軟件工程第11章面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)

1、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)設(shè)計(jì)是把分析階段得到的需求轉(zhuǎn)變成符合成本和質(zhì)量要求的、抽象的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案的過程。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)可再細(xì)分為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和對(duì)象設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的策略和目標(biāo)系統(tǒng)的高層結(jié)構(gòu)。對(duì)象設(shè)計(jì)確定解空間中的類、關(guān)聯(lián)、接口形式及實(shí)現(xiàn)服務(wù)的算法。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的準(zhǔn)則模塊化：對(duì)象就是模塊模塊化：對(duì)象就是模塊對(duì)象就是模塊，它是把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作這些數(shù)據(jù)的方法緊密地結(jié)合在一起所構(gòu)成的模塊。抽象：抽象：面向?qū)ο蠓椒ú粌H支持過程抽象，而且支持?jǐn)?shù)據(jù)抽象。類實(shí)際上是一種抽象數(shù)據(jù)類型。它對(duì)外開放的公共接口構(gòu)成了類的規(guī)格說(shuō)明。這種接口規(guī)定了外界可以使用的合法操作，使用者通過這些操作使用類中定義的數(shù)據(jù)。某些面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)

2、計(jì)語(yǔ)言還支持參數(shù)化抽象，即當(dāng)描述類的規(guī)格說(shuō)明時(shí)并不具體指定所要操作的數(shù)據(jù)類型，而是把數(shù)據(jù)類型作為參數(shù)。信息隱藏：信息隱藏：屬性的表示方法和操作的實(shí)現(xiàn)算法在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，信息隱藏通過對(duì)象的封裝性實(shí)現(xiàn)：類結(jié)構(gòu)分離了接口與實(shí)現(xiàn)，從而支持了信息隱藏。弱耦合：弱耦合：松散交互耦合、緊密繼承耦合交互耦合：指對(duì)象之間的耦合通過消息連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。交互耦合應(yīng)盡可能松散：盡量降低消息連接的復(fù)雜程度。減少對(duì)象發(fā)送（接受）的消息數(shù)。繼承耦合：繼承是一般化類與特殊類之間耦合的一種形式，應(yīng)該提高繼承耦合程度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使特殊類盡量多繼承并使用其一般化類的屬性和服務(wù)。強(qiáng)內(nèi)聚強(qiáng)內(nèi)聚：面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中存在3種內(nèi)聚：服務(wù)內(nèi)聚：一個(gè)服

3、務(wù)應(yīng)該完成且僅完成一個(gè)功能。類內(nèi)聚：一個(gè)類應(yīng)只有一個(gè)用途，類的屬性和服務(wù)應(yīng)全都是完成該類對(duì)象的任務(wù)所必須的，其中不包含無(wú)用的屬性或服務(wù)。一般特殊內(nèi)聚：設(shè)計(jì)出的一般特殊結(jié)構(gòu)，應(yīng)該符合多數(shù)人的概念，即應(yīng)是對(duì)相應(yīng)的領(lǐng)域知識(shí)的正確抽取。可重用：可重用：軟件重用是提高軟件開發(fā)生產(chǎn)率和目標(biāo)系統(tǒng)質(zhì)量的重要途徑。盡量使用已有的類。如果確實(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建新類，則在設(shè)計(jì)這些新類時(shí)，應(yīng)該考慮將來(lái)可重用性。啟發(fā)規(guī)則（一）設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)該清晰易懂設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)該清晰易懂n用詞一致n使用已有的協(xié)議n減少消息模式的數(shù)目n避免模糊的定義一般特殊結(jié)構(gòu)的深度應(yīng)適當(dāng)：一般特殊結(jié)構(gòu)的深度應(yīng)適當(dāng)： 不能僅從方便編碼的角度出發(fā)隨意創(chuàng)建派生類，一個(gè)中等

4、規(guī)模(大約包含100個(gè)類)的系統(tǒng)中，類等級(jí)層次數(shù)應(yīng)保持為72。啟發(fā)規(guī)則（二）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的類：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的類：便于開發(fā)和管理便于開發(fā)和管理n避免包含過多的屬性n有明確的定義n盡量簡(jiǎn)化對(duì)象之間的合作關(guān)系n不要提供太多服務(wù)使用簡(jiǎn)單的協(xié)議：使用簡(jiǎn)單的協(xié)議：減少消息中的參數(shù)減少消息中的參數(shù)使用簡(jiǎn)單的服務(wù)使用簡(jiǎn)單的服務(wù)把設(shè)計(jì)變動(dòng)減至最小把設(shè)計(jì)變動(dòng)減至最小*11.3 軟件重用（一）概念n重用：也叫再用或復(fù)用，是指同一事物不作修改或稍加改動(dòng)就多次重復(fù)使用。包括知識(shí)重用、方法和標(biāo)準(zhǔn)的重用、軟件成分的重用3個(gè)層次。代碼重用代碼重用:調(diào)用庫(kù)中的模塊,n源代碼剪貼：存在配置管理問題，無(wú)法跟蹤原始代碼塊的修改n源代碼包含：

