第5章面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)

第5章面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)－－時尚而主流的方法內(nèi)容概覽面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)概述系統(tǒng)設(shè)計(jì)對象設(shè)計(jì)“學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)”分析設(shè)計(jì)模型

5.1面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)概述

面向?qū)ο蟮姆治鍪且粋€對問題領(lǐng)域進(jìn)行分類的活動，確定在解決目標(biāo)領(lǐng)域的問題時可以應(yīng)用的類對象，同時確定對象的關(guān)系和行為。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)則主要考慮“如何實(shí)現(xiàn)”的問題，那么此階段的焦點(diǎn)是從“問題空間”轉(zhuǎn)移到“解空間”，著重完成各種不同層次的模塊設(shè)計(jì)。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)不僅要說明為實(shí)現(xiàn)需求必須引入的類、對象及它們之間是如何關(guān)聯(lián)的，描述對象間如何傳遞消息，和對象行為如何實(shí)現(xiàn)，還必須從提高軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率方面考慮如何改進(jìn)類結(jié)構(gòu)和可復(fù)用類庫中的類。5.1.1面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)任務(wù)依據(jù)對象建模技術(shù)，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)過程主要由以下步驟組成：系統(tǒng)設(shè)計(jì)：主要完成系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，及所包含的每個子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這些子系統(tǒng)是使軟件能夠滿足客戶定義的需求，并實(shí)現(xiàn)支持客戶需求的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施；類及對象設(shè)計(jì)：對面向?qū)ο蠓治瞿Ｐ椭械念悓ο竽Ｐ途唧w化、詳細(xì)化，包括用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中的過程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)對象的每個操作即算法設(shè)計(jì)，定義實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的內(nèi)部類，為類屬性設(shè)計(jì)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。消息設(shè)計(jì)：使每個對象能夠和其協(xié)作者通信的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的外部和內(nèi)部接口。復(fù)審設(shè)計(jì)模型：設(shè)計(jì)過程是迭代深入的，從需求和實(shí)現(xiàn)兩個角度對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行復(fù)審。5.1.2面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型

面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模型是從分析模型導(dǎo)出的，如圖所示,描述出了面向?qū)ο蠓治瞿Ｐ秃蛯钠鋵?dǎo)出的設(shè)計(jì)模型之間的關(guān)系。

5.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程主要是：劃分子系統(tǒng)；確定需要并行運(yùn)行的子系統(tǒng)并為它們分配處理器；描述子系統(tǒng)之間的通信；確定系統(tǒng)資源的管理和控制；確定人機(jī)交互（用戶界面）構(gòu)件；選擇實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和任務(wù)管理的基本策略。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)就是從面向?qū)ο蠓治龅母鱾€模型導(dǎo)出相應(yīng)的子系統(tǒng)。確定子系統(tǒng)時應(yīng)當(dāng)注意以下這些重要問題。每個子系統(tǒng)負(fù)責(zé)什么用戶需求？在分析中定義的對象被分配到哪個子系統(tǒng)中？哪些子系統(tǒng)必須并發(fā)運(yùn)行，以及由什么系統(tǒng)構(gòu)件協(xié)調(diào)和控制它們？全局資源如何被子系統(tǒng)管理？

5.2.1子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.2.1子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．劃分子系統(tǒng)當(dāng)子系統(tǒng)被定義和設(shè)計(jì)時，應(yīng)該遵從下面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：子系統(tǒng)應(yīng)具有定義良好的接口，通過接口和整個系統(tǒng)的其他部分進(jìn)行通信；除了少數(shù)的“通信類”，在某個子系統(tǒng)中的類應(yīng)只和該子系統(tǒng)中的其他類協(xié)作；子系統(tǒng)的數(shù)量不應(yīng)太多。5.2.1子系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前在大型軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用分層技術(shù)是一種很重要而可行的方法，下面給出了進(jìn)行分層設(shè)計(jì)方法的過程。建立分層標(biāo)準(zhǔn)。也就是決定子系統(tǒng)將如何被組合成層次的體系結(jié)構(gòu)。確定層的數(shù)量。設(shè)計(jì)層數(shù)要盡量適合系統(tǒng)應(yīng)用，太多將引入不必要的復(fù)雜性，太少則可能有害功能獨(dú)立性。命名層并將子系統(tǒng)分配到某個層。定義每層的接口。進(jìn)一步細(xì)化子系統(tǒng)以建立每個層的類結(jié)構(gòu)。定義層與層之間的消息模型。評審層設(shè)計(jì)以保證層間的低耦合度。迭代進(jìn)行分層設(shè)計(jì)。5.2.1子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．子系統(tǒng)的并發(fā)處理

