問題域部分的設計

1、第六章 問題域部分的設計1、 什么是面向?qū)ο笤O計1、 OOA與OOD的關系： 1 ）面向?qū)ο蟮脑O計就是在OOA的基礎上運用面向?qū)ο蠓椒?，主要解決與現(xiàn)實有滾得問題，目標是產(chǎn)生一個符合現(xiàn)實條件的OOD模型。與現(xiàn)實條件有關的因素有:圖形用戶系統(tǒng)、硬件、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和編輯語言等。 2 ）由于OOD以OOA模型為基礎且OOA與OOD采用一致的表示方法，這使得從OOA到OOD不存在轉換，只需做必要的修改和調(diào)整，或補充某些細節(jié)，并增加幾個與現(xiàn)實關聯(lián)的相獨立部分即可。因此OOA與OOD之間不存在分析與設計的鴻溝，二者能緊密銜接，大大降低了從OOA與OOD的難度、工作量和出錯頻率。 3 ）OOA

2、主要針對問題域，識別有關的對象以及它們之間的關系，產(chǎn)生一個映射問題域，滿足用戶需求，獨立于實現(xiàn)的OOA模型。OOD主要解決與實現(xiàn)有關的問題，基于OOA模型，針對具體的軟、硬件條件（如機器、網(wǎng)絡、OS、GUI、DBMS等）產(chǎn)生一個可實現(xiàn)的OOD模型。2、OOD模型和過程 在OOA階段只考慮問題域和系統(tǒng)操作責任，在OOD階段要考慮與具體實現(xiàn)的問題。圖6-1 OOD模型從一個側面觀察 OOD模型包括五個主要部分一個核心部分加四個外圍部分 問題域部分、人機交換部分、控制驅(qū)動部分、數(shù)據(jù)管理部分、構建及部署部分從另一側面觀察 OOD模型每個部分仍采用OOA的概念和表示方法，只是在輔助模型中要增加分別于描述

3、構件模型和部署的構件圖和部署圖。OOD過程： 設計OOD模型的五個部分 問題域部分的設計、人機交互部分的設計、控制流管理部分的設計、數(shù)據(jù)管理部分的設計、構件部署設計。前4項不強調(diào)次序，每個部分均采用與OOA一致的概念、表示法及活動，但具有自己獨特的策略。進行構件部署設計要在其前面四個部分完成后進行。2、 問題域部分的設計 對OOA結果按實現(xiàn)條件進行補充與調(diào)整就是問題域部分。進行問題域部分設計，要繼續(xù)運用OOA的方法，包括概念、表示法及一部分策略。不但 要根據(jù)實現(xiàn)條件進行OOD設計，而且由于需求變化或新發(fā)現(xiàn)了錯誤，也要對OOA的結果進行修改。本章的重點是對OOA結果進行補充與調(diào)整，要強調(diào)的是這部

4、分工作主要不是細化，但OOA未完成的細節(jié)定義要在OOD完成。 1、為復用類而增加結構2、提高性能3、增加一般類以建立共同協(xié)議4、按編程語言調(diào)整繼承5、轉化復雜關聯(lián)決定關系的實現(xiàn)方式6、調(diào)整與完善屬性7、構造及優(yōu)化算法8、決定對象間的可訪問性9、定義對象實例10、其他如下針對一些主要的情況講述如何進行問題域的設計 1、為復用類而增加結構如果在 OOA識別和定義的類是本次開發(fā)中新定義的，而且沒有可復用的資源，則需要進一步設計和編程。如果已存在一些可復用的類，而且這些類既有分析、設計時的定義，又有源程序，那么，復用這些類即可提高開發(fā)效率與質(zhì)量。 可復用的類可能只是與OOA模型中的類相似，而不是完全相

