面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

第1頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)可分為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和類(lèi)(對(duì)象)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是高層設(shè)計(jì)，主要確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的策略和目標(biāo)系統(tǒng)的高層結(jié)構(gòu)。類(lèi)-&-對(duì)象設(shè)計(jì)是低層設(shè)計(jì)，主要確定解空間中的類(lèi)、關(guān)聯(lián)、接口形式及實(shí)現(xiàn)服務(wù)的算法；高層設(shè)計(jì)主要確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、用戶界面，即用來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)的總的模型，并把任務(wù)分配給系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)。第2頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1．面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

（1）模塊化模塊化是軟件設(shè)計(jì)的重要準(zhǔn)則。在面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)方法中，將對(duì)象定義為模塊。對(duì)象把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和作用在數(shù)據(jù)上的操作(方法)封裝起來(lái)構(gòu)成模塊。對(duì)象是組成系統(tǒng)的基本模塊。（2）抽象

類(lèi)是一種抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型，在該數(shù)據(jù)類(lèi)型之上，可以創(chuàng)建對(duì)象(類(lèi)的成員)。類(lèi)包含相似對(duì)象的共同屬性和服務(wù)，它對(duì)外定義了公共接口，構(gòu)成了類(lèi)的規(guī)格說(shuō)明(即協(xié)議)，供外界合法訪問(wèn)。（3）信息隱藏

在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，?duì)象是屬性和服務(wù)的封裝體，這就實(shí)現(xiàn)了信息隱藏。類(lèi)結(jié)構(gòu)分離了接口與實(shí)現(xiàn)，類(lèi)的屬性的表示方法和操作的實(shí)現(xiàn)算法，對(duì)于類(lèi)的用戶來(lái)說(shuō)，都應(yīng)該是隱藏的，用戶只能通過(guò)公共接口訪問(wèn)類(lèi)中的屬性。第3頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（4）弱耦合所謂耦合，是指一個(gè)軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊之間互連的依賴(lài)關(guān)系。依賴(lài)關(guān)系越多耦合度越強(qiáng)，依賴(lài)關(guān)系越少耦合度越弱。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，?duì)象是最基本的模塊，不同對(duì)象之間相互關(guān)聯(lián)的依賴(lài)關(guān)系表示了耦合度。衡量設(shè)計(jì)優(yōu)良的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)就是弱耦合，弱耦合的設(shè)計(jì)中某個(gè)對(duì)象的改變不會(huì)或很少影響到其他對(duì)象。不同對(duì)象之間耦合是不可避免的。兩個(gè)對(duì)象必須相互聯(lián)系相互依賴(lài)時(shí)，應(yīng)該通過(guò)類(lèi)的協(xié)議(即公共接口)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)對(duì)象相互依賴(lài)(耦合)，而不是通過(guò)類(lèi)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)來(lái)描述。（5）強(qiáng)內(nèi)聚所謂內(nèi)聚，是一個(gè)模塊內(nèi)各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度。結(jié)合得越緊密內(nèi)聚越強(qiáng)，結(jié)合得越不緊密內(nèi)聚越弱。強(qiáng)內(nèi)聚也是衡量設(shè)計(jì)優(yōu)良的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中，內(nèi)聚可分為下述三類(lèi)：第4頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1)服務(wù)(操作)內(nèi)聚。一個(gè)服務(wù)應(yīng)該是單一的，即只完成一個(gè)任務(wù)。2)類(lèi)內(nèi)聚。類(lèi)內(nèi)聚要求類(lèi)的屬性和服務(wù)應(yīng)該是高內(nèi)聚的，而且它們應(yīng)該是系統(tǒng)任務(wù)所必需的。一個(gè)類(lèi)應(yīng)該只有一個(gè)功能，如果某個(gè)類(lèi)有多個(gè)功能，通常應(yīng)該把它分解成多個(gè)專(zhuān)用的類(lèi)。3)一般-特殊內(nèi)聚。一般-特殊內(nèi)聚表示：一般-特殊結(jié)構(gòu)符合領(lǐng)域知識(shí)的表示形式，也就是說(shuō)，特殊類(lèi)應(yīng)該盡量地繼承一般類(lèi)的屬性和服務(wù)。這樣的一般-特殊結(jié)構(gòu)是高內(nèi)聚的。（6）可重用在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中，一個(gè)類(lèi)的設(shè)計(jì)應(yīng)該具有通用性，為開(kāi)發(fā)相似的系統(tǒng)提供軟件重用可能。因此，在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)重用，既要盡量重用已有的類(lèi)，又要?jiǎng)?chuàng)建可重用的新類(lèi)。第5頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2．設(shè)計(jì)策略

