軟件工程和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計要求

1、軟件工程和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計要求第11章 面向?qū)ο笤O(shè)計分析是提取和整理用戶需求，并建立問題域精確模型的過程。設(shè)計則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)實現(xiàn)方案的過程。從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(通?？s寫為OOD)，是一個逐漸擴充模型的過程。即面向?qū)ο笤O(shè)計就是用面向?qū)ο笥^點建立求解域模型的過程。2022/8/132盡管分析和設(shè)計的定義有明顯區(qū)別，但是在實際的軟件開發(fā)過程中二者的界限是模糊的。許多分析結(jié)果可以直接映射成設(shè)計結(jié)果，而在設(shè)計過程中又往往會加深和補充對系統(tǒng)需求的理解，從而進一步完善分析結(jié)果。因此，分析和設(shè)計活動是一個多次反復(fù)迭代的過程。面向?qū)ο箝_發(fā)活動的平滑(無縫)

2、過渡，使得領(lǐng)域?qū)＜液烷_發(fā)人員能夠比較容易地跟蹤整個系統(tǒng)開發(fā)過程。2022/8/133面向?qū)ο笤O(shè)計細分為系統(tǒng)設(shè)計和對象設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計確定實現(xiàn)系統(tǒng)的策略和目標(biāo)系統(tǒng)的高層結(jié)構(gòu)。 （架構(gòu)設(shè)計）對象設(shè)計確定解空間中的類、關(guān)聯(lián)、接口形式及實現(xiàn)服務(wù)的算法。2022/8/13411.1 面向?qū)ο笤O(shè)計的準(zhǔn)則11.2 啟發(fā)規(guī)則11.3 軟件重用11.4 系統(tǒng)分解11.5 設(shè)計問題域子系統(tǒng)11.6 設(shè)計人-機交互子系統(tǒng)11.7 設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng)2022/8/13511.8 設(shè)計數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)11.9 設(shè)計類中的服務(wù)11.10 設(shè)計關(guān)聯(lián)11.11 設(shè)計優(yōu)化11.12 小結(jié)2022/8/13611.1 面向?qū)ο笤O(shè)計的

3、準(zhǔn)則所謂優(yōu)秀設(shè)計，就是權(quán)衡了各種因素，從而使得系統(tǒng)在其整個生命周期中的總開銷最小的設(shè)計。對大多數(shù)軟件系統(tǒng)而言，60%以上的軟件費用都用于軟件維護，因此，優(yōu)秀軟件設(shè)計的一個主要特點就是容易維護。2022/8/137模塊化抽象信息隱藏弱耦合交互耦合如果對象之間的耦合通過消息連接來實現(xiàn)，則這種耦合就是交互耦合。為使交互耦合盡可能松散，應(yīng)該遵守下述準(zhǔn)則。盡量降低消息連接的復(fù)雜程度。應(yīng)該盡量減少消息中包含的參數(shù)個數(shù)，降低參數(shù)的復(fù)雜程度。減少對象發(fā)送(或接收)的消息數(shù)。2022/8/138繼承耦合提高繼承耦合程度。繼承是一般類與特殊類耦合的形式。通過繼承關(guān)系結(jié)合起來的基類和派生類，構(gòu)成系統(tǒng)中粒度更大的模塊

4、。為獲得緊密的繼承耦合，邏輯上應(yīng)該存在“ISA”的關(guān)系。（過度繼承）在設(shè)計時應(yīng)該使特殊類盡量多繼承并使用其一般化類的屬性和服務(wù)，從而更緊密地耦合到其一般化類。2022/8/139強內(nèi)聚服務(wù)內(nèi)聚一個服務(wù)應(yīng)該完成一個且僅完成一個功能。類內(nèi)聚設(shè)計類的原則是，一個類應(yīng)該只有一個用途，類的屬性和服務(wù)應(yīng)該都是完成該類對象的任務(wù)必需的。如果某個類有多個用途，通常應(yīng)該把它分解成多個專用的類。一般特殊內(nèi)聚這種結(jié)構(gòu)應(yīng)該是對相應(yīng)的領(lǐng)域知識的正確抽取。2022/8/1310可重用（避免重復(fù)開發(fā)）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。重用基本上從設(shè)計階段開始。重用有兩方面的含義：盡量使用已有的類(包括開