在面向?qū)ο蠓治瞿Ｐ椭校瑢ο螅袨槟Ｐ桶舜嬖谟谧酉到y(tǒng)或?qū)ο笾g的并發(fā)事件的相關(guān)信息。對于同時活動的子系統(tǒng)（或?qū)ο螅梢栽谕粋€處理器硬件上執(zhí)行實(shí)現(xiàn)，不需要并發(fā)處理。當(dāng)某些子系統(tǒng)（或?qū)ο螅┛赡芡阶饔糜谑录鼈儽环Q為并發(fā)的子系統(tǒng)（或?qū)ο螅仨毧紤]同步措施。這時可采用兩種解決方案：將并發(fā)子系統(tǒng)分配到不同的處理器；將并發(fā)子系統(tǒng)分配到相同的處理器并由系統(tǒng)提供同步控制。5.2.1子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3．子系統(tǒng)間通信

一旦每個子系統(tǒng)被定義，就有必要定義子系統(tǒng)之間的協(xié)作，可以使用“對象到對象協(xié)作”應(yīng)用于子系統(tǒng)間通信模型。5.2.2人機(jī)交互（用戶界面）設(shè)計(jì)

如今已有許多可視化開發(fā)工具，能夠提供大量可復(fù)用的基礎(chǔ)圖形（如窗口、菜單、按鈕、對話框等）類庫，幫助設(shè)計(jì)用戶界面，但是要設(shè)計(jì)出令用戶滿意的人機(jī)交互界面卻不是一件很容易的事情。5.2.2人機(jī)交互（用戶界面）設(shè)計(jì)

1．對用戶特點(diǎn)分類分析，設(shè)計(jì)不同界面（1）一致性（2）減少操作，提供在線幫助（3）避免用戶的大量記憶內(nèi)容5.2.2人機(jī)交互（用戶界面）設(shè)計(jì)2．增加用戶界面專用的類與對象

用戶界面專用類的設(shè)計(jì)通常與所選用的圖形用戶界面有關(guān)。3．利用快速原型演示，改進(jìn)界面設(shè)計(jì)

為人機(jī)交互部分構(gòu)造原型，是界面設(shè)計(jì)的基本技術(shù)之一。應(yīng)當(dāng)盡可能開發(fā)用戶界面原型，讓用戶直觀感受界面的設(shè)計(jì)，從而評判系統(tǒng)是否功能齊全，方便好用。5.2.3任務(wù)管理設(shè)計(jì)任務(wù)管理設(shè)計(jì)一般遵循如下的步驟和策略。（1）識別是由事件驅(qū)動，還是時鐘驅(qū)動的任務(wù)（2）識別關(guān)鍵性任務(wù)、任務(wù)的優(yōu)先級（3）定義具體任務(wù)5.2.4數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)1．定義數(shù)據(jù)格式

設(shè)計(jì)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)。2．設(shè)計(jì)相應(yīng)的操作

不同的數(shù)據(jù)存儲管理模式，設(shè)計(jì)相應(yīng)的操作方法也不同。5.3對象設(shè)計(jì)5.3.1對象設(shè)計(jì)的內(nèi)容與原則

對象設(shè)計(jì)主要包括：對象的描述、算法設(shè)計(jì)、程序構(gòu)件及接口。為了更好地進(jìn)行對象設(shè)計(jì)，需要遵循以下原則。（1）封裝（2）抽象（3）信息隱藏（4）強(qiáng)內(nèi)聚（5）弱耦合（6）可復(fù)用5.3.2對象描述

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)階段的對象描述是在分析階段的對象模型基礎(chǔ)上，由對象間的接口（消息）入手，從實(shí)現(xiàn)的角度詳細(xì)描述對象的各個方面。對象的設(shè)計(jì)描述通常包括協(xié)議描述和實(shí)現(xiàn)描述。協(xié)議描述為對象提供了接口，是其他調(diào)用該對象的對象設(shè)計(jì)時必須參考的。實(shí)現(xiàn)描述提供了對象內(nèi)部的（隱藏的）細(xì)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)對象所必需的。5.3.2對象描述1．協(xié)議描述

以第3章面向?qū)ο笮枨蠓治龇椒ㄖ械摹吧a(chǎn)監(jiān)測應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)”為例進(jìn)行協(xié)議描述。“計(jì)數(shù)器”可能接收3種消息：“清零復(fù)位”消息Reset，“計(jì)數(shù)加1”消息Increment，“傳送數(shù)值”消息Sendvalue。該“計(jì)數(shù)器”對象的協(xié)議描述可寫為：MESSAGE（Counter）→Reset：SETSCounter_number；該消息描述對Counter計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零復(fù)位，接收到該消息后所執(zhí)行的操作是將計(jì)數(shù)值Counter_number設(shè)置為0，此消息由主控機(jī)發(fā)出。MESSAGE（Counter）→Increment：CALCULATESCounter_number；該消息描述對Counter計(jì)數(shù)器累加，接收到該消息后所執(zhí)行的操作是將數(shù)值Counter_number加1操作，此消息由采集設(shè)備發(fā)出。MESSAGE（Counter）→Sendvalue：SENDSCounter_number；該消息描述Counter計(jì)數(shù)器傳送計(jì)數(shù)值，接收到該消息后所執(zhí)行的操作是將計(jì)數(shù)值傳送給主控機(jī)，此消息由定時器發(fā)出。5.3.2對象描述2．實(shí)現(xiàn)描述試將前面“計(jì)數(shù)器Counter”對象的協(xié)議描述寫出實(shí)現(xiàn)描述。對象名：Counter類名：ClassCounter私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：Counter_ID：string； //生產(chǎn)線上計(jì)數(shù)器編號 Controller_ID：string； //生產(chǎn)線上主控機(jī)編號 Work_line：string； //生產(chǎn)線編號 Index_ID：string； //計(jì)數(shù)表示的是哪個指標(biāo) Counter_number：integer；//計(jì)數(shù)值操作過程：1）清零復(fù)位IFCounter_number≠0 THENIFCounter_number>0 THENCounter_number置0； ELSE發(fā)送出錯信息（Counter_ID，Error）到主控機(jī)Controller_ID；2）計(jì)數(shù)累加Counter_number++；3）數(shù)值傳送讀取Counter_number的值；發(fā)送保存數(shù)據(jù)消息（Counter_ID，Work_line，Counter_number）到主控機(jī)Controller_ID