5、同對二者進行修改。1） 如果完全相同，就把可復用的類直接加到問題域，并用復用標記所復用的類。2） 如果大于，就把可復用的類直接加到問題域，并用復用標記所復用的類，所需要的累再繼承它。3） 如果大于，就把可復用的類直接加到問題域，刪除可復用類中的多余信息，并用復用標記所復用的類。4） 如果相似，按如下方法處理； 把要復用的類加到問題域，標以 “復用”。 劃掉（或標出）不用的屬性與服務。 建立從復用類到問題域原有的類之間的泛化關系。 由于問題域的類繼承了“復用”類的特征，所以有些屬性和服務不需要了應 該把它們劃掉。 考慮修改問題域原有類的結構和連接，必要時移到“復用”類。圖6-2問題域中例題2、提

6、高性能1） 調(diào)整對象的分布 把需要頻繁交換信息的對象，盡量地放在一臺處理機上。 2）增加保存中間結果的屬性或類 避免以后重復計算。 3）提高或降低系統(tǒng)的并發(fā)度，可能要人為地增加或減少主動對象。 4）合并通訊頻繁的類5）用聚合關系描述復雜類 如果一個所描述事物過于復雜，其操作也可能比較復雜，因為其中間可能要包多項工作內(nèi)容。對這種情況的處理，可考慮用聚合關系描述復雜類。6） 細化對象的分類 如果一個類的概念范疇過于大，那么它所描述的對象的實際情況可能就有若干差異。解決的一個方法就是把類劃分的更細一些，在原先較為一般的類之下定義一些針對不同具體情況的類。在每個特殊類中分別定義適合各自對象的操作。3、

7、增加一般類以建立共同協(xié)議 1）增加一個類，將所有具有相同操作和屬性的類組織在一起，提供通用的協(xié)議。 2)增加一般的類，提供局部通用的協(xié)議。 3)對相似操作的處理。 通過對特征標記做小的修改，以使他們相同，然后再把他們提升到一般類中。4 、按編程語言調(diào)整繼承 由于在OOA強調(diào)如實地反映問題域，OOD考慮實現(xiàn)問題，所用語言不支持多繼承，甚至不支持繼承。 1）對多繼承的調(diào)整 方法一：采用聚合把多繼承轉換為單繼承因為聚合和泛化是不同的概念，這種方法并不是通用的(按定義)。在大多數(shù)情況下，需要考慮形成多繼承的原因，將本來在特殊類中顯式定義的信息離出來，作為部分對象，以原來的一般類作為整體對象。 圖6-3

8、多繼承中的一個繼承換為聚合示例 圖6-4所示的模型中有一個多繼承，現(xiàn)假設編程語言不支持多繼承，僅支持單繼承。 圖6-4多繼承示例 圖6-5采用聚合的方式把多繼承轉換為單位繼承示例由于在圖6-4所示的模型是按人員身份對一本類“人員”進行分類，并形成了其下的兩個特殊類“研究生”和“教職工”，現(xiàn)在用身份作為一個類，依據(jù)它對原模型進行調(diào)整，如圖6-5所示。圖6-5用類“人員”創(chuàng)建對象的用意不變。創(chuàng)建類“研究生”的對象時，使用類“人員”和類“身份”以及自身的信息，類“教職工”也與此類似。創(chuàng)建“在職研究生”的對象時，使用類圖中的四個類的信息。 方法二：采用壓平的方式 采用這種方法，使得類“教職工”和“研究

9、生”中的一些特征要在類的“在職研究生”中重復出現(xiàn)，導致信息冗余。圖6-6采用壓平的方式把多繼承轉換為單位繼承圖6-7采用壓平和聚合的方式把繼承轉換為單位繼承2） 取消繼承方法一：把繼承結構展平圖6-8完全取消繼承示例方法二：采用聚合的方法圖6-9采用聚合的方式取消繼承3） 對多態(tài)性的調(diào)整 在繼承結構中，具有相同名字的屬性和操作，在不同的類中可以具有不同的類型和行為。這種在繼承結構中對同一命令具有不同的含義的機制，就是繼承的多態(tài)。如果編程的語言不支持多態(tài)，就需要把多態(tài)有關的屬性和操作的名字分別賦不同的含義，也即明確把他們是為不同的東西，不但如此，往往還要按實際要求，重新考慮對象的分類，并對屬性和