5、發(fā)環(huán)境提供的類庫，及以往開發(fā)類似系統(tǒng)時創(chuàng)建的類)，如果確實需要創(chuàng)建新類，則在設(shè)計這些新類的協(xié)議時，應(yīng)該考慮將來的可重復(fù)使用性。2022/8/131111.2 啟發(fā)規(guī)則設(shè)計結(jié)果應(yīng)該清晰易懂提高軟件可維護性和可重用性重要措施。用詞一致使用已有的協(xié)議（重載）減少消息模式的數(shù)目避免模糊的定義2022/8/1312一般特殊結(jié)構(gòu)的深度應(yīng)適當(dāng)應(yīng)該使類等級中包含的層次數(shù)適當(dāng)。設(shè)計簡單的類盡量設(shè)計小而簡單的類，便于開發(fā)管理。避免包含過多的屬性有明確的定義盡量簡化對象之間的合作關(guān)系不要提供太多服務(wù)（保持適當(dāng)內(nèi)聚的基礎(chǔ)上）2022/8/1313使用簡單的協(xié)議消息中的參數(shù)不要超過3個。使用簡單的服務(wù)設(shè)計出來的類中的服

6、務(wù)通常都很小，有的僅35行源程序語句，可以用一個動詞和一個賓語的簡單句子描述功能。把設(shè)計變動減至最?。ńY(jié)構(gòu)穩(wěn)定）設(shè)計質(zhì)量越高，設(shè)計結(jié)果保持不變的時間也越長 (Refactoring)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計原則（專題介紹）2022/8/13142022/8/1315理想的設(shè)計變動情況Refactoring is the process of changing a software system in such a way that it does not alter the external behavior of the code yet improves its internal structure

7、. 11.4 系統(tǒng)分解大多數(shù)系統(tǒng)的面向?qū)ο笤O(shè)計模型，在邏輯上都由四大部分組成。分別是問題域子系統(tǒng)，人-機交互子系統(tǒng)、任務(wù)管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。這四個子系統(tǒng)如果重要程度和規(guī)模過大，在設(shè)計過程中應(yīng)該進一步劃分成更小的子系統(tǒng)，規(guī)模過小的可合并在其他子系統(tǒng)中。某些領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)在邏輯上可能僅由3個(甚至少于3個)子系統(tǒng)組成。2022/8/13162022/8/1317典型的面向?qū)ο笤O(shè)計模型子系統(tǒng)間的兩種交互方式子系統(tǒng)之間的交互有兩種可能的方式，分別是客戶供應(yīng)商(client supplier)關(guān)系和平等伙伴(peer to peer)關(guān)系。單向交互比雙向交互更容易理解，也更容易設(shè)計和修改，因此應(yīng)

8、該盡量使用客戶供應(yīng)商關(guān)系。2022/8/1318組織系統(tǒng)的兩種方案把子系統(tǒng)組織成完整的系統(tǒng)時，有水平層次組織和垂直塊組織兩種方案可供選擇。層次組織把軟件系統(tǒng)組織成層次系統(tǒng)，每層是一個子系統(tǒng)。上層在下層的基礎(chǔ)上建立，下層為實現(xiàn)上層功能而提供必要的服務(wù)。每一層內(nèi)所包含的對象，彼此間相互獨立，而處于不同層次上的對象，彼此間往往有關(guān)聯(lián)。在上、下層之間存在客戶供應(yīng)商關(guān)系。低層子系統(tǒng)提供服務(wù)，相當(dāng)于供應(yīng)商，上層子系統(tǒng)使用下層提供的服務(wù)，相當(dāng)于客戶。2022/8/1319塊狀組織（主題）把軟件系統(tǒng)垂直地分解成若干個相對獨立的、弱耦合的子系統(tǒng)，一個子系統(tǒng)相當(dāng)于一塊，每塊提供一種類型的服務(wù)。設(shè)計系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)由

