Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++
Гради Буч
Как программисты-профессионалы мы стремимся делать свои системы полезными и работоспособными. Как инженеры-разработчики мы должны создавать сложные системы при ограниченных компьютерных и кадровых ресурсах. За последние несколько лет объектно-ориентированная технология проникла в различные разделы компьютерных наук. К ней относятся как к средству преодоления сложности, присущей многим реальным системам. Объектная модель показала себя мощной объединяющей концепцией.
Что изменилось по сравнению с первым изданием
Со времени выхода в свет первого издания книги «Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения» («Object-Oriented Design with Applications») объектно-ориентированная технология стала одной из основных при разработке программного обеспечения промышленного масштаба. Мы видим, что во всем мире объектная парадигма применяется в таких различных областях, как управление банковскими транзакциями, автоматизация кегельбанов, управление коммунальным хозяйством и исследование генов человека. Во многих случаях новые поколения операционных систем, систем управления базами данных, телефонных служб, систем авионики и мультимедиа-программ пишутся в объектно-ориентированном стиле. В большинстве таких проектов предпочли использовать объектно-ориентированную технологию просто потому, что не было другой возможности создать достаточно надежную и жизнеспособную систему.
За последние годы в сотнях проектов применяли нотацию и процесс разработки, предложенные в нашей книге [Включая мои собственные проекты. Я все же разработчик, а не методолог. Первый вопрос, который нужно задавать каждому методологу: «Используете ли вы ваши методы при разработке собственных программ?»]. В процессе собственной разработки проектов и с учетом опыта многих других, кто пожертвовал своим временем, чтобы поделиться с нами, мы нашли много способов усовершенствовать наш метод. Усовершенствование достигается за счет лучшего изложения процесса проектирования, введения семантики, которая ранее не была отражена в нашей нотации, и упрощения этой нотации там, где возможно.
За истекшее время появились многие другие методы, изложенные в работах Джекобсона (Jacobson), Румбаха (Rumbaugh), Гоада и Иордана (Goad and Yourdon), Константайна (Constantine), Шлера и Меллора (Shiaer and Mellor), Мартина и Одел-ла (Martin and Odell), Вассермана (Wasserman), Голдберга и Рубина (Goldberg and Rubin), Эмбли (Embley), Вирфс-Брока (Wirfs-Brock), Голдстейна и Алгера (Goldstein and Alger), Хендерсон-Селлерса (Henderson-Sellers), Файесмита (Firesmith) и др. Особенно интересна работа Румбаха, который отмечает, что в наших подходах больше сходства чем различий. Мы провели анализ многих из этих методов, разговаривали с разработчиками и менеджерами, которые их использовали, и, когда это было возможно, пытались сами их применять. Так как мы больше заинтересованы в реальной помощи по разработке проектов в объектно-ориентированной технологии, чем в догматическом следовании (будь то по эмоциональным или историческим причинам) нашим идеям, мы пытались включить все лучшее, что нашли в новых методах, в нашу собственную работу. Мы с благодарностью отмечаем фундаментальный и уникальный вклад каждого из этих лиц в данную область.
Индустрии программных средств и объектно-ориентированной технологии полезно было бы иметь, в частности, стандартную систему обозначений. Поэтому в данном издании представлена унифицированная система обозначений, в которой, где возможно, устранены косметические различия между нашей нотацией и другими, особенно Джекобсона и Румбаха. Как и раньше, чтобы обеспечить ее неограниченное использование, система обозначений сделана общедоступным продуктом (public domain).
Цели, аудитория и структура этого издания остаются теми же, что и в первом. Однако, есть пять существенных различий между вторым и первым изданиями.
Во-первых, глава 5 была расширена с тем, чтобы изложить унифицированную систему обозначений значительно подробнее. Чтобы сделать ее более понятной, были явно разделены существенные и дополнительные элементы обозначений. Кроме того, особое внимание уделено взаимному согласованию разных представлений в этой системе.
