МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» А. А. Сорокин ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ (Курс лекций) Направление подготовки 210700.62 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи Профиль подготовки «Сети связи и системы коммутаций» Бакалавриат Ставрополь 2014 1 УДК 681.3.06(075.8) ББК 32.973-018.1 я73 С 65 Печатается по решению редакционно-издательского совета Северо-Кавказского федерального университета С 65 Сорокин А. А. <...> УДК 681.3.06(075.8) ББК 32.973-018.1 я73 Рецензенты: д-р техн. наук, профессор И. А. Калмыков, д-р экон. наук, профессор А. С. Мараховский © ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский Федеральный университет», 2014 2 ПРЕДИСЛОВИЕ Объектно-ориентированный подход в последнее десятилетие стал одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений в программировании и наиболее популярным средством разработки программного обеспечения. <...> Объектно-ориентированное проектирование программ или просто объектно-ориентированное программирование (ООП) представляет собой качественно новый шаг в развитии современных методов программирования. <...> Наиболее распространенным объектно-ориентированным языком программирования является язык C++ [1, 6, 8]. <...> Например, с 1995 г. стал широко распространяться объектно-ориентированный язык програм3 мирования Java, ориентированный на сети компьютеров и, прежде всего, на Internet. <...> В настоящее время компанией Microsoft разрабатывается новый объектно-ориентированный язык C# (C Sharp), который во многом базируется на языке С++ и также ориентирован на разработку Internet-приложений. <...> В результате объединения усилий первых трех авторов появился на свет унифицированный язык моделирования UML [2,5,7,9], который в 1997 г. был принят в качестве стандарта консорциумом Object Management Group и получил широкое распространение в сфере производства программного <...>
Объектно-ориентированное_программирование_.pdf
УДК 681.3.06(075.8)
ББК 32.973-018.1 я73
С 65
Печатается по решению
редакционно-издательского совета
Северо-Кавказского федерального
университета
С 65
Сорокин А. А.
Объектно-ориентированное программирование: учебное
пособие (курс лекций). – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2014. –
174 с.
Пособие разработано в соответствии с учебной программой
и ГОС ВПО, а также с учетом современных требований к подготовке
специалистов высших учебных заведений в связи с широкой
информатизацией различных отраслей производства, управления,
экономики и образования. Пособие охватывает широкий круг вопросов,
связанных с разработкой программных систем, в нем рассмотрена
технология объектно-ориентированного программирования
(ООП).
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению
210700.62 – Инфокоммуникационные технологии и системы
связи, а также студентов, аспирантов и магистрантов соответствующих
специальностей.
УДК 681.3.06(075.8)
ББК 32.973-018.1 я73
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор И. А. Калмыков,
д-р экон. наук, профессор А. С. Мараховский
© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский
Федеральный университет», 2014
2
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ…………………………………………………... 3
ЛЕКЦИИ………………………………………………………..….. 6
1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА……….…… 6
1.1. Эволюция разработки программного обеспечения……..… 6
1.2. Сложность программного обеспечения……………….…… 8
1.3. Структурный подход к программированию………….…… 13
1.4. Проблемы программного обеспечения…………………..… 15
1.5. Основания объектно-ориентированного подхода
к программированию……………………………………….……. 16
1.6. Основные концепции объектно-ориентированного
подхода к программированию……………………………….…. 19
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ………………….………... 24
2.1. Определение проекта и проектирования………………..… 24
2.2. Основные особенности и проблемы программных
проектов……………………………………………………….…… 25
2.3. Жизненный цикл программного обеспечения……….……. 26
2.4. Стандарты, регламентирующие жизненный цикл…..……. 30
2.5. Общие принципы проектирования систем……………...….. 31
2.6. Понятие архитектуры программного обеспечения………..