10、操作進行調(diào)整。 屬性“邊數(shù)”、“頂點坐標”和操作“繪圖”不能被所有的特殊繼承或不參加修改的繼承，就說明它們只能適合多邊形集合的一個子集，把這個子集定義為一個特殊的類“不規(guī)則多邊形”，并把這些屬性和操作下降到該特殊類中。這樣類“正多邊形”和“矩形”也不能繼承那些不適合自己的屬性和操作，而是要自己進行的定義。如圖6-1所示。圖6-10多態(tài)性的調(diào)整示例5、轉化復雜關聯(lián)決定關系的實現(xiàn)方式 （1）對復雜關聯(lián)的轉化 1）把多元關聯(lián)和N元關聯(lián)轉化為二元關聯(lián) 2）把多對多關聯(lián)類轉化為一對多關聯(lián)圖6-11把多對關聯(lián)轉化為一對關聯(lián) 在圖6-11中類“供需合同”設立了兩個屬性“賣方”和“買方”在實例化后分別用于記錄

11、類“供貨商”和“客戶”的對象的標識。若不僅僅需要從類“供需合同”的對象訪問其他對象，還存在著其他對象的訪問。（2）關聯(lián)的實現(xiàn)方式 對關聯(lián)進行調(diào)整后，要考慮關聯(lián)的實現(xiàn)方式。 A.聚合 決定在整體類中指出部分類時，是用部分類直接作為整體類中的屬性的數(shù)據(jù)類型，還是把部分類用作指針或?qū)ο髽俗R的基類型，再用這樣的指針或?qū)ο髽耸径x整體類的屬性。如果是組合，最好用第1種方式，否則就需要在程序中保證整體對象與部分對象的生命周期的一致性。 B.關聯(lián) 通常，通過在對象中設立指針或?qū)ο髽俗R以指向或記錄另一端的對象的方法，來實現(xiàn)關聯(lián)。如果是單向關聯(lián)，就在源端的類中設立屬性，用來標記另一端的類將來創(chuàng)建的對象。如果是雙

12、向關聯(lián)，就在兩端類中各設立屬性，用來標記對方將來創(chuàng)建的對象。如果關聯(lián)中對方類的多重性是1，那么可在本方設立一個指向?qū)Ψ綄ο蟮闹羔?，或設立一個記錄對方對象引用的屬性。 如果對方類的多重性大于1，那么可在本方設立一個指向?qū)Ψ綄ο蟮闹羔樇匣蛞眉稀?若關聯(lián)的某端有角色名，最好把其作為另一端類的屬性名，以訪問與角色名相鄰的類。 6、調(diào)整完備與屬性 按照語法： 可見性 屬性名：類型= 初始值 對屬性的定義進行完善。每一個屬性或者包含單個值，或者包含作為一個整體的密切相關的一組值。圖6-12對編輯語言不支持的屬性類型進行調(diào)整的示例 若要給出對屬性的性質(zhì)的約束，如“工齡60”或“0英語成績100”等，也

13、要看語言是否對其直接支持，否則要在算法上考慮如何實現(xiàn)。 為了維護數(shù)據(jù)的完整性，必須要考慮需要一起更新的多個相關聯(lián)的數(shù)據(jù)值。特別是，當基本的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，必須更新導出的屬性。通過下列方法可以做到這一點： 1)顯式的代碼 因為每一個導出屬性是根據(jù)一個或多個基本對象屬性定義的，更新導出屬性的一種方法是，在更新基本對象屬性的操作中插入更新導出屬性的代碼。這種附加的代碼將明確地更新依賴基本對象屬性的導出屬性，使得基本屬性與導出屬性的值同步。 2)批處理性的重計算 當基本數(shù)據(jù)以批處理的方式改變時，可能在所有的基本數(shù)值改變之后，再重新計算所有的導出屬性的值。 3)觸發(fā)器 凡是依賴基本屬性的屬性，都必須將它