Во-вторых, значительно расширены главы 6 и 7, в которых рассматривается практика объектно-ориентированного анализа и проектирования. Мы даже сменили в этом издании заглавие книги, отразив тот факт, что наш метод объединяет анализ и проектирование.
В-третьих, мы решили приводить примеры всех программных текстов в основной части книги на одном языке, а именно на C++. Этот язык быстро становится фактическим стандартом для многих областей, кроме того, большинство профессиональных разработчиков, «сочиняющих» на других языках, могут «читать» на C++. Это не значит, что мы считаем другие языки - такие, как Smalltalk, CLOS, Ada или Eiffel - менее важными. Главная цель этой книги - анализ и проектирование, и так как нам нужны конкретные примеры, мы решили писать их на достаточно общем языке программирования. Где возможно, мы описываем особенности семантики других языков и их влияние на наш метод.
В-четвертых, в это издание включены несколько новых примеров приложений. Некоторые интересные идиомы и среды разработки применялись для написания целого ряда приложений и наши примеры отражают эти достижения. Например, концепция «клиент/сервер» послужила основой для одного пересмотренного прикладного примера.
Наконец, почти в каждую главу добавлены ссылки на литературу. Кроме того, мы обсуждаем новые проблемные вопросы объектно-ориентированной технологии, возникшие после выхода первого издания.
Цели
Эта книга призвана служить практическим руководством по созданию объектно-ориентированных систем. Особое внимание мы уделяем следующим целям:
- обеспечить отчетливое понимание основных концепций объектной модели;
- помочь освоить систему обозначений и процесс объектно-ориентированного анализа и проектирования;
- научить читателя практическому применению объектно-ориентированного подхода в различных предметных областях.
Изложенные здесь понятия имеют серьезное теоретическое обоснование, но эта книга прежде всего призвана удовлетворить практические потребности и интересы сообщества разработчиков программных продуктов.
Аудитория
Книга предназначена и для профессионалов, и для студентов:
Разработчику-практику мы покажем, как эффективно применять объектно-ориентированную технологию для решения реальных задач.
Если вы выступаете в роли аналитика или архитектора системы, мы поможем вам пройти путь от постановки задачи до реализации, с использованием объектно-ориентированного анализа и проектирования. Мы разовьем вашу способность отличать «хорошую» объектно-ориентированную архитектуру от «плохой» и находить правильное решение в сложном реальном мире. Возможно самое важное, что мы предлагаем - новые подходы к рассмотрению сложных систем.
Менеджеру программного проекта мы подскажем, как распределить ресурсы в команде разработчиков и снизить издержки, связанные с написанием любой сложной программной системы.
Создателю инструментальных программных средств и их пользователю мы предложим подробное изложение системы обозначений и процесса объектно-ориентированной разработки - основы CASE (computer-aided software engineering, разработка программ с помощью компьютера).
Студенту книга будет полезна, как основа, которая поможет приобрести начальные знания и навыки в искусстве создания сложных систем.
Книга может быть использована при чтении курсов для студентов и аспирантов, а также при проведении профессиональных семинаров и самостоятельном изучении. Так как она посвящена в основном методу построения программ, книга идеально подойдет для курсов проектирования программных продуктов и даст материал для дополнительных занятий по курсам объектно-ориентированных языков.
Структура
Книга делится на три большие части - «Концепции», «Метод» и «Примеры приложений» - с добавлением значительного дополнительного материала.
Концепции
Первая часть посвящена анализу сложности, присущей программным системам, в частности анализу того, как эта сложность проявляется. Мы вводим объектную модель как средство борьбы со сложностью. Мы рассматриваем основные элементы объектной модели: абстрагирование, инкапсуляцию, модульность, иерархию, типизацию, параллелизм, устойчивость. Мы задаемся такими глубинным вопросами как «Что такое класс?» и «Что такое объект?». Поскольку выявление осмысленных классов и объектов - ключевая задача объектно-ориентированного проектирования, значительное время мы уделяем вопросам классификации. В частности, мы рассматриваем подходы к классификации в других дисциплинах: биологии, лингвистике и психологии, а затем применяем полученные выводы к обнаружению классов и объектов внутри программных систем.