在使用面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)開(kāi)發(fā)軟件的實(shí)踐中，得出了下面一些基于經(jīng)驗(yàn)的啟發(fā)規(guī)則，這些規(guī)則往往能幫助軟件開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)出好的方案來(lái)，以保證軟件的質(zhì)量。（1）設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)該清晰易懂（2）一般-特殊結(jié)構(gòu)的深度應(yīng)適當(dāng)（3）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的類(lèi)（4）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的協(xié)議（5）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的服務(wù)（6）減少設(shè)計(jì)變動(dòng)第6頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3．系統(tǒng)分解與組織

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)同過(guò)程設(shè)計(jì)一樣，自頂向下進(jìn)行功能分解。在設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，將系統(tǒng)分解成若干個(gè)比較小的部分，再分別設(shè)計(jì)每個(gè)部分。這樣既簡(jiǎn)化了應(yīng)用系統(tǒng)，又降低了設(shè)計(jì)的難度，并有利于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。系統(tǒng)是根據(jù)功能來(lái)分解的，我們將系統(tǒng)分解的各個(gè)部分(即系統(tǒng)的主要組成部分)稱(chēng)為子系統(tǒng)。

子系統(tǒng)間交互的形式和交互的信息由接口確定，因此，接口應(yīng)該簡(jiǎn)單、明確。第7頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的五個(gè)層次、四個(gè)部分

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型同樣由主題、類(lèi)-＆-對(duì)象、結(jié)構(gòu)、屬性和服務(wù)等五個(gè)層次組成，并且又?jǐn)U充了問(wèn)題域(PDC)、人機(jī)交互(HIC)、任務(wù)管理(TMC)和數(shù)據(jù)管理(DMC)四個(gè)部分。典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型如圖3.3.23示。第8頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖3.3.23典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型第9頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）子系統(tǒng)間的交互方式在應(yīng)用系統(tǒng)中，子系統(tǒng)之間的關(guān)系可分為客戶/服務(wù)器關(guān)系和同等伙伴關(guān)系兩種。這兩種關(guān)系對(duì)應(yīng)兩種交互的方式，即客戶/服務(wù)器交互方式和同等伙伴交互方式。通常，系統(tǒng)使用客戶/服務(wù)器關(guān)系，因?yàn)閱蜗蚪换ジ菀桌斫?，也更容易設(shè)計(jì)和修改，而雙向交互相對(duì)困難些。（3）系統(tǒng)組織

將子系統(tǒng)組織成完整的系統(tǒng)有兩種方式，即水平層次組織和垂直塊組織。1)層次組織

層次組織是將子系統(tǒng)按層組織成為一個(gè)層次軟件系統(tǒng)，每層是一個(gè)子系統(tǒng)。上層建立在下層的基礎(chǔ)上，下層為上層提供必要的服務(wù)。低層子系統(tǒng)提供服務(wù)，相當(dāng)于服務(wù)器，上層子系統(tǒng)使用下層提供的服務(wù)，相當(dāng)于客戶。

第10頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2)塊組織

塊組織將系統(tǒng)垂直地分解成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、弱耦合的子系統(tǒng)，一個(gè)子系統(tǒng)相當(dāng)于一塊，每塊提供一種類(lèi)型的服務(wù)。例如，圖3.3.24示一個(gè)典型應(yīng)用系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)。（4）設(shè)計(jì)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：構(gòu)成完整系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有：管道型、樹(shù)型、星型等。第11頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四[補(bǔ)充]：

概括地說(shuō)，面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)方法采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)(OOD)技術(shù)進(jìn)行問(wèn)題解決方案的設(shè)計(jì)工作，它將問(wèn)題的解決方案表述為：類(lèi)＋關(guān)聯(lián)的形式，其中，類(lèi)包括問(wèn)題空間類(lèi)、用戶界面類(lèi)、任務(wù)管理類(lèi)和數(shù)據(jù)管理類(lèi)，是從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)對(duì)問(wèn)題解決方案中的對(duì)象的抽象和描述，關(guān)聯(lián)則用于描述這些類(lèi)和類(lèi)之間的關(guān)系。