14、自己向基本屬性注冊。當基本屬性的值被更新時，由專門設置的觸發(fā)器更新導出屬性的值。7、構造和優(yōu)化算法 對于需要設計的操作，要從如下幾方面進行詳細地定義： 1）按照定義操作的格式： 可見性 操作名(參數(shù)列表):返回類型 完善操作的定義。 2）從問題域的角度，根據(jù)其責任，考慮實現(xiàn)操作的算法，即對象是怎樣提供操作的。 3）若操作有前后置條件或不變式，考慮編程語言是否予以支持。若不支持，在操作的方法中要予以實現(xiàn)。 4）建議進一步地分析特定類的對象相關的所有交互圖，找出其所有與之相關的消息。一個對象所要響應的每個消息都要由該對象的操作處理，其中的一個操作也可能要使用其他操作。如果類擁有狀態(tài)圖，還可根據(jù)內(nèi)部

15、轉換以及外部轉換上的動作，設計算法的詳細邏輯。 可用自然語言或進行了一定結構化的自然語言描述算法，也可以使用程序框圖或活動圖描述算法。 在算法中還要考慮對例外和特殊情況的處理。如考慮對輸入錯誤、來自中間件或其它軟硬件的錯誤的消息以及其它例外情況的處理。 在系統(tǒng)較為復雜或需要處理大批量的數(shù)據(jù)的情況下，若系統(tǒng)在性能上有要求，就要對系統(tǒng)的體系結構和算法進行優(yōu)化。8、決定對象間的可訪問性 從類A的對象到類B的對象有4種訪問性(1)屬性可見性：B是A的一個屬性（關聯(lián)、聚合） class A ;B b;(2)參數(shù)可見性：B的對象是A的一個方法的參數(shù)（依賴） A.amethod(B b) /間接地找到一個對

16、象，并賦給b(3)局部聲明可見性：B的對象是在A的一個方法中聲明的一個局部變量（依賴） class A:amethod ; B b;(4) 全局可見性：B的對象在某種程度上全局可見（依賴）聲明B的全局實例變 量。 對于后三種情況而言，從類A到類B間存在著依賴關系，在程序運行期間A的對象與B的對象存在著臨時性的連接（臨時鏈），而第一種情況中的鏈是由從類A到類B間的關聯(lián)實例化而來的。 9、定義對象實例 在邏輯上，一個類是對一組對象的抽象描述。在物理上，一個類所創(chuàng)建的各對象，要么在內(nèi)存中，要么在外存中。在內(nèi)存中創(chuàng)建的一個對象，用一個變量記錄它的標識。在外存中的對象，可能保存在一個文件中，也可能保存在

17、一個數(shù)據(jù)庫表中。 在OOD中，根據(jù)不同的實現(xiàn)條件和實現(xiàn)策略，可以按如下的方式定義對象： 1） 用相應的類定義內(nèi)存中的全局性對象，包括靜態(tài)聲明和動態(tài)創(chuàng)建兩種方式?？梢砸淮吾槍σ粋€對象定義一個變量，也可以成批地定義對象。例如，可以定義一個數(shù)組，它的每個元素是一個對象變量，以此來成批地定義對象。 2）當系統(tǒng)需要通過從外存讀取數(shù)據(jù)來創(chuàng)建一個對象時 ，先創(chuàng)建該對象，再從外存中讀取這個對象數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)賦值給對象的相應屬性。按照一定的策略，內(nèi)存中的永久對象要保存到外存中，請參看數(shù)據(jù)管理部分。 無論那種方式，都需要在在OOD文檔中加以說明。按如下格式在類描述模板的定義對象部分進行描述：處理機：，；內(nèi)存對象：（

