第6章面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)課件

6.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)6.2面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 6.3啟發(fā)式規(guī)則6.4軟件重用6.5系統(tǒng)分解6.6典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)6.7類中服務(wù)的設(shè)計(jì)6.8關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)6.9設(shè)計(jì)優(yōu)化目錄6.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)6.1.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì) 面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)(OOD)

就是在系統(tǒng)分析模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ瑏碓O(shè)計(jì)產(chǎn)生一個(gè)符合具體實(shí)現(xiàn)條件的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)(OOD)模型。對于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，盡管分析和設(shè)計(jì)的定義有明顯區(qū)別，但是在實(shí)際的軟件開發(fā)過程中二者的界限是模糊的。分析過程的結(jié)果可以直接映射成設(shè)計(jì)的結(jié)果，初期的分析過程主要是提取與系統(tǒng)相關(guān)的主要類和業(yè)務(wù)流程，而在設(shè)計(jì)階段將所有的類和流程細(xì)化，加深和補(bǔ)充對系統(tǒng)需求的理解，從而進(jìn)一步完善分析結(jié)果。

OOA與OOD關(guān)系它們采用了相同的符號表示，因此相互之間沒有明顯的分界線，往往是反復(fù)重疊地進(jìn)行。系統(tǒng)分析主要考慮的是做什么，因此它識別和定義的類/對象，是一些直接反映問題域和系統(tǒng)任務(wù)的；而系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要解決系統(tǒng)如何做，所以它識別和定義的類/對象是附加的，反映了需求的一種實(shí)現(xiàn)(對話層、任務(wù)管理層、數(shù)據(jù)管理層)。系統(tǒng)分析是在較高的抽象層次上進(jìn)行，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)則在較低的抽象層次上進(jìn)行。系統(tǒng)分析是獨(dú)立于程序設(shè)計(jì)語言的，初步的系統(tǒng)設(shè)計(jì)在很大程度上與語言無關(guān)，但詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)則都會依賴于程序設(shè)計(jì)語言。6.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)6.1.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì) 面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的主要工作包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：(1)設(shè)計(jì)對象與類。包括分析對象模型，設(shè)計(jì)對象與類的屬性，設(shè)計(jì)對象與類的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，以及設(shè)計(jì)消息與事件的內(nèi)容和格式。(2)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)階段的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)組件與子系統(tǒng)以及它們之間的靜態(tài)和動態(tài)關(guān)系。對于人機(jī)界面、數(shù)據(jù)管理、任務(wù)管理等問題,在面向?qū)ο蠓治鲭A段一般不提及，而是等到面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)階段再進(jìn)行分析。

6.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)6.1.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì) 面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的主要工作包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

(3)設(shè)計(jì)人機(jī)交互子系統(tǒng)。此階段的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)用戶界面，設(shè)計(jì)人機(jī)交互操作命令和操作順序，設(shè)計(jì)詳細(xì)交互過程，設(shè)計(jì)工作的內(nèi)容包括用戶分類，設(shè)計(jì)人機(jī)交互類等。(4)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。此階段主要是確定數(shù)據(jù)管理方法，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。面向?qū)ο蟮姆治鲈O(shè)計(jì)方法注重的是問題涉及的對象以及對象的相互關(guān)系和相互作用,并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造這些問題的模型,以期將要解決的實(shí)質(zhì)問題模型化。6.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)6.1.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì) 簡單與復(fù)雜

(1)小規(guī)模和小團(tuán)隊(duì)開發(fā)的系統(tǒng)在整體框架選擇和層次結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量簡單，而大規(guī)模的系統(tǒng)，要考慮到眾多模塊的合理配置，需要構(gòu)建更多的層次，選用成熟的框架體系。(2)在系統(tǒng)資源有限的硬件平臺上運(yùn)行的系統(tǒng)，例如嵌入式系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量簡單，以提高運(yùn)行效率；而在PC機(jī)以及服務(wù)器上運(yùn)行的系統(tǒng)，可以采用復(fù)雜設(shè)計(jì)，已獲得更好的擴(kuò)展性。(3)對于運(yùn)行性能要求高的系統(tǒng)，例如需要提供并發(fā)服務(wù)的服務(wù)器系統(tǒng)，則在訪問頻繁的模塊設(shè)計(jì)上應(yīng)遵循簡單的原則。6.2面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 簡單與復(fù)雜