因此，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)工作主要包括問(wèn)題空間類(lèi)、用戶界面類(lèi)、任務(wù)管理類(lèi)和數(shù)據(jù)管理類(lèi)的設(shè)計(jì)，具體工作內(nèi)容和步驟如圖3.3.25所示。第12頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖3.3.25面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)工作內(nèi)容和步驟第13頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、問(wèn)題空間類(lèi)是指那些直接從面向?qū)ο蠓治瞿Ｐ驮O(shè)計(jì)得到的類(lèi)，它是使軟件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)問(wèn)題的求解的最基本的類(lèi)，也是面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)的核心類(lèi)。利用面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了分析描述之后，就可以直接將其結(jié)果用于問(wèn)題空間類(lèi)的設(shè)計(jì)，即直接將分析所得到的對(duì)象、對(duì)象與對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)確定為類(lèi)以及類(lèi)與類(lèi)之間的關(guān)聯(lián)，這些直接從分析結(jié)果得到的類(lèi)就是問(wèn)題空間類(lèi)。以一個(gè)字處理系統(tǒng)為例，如下圖所示：

第14頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖示：結(jié)構(gòu)化方法設(shè)計(jì)結(jié)果第15頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四又例：下圖示以及表1~8所示的是大學(xué)教務(wù)管理問(wèn)題中的問(wèn)題空間類(lèi)。圖示：大學(xué)教務(wù)管理問(wèn)題中的問(wèn)題空間類(lèi)第16頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四表5.1Class:Student（學(xué)生）數(shù)據(jù)變量序號(hào)名稱(chēng) 定義 類(lèi)型 中文名稱(chēng) 備注1 IDchar(8)描述型學(xué)號(hào)

2 Namechar(24) 描述型姓名

3 Sex[男,女] 描述型性別 枚舉類(lèi)型4 Birthdaydate 描述型出生日期

5 EnrollmentDaydate 描述型入學(xué)日期

6 Departmentchar(24) 描述型系別

7 Specialitychar(24) 描述型專(zhuān)業(yè)

8 Passwordchar(6) 描述型密碼

9 Application[注冊(cè),選課]描述型申請(qǐng) 枚舉類(lèi)型第17頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四操作序號(hào) 名稱(chēng) 接口參數(shù)返回值 中文名稱(chēng) 備注1 GetID() ID 讀入學(xué)號(hào)

GetPassword()Password 讀入密碼

2 VerifyPassword()True/Fasle 檢驗(yàn)

3 GetApplication()Application 詢(xún)問(wèn)

4 PutApplication()NULL 回答

5 Note("message")NULL 通知

6ChangePassword(NewPassword,OldPassword)NULL修改

第18頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四表5.2Class:Graduate（研究生）表5.3Class:UnderGraduate（本科生）表5.4Class:RegisterRec（注冊(cè)記錄）表5.5Class:Course（課程）表5.6Class:GraduateCourse（研究生課程）表5.7Class:UnderGraduate（本科生課程）表5.8Class:SelectCourse（選課單）第19頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、用戶界面類(lèi)是指那些為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互接口而設(shè)計(jì)的類(lèi)，它是使軟件系統(tǒng)能夠接收用戶的命令和能夠?yàn)橛脩籼峁┬畔⑺枰念?lèi)。用戶界面類(lèi)是為了使系統(tǒng)能夠與用戶進(jìn)行交互而必須增添設(shè)計(jì)的類(lèi)。在實(shí)際中，一個(gè)軟件系統(tǒng)常常會(huì)因?yàn)槠溆脩艚缑媸沟糜脩舨粷M意而遭到否定或棄之不用。因此用戶界面類(lèi)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)既影響軟件系統(tǒng)前途，又需要做耐心細(xì)致調(diào)查分析的重要工作。盡管在分析過(guò)程中已經(jīng)對(duì)用戶在用戶界面方面進(jìn)行了分析，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然必須繼續(xù)做這項(xiàng)分析工作，必須具體設(shè)計(jì)確定交互作用的時(shí)間、交互方式和交互技術(shù)等。用戶界面類(lèi)的設(shè)計(jì)通?？梢圆捎孟到y(tǒng)原型（模型）法進(jìn)行。

