là danh sách các yêu cầu của hệ thống.Sau khi đã xác định đợc các yêu cầu của bài toán và lớp các đối t-ợng, chúng ta thực hiện bớc tiếp theo là xác định các thuộc tính, hàm và mối quan hệ giữa các lớp đối tợng.589 590 Sách là đối tợng đã đợc xác định và đợc biểu diễn nh sau:SACHPeter Norton .Trong đó, SACH là tên gọi lớp tất cả các cuốn sách có trong th viện. Peter Norton là tên một cuốn sách, một đối tợng cụ thể. Tơng tự đối tợng bạn đọc sẽ đợc mô tả nh sau:BAN_DOCLan Anh .Trong đó, BAN_DOC là lớp các độc giả và Lan Anh là một bạn đọc, một đối tợng trong lớp đó.Trong hệ thống th viện, những cuốn sách và độc giả sẽ đợc mô tả tơng ứng là các đối tợng SACH và BAN_DOC. Bằng nhiều cách khác nhau, chúng ta phân tích và xác định đợc các thuộc tính, các hàm cho hai lớp SACH, BAN_DOC.class SACH{Attribute //Thuộc tínhTac_gia : Tác giả cuốn sách,Ten_sach : Tên gọi hoặc tiêu đề của cuốn sáchXuat_ban : Nhà, năm xuất bảnNoi_giu : Sách đã cho ai mợn hay có tại th việnFunction //HàmNhap_sach() : Nhập các thông tin về cuốn sách vào th việnCho_muon() : Xác định là sách đã cho mợnHoan_tra() : Sách đã đợc trả lại th việnDisplay() : Hiện các thông tin về cuốn sách}class BAN_DOC{Attribute //Thuộc tínhHo_ten : Họ và tên ngời mợn sách,Dia_chi : Địa chỉ, điện thoại của bạn đọcTen_sach : Tên những cuốn sách đã mợnFunction //HàmNhan_HT() : Nhập họ tên, địa chỉ của một bạn đọcMuon() : Nhập thêm những cuốn sách mới mợnTra() : Trả sách cho th việnDisplay() : Cho biết những thông tin về bạn đọc}Bây giờ chúng ta cần xác định mối quan hệ giữa hai lớp SACH và BAN_DOC. Ví dụ, Lan Anh mợn cuốn Peter Norton có thể đợc mô tả nh đồ thị sau:BAN_DOCLan Anh SACHIan GrahamHình 1-8. Lan Anh mợn cuốn sách Peter Norton Một cuốn sách có thể cho nhiều nhất một ngời mợn, ngợc lại một ngời có thể mợn nhiều cuốn sách. Do vậy BAN_DOC và SACH có quan hệ một - nhiều.BAN_DOC SACHHình 1-9. Mối quan hệ giữa độc giả và sáchTrong mô hình đồ thị của chúng ta, mối quan hệ giữa hai lớp đối tợng đợc thể hiện chi tiết hơn nh hình 1-10.591 592 BAN_DOC BAN_DOC BAN_DOC BAN_DOCLan Anh Thu Ha Van Dung Quynh LienSACH SACH SACH SACHOOD Peter Norton C++ OOAHình 1-10. Thể hiện mối quan hệ giữa hai lớp đối tợng SACH và BAN_DOCSơ đồ trên mô tả sự trao đổi thông tin giữa các lớp đối tợng. Lan Anh mợn hai cuốn Peter Norton và C++; Hoang Trung mợn cuốn OOA, cuốn sách OOD vẫn cha có ai mợn v.v .Hệ thống của chúng ta luôn hoạt động bởi vì:+ Thờng xuyên có ngời mợn sách.+ Một cuốn sách đợc trả lại hoặc đợc mua bổ sung.Dựa vào kết quả phân tích ở trên chúng ta dễ dàng xây dựng thiết kế và cài đặt hệ thống quản lý sách đơn giản nhng đáp ứng đợc yêu cầu đặt ra là quản lý đợc sách và dễ dàng sửa đổi, bổ sung khi cần thiết.Đ 2. Thiết kế hớng đối tợng2.1. Giới thiệu chungMục này sẽ mô tả phơng pháp thiết kế phần mềm dựa trên các đối tợng. Phơng pháp hớng đối tợng (HĐT) nhằm che dấu thông tin ở mức tối đa và vì vậy hỗ trợ cho việc thiết kế những hệ thống với những cặp bộ giữa các thành phần là cực tiểu nhng mức độ cố kết hệ thống lại cao hơn cách tiếp cận chức năng. Chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu các bớc cần thực hiện trong thiết kế hớng đối tợng và ví dụ mô tả cách thiết kế các lớp, xây dựng cấu trúc hệ thống trong quá trình phát triển phần mềm.Che giấu thông tin là chiến thuật thiết kế sao