(4)對于開發(fā)水平參差不齊的團(tuán)隊(duì)，在開發(fā)方案的選擇上注意選取簡單的方案，減少內(nèi)部培訓(xùn)和交流的代價(jià)。而成熟的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，則可以根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)靈活地選擇設(shè)計(jì)方案。(5)在一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，簡單和復(fù)雜的原則可能是交替作用的，在整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)中，可能在關(guān)鍵性能模塊的設(shè)計(jì)上追求簡單。而在整體結(jié)構(gòu)簡單的系統(tǒng)中，對于某些通用性較強(qiáng)的模塊可能采用復(fù)雜設(shè)計(jì)。(6)即使確定了簡單和復(fù)雜的原則，也需要考慮到“度”，過度設(shè)計(jì)只會使得某些超前的設(shè)計(jì)方案被廢棄。6.2

面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 模塊化模塊化是軟件設(shè)計(jì)方法不斷演變所追求的目標(biāo)之一，軟件的模塊化使得軟件的各個(gè)功能在設(shè)計(jì)時(shí)相對獨(dú)立，能夠降低軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。面向?qū)ο筌浖_發(fā)方法，對象就是模塊。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。對象與單元的區(qū)別在于：對象是數(shù)據(jù)與操作緊密結(jié)合的，在軟件運(yùn)行中有一定生命周期的實(shí)體。而單元只是一組函數(shù)功能的集合。6.2

面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 抽象化面向?qū)ο蠓椒ú粌H支持過程抽象，而且支持?jǐn)?shù)據(jù)抽象。在類的設(shè)計(jì)中要考慮各種類的關(guān)系，需要從具體類中抽象出具有共同特性的父類或者接口，子類繼承父類的方法，并可以重構(gòu)不同的實(shí)現(xiàn)。類實(shí)際上是一種抽象數(shù)據(jù)類型，它對外開放的公共接口（interface）構(gòu)成了類的規(guī)格說明，這種接口規(guī)定了外界可以使用的合法操作符，利用這些操作符可以對類實(shí)例中包含的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

6.2

面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 弱耦合與信息隱藏對象間的耦合可分為兩大類：（1）交互耦合。如果對象間的耦合是通過消息連接來實(shí)現(xiàn)，則這種耦合屬于交互耦合。交互耦合應(yīng)該盡可能松散。（2）繼承耦合。繼承是一般化類與特殊類間耦合的一種形式，從本質(zhì)來看，是一種通過繼承關(guān)系結(jié)合起來的基類和派生類，構(gòu)成了系統(tǒng)中粒度更大的模塊。它們之間是結(jié)合得越緊密越好。6.2

面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 信息隱藏實(shí)現(xiàn)弱耦合的重要手段，在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，信息隱藏通過對象的封裝性實(shí)現(xiàn).對象的封裝有兩種形式：源代碼級的封裝;二進(jìn)制代碼級的封裝。6.2

面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 可重用軟件重用是提供高軟件開發(fā)生產(chǎn)率和目標(biāo)系統(tǒng)質(zhì)量的重要途徑。派生和繼承是代碼重用的基礎(chǔ)。重用有兩方面的含義：一是盡量使用已有的類（包括開發(fā)環(huán)境提供的類庫，及以往開發(fā)類似系統(tǒng)時(shí)創(chuàng)建的類），二是如果確實(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建新類，則在設(shè)計(jì)這些新類的協(xié)議時(shí)，應(yīng)該考慮將來的可重復(fù)使用性。6.2

面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)該清晰易懂

(1)用詞一致(2)使用已有的協(xié)議(3)減少消息模式的數(shù)目(4)避免模糊的定義使類等級中包含的層次數(shù)適當(dāng)

應(yīng)該使類等級中包含的層次數(shù)適當(dāng),一般來說，在一個(gè)中等規(guī)模(大約包含100個(gè)類)的系統(tǒng)中，類等級層次數(shù)應(yīng)保持為7±2。

6.3

啟發(fā)規(guī)則設(shè)計(jì)簡單的類(1)避免包含過多的屬性；(2)有明確的定義；為了使類的定義明確，分配給每個(gè)類的任務(wù)應(yīng)該簡單，最好能用一兩個(gè)簡單語句描述它的任務(wù)。(3)盡量簡化對象之間的合作關(guān)系；對象間的合作關(guān)系應(yīng)盡可能的簡單。(4)不要提供太多服務(wù)；一個(gè)類提供的公共服務(wù)不超過7個(gè)；在開發(fā)大型軟件系統(tǒng)時(shí)，解決這個(gè)問題的辦法，是把系統(tǒng)中的類按邏輯分組。(5)使用簡單的協(xié)議；一般消息中的參數(shù)不要超過3個(gè)。(6)使用簡單的服務(wù)；(7)把設(shè)計(jì)變動減至最小。6.3