18、n元數(shù)組）；外存對象：；10 、其他 在OOD的問題域部分應該根據(jù)具體問題考慮使用設計模式。 在OOD的問題域部分，根據(jù)情況，還有一些其它需要考慮的問題。例如，考慮加入進行輸入數(shù)據(jù)驗證這樣的類；考慮對來自中間件或其它軟硬件的錯誤進行處理的類，以及對其它例外情況進行處理的類。 有些作法是在OOD階段不把這樣的讀寫屬性的操作放在類中，而認為這是一種約定，編程人員能理解。 有些作法也不把諸如創(chuàng)建和復制對象這樣的操作放在OOD模型中。 第7章 人機交互部分的設計1、 什么是人機交互部分人機交互部分是OOD模型的組成部分之一，突出人如何任命系統(tǒng)以及系統(tǒng)如何向用戶提交信息。設計人機交互就是要設計輸入與輸出

19、，其中包含的對象以及其間的關系構成了人機交互的模型。圖7-1設計員與用戶協(xié)作設計人機界面的工作過程把人機交互部分作為系統(tǒng)中一個獨立的組成部分，進行分析和設計，有利于隔離界面支持系統(tǒng)的變化對問題域部分的影響。二、人機交互部分的需求分析對使用系統(tǒng)的人進行分析以便設計出適合其特點的交互方式和界面表現(xiàn)形式；對人和機器的交互過程進行分析核心問題是人如何命令系統(tǒng)，以及系統(tǒng)如何向人提交信息。1、分析與系統(tǒng)交互的人人員參與者 人對界面的需求，不僅在于人機交互的內(nèi)容，而且在于他們對界面表現(xiàn)形式、風格等方面的愛好。前者是客觀需求，對誰都一樣；后者是主觀需求，因人而異。(1)列舉所有的人員參與者(2)對人員參與者進

20、行調(diào)查研究(3)區(qū)分人員類型，并了解人員的主主觀需求(4)統(tǒng)計（或估算）各類人員的比例(5) 按照一定的準則進行折中與均衡2、從用況（use case）分析人機交互 use case的構成 （1）參與者的行為和系統(tǒng)行為按時序交替出現(xiàn)，左右分明。形成交叉排列的段落。 （2）每個段落至少含有一個輸入語句或輸出語句； （3）有若干純屬參與者自身或系統(tǒng)自身的行為陳述； （4） 可能包含一些控制語句或括號。 抽取方法：刪除所有與輸入、輸出無關的語句和不再包含任何內(nèi)容的控制語句與括號，剩下的就是對一個參與者（人）使用一項系統(tǒng)功能時的人機交互描述。收款員收款（use case）輸入開始本次收款的命令； 作好

21、收款準備，應收款總數(shù) 置為0，輸出提示信息；for 顧客選購的每種商品 do 輸入商品編號； if 此種商品多于一件 then 輸入商品數(shù)量 end if； 檢索商品名稱及單價； 貨架商品數(shù)減去售出數(shù)； if 貨架商品數(shù)低于下限 then 通知供貨員請求上貨 end if； 計算本種商品總價并打印編號、 名稱、數(shù)量、單價、總價； 總價累加到應收款總數(shù)；end for； 打印應收款總數(shù)；輸入顧客交來的款數(shù)； 計算應找回的款數(shù)， 打印以上兩個數(shù)目， 收款數(shù)計入賬冊。 （a）一個use case的例子收款員收款（人機交互）輸入開始本次收款的命令； 輸出提示信息；for 顧客選購的每種商品 輸入商品編

22、號； if 此種商品多于一件 then 輸入商品數(shù)量 end if； 打印商品編號、名稱、 數(shù)量、單價、總價；end for； 打印應收款總數(shù) 輸入顧客交來的款數(shù) 打印交款數(shù)及找回款數(shù)；（b）人機交互描述 從use case提取人機交互描述圖7-2從用況提取人機交互描述的示例三、如何設計人交互部分1、設計輸入與輸出（1）設計輸入1）確定輸入設備2）設計輸入界面3）輸入步驟的細化輸入步驟的細化輸入設備的選擇輸入信息表現(xiàn)形式的選擇(命令，數(shù)據(jù))(2）設計輸出1)確定輸出設備2)確定輸出的內(nèi)容和形式3)輸出步驟的細化輸出設備的選擇輸出信息表現(xiàn)形式的選擇2、命令的組織 不受歡迎的命令組織方式：（1）一