cho có thể giấu đợc nhiều nhất lợng thông tin ở bên trong các thành phần cơ sở của một thiết kế. Điều này có nghĩa là sự trao đổi giữa các thực thể của thiết kế là cực tiểu và vì vậy thiết kế dễ dàng thay đổi hơn. Thiết kế hớng đối tợng (TKHĐT) là phơng pháp thiết kế đợc thực hiện theo nguyên lý che giấu thông tin. Khác với cách tiếp cận truyền thống (hớng chức năng) là nó xem hệ thống phần mềm (HTPM) là tập hợp các đối tợng tơng tác với nhau. Mỗi đối tợng làm việc với trạng thái (dữ liệu) riêng của mình. Đối tợng, khái niệm cơ sở đã đợc đề cập nhiều ở các phần trớc là một thực thể có tập các thuộc tính và tập các hàm tác động trên các thuộc tính đó.Tập giá trị các thuộc tính xác định trạng thái của một đối tợng. Một đối tợng không đợc quyền truy nhập trực tiếp hoặc làm thay đổi trạng thái của đối tợng khác. Điều này dẫn đến là các đối tợng chỉ có thể trao đổi với nhau bằng các thông báo. Thông báo sẽ kích hoạt các hàm của đối tợng nhận thông tin tơng ứng. Hoạt động của cơ chế truyền thông báo giữa các đối tợng là dị bộ (không đồng bộ) vì vậy chơng trình đợc thiết kế theo hớng đối tợng có thể đợc thực hiện song song hoặc tuần tự tuỳ theo phơng pháp lập trình và những công cụ mà chúng ta thực hiện cài đặt có cho phép thực hiện song song hay không.Thiết kế hớng đối tợng là phơng pháp thiết kế hệ thống phần mềm không phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình. Nhiều đặc tính nh Che dấu, kế thừa làm cho việc thực hiện thiết kế trở nên dễ dàng hơn, đơn giản hơn. Những thiết kế này cũng có thể đợc cài đặt bằng ngôn ngữ cha có đặc tính đó nh Turbo C, hoặc Pascal, nhng tốt nhất là nên sử dụng những ngôn ngữ hớng đối tợng để cài đặt những thiết kế đợc thực hiện theo cách tiếp cận hớng đối. Nhiều ngôn ngữ lập trình hớng 593 594 đối tợng nh Eiffel, Object Pascal, Smalltalk, C++ có những đặc tính hớng đối tợng hỗ trợ cho việc mô tả và thực hiện cài đặt trực tiếp những thiết kế hớng đối tợng hiệu quả hơn.Tóm lại thiết kế hớng đối tợng có những u điểm chính sau:- Loại bỏ đợc những miền dữ liệu dùng chung thông qua cơ chế trao đổi thông tin giữa các đối tợng bằng các thông báo.- Các đối tợng đợc thiết kế là các thực thể độc lập (theo nghĩa không sử dụng dữ liệu chung), mọi thay đổi về trạng thái, bổ sung, sửa đổi các hoạt động chức năng của một đối tợng chỉ sảy ra bên trong của đối tợng đó, không ảnh hởng đến các đối tợng khác. Mọi sự thay đổi trong thiết kế, trong hệ thống phần mềm chỉ sảy ra cục bộ đối với một số đối tợng liên quan. Điều này đảm bảo hệ thống có tính dễ mở rộng và dễ thích nghi, đáp ứng đợc nhiều tính chất quan trọng của sản phẩm phần mềm.Các đối tợng có thể đợc tổ chức phân tán hoặc song song hay tuần tự theo yêu cầu của bài toán ứng dụng và khả năng kỹ thuật thực tế của dự án phát triển tin học ứng dụng.2.2. Các bớc thực hiện trong thiết kế hớng đối tợngNhiện vụ của thiết kế hớng đối tợng là xác định các đối tợng trong không gian bài toán, chuyển chúng sang không gian lời giải, xây dựng mô hình kiến trúc và mô hình tính toán cho hệ thống phần mềm. Để xây dựng kiến trúc tổng thể cho hệ thống chúng ta sử dụng cách tiếp cận dới - lên (bottom - up). Điều quan trọng là phải tạo ra đợc cấu trúc phân cấp, xác định đợc các lớp đối tợng trừu tợng và giảm thiểu đợc sự trao đổi giữa các đối tợng. ở đây chúng ta cũng đề cập