啟發(fā)規(guī)則面向?qū)ο蠓椒ǖ囊粋€(gè)主要目標(biāo)，就是提高軟件的可重用性。軟件重用就是將已有的軟件成分用于構(gòu)造新的軟件系統(tǒng)?？梢员恢赜玫能浖煞忠话惴Q作可重用構(gòu)件，無論對可重用構(gòu)件原封不動地使用還是作適當(dāng)?shù)男薷暮笤偈褂?，只要是用來?gòu)造新軟件，則都可稱作重用。重用級別：代碼的重用設(shè)計(jì)的重用分析的重用測試信息的重用6.4

軟件重用設(shè)計(jì)復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，會首先根據(jù)功能對系統(tǒng)進(jìn)行分解，然后再分別設(shè)計(jì)各子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)間通過接口進(jìn)行連接和信息傳遞，接口確定了子系統(tǒng)間的交互形式和需傳遞的信息。劃分和設(shè)計(jì)子系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該盡量減少子系統(tǒng)間的耦合度。6.5

系統(tǒng)分解問題域子系統(tǒng)設(shè)計(jì)；可能對面向?qū)ο蠓治鏊贸龅膯栴}域模型做的補(bǔ)充或修改。（1）調(diào)整需求（2）重用已有類（3）組合問題域類（4）增添一般化類以建立協(xié)議（5）調(diào)整繼承層次6.6

典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)窄菱形模式闊菱形模式單繼承模式人機(jī)交互子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該對人機(jī)交互子系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，以確定人機(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)命令層次等內(nèi)容。

設(shè)計(jì)人機(jī)交互子系統(tǒng)的策略（1）分類用戶（2）描述用戶（3）設(shè)計(jì)命令層次（4）設(shè)計(jì)人機(jī)交互類6.6

典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)任務(wù)管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析并發(fā)性設(shè)計(jì)任務(wù)管理子系統(tǒng)確定事件驅(qū)動型任務(wù)確定時(shí)鐘驅(qū)動型任務(wù)睡眠狀態(tài)。確定優(yōu)先任務(wù)確定關(guān)鍵任務(wù)確定協(xié)調(diào)任務(wù)盡量減少任務(wù)數(shù)確定資源需求6.6

典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，是系統(tǒng)存儲或檢索對象的基本設(shè)施，它建立在某種數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)之上，并且隔離了數(shù)據(jù)存儲管理模式的影響。選擇數(shù)據(jù)存儲管理模式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)文件管理系統(tǒng)成本低、簡單級別低，必須編寫額外的代碼，不同操作系統(tǒng)的文件管理系統(tǒng)差異明顯關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了各種最基本的數(shù)據(jù)管理功能，提供了一致的接口，標(biāo)準(zhǔn)化的語言運(yùn)行開銷大，不能滿足高級應(yīng)用的需求，與程序設(shè)計(jì)語言的連接不自然面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)擴(kuò)展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，擴(kuò)展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言6.6

典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式，存儲管理模式的設(shè)計(jì)方法：文件系統(tǒng)：定義1NF表；為每個(gè)1NF表定義一個(gè)文件；關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：定義3NF表；為每個(gè)3NF表定義一個(gè)數(shù)據(jù)庫表；面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：擴(kuò)展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫途徑；擴(kuò)展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言途徑。設(shè)計(jì)相應(yīng)的服務(wù)

如果某個(gè)類的對象需要存儲起來，則在這個(gè)類中增加一個(gè)“隱含”的屬性和服務(wù)，用于完成存儲對象自身的工作。6.6

典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)下面介紹使用不同數(shù)據(jù)存儲管理模式時(shí)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。文件系統(tǒng)：被存儲的對象需要知道打開哪些文件，怎樣把文件定位到正確的記錄上，怎樣檢索出舊值，以及怎樣用現(xiàn)有值更新它們；應(yīng)該定義一個(gè)ObjectServer類，并創(chuàng)建它的實(shí)例，該類提供下列服務(wù)：通知對象保存自身，檢索已存儲的對象。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：被存儲的對象，應(yīng)該知道訪問哪些數(shù)據(jù)庫表，怎樣訪問所需要的行，怎樣檢索出舊值，以及怎樣用現(xiàn)有值更新它們；應(yīng)該定義一個(gè)ObjectServer類，并聲明它的對象，該類提供下列服務(wù)：通知對象保存自身，檢索已存儲的對象。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：擴(kuò)展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫途徑；擴(kuò)展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言途徑。6.6

