南郵-軟件體系結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)一《軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格之應(yīng)用》

南郵-軟件體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)一《軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格之應(yīng)用》南郵-軟件體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)一《軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格之應(yīng)用》南郵-軟件體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)一《軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格之應(yīng)用》資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月南郵-軟件體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)一《軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格之應(yīng)用》版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：《軟件體系結(jié)構(gòu)》實(shí)驗(yàn)：軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格之應(yīng)用

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)KWIC實(shí)例分析，理解和掌握軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多種軟件風(fēng)格設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)之KWIC實(shí)例：1．采用主/子程序體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格實(shí)現(xiàn)KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)2．采用面向?qū)ο篌w系架構(gòu)風(fēng)格實(shí)現(xiàn)KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)3．采用管道過(guò)濾體系架構(gòu)風(fēng)格實(shí)現(xiàn)KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)4．采用事件過(guò)程調(diào)用體系架構(gòu)風(fēng)格實(shí)現(xiàn)KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)三、實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)環(huán)境熟練掌握基于主/子程序體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格的KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，完成基于面向?qū)ο篌w系架構(gòu)風(fēng)格的KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。選做基于管道過(guò)濾體系架構(gòu)風(fēng)格的KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)；選做基于事件過(guò)程調(diào)用體系架構(gòu)風(fēng)格的KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)課前完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程等內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)課中獨(dú)立/團(tuán)隊(duì)操作完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論等內(nèi)容；每人一臺(tái)PC機(jī)，所需軟件Win2003/XP、UML工具（EclipseUML/Rose/Visio/StartUML/）、Eclipse/MyEclipse、等。四、實(shí)驗(yàn)操作1、采用主/子程序體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格實(shí)現(xiàn)KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)主程序/子程序風(fēng)格（MainProgram/SubroutineStyle）將系統(tǒng)組織成層次結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)主程序和一系列子程序。主程序是系統(tǒng)的控制器，負(fù)責(zé)調(diào)度各子程序的執(zhí)行。各子程序又是一個(gè)局部的控制器，調(diào)度其子程序的執(zhí)行。設(shè)計(jì)詞匯表：主程序main(),子程序shift(),sort()方法，方法的調(diào)用，返回構(gòu)件和連接件類型：構(gòu)件：各類子程序，如shift(),sort()連接件：方法的調(diào)用基本的計(jì)算模型：子程序有shift(),sort()方法，shift()對(duì)單詞進(jìn)行移位，sort()方法對(duì)單詞進(jìn)行排序風(fēng)格的基本不變性：主程序有順序地調(diào)用子程序，單線程控制。KWIC的主/子程序體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格示意圖如下所示：主程序/子程序風(fēng)格的重要設(shè)計(jì)決策與約束有：基于聲明-使用（程序調(diào)用）關(guān)系建立連接件，以層次分解的方式建立系統(tǒng)部件，共同組成層次結(jié)構(gòu)。每一個(gè)上層部件可以“使用”下層部件，但下層部件不能“使用”上層部件，即不允許逆方向調(diào)用。