5、提供包含（include）庫(kù)中源代碼，修改庫(kù)中源代碼之后，所有包含它的程序都必須重新編譯n繼承：重用類庫(kù)中的類，不存在配置管理問題1.軟件成分的重用級(jí)別軟件成分的重用級(jí)別n設(shè)計(jì)結(jié)果重用設(shè)計(jì)結(jié)果重用:重用某個(gè)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型(即求解域模型)。有助于把一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)移植到完全不同的軟硬件平臺(tái)上。n分析結(jié)果重用分析結(jié)果重用:重用某個(gè)系統(tǒng)的分析模型。這種重用特別適用于用戶需求未改變，但系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本變化的場(chǎng)合。1.軟件成分的重用級(jí)別軟件成分的重用級(jí)別2. 類構(gòu)件類構(gòu)件n類構(gòu)件的重用方式類構(gòu)件的重用方式n實(shí)例重用：使用適當(dāng)?shù)臉?gòu)造函數(shù)，按照需要?jiǎng)?chuàng)建類的實(shí)例。然后向所創(chuàng)建的實(shí)例發(fā)送適當(dāng)?shù)南ⅲ瑔?dòng)相

6、應(yīng)的服務(wù)，完成需要完成的工作。n繼承重用：當(dāng)已有的類構(gòu)件不能通過實(shí)例重用完全滿足當(dāng)前系統(tǒng)需求時(shí)，繼承重用提供了一種對(duì)已有的類構(gòu)件進(jìn)行裁剪的機(jī)制。 多態(tài)重用利用多態(tài)性不僅可以使對(duì)象的對(duì)外接口更加一般化(基類與派生類的許多對(duì)外接口是相同的)，從而降低了消息連接的復(fù)雜程度，而且還提供了一種簡(jiǎn)便可靠的軟構(gòu)件組合機(jī)制。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)接收消息的對(duì)象類型，由多態(tài)性機(jī)制啟動(dòng)正確的方法，去響應(yīng)一個(gè)一般化的消息，從而簡(jiǎn)化了消息界面和軟構(gòu)件連接過程。11.4 系統(tǒng)分解采用面向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)時(shí)，面向采用面向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)時(shí)，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型對(duì)象設(shè)計(jì)模型(即求解域的對(duì)象模型即求解域的對(duì)象模型)，與，與面向

7、對(duì)象分析模型面向?qū)ο蠓治瞿Ｐ?即問題域的對(duì)象模型即問題域的對(duì)象模型)一樣，也由主題、類與對(duì)象、結(jié)構(gòu)、屬性、一樣，也由主題、類與對(duì)象、結(jié)構(gòu)、屬性、服務(wù)等服務(wù)等5個(gè)層次組成。個(gè)層次組成。大多數(shù)系統(tǒng)的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型，在大多數(shù)系統(tǒng)的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型，在邏輯邏輯上上都由四大部分組成，這四大部分對(duì)應(yīng)于都由四大部分組成，這四大部分對(duì)應(yīng)于組成目標(biāo)系統(tǒng)的四個(gè)子系統(tǒng)，它們分別是組成目標(biāo)系統(tǒng)的四個(gè)子系統(tǒng)，它們分別是問題域子系統(tǒng)、人機(jī)交互子系統(tǒng)、任務(wù)問題域子系統(tǒng)、人機(jī)交互子系統(tǒng)、任務(wù)管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。圖11.2 典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型在面向?qū)ο蠓治鲋?，只涉及到問題論域部分，其余