9、子系統(tǒng)組成完整的系統(tǒng)時，典型的拓撲結(jié)構(gòu)有管道型、樹型、星型等。應(yīng)采用與問題結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的、盡可能簡單的拓撲結(jié)構(gòu)，以減少子系統(tǒng)之間的交互數(shù)量。2022/8/13202022/8/1321典型的拓撲結(jié)構(gòu)2022/8/1322典型的組織結(jié)構(gòu)11.5 設(shè)計問題域子系統(tǒng)（業(yè)務(wù)）面向?qū)ο蠓治龅贸龅臉I(yè)務(wù)模型，為設(shè)計業(yè)務(wù)子系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)，建立了完整的框架。應(yīng)盡量保持面向?qū)ο蠓治鏊⒌膯栴}域結(jié)構(gòu)。通常，僅需從實現(xiàn)角度對業(yè)務(wù)模型作一些補充或修改，主要是增添、合并或分解類、屬性及服務(wù)，調(diào)整繼承關(guān)系，優(yōu)化結(jié)構(gòu)等。當(dāng)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)過分復(fù)雜龐大時，應(yīng)進一步分解成若干個更小的子系統(tǒng)。（分析模型中的主題）2022/8/13

10、23調(diào)整需求（必要時）重用已有的類（繼承、組合）組合業(yè)務(wù)類通過引入一個根類而把問題域類組合在一起。組合優(yōu)于繼承？！增添一般化類以建立協(xié)議調(diào)整繼承層次2022/8/13242022/8/132511.6 設(shè)計人機交互子系統(tǒng)設(shè)計人機交互界面的準(zhǔn)則遵循下列準(zhǔn)則有助于設(shè)計出讓用戶滿意的人-機交互界面。 一致性使用一致的術(shù)語，一致的步驟，一致的動作。2022/8/1326減少步驟應(yīng)使用戶為做某件事情而需敲擊鍵盤的次數(shù)、點按鼠標(biāo)的次數(shù)、或者下拉菜單的距離，都減至最少。應(yīng)使得技術(shù)水平不同的用戶，為獲得有意義的結(jié)果所需使用的時間都減至最少。特別應(yīng)該為熟練用戶提供簡捷的操作方法(例如，熱鍵)。及時提供反饋信息每

11、當(dāng)用戶等待系統(tǒng)完成一項工作時，系統(tǒng)都應(yīng)該向用戶提供有意義的、及時的反饋信息，以便用戶能夠知道系統(tǒng)目前已經(jīng)完成該項工作的多大比例。2022/8/1327提供撤消命令應(yīng)該提供“撤消(undo)”命令，以便用戶及時撤消錯誤動作，消除錯誤動作造成的后果。無須記憶不應(yīng)該要求用戶記住在某個窗口中顯示的信息，然后再用到另一個窗口中，這是軟件系統(tǒng)的責(zé)任而不是用戶的任務(wù)。用戶在使用系統(tǒng)時用于思考人-機交互方法所花費的時間減至最少，而用于做實際想做的工作所用的時間達到最大值。更理想的情況，人機交互界面能夠增強用戶的能力。2022/8/1328易學(xué)人機交互界面應(yīng)該易學(xué)易用，提供聯(lián)機參考資料，以便用戶遇到困難時可隨時

12、參閱。富有吸引力人機交互界面不僅應(yīng)該方便、高效，還應(yīng)該使人在使用時感到心情愉快，能夠從中獲得樂趣，從而吸引人去使用它。2022/8/1329設(shè)計人-機交互子系統(tǒng)的策略分類用戶為更好了解用戶的需要與愛好，以便設(shè)計出符合用戶需要的界面，首先應(yīng)把將來可能與系統(tǒng)交互的用戶分類。按技能水平分類(新手/初級/中級/高級)。按職務(wù)分類(總經(jīng)理/經(jīng)理/職員)。按所屬集合分類(職員/顧客)。2022/8/1330描述用戶應(yīng)仔細了解將來使用系統(tǒng)的每類用戶的情況，把獲得的下列各項信息記錄下來。用戶類型使用系統(tǒng)欲達到的目的特征(年齡、性別、受教育程度、限制因素等)關(guān)鍵的成功因素(需求、愛好、習(xí)慣等)技能水平完成本職工