系統(tǒng)應(yīng)該是單線程執(zhí)行。主程序部件擁有最初的執(zhí)行控制權(quán)，并在“使用”中將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給下層子程序。子程序只能夠通過(guò)上層轉(zhuǎn)移來(lái)獲得控制權(quán)，可以在執(zhí)行中將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給下層的子子程序，并在自身執(zhí)行完成之后必須將控制權(quán)還交給上層部件。KWIC主程序/子程序風(fēng)格的Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)見(jiàn)附件。主程序/子程序風(fēng)格的主要實(shí)現(xiàn)機(jī)制是模塊實(shí)現(xiàn)，它將每個(gè)子程序都實(shí)現(xiàn)為一個(gè)模塊，主程序?qū)崿F(xiàn)為整個(gè)系統(tǒng)的起始模塊。依照抽象規(guī)格的層次關(guān)系，實(shí)現(xiàn)模塊也被組織為相應(yīng)的層次機(jī)構(gòu)，通過(guò)導(dǎo)入/導(dǎo)出關(guān)系相連接。需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然主程序/子程序風(fēng)格非常類似于結(jié)構(gòu)化程序的結(jié)構(gòu)，但是主程序/子程序風(fēng)格是基于部件與連接件建立的高層結(jié)構(gòu)。它的部件不同于程序，而是更加粗粒度的模塊。而且，在部件的實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部，可以使用結(jié)構(gòu)化方法，也可以使用面向?qū)ο蠓椒?，這并不妨礙整個(gè)系統(tǒng)的高層結(jié)構(gòu)符合主程序/子程序風(fēng)格的約定。主程序/子程序風(fēng)格的優(yōu)點(diǎn)有：流程清晰，易于理解。強(qiáng)控制性。嚴(yán)格的層次分解和嚴(yán)格的控制權(quán)轉(zhuǎn)移使得主程序/子程序風(fēng)格對(duì)程序的實(shí)際執(zhí)行過(guò)程具備很強(qiáng)的控制能力，這帶來(lái)了一個(gè)特點(diǎn)：如果一個(gè)子程序所連接的子子程序是正確的，那么就很容易保證該子程序的“正確性”。所以，主程序/子程序風(fēng)格比其他常見(jiàn)風(fēng)格更能控制程序的“正確性”。2、采用面向?qū)ο篌w系結(jié)構(gòu)風(fēng)格實(shí)現(xiàn)KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)面向?qū)ο笫斤L(fēng)格，需要強(qiáng)調(diào)說(shuō)明的是它的“對(duì)象”是部件，屬于高層結(jié)構(gòu)的元素，雖然名稱相同，但它并不是面向?qū)ο蠓椒ㄖ兴龅摹皩?duì)象”實(shí)體。“面向?qū)ο笫健憋L(fēng)格的命名是因?yàn)樗梃b了面向?qū)ο蠓椒ǖ乃枷?，而不是因?yàn)樗褂妹嫦驅(qū)ο蠓椒▽?shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)，這也是在該風(fēng)格名稱中有一個(gè)“式”字的原因。面向?qū)ο笫斤L(fēng)格的主要實(shí)現(xiàn)機(jī)制是模塊實(shí)現(xiàn)，它將每個(gè)對(duì)象部件實(shí)例都實(shí)現(xiàn)為一個(gè)模塊。存在連接的對(duì)象部件實(shí)例之間會(huì)存在模塊的導(dǎo)入/導(dǎo)出關(guān)系。每個(gè)模塊內(nèi)部可以是基于面向?qū)ο蠓椒ǖ膶?shí)現(xiàn)，也可以是基于結(jié)構(gòu)化方法的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)詞匯表：input,output,shift,sort,main類shift,sort,output對(duì)象對(duì)象間的消息傳遞構(gòu)件和連接件類型：構(gòu)件類型：對(duì)象連接件的類型：為對(duì)象間的消息傳遞KWIC的面向?qū)ο蟪绦蝮w系結(jié)構(gòu)風(fēng)格示意圖如下所示：基本的計(jì)算模型：Input模塊從文本文件中一行一行讀取單Shift模塊用于將單詞移位。Sort模塊將單詞進(jìn)行排序。Output模塊將最終結(jié)果寫(xiě)到文本文件中KWIC面向?qū)ο箫L(fēng)格的Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)見(jiàn)附件。面向?qū)ο笫斤L(fēng)格的優(yōu)點(diǎn)有：內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的可修改性。因?yàn)槊嫦驅(qū)ο笫斤L(fēng)格要求封裝內(nèi)部數(shù)據(jù)，隱藏內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，所以它可以在不影響外界的情況下，變更其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。易開(kāi)發(fā)、易理解、易復(fù)用的結(jié)構(gòu)組織。面向?qū)ο笫斤L(fēng)格將系統(tǒng)組織為一系列平等、自治的單位，每個(gè)單位負(fù)責(zé)自身的“正確性”，不同單位之間僅僅是通過(guò)方法調(diào)用相連接，這非常契合模塊化思想，能夠建立一個(gè)易開(kāi)發(fā)、易理解、易復(fù)用的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。3、采用管道和過(guò)濾器體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格實(shí)現(xiàn)KWIC關(guān)鍵詞索引系統(tǒng)管道-過(guò)濾器風(fēng)格將系統(tǒng)的功能邏輯建立為部件集合。每個(gè)部件實(shí)例完成一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)流的獨(dú)立功能處理，它接收數(shù)據(jù)流輸入，進(jìn)行轉(zhuǎn)換和增量后進(jìn)行數(shù)據(jù)流輸出。