第20頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、分析考察用戶2、設(shè)計(jì)命令層次1)研究用戶交互的意義及準(zhǔn)則如果已建立的交互系統(tǒng)中已有命令層次，則先研究這個(gè)已有的交互界面的意義和準(zhǔn)則。2)建立初始命令層可以以多種方式提供給用戶，如窗口、按鈕、下拉菜單、菜單條、可動(dòng)的圖標(biāo)，等等。3)細(xì)化命令層為了細(xì)化命令層，應(yīng)考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：(1)排序。在開(kāi)發(fā)命令層時(shí)，必須仔細(xì)選擇不同的操作名稱(chēng)，并把這些名稱(chēng)按一定要求排序，將最有用的放在前面，或者按習(xí)慣的工作步驟排序。(2)組裝。在操作中尋找組裝結(jié)構(gòu)模式，這有助于在層次中組織和分離操作。第21頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)寬度和廣度。由于人的短暫記憶局限，命令層次不宜太廣太深。以3最為合適。(4)極小化。盡量少用組合鍵，極小化用戶的擊鍵次數(shù)。3、完成設(shè)計(jì)

當(dāng)前由于軟件開(kāi)發(fā)工具，特別是可視化開(kāi)發(fā)工具的日益豐富，完成用戶界面的具體設(shè)計(jì)已經(jīng)是一件十分容易的事情了，但是在具體設(shè)計(jì)時(shí)不能忽略以下原則：1)一致性使用一致的術(shù)語(yǔ)，一致的步驟和一致的動(dòng)作行為。2)減少步驟極小化擊鍵次數(shù)、使用鼠標(biāo)的次數(shù)和下拉菜單的次數(shù)，極小化響應(yīng)時(shí)間。3)盡量顯示提示信息盡量為用戶提供有意義的、及時(shí)反饋信息。4)設(shè)置取消操作用戶難免出錯(cuò)，應(yīng)盡量能使用戶取消其錯(cuò)誤動(dòng)作。第22頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5)盡量減少要用戶記憶的內(nèi)容不應(yīng)該要求用戶記下某窗口的信息而用于另一窗口中。6)易學(xué)易用為用戶提供聯(lián)機(jī)學(xué)習(xí)手冊(cè)。7)屏幕生動(dòng)活潑屏幕畫(huà)面看起來(lái)能夠吸引用戶，喚起用戶的注意和興趣。例如，對(duì)于大學(xué)教務(wù)管理問(wèn)題，可以先根據(jù)對(duì)用戶的分析設(shè)計(jì)如下頁(yè)圖所示的用戶進(jìn)入系統(tǒng)的屏幕。第23頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖示：用戶進(jìn)入系統(tǒng)屏幕界面

然后，根據(jù)針對(duì)該用戶界面和大多數(shù)面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)環(huán)境所提供的可重用類(lèi)設(shè)計(jì)相應(yīng)的用戶界面類(lèi)，設(shè)計(jì)結(jié)果如下頁(yè)圖所示。第24頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖示：大學(xué)教務(wù)管理問(wèn)題的部分用戶界面類(lèi)和問(wèn)題空間類(lèi)第25頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

其中，Window、EditField、StaticField和Button等類(lèi)一般可從開(kāi)發(fā)環(huán)境提供的類(lèi)庫(kù)中通過(guò)繼承重用獲得，需要進(jìn)一步做的設(shè)計(jì)工作主要是設(shè)計(jì)有關(guān)與問(wèn)題空間類(lèi)和任務(wù)管理類(lèi)進(jìn)行通訊的操作。例如需要為OKButton類(lèi)設(shè)計(jì)一個(gè)向問(wèn)題空間類(lèi)中的Student類(lèi)發(fā)送檢驗(yàn)消息的操作。第26頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、任務(wù)管理類(lèi)是指那些為實(shí)現(xiàn)對(duì)多操作并發(fā)執(zhí)行的管理而設(shè)計(jì)的類(lèi)，它是使軟件系統(tǒng)能夠同時(shí)處理多個(gè)并發(fā)行為所需要的類(lèi)。所謂任務(wù)，就是一個(gè)處理過(guò)程，它可能包含不同類(lèi)的多個(gè)操作的執(zhí)行。任務(wù)管理類(lèi)的用途之一就是用于管理系統(tǒng)的這種任務(wù)，它的另一個(gè)主要用途是在操作系統(tǒng)級(jí)（運(yùn)行平臺(tái)）上負(fù)責(zé)處理并發(fā)、中斷、調(diào)度等問(wèn)題，從而使得所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠相對(duì)獨(dú)立于運(yùn)行平臺(tái)，當(dāng)需要移植到其它運(yùn)行平臺(tái)上，只需要替換有關(guān)任務(wù)管理類(lèi)就可以了。因此，為了設(shè)計(jì)任務(wù)管理類(lèi)，首先必須從所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有關(guān)類(lèi)中找出需要并發(fā)進(jìn)行的操作和那些與特定運(yùn)行平臺(tái)有關(guān)的操作，然后再對(duì)它們進(jìn)行分析設(shè)計(jì)1、確定任務(wù)類(lèi)型1)確定事件驅(qū)動(dòng)型任務(wù)第27頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