34
2.7. Архитектурные представления………………………….….. 34
2.8. Объектная модель………………………………………..…… 35
3. ОБЪЕКТНАЯ МОДЕЛЬ………………………………….……. 39
3.1. Абстрагирование…………………………………….…….…. 39
3.2. Инкапсуляция……………………………………………..….. 45
3.3. Модульность…………………………………………….….… 48
3.4. Иерархичность……………………………………………..…. 52
3.5. Типизация…………………………………………………..…. 55
3.6. Параллелизм………………………………………………..…. 58
3.7. Сохраняемость……………………………………………..…. 58
4. ПОНЯТИЕ ОБЪЕКТА……………………………………….… 60
4.1. Реальные системы как системы взаимодействия объектов
60
4.2. Состояние объекта…………………………………………… 66
4.3. Идентификация объекта…………………………………….. 69
4.4. Поведение объекта…………………………………………... 74
171
Стр.171
4.5. Интерфейс объекта…………………………………………... 78
4.6. Время жизни объекта………………………………………... 79
4.7. Композиция объектов………………………………….…….. 83
4.8. Отношения между объектами………………………….……. 84
5. КЛАССЫ………………………………………………….…….. 88
5.1. Ассоциация……………………………………………….…... 92
5.2. Агрегация…………………………………………………….. 93
5.3. Обобщение…………………………………………………… 94
5.3.1. Наследственная иерархия………………………………… 94
5.3.2. Наследование и типизация………………………………..
98
5.3.3. Множественное наследование……………………………. 102
5.4. Зависимость………………………………………………….. 104
5.5. Инстанцирование…………………………………………….. 105
5.6. Переменные и операции класса…………………………….. 107
5.7. Интерфейсы……………………………………………….….. 109
5.8. Группирование классов……………………………………..
5.9. Объектно-ориентированный анализ………………………..
110
111
6. УНИФИЦИРОВАННЫЙ ЯЗЫК
МОДЕЛИРОВАНИЯ (UML)………………………………….….. 117
6.1. Определение и история создания языка UML……………..
6.2. Состав диаграмм UML
117
118
6.3. Варианты использования и диаграммы вариантов
использования…………………………………………………….. 118
6.4. Диаграммы взаимодействия………………………………… 120
6.5. Диаграммы классов………………………………………….. 121
6.6. Диаграммы состояний………………………………………. 121
6.7. Диаграммы деятельности…………………………………… 123
6.8. Диаграммы компонентов и диаграммы размещения……… 124
6.9. Общие механизмы: стереотипы, примечания, ограничения 124
6.10. Понятие образца и способ его описания…………………. 125
7. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЯЗЫКА UML………………. 127
7.1. Диаграмма классов…………………………………………... 127
7.2. Диаграмма объектов…………………………………………. 133
7.3. Диаграммы взаимодействий………………………………… 134
7.4. Диаграмма состояний……………………………………….. 138
7.5. Диаграмма деятельности……………………………………. 144
8. АНАЛИЗ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ…………………………... 148
172
Стр.172
8.1. Архитектурный анализ ……………………………………... 148
8.2. Анализ вариантов использования…………………………. 149
8.3. Проектирование архитектуры системы…………………… 151
8.4. Подсистемы и интерфейсы…………………………………. 151
8.5. Формирование архитектурных уровней…………………..
8.6. Проектирование структуры потоков управления………… 152
8.7. Проектирование конфигурации системы…………………..
152
153
8.8. Проектирование классов……………………………………. 153
8.9. Проектирование баз данных………………………………… 155
9. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ
И СПЕЦИФИКАЦИЯ ТРЕБОВАНИЙ К ПРОГРАММНОМУ
ОБЕСПЕЧЕНИЮ…………………………………………………. 158
9.1. Модель Business Use Case…………………………………… 158
9.2. Модель бизнес-анализа……………………………………… 159
9.3. Определение требований к системе. Варианты
использования…………………………………………………….. 160
10. ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ………………………………………………...… 161
10.1. Технология создания программного обеспечения……… 161
10.2. Rational Unified Process (RUP)……………………………... 162
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА…………...……………….. 169
173
Стр.173