13、作的腳本2022/8/1331設(shè)計命令層次設(shè)計命令層次：現(xiàn)有人機交互習(xí)慣（Windows系統(tǒng)）確定初始的命令層次（命令安排）所謂命令層次，實質(zhì)上是用過程抽象機制組織起來的、可供選用的服務(wù)的表示形式。設(shè)計命令層次時，通常先從對服務(wù)的過程抽象著手，然后再進一步修改它們，以適合具體應(yīng)用環(huán)境的需要。2022/8/1332精化命令層次次序：仔細選擇每個服務(wù)的名字，并在命令層的每一部分內(nèi)把服務(wù)排好次序。排序時或者把最常用的服務(wù)放在最前面，或者按照用戶習(xí)慣的工作步驟排序。整體部分關(guān)系：尋找在這些服務(wù)中存在的整體部分模式，這樣做有助于在命令層中分組組織服務(wù)。2022/8/1333寬度和深度：由于人的短期記憶能

14、力有限，命令層次的寬度和深度都不應(yīng)該過大。操作步驟：應(yīng)該用盡量少的單擊、拖動和擊鍵組合來表達命令，而且應(yīng)該為高級用戶提供簡捷的操作方法。設(shè)計人機交互類人機交互類與所使用的操作系統(tǒng)及編程語言密切相關(guān)。MFC, Swing etc.2022/8/133411.7 設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng)分析并發(fā)性通過面向?qū)ο蠓治鼋⑵饋淼膭討B(tài)模型，是分析并發(fā)性的主要依據(jù)。如兩個對象彼此間不存在交互，或同時接受事件，則這兩個對象在本質(zhì)上是并發(fā)的。2022/8/1335設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng)常見的任務(wù)有事件驅(qū)動型任務(wù)、時鐘驅(qū)動型任務(wù)、優(yōu)先任務(wù)、關(guān)鍵任務(wù)和協(xié)調(diào)任務(wù)等。設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng)，包括確定各類任務(wù)并把任務(wù)分配給適當(dāng)?shù)挠布?/p>

15、軟件去執(zhí)行。2022/8/1336確定事件驅(qū)動型任務(wù)某些任務(wù)是由事件驅(qū)動的，這類任務(wù)可能主要完成通信工作。確定時鐘驅(qū)動型任務(wù)某些任務(wù)每隔一定時間間隔就被觸發(fā)以執(zhí)行某些處理，例如，某些設(shè)備需要周期性地獲得數(shù)據(jù)；某些人機接口、子系統(tǒng)、任務(wù)、處理器或其他系統(tǒng)也可能需要周期性地通信。在這些場合往往需要使用時鐘驅(qū)動型任務(wù)。2022/8/1337確定優(yōu)先任務(wù)優(yōu)先任務(wù)可以滿足高優(yōu)先級或低優(yōu)先級的處理需求。高優(yōu)先級：某些服務(wù)具有很高的優(yōu)先級，為了在嚴(yán)格限定的時間內(nèi)完成這種服務(wù)，需要把這類服務(wù)分離成獨立的任務(wù)低優(yōu)先級：與高優(yōu)先級相反，有些服務(wù)是低優(yōu)先級的，屬于低優(yōu)先級處理(通常指那些背景處理)。設(shè)計時用額外的任

16、務(wù)把這樣的處理分離出來。2022/8/1338確定關(guān)鍵任務(wù)關(guān)鍵任務(wù)是有關(guān)系統(tǒng)成功或失敗的關(guān)鍵處理，這類處理通常都有嚴(yán)格的可靠性要求。在設(shè)計過程中可能用額外的任務(wù)把這樣的關(guān)鍵處理分離出來，以滿足高可靠性處理的要求。對高可靠性處理應(yīng)該精心設(shè)計和編碼，并且應(yīng)該嚴(yán)格測試。確定協(xié)調(diào)任務(wù)當(dāng)系統(tǒng)中存在三個以上任務(wù)時，就應(yīng)該增加一個任務(wù)，用它作為協(xié)調(diào)任務(wù)。2022/8/1339盡量減少任務(wù)數(shù)必須仔細分析和選擇每個確實需要的任務(wù)。應(yīng)該使系統(tǒng)中包含的任務(wù)數(shù)盡量少。確定資源需求使用多處理器或固件，主要是為了滿足高性能的需求。設(shè)計者必須通過計算系統(tǒng)載荷(即每秒處理的業(yè)務(wù)數(shù)及處理一個業(yè)務(wù)所花費的時間)，來估算所需要的C

