面向?qū)ο螅眨停碳夹g(shù)軟件設(shè)計(jì)資料

1、面向?qū)ο蠹夹g(shù)軟件設(shè)計(jì) 作者：孫亮張永強(qiáng)喬世權(quán)趙金寶 摘 要：統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML是面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)的新技術(shù)。在介紹UML的基礎(chǔ)上，用UML分析設(shè)計(jì)了俄羅斯方塊。根據(jù)本游戲特點(diǎn)，側(cè)重選用了用例圖、順序圖、類圖、狀態(tài)圖進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，最后總結(jié)了UML技術(shù)的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞：面向?qū)ο蠹夹g(shù)；UML；軟件工程；俄羅斯方塊 1 引言 在20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始爆發(fā)的軟件危機(jī)，使人們認(rèn)識(shí)到大中型軟件系統(tǒng)與小型軟件有著本質(zhì)的區(qū)別：大型軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、軟件質(zhì)量難以保證、開(kāi)發(fā)生產(chǎn)率低，為了擺脫軟件危機(jī)提出了軟件工程的概念。軟件工程的目的就是要在規(guī)定的時(shí)間、開(kāi)發(fā)費(fèi)用內(nèi)開(kāi)發(fā)出滿足用戶需求的高質(zhì)量的軟件系統(tǒng)，

2、高質(zhì)量不僅是指錯(cuò)誤率低，還包括好用、易用、可移植、易維護(hù)等要求。軟件開(kāi)發(fā)有復(fù)雜性和困難性，軟件設(shè)計(jì)人員既要為自己建立設(shè)計(jì)與實(shí)踐的準(zhǔn)則，又要利用這些準(zhǔn)則構(gòu)造符合要求的軟件系統(tǒng)，因此所面臨的困難比其他涉及領(lǐng)域更多。 2 面向?qū)ο蠹夹g(shù)及統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML 為了減少軟件復(fù)雜性對(duì)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的影響，我們只能采用控制復(fù)雜性的方法，這些方法包括分解、抽象、模塊化、信息隱蔽等。而面向?qū)ο蠹夹g(shù)充分體現(xiàn)了上述思想，可以有效的提高軟件生產(chǎn)率，縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間、提高軟件質(zhì)量、是控制軟件復(fù)雜性的有效途徑。面向?qū)ο蠓椒ǖ幕舅枷胧牵簩?duì)問(wèn)題領(lǐng)域進(jìn)行自然分割，以更接近人類思維的方式建立問(wèn)題域模型，從而使設(shè)計(jì)出的軟件盡可能直接

3、描述現(xiàn)實(shí)世界，具有更好的可維護(hù)性，能適應(yīng)用戶需求的變化。 統(tǒng)一建模語(yǔ)言(UML：Unified Modeling Language)是面向?qū)ο?Object-Oriented)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)占主導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言。UML是一種基于面向?qū)ο蟮目梢暬ＵZ(yǔ)言，它提供了用圖形符號(hào)表示的模型元素，它可消除一些潛在的不必要的差異，還可通過(guò)統(tǒng)一語(yǔ)義和符號(hào)表示，使項(xiàng)目根植于一個(gè)成熟的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言，從而可以拓寬所研制與開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)的適用范圍，并提高其靈活程度。 UML定義了下列5類、共10種模型圖，主要內(nèi)容如下：第一類用例圖，它從用戶的角度描述系統(tǒng)的功能，并指出各功能的操作者。用例圖有助于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者與用戶之間

4、進(jìn)行交流，以獲取用戶需求。第二類靜態(tài)圖，包括類圖、對(duì)象圖和包圖。其中類圖用于定義系統(tǒng)中的類，包括描述類之間的聯(lián)系以及類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即類的屬性和操作；對(duì)象圖顯示類的對(duì)象實(shí)例，一個(gè)對(duì)象圖是類圖的一個(gè)實(shí)例；包圖由包或類組成，主要表示包與包、或包與類之間的關(guān)系，用于描述系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)。第三類行為圖，描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型和組成對(duì)象間的交互關(guān)系。一種是狀態(tài)圖，它描述一類對(duì)象的所有可能的狀態(tài)以及事件發(fā)生時(shí)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件；另一種是活動(dòng)圖，它描述為滿足用例要求所要進(jìn)行的活動(dòng)以及活動(dòng)間的約束關(guān)系。第四類交互圖，描述對(duì)象間的交互關(guān)系。一種稱之為順序圖，用以顯示對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)合作關(guān)系；另一種是合作圖，它著重描述對(duì)象間的