đến khả năng sử dụng lại trong thiết kế, phân loại các đối tợng thành những hệ thống con trong cấu trúc phân cấp.Cách tiếp cận TKHĐT gồm các bớc sau:1. Xác định các lớp và các đối tợng, các thành phần cơ bản của lời giải.2. Xây dựng các đặc tả cho các đối tợng, các lớp và mối quan hệ giữa chúng.3. Xây dựng cấu trúc phân cấp cho các lớp.4. Thiết kế các lớp.5. Thiết kế các hàm thành phần của lớp.6. Thiết kế chơng trình chính.Xác định các đối tợng trong không gian lời giảiKhi phân tích văn bản mô tả bài toán và các yêu cầu của ngời sử dụng, chúng ta xác định đợc các thực thể, những đối tợng trong không gian bài toán. Bớc tiếp theo là phân tích kỹ các đối tợng, xác định các thuộc tính và các hàm đặc tả cho từng đối tợng. Đồng thời xác định thêm những đối tợng mới xuất hiện trong không gian lời giải. Khi xây dựng các đặc tả cho đối tợng, chúng ta phải xác định đ-ợc các thuộc tính, dữ liệu mô tả trạng thái của đối tợng và các hàm mô tả hành vi của đối tợng. Thuộc tính là miền dữ liệu riêng của lớp đối tợng, là dữ liệu cục bộ trong một lớp. Thực hiện nguyên lý che giấu thông tin, trong một lớp dữ liệu có thể tổ chức thành hai vùng: vùng sở hữu riêng, chỉ dành riêng cho những đối tợng trong cùng lớp và vùng dùng chung, cho phép những đối tợng trong các lớp có quan hệ với nhau đợc quyền sử dụng. Các hàm (nhiều sách còn gọi là thủ tục, dịch vụ, phơng thức) có thể dùng chung cho một số đối tợng. Quá trình xác định các hàm mô tả đối tợng (còn đợc gọi là hàm thành phần của lớp) đợc thực hiện nh sau:1. Nếu một hàm chỉ cần thiết cho một đối tợng thì hàm này chỉ hoạt động trong đối tợng yêu cầu.2. Nếu có hai hoặc nhiều hơn đối tợng cần yêu cầu về một hàm thì cần phải xác định vùng hoạt động riêng của hàm trong các đối tợng đó.3. Nếu có một hàm cần nhiều hơn một kiểu đối tợng (liên quan đến hai hoặc nhiều hơn các lớp đối tợng) thì hàm đó không phải là một hàm cố kết, do vậy cần phải phân tách dịch vụ đó ra thành các hàm mịn hơn.Bằng cách đó chúng ta xây dựng đợc danh sách các hàm mô tả hành vi của các đối tợng. Đồng thời chúng ta cũng loại bỏ đợc những d thừa, những thành phần phụ không cần thiết trong cấu trúc và trong các đối tợng.Sự phụ thuộc giữa các lớp595 596 [...]... hớng đối tợng đợc gọi chung là ngôn ngữ hớng đối tợng Dựa vào khả năng đáp ứng các khái niệm về hớng đối tợng, chúng ta có thể chia ra làm hai loại: 1 Ngôn ngữ lập trình dựa trên đối tợng (object - based) 2 Ngôn ngữ lập trình hớng đối tợng (object - oriented) Lập trình dựa trên đối tợng là kiểu lập trình hỗ trợ chính cho việc bao gói, che giấu thông tin và định danh các đối tợng Lập trình dựa trên đối. .. liệu + Cơ chế che giấu và truy nhập dữ liệu + Tự động tạo lập và xoá bỏ các đối tợng + Phép toán tải bội Ngôn ngữ hỗ trợ cho kiểu lập trình trên đợc gọi là ngôn ngữ lập trình dựa trên đối tợng Ngôn ngữ trong lớp này không hỗ trợ cho việc thực hiện kế thừa và liên kết động Ada là ngôn ngữ lập trình dựa trên đối tợng Lập trình hớng đối tợng là kiểu lập trình dựa trên đối tợng và6 29 bổ sung thêm nhiều... bọc, che giấu và không cho phép các hàm ngoại lai truy nhập tự do 6 Các đối tợng trao đổi với nhau thông qua các hàm 7 Dữ liệu và các hàm mới có thể dễ dàng bổ sung vào đối tợng nào đó khi cần thiết 8 Chơng trình đợc thiết kế theo cách tiếp cận bottom-up (dới-lên) Lập trình hớng đối