某些任務(wù)是由事件驅(qū)動(dòng)而執(zhí)行的。這種任務(wù)可能負(fù)責(zé)與設(shè)備的通訊，與一個(gè)窗口或多個(gè)窗口、其它任務(wù)、子系統(tǒng)、其它處理器或其它系統(tǒng)的通訊。2)確定時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)型任務(wù)這種任務(wù)在特定的時(shí)間被觸發(fā)執(zhí)行某些處理。例如，某些設(shè)備要求周期性地獲得數(shù)據(jù)或控制，某些用戶界面、子系統(tǒng)、任務(wù)、處理器或其它系統(tǒng)也可能需要周期性地通訊。此時(shí)就常用到時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)型的任務(wù)。3)確定優(yōu)先任務(wù)及臨界任務(wù)優(yōu)先任務(wù)分高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)二種，用來(lái)適應(yīng)處理的需要。臨界任務(wù)是有關(guān)系統(tǒng)成功或失敗的臨界處理，它尤其涉及嚴(yán)格的可靠性約束。4)確定協(xié)調(diào)任務(wù)當(dāng)存在三個(gè)以上的任務(wù)時(shí)，就應(yīng)該考慮增加一個(gè)任務(wù)，用它來(lái)協(xié)調(diào)任務(wù)。協(xié)調(diào)任務(wù)的引入當(dāng)然會(huì)增加系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)，但是引入?yún)f(xié)調(diào)任務(wù)有利于封裝任務(wù)之間的協(xié)調(diào)控制。使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣可以描述該任務(wù)的行為。第28頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、分析任務(wù)設(shè)計(jì)多任務(wù)系統(tǒng)的主要問(wèn)題是設(shè)計(jì)人員常常定義太多的任務(wù)。原因是為了自己處理時(shí)的方便，但是這樣做就增大了整個(gè)設(shè)計(jì)的技術(shù)復(fù)雜度，并且不容易理解。因此，在進(jìn)行任務(wù)管理類(lèi)的具體設(shè)計(jì)前，必須仔細(xì)分析和選擇各個(gè)任務(wù)，盡量使得任務(wù)的數(shù)目降低到最少。3、完成設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)包括定義任務(wù)的內(nèi)容以及它怎樣協(xié)調(diào)和通訊。1)任務(wù)的內(nèi)容2)怎樣協(xié)調(diào)3)怎樣通訊第29頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四任務(wù)管理類(lèi)設(shè)計(jì)模板如右圖所示：第30頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四問(wèn)題空間類(lèi)、用戶界面類(lèi)和任務(wù)管理類(lèi)之間的基本關(guān)系如下圖所示，任務(wù)管理類(lèi)對(duì)象從運(yùn)行平臺(tái)（操作系統(tǒng)）接收消息并通過(guò)發(fā)送消息創(chuàng)建有關(guān)用戶界面類(lèi)對(duì)象，用戶界面類(lèi)對(duì)象根據(jù)從用戶處獲得的信息創(chuàng)建有關(guān)問(wèn)題空間類(lèi)對(duì)象并發(fā)送有關(guān)消息給它。如果沒(méi)有為系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)管理類(lèi)，則上述任務(wù)管理類(lèi)負(fù)責(zé)的有關(guān)工作由用戶界面類(lèi)負(fù)責(zé)完成。