Метод
Вторая часть описывает метод построения сложных систем, основанный на объектной модели. Сначала мы вводим систему графических обозначений объектно-ориентированного анализа и проектирования, а затем рассматриваем процесс разработки. Мы затрагиваем и практические вопросы, в частности роль этого процесса в жизненном цикле программного продукта и его значение для управления проектами.
Примеры приложений
Заключительная часть посвящена пяти нетривиальным примерам, охватывающим широкий круг приложений: сбору данных, прикладным средам разработки, архитектуре клиент/сервер, искусственному интеллекту и управлению технической системой. Мы выбрали эти области, так как они хорошо представляют те разновидности сложных задач, с которыми может столкнуться программист. Легко можно продемонстрировать успех любых принципов на простых задачах, но поскольку мы фокусируем свое внимание на создании систем реальной жизни, нам было интереснее показать, как объектная модель доходит до сложных приложений. Некоторые читатели могут быть незнакомы со спецификой выбранного приложения, поэтому мы начинаем каждый пример с краткого обсуждения присущих ему технологических особенностей (таких, как проектирование базы данных и понятия информационной доски). Разработку программных систем нельзя свести к набору рецептов, поэтому мы подчеркиваем необходимость постепенного развития приложений на основе соблюдения ряда четких принципов и следования ясным моделям.
Дополнительный материал
В текст книги вплетен значительный дополнительный материал. В большинстве глав имеются специальные вставки (врезки), в которых содержится информация по отдельным важным темам, например, о механизмах вызова методов в различных объектно-ориентированных языках программирования. В книгу включено также приложение, посвященное объектно-ориентированным языкам, в котором рассматривается различие между объектными и объектно-ориентированными языками, их эволюция и свойства. Для тех читателей, которые незнакомы с конкретными языками программирования, мы подготовили сводку свойств нескольких основных языков с примерами кода. В книге имеется глоссарий (словарь основных терминов) и обширная тематическая библиография. Наконец, на последних страницах содержится сводка по объектно-ориентированному методу разработки и системе обозначений.
Помимо этой книги, можно порекомендовать «Сборник задач», содержащий упражнения, вопросы и проекты, которые должны оказаться полезными для семинарских занятий. «Сборник задач» («Instructor's Guide with Exercises», ISBN 0-8053-5341-0) написан Мэри Бет Россон (Mary Beth Rosson) из лаборатории Томаса Дж. Ватсона (Thomas J. Watson) корпорации IBM. Преподаватели, желающие получить эту книгу, могут обращаться за бесплатным экземпляром непосредственно в издательство Addison-Wesley Longman (aw.cse@aw.com) или к местному представителю этого издательства. Вопросы и предложения для сборника задач можно направлять по адресу: rosson@watson.ibm.com.
Приобрести инструментальные средства и пройти обучение методу Буча (Booch) можно в разных местах. За дополнительной информацией обращайтесь в компанию Rational: booch-card@rational.com. Кроме того, Addison-Wesley Longman может предоставить учебным заведениям программные средства, поддерживающие нашу нотацию.
Как пользоваться этой книгой?
Книгу можно читать от корки до корки, но можно и по-другому. Если вы нуждаетесь в глубоком понимании объектной концепции и принципов объектно-ориентированного проектирования, начните с главы 1 и следуйте далее по порядку. Если вам интересна в основном система обозначений и процесс объектно-ориентированного анализа и проектирования, начните с глав 5 и 6; менеджерам проектов, использующим этот метод, будет особенно интересна глава 7. Если вы интересуетесь практическим приложением объектно-ориентированной технологии к конкретной области, обратитесь к главам 8-12.
Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++