連接件是管道機(jī)制，它將前一個(gè)過(guò)濾器的數(shù)據(jù)流輸出傳遞給后一個(gè)過(guò)濾器作為數(shù)據(jù)流輸入。連接件也可能會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)流的功能處理，進(jìn)行轉(zhuǎn)換或增量，但連接件進(jìn)行功能處理的目的為了適配前一個(gè)過(guò)濾器的輸出和后一個(gè)過(guò)濾器的輸入，而不是為了直接承載軟件系統(tǒng)的需求。各個(gè)過(guò)濾器可以并發(fā)執(zhí)行。每個(gè)過(guò)濾器都可以在數(shù)據(jù)輸入不完備的情況下就開(kāi)始進(jìn)行處理，每次接到一部分?jǐn)?shù)據(jù)流輸入就處理和產(chǎn)生一部分輸出。這樣，整個(gè)的過(guò)濾器網(wǎng)絡(luò)就形成了一條流水線。設(shè)計(jì)詞匯表：Pipe,Filter構(gòu)件和連接件類型構(gòu)件：Filter連接件：PipeKWIC的管道過(guò)濾器體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格示意圖如下所示：inputoutputShiftingsortingInputmediumFilterPipeSystemI/O基本的計(jì)算模型：過(guò)濾器讀管道輸出流，過(guò)濾器寫(xiě)管道輸入流，過(guò)濾器通過(guò)對(duì)輸入流的增量計(jì)算來(lái)完成風(fēng)格的基本不變性：過(guò)濾器是獨(dú)立的實(shí)體，它們之間通過(guò)管道傳遞數(shù)據(jù)管道-過(guò)濾器風(fēng)格可以為所有過(guò)濾器部件實(shí)例建立模塊實(shí)現(xiàn)，每個(gè)過(guò)濾器部件實(shí)例被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)單獨(dú)的模塊，可以為所有簡(jiǎn)單的管道連接件建立一個(gè)通用的模塊實(shí)現(xiàn)，為每個(gè)復(fù)雜的管道連接件建立一個(gè)單獨(dú)的模塊實(shí)現(xiàn)，相關(guān)聯(lián)過(guò)濾器部件的實(shí)現(xiàn)模塊要導(dǎo)入管道實(shí)現(xiàn)模塊。因?yàn)楣艿?過(guò)濾器風(fēng)格需要并發(fā)執(zhí)行，所以管道-過(guò)濾器風(fēng)格需要為所有過(guò)濾器部件實(shí)例和復(fù)雜連接件實(shí)例建立進(jìn)程實(shí)現(xiàn)，每個(gè)過(guò)濾器部件實(shí)例和復(fù)雜連接件實(shí)例被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)進(jìn)程。如果操作系統(tǒng)能夠提供管道機(jī)制，那么進(jìn)程實(shí)現(xiàn)時(shí)的簡(jiǎn)單管道可以利用操作系統(tǒng)提供的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，所有的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程都需要部署在同一個(gè)物理節(jié)點(diǎn)。如果有中間件平臺(tái)能夠提供管道機(jī)制，那么進(jìn)程實(shí)現(xiàn)時(shí)的簡(jiǎn)單管道可以利用中間件平臺(tái)提供的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，各個(gè)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程可以被部署在不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。KWIC基于管道過(guò)濾器風(fēng)格的JAVA語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)見(jiàn)附件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸入文件：輸出文件：\五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格是描述某一特定應(yīng)用領(lǐng)域中系統(tǒng)組織方式的慣用模式。軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)核心問(wèn)題是能否使用重復(fù)的體系結(jié)構(gòu)模式，即能達(dá)到體系結(jié)構(gòu)級(jí)的軟件重用。也就是說(shuō)，能否在不同的軟件系統(tǒng)中，使用同一體系結(jié)構(gòu)。主/子程序體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格、面向?qū)ο篌w系架構(gòu)風(fēng)格、管道過(guò)濾體系架構(gòu)風(fēng)格、用事件過(guò)程調(diào)用體系架構(gòu)風(fēng)格是四種常用的軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格，對(duì)于實(shí)現(xiàn)同一種功能的軟件可以分別采用以上的這四種風(fēng)格。在建立體系結(jié)構(gòu)過(guò)程中，不斷明確設(shè)計(jì)詞匯表、構(gòu)建和連接件的類型、可容許的結(jié)構(gòu)模式、基本的計(jì)算類型、風(fēng)格的基本不變形、常用例子、優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)明確這些問(wèn)題，可以理解一種體系結(jié)構(gòu)的基本特征，從而為實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)重用提供可能。通過(guò)對(duì)KWIC進(jìn)行建模和實(shí)現(xiàn)，讓我動(dòng)手把簡(jiǎn)單的軟件體系結(jié)構(gòu)代碼實(shí)現(xiàn)，在程序里體現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的基本思想，拓展了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)，將軟件設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)在編碼環(huán)節(jié)，為以后的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。