圖示：任務(wù)管理類(lèi)、用戶界面類(lèi)和問(wèn)題空間類(lèi)及其消息傳送關(guān)系

第31頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、數(shù)據(jù)管理類(lèi)是指那些為實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理而設(shè)計(jì)的類(lèi)，它是使軟件系統(tǒng)能夠?qū)?duì)象的屬性值進(jìn)行存貯和檢索所需要的類(lèi)。數(shù)據(jù)管理類(lèi)用于存貯和檢索對(duì)象的屬性值，可以采用文件模式或關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模式實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理類(lèi)的目的是為了使得對(duì)對(duì)象屬性值的管理獨(dú)立于各種不同的數(shù)據(jù)管理模式。1、數(shù)據(jù)格式設(shè)計(jì)1)文件數(shù)據(jù)格式當(dāng)采用文件存貯管理方式時(shí)，數(shù)據(jù)格式的設(shè)計(jì)就是對(duì)文件記錄結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)格式當(dāng)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式時(shí)，數(shù)據(jù)格式的設(shè)計(jì)就是對(duì)關(guān)系表結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第32頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、操作設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)管理類(lèi)的操作包括增添數(shù)據(jù)記錄、刪除數(shù)據(jù)記錄、檢索數(shù)據(jù)記錄和更新數(shù)據(jù)記錄等幾種形式，問(wèn)題空間類(lèi)可通過(guò)這些操作發(fā)送消息給相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理類(lèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存貯、刪除、檢索和更新。數(shù)據(jù)管理類(lèi)設(shè)計(jì)模板如下圖所示。圖示：數(shù)據(jù)管理類(lèi)設(shè)計(jì)模板第33頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四下頁(yè)圖示是為大學(xué)教務(wù)管理問(wèn)題中的SelectCourse（選課單）類(lèi)設(shè)計(jì)的一個(gè)數(shù)據(jù)管理類(lèi)。在SelectCourse類(lèi)中需要保存的是StudentID、CourseID以及分解為兩個(gè)原子變量Year和Semester的SelectForCourse等描述性變量，該類(lèi)通過(guò)Write（登記）等操作向相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理類(lèi)SelectCourseManager發(fā)送Add（增添）、Update（更新）等消息。第34頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖示：大學(xué)教務(wù)管理問(wèn)題中相應(yīng)于SelectCourse類(lèi)的數(shù)據(jù)管理第35頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)技術(shù)

