數據庫系統設計中面向對象技術的應用

數據庫系統設計中面向對象技術的應用

摘 要：基于面向對象技術的基本思想和開發過程，介紹了面向對象技術的實現方法。結合具體實例對面向對象技術在數據庫系統結構設計和詳細設計中的應用進行了詳細的探討，利用面向對象的數據庫系統分析和設計方法，使用UML工具建立了具體的對象模型，給出了一種比較通用的數據庫系統開發模式。使用該模式設計的系統重用性好，且易于維護，從而有效提高了數據庫系統的開發質量。
關鍵詞：面向對象技術  數據庫系統設計  對象模型
        1 面向對象的有關基本概念
        1.1 對象(Object)、方法(Method)及消息(Message)
        客觀世界的問題都是由客觀世界中的實體及其相互之間的關系構成的。我們將客觀世界中的實體抽象為問題空間中的對象。由于我們需要解決的問題不同，我們面向的對象也就不同，因此對象是不固定的。一本書可以是一個對象，一家圖書館也可以是一個對象。從動態的觀點看，對象及其操作就是對象的行為，一個對象的通常定義是:對象是對一組信息及其上面的操作的描述。
        私有數據結構和處理，這些處理又稱為操作(Operation)或方法(Method)，包括控制和過程。其中私有數據表示了對象的狀態，該狀態只能由私有操作來改變，每當需要改變對象的狀態時，只能由其它對象向該對象發送消息。
        消息是用來請求對象執行某一操作或回答某些信息的要求，消息統一了數據流和控制流，程序的執行是靠在對象間傳遞消息來完成的。表示消息的形式是消息模式。對同一消息模式的不同消息，同一對象所作的解釋和處理都相同，但是會由于對象狀態的不同而導致操作結果不同。一個消息模式定義對象的一種處理能力，所有消息模式及相應于消息模式的處理能力，定義了對象的外部特征。
        1.2 類(Class)、實例(Instance)、繼承性(Inheritance)
        在客觀世界中，有許多具有相同特征的事物，如:小轎車、大客車、卡車等，可以歸類為機動車。從對象觀點看，具有共同的屬性、共同的操作性質的對象的集合就是類，而單個對象則是對應類的一個實例。例如:書是一個類，而某一本具體的書如《面向對象的分析》則是該類的一個實例，任何一個對象都是某一個類的實例，并繼承該類定義的私有數據和操作。這就是繼承性，一個類實質上定義的是一種對象類型。
        類構成層次結構，相對上層的是超類，相對下層是子類，子類在繼承超類的私有數據結構及操作的同時可以擁有自有的私有數據結構及操作。如果一個子類只有一個超類，則稱為單繼承性，這時該類共享多個超類的屬性及操作。
        類和繼承性是現代軟件工程中的重要概念，軟件的可重用性、程序成分的可重用性是通過繼承類中的屬性和操作而實現的。許多工業觀察有相信可重用軟件不是通過建立傳統的過程序(子程序庫)，而是通過建立"類庫"實現的。
        1.3封裝性(Encapsulation)
        對象的封裝性體現在以下幾個方面:
        對象具有清楚的邊界:對象的內部軟件(數據結構及操作)的范圍，限定在這個邊界之內；對象具有統一的外部接口:對象的接口(消息模式)描述該對象與其他對象間的相互作用；對象的內部實現是不公開的:對象的實現給出了對象提供的功能細節，外部對象是不能訪問這個功能細節的。
        信息隱蔽是軟件開發過程中強調的一個重要概念，對象的封裝性很好地體現了這一概念。這就便利得用面向對象技術所開發設計的軟件的可維護性大為改善，這也是軟件技術追求的目標之一。        2 面向對象技術在數據庫設計過程中的應用
        面向對象技術在數據庫系統中的一個重要應用是面向對象數據庫系統的研究，隨著數據庫應用領域的擴大，新的應用領域，例如計算機輔助設計、計算機輔助軟件工程、超文本應用等提出了模擬復雜對象、模擬對象的復雜行為等新需求。傳統的關系數據庫難以滿足這些需求，應用的發展推動了數據庫新技術的研究，面向對象的數據庫系統應運而生。
        面向對象技術在數據庫系統中的另一個重要應用是面向對象的數據庫應用開發工具的研究。隨著客戶機/服務器體系結構的發展，以及對全企業范圍數據庫應用系統的需求。傳統的關系數據庫的應用開發人員對數據庫應用開發工具提出了新的要求，要求它們支持圖形化用戶界面(GUI)開發、軟件部件重用、開發組的工作方式、應用系統的可伸縮性、可擴充性等。與這些要求相呼應，數據庫廠商和工具開發商將面向對象技術應用到關系數據庫應用開發工具中，推出了面向對象的數據庫應用開發工具，并投入市場，為在關系數據庫系統的應用開發中采用面向對象技術提供了有力的支持。
        數據庫管理系統的開發過程包括需求分析和系統設計兩個階段，在完成了需求分析后要進行數據庫的設計，數據庫設計的好壞直接關系到系統后期的開發。傳統需求分析使用數據流圖，而數據庫設計使用E-R模型，需求分析者和數據庫設計者在運用和理解上很難達成一致。如果在需求分析階段采用面向對象的分析方法，數據庫設計也采用面向對象的設計方法，則需求分析階段的對象模型可以很自然地轉化為數據庫的結構。使用支持對象技術的統一建模語言(unifiedmodelinglanguage，UML)可以很好的解決數據庫設計中的問題，UML語言描述真實世界中的對象和它們之間的關系，支持應用的開發。UML目前已經成為面向對象技術中的標準建模語言，包括了3大類共9種不同的、相互聯系的圖：靜態圖(用例圖、類圖、對象圖)、動態圖(活動圖、協作圖、順序圖、狀態圖)以及結構圖(組件圖、配置圖)，分別描述一個軟件系統的外部功能結構、內部靜態與動態結構以及程序代碼的物理結構。化方法相比，在面向對象方法中雖然難以掌握深層的抽象分析，但是由于它在需求分析和系統設計階段采用一致的方法能更有效地進行系統模塊設計并使軟件變得可以重用，因此成為了軟件工程中流行的技術。
        總之，隨著科學技術不斷進步和經濟不斷發展，面向對象技術在當今軟件開發中的運用越來越廣泛，面向對象技術中使用UML語言對于數據庫系統的設計具有非常重要的作用。運用UML語言能詳細描述數據庫系統的外部功能結構、內部靜態結構、動態結構以及程序代碼的物理結構，采用面向對象的成熟技術提高了數據庫系統設計的效率和質量，提高了數據庫系統軟件開發的可重用性和可維護性。 
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