8、3部分是在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中加進(jìn)來(lái)的。設(shè)計(jì)問題域子系統(tǒng)（一）面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)通常僅需從實(shí)現(xiàn)角度對(duì)問題域模型作一些補(bǔ)充或修改，主要是增添、合并或分解類&對(duì)象、屬性及服務(wù)，調(diào)整繼承關(guān)系等。n調(diào)整需求：修改分析結(jié)果，再把修改反映到問題域子系統(tǒng)中n重用已有的類：n把問題域類組合在一起：引入一個(gè)根類把應(yīng)用的類關(guān)聯(lián)到一起，建立類的層次n增添一般化類以建立協(xié)議：在一般類中定義所有特殊類都可使用的操作，這種操作可能是虛函數(shù)，其細(xì)節(jié)在特殊類中定義。n調(diào)整繼承層次：若設(shè)計(jì)語(yǔ)言不提供多重繼承機(jī)制，需修改分析結(jié)果。設(shè)計(jì)人機(jī)交互子系統(tǒng)（一）確定人機(jī)交互的細(xì)節(jié)，其中包括指定窗口和報(bào)表的形式、設(shè)計(jì)命令層次等項(xiàng)內(nèi)容。設(shè)計(jì)人機(jī)

9、交互子系統(tǒng)的策略n分類用戶n描述用戶n設(shè)計(jì)命令層次:用過程抽象機(jī)制組織起來(lái)的、可供選用的服務(wù)的表現(xiàn)形式。n設(shè)計(jì)人機(jī)交互類設(shè)計(jì)任務(wù)管理子系統(tǒng)分析并發(fā)性：若兩個(gè)對(duì)象彼此間不存在交互，或者同時(shí)接受事件，則它們?cè)诒举|(zhì)上是并發(fā)的；當(dāng)系統(tǒng)有許多并發(fā)行為時(shí)，需要依照各個(gè)行為的協(xié)調(diào)和通信關(guān)系，劃分各種任務(wù)，以簡(jiǎn)化并發(fā)行為的設(shè)計(jì)和編碼： 通過檢查各個(gè)對(duì)象的狀態(tài)圖及他們之間交換的事件，把若干非并發(fā)的對(duì)象歸并到一條用任務(wù)實(shí)現(xiàn)的控制線中。進(jìn)程的別名，是執(zhí)行一系列活動(dòng)的一段程序。設(shè)計(jì)任務(wù)管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)管理子系統(tǒng)：確定各類任務(wù)并把任務(wù)分配給適當(dāng)?shù)挠布蜍浖?zhí)行。n確定事件驅(qū)動(dòng)型任務(wù)：由事件驅(qū)動(dòng)完成通信工作的任務(wù)。n

10、確定時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)型任務(wù)：每隔一定時(shí)間間隔就被觸發(fā)以執(zhí)行某些處理的任務(wù)。n確定優(yōu)先任務(wù)和關(guān)鍵任務(wù)：有關(guān)系統(tǒng)成功或失敗的關(guān)鍵處理，有嚴(yán)格的可靠性要求。n確定協(xié)調(diào)任務(wù)：有助于把不同任務(wù)之間的協(xié)調(diào)控制封裝起來(lái)。n盡量減少任務(wù)數(shù)n確定資源需求：決定哪些子系統(tǒng)用硬件實(shí)現(xiàn)，哪些用軟件實(shí)現(xiàn)。表明某些數(shù)據(jù)到達(dá)的信號(hào)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理模式n文件管理系統(tǒng)n關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)n面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：1）擴(kuò)展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：增加了抽象數(shù)據(jù)類型和繼承機(jī)制，增加了創(chuàng)建及管理類和對(duì)象的通用服務(wù)2）擴(kuò)展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言：增加了在數(shù)據(jù)庫(kù)中存貯和管理對(duì)象的機(jī)制設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)n設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式n設(shè)計(jì)相應(yīng)的服務(wù)設(shè)計(jì)類中的服務(wù)確定類中應(yīng)有的服務(wù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的方法n設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的算法n算法復(fù)雜度n容易理解與容易實(shí)現(xiàn)n易修改n選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n定義內(nèi)部類和內(nèi)部操作設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)的遍歷實(shí)現(xiàn)單向關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)鏈屬性的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化確定優(yōu)先級(jí)提高效率的幾項(xiàng)技術(shù)n增加冗余關(guān)聯(lián)以提高訪問效率n調(diào)整查詢次序n保留派生屬性調(diào)整繼承關(guān)系n抽象與具體n為提高繼承程度而修改類定義n利用委托實(shí)現(xiàn)行為共享對(duì)象模型一本書有一個(gè)封面、一個(gè)目錄、一個(gè)前言、若干章，每章有若干節(jié)，每節(jié)有若干段，每段有若干句子，每節(jié)有0個(gè)或多個(gè)插圖，還有0個(gè)或多個(gè)表格，最后還有一個(gè)封底。建立該書的