與結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn)技術(shù)中先以模塊為單位進(jìn)行過(guò)程設(shè)計(jì)和編碼調(diào)試相似，面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)技術(shù)是先以類(lèi)為單位進(jìn)行操作設(shè)計(jì)、編碼調(diào)試；然后實(shí)現(xiàn)類(lèi)與類(lèi)之間的關(guān)聯(lián)定義，并進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試；最后交予用戶使用并根據(jù)使用情況進(jìn)行維護(hù)。在每一個(gè)階段都必須按照有關(guān)規(guī)范編寫(xiě)相應(yīng)的說(shuō)明書(shū)或報(bào)告。因此，本章主要討論面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)技術(shù)的一些特點(diǎn)和不同于結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn)技術(shù)。1、實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言毫無(wú)疑問(wèn)，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)最自然的實(shí)現(xiàn)方式是利用面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。目前最常用的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言是C++，其它比較著名的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言則還有Smalltalk、面向?qū)ο驪ASCAL，JAVA、Objective-C，CommonLispObjectSystem(CLOS)，等等。第36頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、基本實(shí)現(xiàn)手段為了實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，所選用的編碼語(yǔ)言一般應(yīng)包括實(shí)現(xiàn)類(lèi)定義、對(duì)象創(chuàng)建、結(jié)構(gòu)定義、實(shí)例關(guān)聯(lián)定義、操作調(diào)用和消息發(fā)送、內(nèi)存管理、封裝等基本功能的編碼手段。這里以目前最為流行的C++語(yǔ)言分別對(duì)這些基本功能的實(shí)現(xiàn)手段加以說(shuō)明。1類(lèi)定義使用C++對(duì)大學(xué)教務(wù)管理問(wèn)題中的類(lèi)Student（學(xué)生）定義如例6.1所示：例6.1類(lèi)的定義typedefstruct{intmonth;intday;intyear;}date;//Month-月；day-日；year-年enumsexdef{M,F};//M-男；F-女enumappdef{R,S};//R-注冊(cè)；S-選課classStudent{protected://導(dǎo)出類(lèi)可以訪問(wèn)的數(shù)據(jù)變量第37頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四charID[8];charName[24];sexdefSex;dateBirthday;dateEnrollmentDay;charDepartment[24];charSpeciality[24];charPassword[6];apptdefApplication;//導(dǎo)出類(lèi)可以訪問(wèn)的操作appdefGetApplication();voidPutApplication();voidNote(char*Msg);public://構(gòu)造函數(shù)，必須與類(lèi)名稱(chēng)相同Student(char*InitID);//析構(gòu)函數(shù)，必須與類(lèi)名稱(chēng)相同~Student();第38頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四//所有類(lèi)都可以訪問(wèn)的操作char*GetID();char*GetPassword();booleanVerifyPassword();voidChangePassword(char*NewPassword,char*OldPassword);};在C++中，數(shù)據(jù)變量和操作都被說(shuō)明為成員，數(shù)據(jù)變量和操作的名稱(chēng)不能相同。類(lèi)的成員必須被說(shuō)明為公有的（public）、保護(hù)的（protectd）或私有的（private）中的一種，其中私有的為缺省值。公有成員可以被任何類(lèi)的操作訪問(wèn)；保護(hù)成員只允許類(lèi)自身及其導(dǎo)出類(lèi)的操作訪問(wèn)；私有成員只允許類(lèi)自身的操作訪問(wèn)。在上述例子中，類(lèi)Student的所有數(shù)據(jù)變量和幾個(gè)操作被定義為保護(hù)成員，因?yàn)槠鋵?dǎo)出類(lèi)Undergraduate（本科生）和Graduate（研究生）將要訪問(wèn)這些成員。類(lèi)中操作的定義類(lèi)似于一個(gè)過(guò)程或函數(shù)的定義，只是需要把類(lèi)名作為操作名的前綴。例6.2給出了用C++編碼設(shè)計(jì)的類(lèi)Student的操作ChangePassword。第39頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例6.2類(lèi)操作的定義voidStudent::Changepassword(char*NewPassword,char*OldPassword);{if(OldPassword==Password){Password=NewPassword;}}與類(lèi)名稱(chēng)相同的兩個(gè)操作Student和~Student分別稱(chēng)為構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，它們分別用于對(duì)象創(chuàng)建和對(duì)象消除操作。例如類(lèi)Student的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的定義分別如例6.3和6.4所示。例6.3類(lèi)構(gòu)造函數(shù)的定義Student::Student(char*InitID){ID=InitID;}第40頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例6.4類(lèi)析構(gòu)函數(shù)的定義Student::~Student(){//}析構(gòu)函數(shù)是不帶參數(shù)的，其名稱(chēng)是在類(lèi)名稱(chēng)前面加一個(gè)波浪號(hào)“~”。6.2.2對(duì)象創(chuàng)建C++有兩種對(duì)象創(chuàng)建方式，靜態(tài)內(nèi)存分配方式和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方式，每當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，就執(zhí)行一次構(gòu)造函數(shù)。例6.5用靜態(tài)內(nèi)存分配方式創(chuàng)建了類(lèi)Student的學(xué)號(hào)為98109002的對(duì)象studentobj。例6.5對(duì)象創(chuàng)建的靜態(tài)內(nèi)存分配方式Studentstudentobj("98109002");第41頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

如果該語(yǔ)句是出現(xiàn)在一個(gè)操作或函數(shù)中，則說(shuō)明studentobj被定義為局部變量，當(dāng)操作或函數(shù)執(zhí)行完畢退出時(shí)，該對(duì)象將被自動(dòng)消除，所占用的內(nèi)存被釋放，釋放內(nèi)存時(shí)將執(zhí)行一次析構(gòu)函數(shù)。如果該語(yǔ)句是將studentobj定義為一個(gè)全局變量，則只有系統(tǒng)退出后對(duì)象studentobj才會(huì)被消除。采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方式創(chuàng)建對(duì)象時(shí)需要借用C++的new操作符進(jìn)行。new操作符為新對(duì)象分配內(nèi)存并且返回它的一個(gè)指針，指針存放在指針變量中。new操作符可以包括構(gòu)造函數(shù)中的參數(shù)，如例6.6所示。例6.6對(duì)象創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方式Student*studentobj=newStudent("98109002")動(dòng)態(tài)對(duì)象所占的內(nèi)存必須使用C++的delete操作符來(lái)釋放。delet