5、協(xié)作關(guān)系。第五類實(shí)現(xiàn)圖，包括構(gòu)件圖和配置圖。構(gòu)件圖描述代碼部件的物理結(jié)構(gòu)以及各部件之間的依賴關(guān)系；配置圖定義系統(tǒng)中軟硬件的物理體系結(jié)構(gòu)。這些圖為系統(tǒng)的分析、開(kāi)發(fā)提供了多種圖形表示，它們的有機(jī)結(jié)合就有可能分析與構(gòu)造一個(gè)一致的系統(tǒng)。 3 基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)UML開(kāi)發(fā)俄羅斯方塊 3.1 系統(tǒng)描述與規(guī)劃并建立用例圖 俄羅斯方塊的功能需求是，提供一個(gè)界面顯示當(dāng)前生成的方塊狀態(tài)、下落及下一個(gè)方塊，接收用戶輸入以控制下落和旋轉(zhuǎn)，調(diào)整到最佳位置，當(dāng)下落終止后判斷是否產(chǎn)生滿行，如果有滿行則消行并設(shè)置分?jǐn)?shù)，當(dāng)分?jǐn)?shù)達(dá)到一定要求時(shí)給用戶增加等級(jí)和下降速度，之后產(chǎn)生新方塊，重復(fù)執(zhí)行此操作，直到方塊無(wú)法被消去而阻止新方塊的

6、產(chǎn)生。 根據(jù)系統(tǒng)描述我們可以抽象出9個(gè)用例：用戶輸入系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)、方塊動(dòng)作、新方塊生成、消行、方塊死亡、分?jǐn)?shù)設(shè)置、等級(jí)設(shè)置、下降速度控制。抽取出兩個(gè)角色：用戶和控制系統(tǒng)。用例圖如圖1所示。 用例圖用簡(jiǎn)單的圖形符號(hào)表示出系統(tǒng)的活動(dòng)者，用例以及它們之間的聯(lián)系，準(zhǔn)確的表達(dá)了活動(dòng)者與系統(tǒng)的交互情況和系統(tǒng)所能提供的服務(wù)。在實(shí)際問(wèn)題中提取出用例是系統(tǒng)的一個(gè)基本任務(wù)，把系統(tǒng)的功能需求用用例圖清楚、準(zhǔn)確的表達(dá)出來(lái)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)象模型的分析與設(shè)計(jì)。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中要不斷的修改和完善用例模型，推動(dòng)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)不斷精化，努力達(dá)到系統(tǒng)預(yù)定目標(biāo)。 3.2 系統(tǒng)靜態(tài)分析、類圖及順序圖 系統(tǒng)分析主要是對(duì)領(lǐng)域問(wèn)題及

7、其解決方案的一個(gè)分析和設(shè)計(jì)過(guò)程，關(guān)鍵是要準(zhǔn)確找出現(xiàn)實(shí)世界的對(duì)象和類之間的關(guān)系，把他們映射成系統(tǒng)中的對(duì)象類和類之間的聯(lián)系，并加以設(shè)計(jì)和調(diào)整，最終用圖形表示出來(lái)。 本系統(tǒng)中主要類有窗口類、圖形顯示類和方塊類。窗口是操作的載體，圖形顯示是與用戶進(jìn)行交互的媒介，方塊類是操作的對(duì)象執(zhí)行具體的動(dòng)作。窗口類是整個(gè)系統(tǒng)的載體，操作顯示等都在其上完成；圖形顯示類提供了將方塊的布局及產(chǎn)生的新方塊和下一個(gè)方塊顯示給用戶，以告知用戶當(dāng)前狀態(tài)。具體的動(dòng)作是由方塊執(zhí)行，方塊接收用戶的控制消息，執(zhí)行動(dòng)作，同時(shí)刷新圖形。我們要處理的關(guān)鍵是方塊，這里方塊共7種圖形，要是建立七個(gè)單一的類，則系統(tǒng)編寫(xiě)起來(lái)會(huì)非常復(fù)雜，這時(shí)可以根據(jù)系