17、PU(或其他固件)的處理能力。2022/8/134011.8 設(shè)計數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)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，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(文件、關(guān)系數(shù)據(jù)庫或面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫)的影響。選擇數(shù)據(jù)存儲管理模式不同的數(shù)據(jù)存儲管理模式有不同的特點，適用范圍也不相同，應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的特點選擇適用的模式。2022/8/1341文件管理系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一種新技術(shù)，主要有兩種設(shè)計途徑：擴展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和擴展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言。2022/8/1342設(shè)計數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)既需要設(shè)計數(shù)據(jù)格式又需要設(shè)計相應(yīng)的服

18、務(wù)。設(shè)計數(shù)據(jù)格式設(shè)計數(shù)據(jù)格式的方法與所使用的數(shù)據(jù)存儲管理模式密切相關(guān)文件系統(tǒng)(文本、二進制；順序、隨機訪問方式)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ER、范式理論）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Object Mapping）XML DTD, Schema2022/8/1343設(shè)計相應(yīng)的服務(wù)如某個類的對象需要存儲起來，則在這個類中增加一個屬性和服務(wù)，用于完成存儲對象自身的工作。Interface Serializable in Java數(shù)據(jù)庫端（存儲過程、觸發(fā)器等）2022/8/1344復(fù)雜的應(yīng)用對于以下領(lǐng)域的應(yīng)用，RDBMS力不從心：CAD, CAMCASEOffice Information SystemMult

19、imedia systemsGISScience and medicineOODB就是要將面向?qū)ο缶幊陶Z言與數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合起來，滿足復(fù)雜應(yīng)用的要求。2022/8/1345RDBMS弱點不能滿意的表示現(xiàn)實世界中真正的實體，往往通過犧牲了性能換取功能。對數(shù)據(jù)抽象缺乏支持，關(guān)系模型只支持簡單的結(jié)構(gòu)化很強的應(yīng)用。對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和復(fù)雜語義的應(yīng)用缺乏支持。不支持聚合抽象（Aggregation）不支持泛化/特化抽象不支持抽象數(shù)據(jù)類型ADT2022/8/1346RDBMS弱點缺乏對對象行為控制的支持。應(yīng)用領(lǐng)域中一個完整的對象應(yīng)具有兩個方面的描述：結(jié)構(gòu)表示行為的具體描述二者的互相捆綁保證了對象狀態(tài)變化的正確性

20、，而關(guān)系模型缺乏對行為描述的支持。阻抗適配（impedance mismatch）2022/8/1347編程語言阻抗失配帶來的問題2022/8/1348Hibernate!Object mapping編程語言阻抗失配帶來的問題說明性SQL語言與過程性的編程語言的阻抗失配面向集合的數(shù)據(jù)操作與面向記錄的數(shù)據(jù)操作失配目前解決方法：用游標(biāo)的方法順序提取。但存在問題：對復(fù)雜應(yīng)用而言，隨機訪問需求與單行的順序訪問約束之間的失配。建立在連接（Join）查詢上的查詢結(jié)果是不可更新的，這對被切割的復(fù)雜對象的更新帶來很大困難。2022/8/1349編程語言阻抗失配帶來的問題exec sql declare Edg

21、eToVertices cursor for select * from StartEnd;exec sql open EdgeToVertices ;while(1) /*Iterate over the EdgeToVertices crusor*/exec sql fetch EdgeToVertex into:E#, :V#;exec sql select X,Y,Z/*read the coordinates*/ into :Xvar, :Yvar, :Zvar from Vertices s where s.VertexID= :V#;exec sql update Vertices set;/*perform modifications*/2022/8/135011.9 設(shè)計類中的服務(wù)確定類中應(yīng)有的服務(wù)需要綜合考慮對象模型、動態(tài)模型和功能模型，才能正確確定類中應(yīng)有的服務(wù)。對象模型是進行對象設(shè)計的基本框架。但面向?qū)ο蠓治龅膶ο竽Ｐ停辉诿總€類中列