KWIC主程序/子程序風(fēng)格的Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)：publicstaticvoidalphabetize(){String[]tmpArray=newString[()];(tmpArray);(tmpArray);sortedLineIndexes=tmpArray;}publicstaticvoidOutput(StringoutputAddress){FileWriterfw=null;try{fw=newFileWriter(outputAddress);}catch(IOExceptione){transform();output.transform();//直接輸出結(jié)果"-----infile-----");Stringstr=null;while()){str=();}"inputend");(3000);"-----outfile-----");while()){}();();}catch(Exceptione){();}}}//Filter類packagekwic_pipe;importpublicabstractclassFilter{//定義輸入管道protectedPipeinput;//定義輸出管道protectedPipeoutput;privatebooleanisStart=false;Filter(Pipeinput,Pipeoutput){=input;=output;}//防止多次調(diào)用，調(diào)用之后線程開(kāi)始執(zhí)行publicvoidstart(){if(!isStart){isStart=true;Threadthread=newThread();();}}//線程的run方法publicvoidrun(){try{();}catch(IOExceptione){();}}//將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需數(shù)據(jù)并寫(xiě)入輸出管道//由子類實(shí)現(xiàn)抽象方法protectedabstractvoidtransform()throwsIOException;}Pipe類packagekwic_pipe;importimportimportimportimportpublicclassPipe{//輸入管道privateScannerpipereader;//輸出管道privatePrintWriterpipewriter;publicPipe(){PipedWriterpw=newPipedWriter();PipedReaderpr=newPipedReader();try{(pr);}catch(IOExceptione){();}pipewriter=newPrintWriter(pw);pipereader=newScanner(pr);}//讀入一行數(shù)據(jù)到管道//@return讀入的數(shù)據(jù)publicStringreaderLine()throwsIOException{return();}//從管道輸出一行數(shù)據(jù)publicvoidwriterLine(Stringstrline)throwsIOException{(strline);}//將讀管道關(guān)閉，調(diào)用該方法后，不能再?gòu)墓艿乐凶x數(shù)據(jù)//如不能關(guān)閉則拋出異publicvoidcloseReader()throwsIOException{();}//先刷新數(shù)據(jù)，在將寫(xiě)管道關(guān)閉，調(diào)用該方法后，不能向管道中寫(xiě)數(shù)據(jù)//如不能關(guān)閉則拋出異常publicvoidcloseWriter()throwsIOException{();();}}Alphabetizer類packagekwic_pipe;importimportimportpublicclassAlphabetizerextendsFilter{privateArrayList<String>al=newArrayList<String>();Alphabetizer(Pipeinput,Pipeoutput){super(input,output);}//對(duì)讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序protectedvoidtransform()throwsIOException{Stringtempline=null;//讀入數(shù)據(jù)while((templine=())!=null){(templine);}//按字母表排序(al);//對(duì)排序后的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出for(inti=0;i<();i++){(i));}();();}}Shift類packagekwic_pipe;importimportpublicclassShiftextendsFilter{//單詞的列表privateArrayList<String>wordlist=newArrayList<String>();//重組后的行的列表privateArrayList<String>linelist=newArrayList<String>();Shift(Pipeinput,Pipeoutput){super(input,output);}@Overrideprotectedvoidtransform()throwsIOException{Stringtempline="";//讀數(shù)據(jù)while((templine=())!=null){//將數(shù)據(jù)拆分為不同單詞(templine);//將單詞重組為句子();//輸出重組結(jié)果for(inti=0;i<();i++){(i));}//清空wordlist、linelist和templine();();templine="";}();();}//從一行中提取單詞存入單詞表中privatevoidlineSplitWord(Stringline){Stringword="";inti=0;while(i<()){if(i)!=''){word+=(i);}else{(word);}i++;}}privatevoidrecombination(){for(intj=0;j<();j++){Stringtempline="";for(intk=()-1-j;k<();k++){templine+=(k)+"";}for(intm=0;m<()-1-j;m++){if(m!=()-j-2){templine+=(m)+"";}else{templine+=(m);}}(templine);}}}Input類package