8、統(tǒng)的共性，得到一個(gè)基類。因?yàn)楦鞣N不同的方塊的動(dòng)作是一樣的，都有下降、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)三種動(dòng)作，同時(shí)各種方塊的組成相同，即4個(gè)小方塊，可以統(tǒng)一存儲(chǔ)。這樣我們創(chuàng)建一個(gè)虛基類，它本身不創(chuàng)建實(shí)際對(duì)象，只提供操作和存儲(chǔ)功能，不同形狀的方塊對(duì)象由各子類創(chuàng)建。創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，由子類的構(gòu)造函數(shù)給類的屬性賦值，決定了類對(duì)象的形狀。類圖和具體方塊的形狀如圖2類圖及實(shí)例對(duì)象模型所示。 在產(chǎn)生新對(duì)象時(shí)，只需創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象并把對(duì)象賦給基類對(duì)象指針，就可以用全局基類指針來(lái)控制各種動(dòng)作，而不用對(duì)各個(gè)子類單獨(dú)處理。系統(tǒng)只需對(duì)基類對(duì)象指針作移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、下降等操作，而不用關(guān)心當(dāng)前對(duì)象是那個(gè)類創(chuàng)建的。這樣操作和具體對(duì)象分離，就簡(jiǎn)化了程序的控制

9、，使全局的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化。 通過(guò)發(fā)現(xiàn)類、類對(duì)象，明確他們的含義和責(zé)任，確定屬性和操作，發(fā)現(xiàn)類之間的靜態(tài)聯(lián)系，分析對(duì)象類之間的一般與特殊關(guān)系、部分與整體關(guān)系，研究類的繼承性、多態(tài)性，調(diào)整和精化類之間的聯(lián)系，使其能更準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)的靜態(tài)特征。 順序圖表示完成某個(gè)行為的對(duì)象類和這些對(duì)象類之間所傳遞的消息的時(shí)間順序。用戶進(jìn)入系統(tǒng)后，通過(guò)鍵盤輸入對(duì)方塊做動(dòng)作控制，控制系統(tǒng)根據(jù)輸入或系統(tǒng)等待時(shí)間決定方塊的動(dòng)作，當(dāng)方塊下落到遇到障礙后，控制系統(tǒng)得到消息進(jìn)行消行、分?jǐn)?shù)設(shè)置等，見(jiàn)圖3順序圖。 3.3 動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)及狀態(tài)圖 狀態(tài)圖用于描述系統(tǒng)的行為，描述類的一個(gè)對(duì)象在其生存周期間的行為，表現(xiàn)為一個(gè)對(duì)象所經(jīng)歷的狀態(tài)

10、序列，引起狀態(tài)或活動(dòng)轉(zhuǎn)移的事件，以及因狀態(tài)或活動(dòng)轉(zhuǎn)移而伴隨的動(dòng)作，可以描述用例及整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。在對(duì)確定的對(duì)象進(jìn)行行為建模時(shí)，所選擇對(duì)象生存期中的狀態(tài)數(shù)量是有限的。對(duì)象處于每個(gè)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間也是有限的。當(dāng)發(fā)生某個(gè)事件，或完成了某個(gè)動(dòng)作或活動(dòng)的執(zhí)行，都會(huì)觸發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。首先選擇初始狀態(tài)和終結(jié)狀態(tài)，然后發(fā)現(xiàn)對(duì)象的各種狀態(tài)，確定狀態(tài)可能發(fā)生的轉(zhuǎn)移，把必要的動(dòng)作加到狀態(tài)或轉(zhuǎn)移上。根據(jù)俄羅斯方塊的系統(tǒng)描述，功能要求，分析得到系統(tǒng)的狀態(tài)圖，如圖4所示。 4 總結(jié) 利用上述方法，設(shè)計(jì)了俄羅斯方塊游戲，并用C+ Builder6.0作為開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)，如果需要添加新的方塊形狀只需新建一個(gè)類并在控制中加入新建對(duì)象的過(guò)程即可，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的可擴(kuò)充性，可維護(hù)性等。雖然游戲較小，但足可以生動(dòng)的展現(xiàn)了面向?qū)ο骍ML技術(shù)的強(qiáng)大功能，不僅能