23、條命令含有大量的參數(shù)和任選項（2）系統(tǒng)有大量命令，不加任何組織和引導命令的組織措施分解與組合（1）分解：將一條含有許多參數(shù)和選項的命令分解為若干命令步（2）組合：將基本命令組織成高層命令，從高層命令引向基本命令基本命令：使用一項獨立的系統(tǒng)功能的命令。（提取后的用況）命令步：在執(zhí)行一條基本命令的交互過程中所包含的具體輸入步驟。高層命令：如果一條命令是在另一條命令的引導下被選用的，則后者稱作前者的高層命令。（a)線性結構 （b） 樹型結構（d） 一般網(wǎng)狀結構（c） 半序網(wǎng)狀結構 圖7-3基本命令及其命令的結構圖7-4高層命令及其結構 高層命令按功能組織：如文件下有：創(chuàng)建、打開、關閉、打印、刪除等。

24、 按子系統(tǒng)組織：如文本編輯子系統(tǒng)、編譯自系統(tǒng)。 在兩個命令之間通常要輸出信息，如圖7-5所示。圖7-5a表示兩個命令步之間不存在這輸出信息結構。圖7-4b表示連個命令步之間可能存在三種輸出信息結構。第一種為反饋信息，在一個命令需要較長的時間執(zhí)行時，應該向用戶顯示當前命令的情況，給出一個進度；第二中處理結果，當前命令執(zhí)行的結果可能要向用戶顯示；第三種提示信息，即對下一步可輸入的命令的提示。圖7-5c表示兩層命令之間的更為復雜的輸出信息結構。圖7-5命令之間的輸出信息結構在建立命令樹時，應遵循如下策略：a.把使用最頻繁的命令放在前面，按照用戶的工作步驟進行排列。b.在命令中發(fā)現(xiàn)整體-部分模式，以幫

25、助對命令的組織與分塊。c.每層命令的個數(shù)應遵循7+2原則，命令的層次深度盡量要控制在三層以內(nèi)。3、 用OO概念表達所有的界面成分 1）每一種窗口對應于一個類。2)在窗口中，按照命令的邏輯層次，部署所需要的元素，如菜單、工作區(qū)和對話 框等。窗口中的部件元素對應窗口類的部分類，部分類與窗口類形成聚合關系。 3)發(fā)現(xiàn)窗口類間的共性以及部件類間的共性，定義較一般的窗口類和部件類，分別形成窗口類間以及部件 類間的泛化關系。 4)用類的屬性表示窗口或部件的靜態(tài)特征，如尺寸、位置、顏色和選項等。 5)用操作表示窗口或部件的動態(tài)特征，如選中、移動和滾屏等。有的操作要涉及到問題域中的類。6)發(fā)現(xiàn)界面類之間的聯(lián)系

26、，在其間建立關聯(lián)。必要時，進一步地繪制用戶與系統(tǒng)會話的順序圖。7)建立界面類與問題域類之間的聯(lián)系。有些界面對象要與問題域中的對象進行通訊，故要對二者之間的通訊進行設計。 在具體設計時，設計人員應該注意以下幾點： (a)人機界面只負責輸入與輸出和窗口更新這樣的工作，并把所有面向問題域部分的請求轉發(fā)給問題域部分，即在界面對象中不應該對業(yè)務邏輯進行處理。 (b)一種常見的作法是，問題域部分的對象不應該主動發(fā)起與界面部分對象之間的通訊，而只能對界面部分對象進行響應，也就是說，只有界面部分的對象才能訪問問題域部分的對象。通常把界面對象向問題域部分對象傳輸?shù)男畔⒒虬l(fā)布命令看作是“請求”，而把從問題域部分對象向界面部分對象傳輸?shù)男畔⒖醋魇恰盎貞被颉巴ㄖ薄?(c)盡量減少界面部分與問題域部分的耦合。由于界面是易變的，從易于維護和易于復用的角度出發(fā)，問題域部分和界面部分應該是低