5.3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中，使用與傳統(tǒng)軟件工程所討論的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和過程設(shè)計(jì)不同的方法來設(shè)計(jì)對象的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對象實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法一般是并行設(shè)計(jì)的，因?yàn)轭惖牟僮骺偸且僮黝惖膶傩?，好的?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對相應(yīng)的操作算法設(shè)計(jì)具有重要的意義。

5.3.4程序構(gòu)件與接口

描述程序的構(gòu)件可采用PDL（ProgramDesignLanguage）語言實(shí)現(xiàn)，語法形式如下：PACKAGEprogram-component-nameIS/構(gòu)件（對象）的定義

TYPEspecificationofdataobjects/說明數(shù)據(jù)的定義

… PROCspecificationofrelatedoperations/操作過程的說明PRIVATE datastructuredetailsforobjects/構(gòu)件（對象）私有部分的說明PACKAGEBODYprogram-component-nameIS/以下為構(gòu)件（對象）中具體各操作的實(shí)現(xiàn)

PROCoperation.1(interfacedescription)IS… END PROCoperation.n(interfacedescription)IS… END ENDprogram-component-name

5.4案例：“學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)”分析設(shè)計(jì)模型

學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高校教務(wù)管理事務(wù)中對學(xué)生學(xué)業(yè)的具體管理，系統(tǒng)主要包括學(xué)生成績管理、學(xué)生成績查詢和系統(tǒng)管理三部分。學(xué)生成績管理部分完成課程成績的登記和修改，這部分僅供被授權(quán)的教師使用；學(xué)生成績查詢部分實(shí)現(xiàn)學(xué)生個人課程考試成績的查詢，這部分操作供已注冊的學(xué)生使用；系統(tǒng)管理部分完成對教師、學(xué)生、課程等基礎(chǔ)信息的維護(hù)管理，供系統(tǒng)管理員使用。

5.4案例：“學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)”分析設(shè)計(jì)模型

1．系統(tǒng)需求分析

5.4案例：“學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)”分析設(shè)計(jì)模型

課程成績部分由注冊教師使用，負(fù)責(zé)學(xué)生成績的登記和修改工作，課程成績?nèi)鐖D所示。

5.4案例：“學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)”分析設(shè)計(jì)模型

學(xué)生成績查詢部分主要由學(xué)生使用，負(fù)責(zé)完成成績的查詢工作，成績查詢活動圖如圖所示。

5.4案例：“學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)”分析設(shè)計(jì)模型

在明確了業(yè)務(wù)需求基礎(chǔ)之上，需要通過用例圖進(jìn)一步對業(yè)務(wù)進(jìn)行描述，用以構(gòu)建系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型。學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)的用例圖，如圖所示。

5.4案例：“學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)”分析設(shè)計(jì)模型

5.4案例：“學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)”分析設(shè)計(jì)模型

2．系統(tǒng)主要建模（1）類的分析

5.4案例：“學(xué)生成績管理信息系統(tǒng)”分析設(shè)計(jì)模型

2．系統(tǒng)主要建模（2）類的設(shè)計(jì)小結(jié)

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)也是將分析階段所建立的分析模型轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖O(shè)計(jì)模型，應(yīng)用數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)（對象屬性設(shè)計(jì)）、接口設(shè)計(jì)（消息模型開發(fā)）以及過程設(shè)計(jì)（子系統(tǒng)級設(shè)計(jì)）。在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)將分析階段產(chǎn)生的分析模型轉(zhuǎn)換為軟件編碼實(shí)現(xiàn)做準(zhǔn)備的設(shè)計(jì)模型過程中，可主要?dú)w結(jié)為3個層次的內(nèi)容：子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、類和對象設(shè)計(jì)、消息設(shè)計(jì)。子系統(tǒng)層次的設(shè)計(jì)包含子系統(tǒng)及其協(xié)作關(guān)