典型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)設(shè)計(jì)類中應(yīng)有的服務(wù)

對象的許多服務(wù)都與對象接收到的消息密切相關(guān)，接收消息的對象必然有由消息選擇符指定的服務(wù)，該服務(wù)改變對象狀態(tài)，并完成對象應(yīng)做的動作。對象的動作既與消息有關(guān)，也與對象的狀態(tài)有關(guān)。

6.7

類中服務(wù)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的方法（1）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的算法,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的算法時(shí)，應(yīng)該考慮下列幾個(gè)因素：算法復(fù)雜度。容易理解與實(shí)現(xiàn)。易修改。（2）選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)過程中，則需要選擇能夠方便、有效地實(shí)現(xiàn)算法的物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。（3）定義內(nèi)部類和內(nèi)部操作6.7

類中服務(wù)的設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)的方式（1）關(guān)聯(lián)的遍歷；單向遍歷和雙向遍歷。（2）實(shí)現(xiàn)單向關(guān)聯(lián)如果關(guān)聯(lián)的重?cái)?shù)是一元的，則實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)的指針是一個(gè)簡單指針；如果重?cái)?shù)是多元的，則需要用一個(gè)指針集合實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)。6.8

關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)用指針實(shí)現(xiàn)單向關(guān)聯(lián)（3）實(shí)現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)有下列3種方法：只用屬性實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的關(guān)聯(lián)，當(dāng)需要反向遍歷時(shí)就執(zhí)行一次正向查找。兩個(gè)方向的關(guān)聯(lián)都用屬性實(shí)現(xiàn)。用獨(dú)立的關(guān)聯(lián)對象實(shí)現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)。

用指針實(shí)現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)用對象實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)（4）關(guān)聯(lián)對象的實(shí)現(xiàn)可以引入一個(gè)關(guān)聯(lián)類來保存描述關(guān)聯(lián)性質(zhì)的信息，關(guān)聯(lián)中的每個(gè)連接對應(yīng)著關(guān)聯(lián)類的一個(gè)對象。實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)對象的方法取決于關(guān)聯(lián)的重?cái)?shù)。對于一對一關(guān)聯(lián)來說，關(guān)聯(lián)對象可以與參與關(guān)聯(lián)的任一個(gè)對象合并。對于一對多關(guān)聯(lián)來說，關(guān)聯(lián)對象可以與“多”端對象合并。如果是多對多關(guān)聯(lián)，則關(guān)聯(lián)鏈的性質(zhì)不可能只與一個(gè)參與關(guān)聯(lián)的對象有關(guān)，通常用一個(gè)獨(dú)立的關(guān)聯(lián)類來保存描述關(guān)聯(lián)性質(zhì)的信息，這個(gè)類的每個(gè)實(shí)例表示一條具體的關(guān)聯(lián)鏈及該鏈的屬性。確定優(yōu)先級提高效率的幾項(xiàng)技術(shù)增加冗余關(guān)聯(lián)以提高訪問效率調(diào)整查詢次序保留派生屬性調(diào)整繼承關(guān)系抽象與具體為提高繼承程度而修改類定義利用委托實(shí)現(xiàn)行為共享6.9

設(shè)計(jì)優(yōu)化本章是對面向?qū)ο蠓治龅臄U(kuò)充，是一個(gè)逐漸擴(kuò)充模型的過程。通過對系統(tǒng)的分析模型進(jìn)行分析，了解程序應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能、程序的輸入和輸出數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換算法、用戶界面等內(nèi)容。系統(tǒng)設(shè)計(jì)從增加屬性和服務(wù)開始，對模型進(jìn)行擴(kuò)充，建立起一個(gè)求解問題的實(shí)現(xiàn)方案。首先，給出了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)有其特有的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和有助于提高質(zhì)量的啟發(fā)式規(guī)則。其次，在面向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計(jì)時(shí)，是總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)多次反復(fù)迭代的過程，一般劃分為問題域子系統(tǒng)、