tợng là khái niệm mới và đợc hiểu rất khác nhau đối với nhiều ngời ở đây chúng ta có thể hiểu lập trình hớng đối tợng là... đợc gọi là các đối tợng và sau đó xây dựng các dữ liệu cùng với các hàm xung quanh các đối tợng đó Tổ chức dữ liệu và hàm trong các chơng trình hớng đối tợng đợc mô tả nh trong hình 3-3 Đối tợng A Đối tợng B Dữ liệu Dữ liệu Hàm Hàm Đối tợng C Dữ liệu Hàm Hình 3-3 Tổ chức dữ liệu và hàm trong chơng trình HĐT Dữ liệu của một đối tợng chỉ có thể đợc truy nhập bởi chính các hàm xác định trong đối tợng đó... ngữ hớng đối tợng Lập trình hớng đối tợng không là đặc quyền của một ngôn ngữ nào đặc biệt Cũng giống nh lập trình có cấu trúc, những khái niệm trong lập trình hớng đối tợng có thể cài đặt trong những ngôn ngữ lập trình nh C hoặc Pascal Tuy nhiên, đối với những chơng trình lớn, phức hợp thì vấn đề lập trình sẽ trở nên phức tạp, nếu sử dụng những ngôn ngữ không phải là ngôn ngữ hớng đối tợng thì phải... đợc khai báo và sẽ bị huỷ bỏ khi chơng trình ra khỏi miền xác định của đối tợng đó Sự trao đổi thông tin chỉ có thể thực hiện trong thời gian đối tợng tồn tại Các u điểm của lập trình hớng đối tợng Nh trên chúng ta đã phân tích, lập trình hớng đối tợng đem lại một số lợi thế cho cả ngời thiết kế lẫn ngời lập trình Cách tiếp cận hớng đối tợng giải quyết đợc nhiều vấn đề tồn tại trong quá trình phát triển... sẽ đợc định nghĩa lại khi các đối tợng tơng ứng đợc xác định Khi thực hiện, ví dụ nh khi vẽ một hình tròn, đoạn chơng trình ứng với hàm VE() hình tròn đợc gọi ra để thực hiện Truyền thông báo Chơng trình hớng đối tợng (đợc thiết kế và lập trình theo hớng đối tợng) bao gồm một tập các đối tợng và mối quan hệ giữa các đối tợng với nhau Vì vậy, lập trình trong ngôn ngữ hớng đối tợng bao gồm các bớc sau:... các đối tợng sẽ trao đổi với nhau bằng cách gửi hay nhận thông báo Ví dụ BAN_DOC và CHO_MUON là hai đối tợng trong hệ thống th viện, đối tợng BAN_DOC có thể gửi một thông báo (bằng phiếu yêu cầu chẳng hạn) cho đối tợng CHO_MUON yêu cầu mợn cuốn "Lập trình hớng đối tợng với c++" Mỗi đối tợng có dữ liệu và các hàm để xử lý dữ liệu đó Các đối tợng trao đổi với nhau mà không cần biết chi tiết về dữ liệu và. .. tợng Trong mục này chúng ta tiếp tục nghiên cứu về phơng pháp lập trình hớng đối tợng Lập trình hớng đối tợng đặt trọng tâm vào đối tợng, yếu tố quan trọng trong quá trình phát triển chơng trình và nó không cho phép dữ liệu chuyển động tự do trong hệ thống Dữ liệu đợc gắn chặt với từng hàm thành các vùng riêng mà các hàm đó tác động lên và nó đợc bảo vệ cấm các hàm bên ngoài không đợc truy nhập một... đợc những đoạn chơng trình lặp lại, d thừa trong quá trình mô tả các lớpp và mở rộng khả năng sử dụng các lớp đã đợc xây dựng 2 Chơng trình đợc xây dựng từ những đơn thể (đối tợng) trao đổi với nhau nên việc thiết kế và lập trình sẽ đợc thực hiện theo quy trình nhất định chứ không phải dựa vào kinh nghiệm và kỹ thuật nh trớc Điều này đảm bảo rút ngắn đợc thời gian xây dựng hệ thống và tăng năng suất lao . MAT_HANGHình 1-5 . Quan hệ một - mộtQuan hệ một - nhiều: Hai lớp A và B có quan hệ một - nhiều nếu :- Với mỗi đối tợng trong lớp A có quan hệ với một hay nhiều đối. hàm và chơng trình chính, chúng ta nên sử dụng ngôn ngữ lập trình sẽ đợc chọn để cài đặt (tốt nhất là chọn ngôn ngữ lập trình hớng đối tợng nh C++) để