1、梁昌勇,信息系統(tǒng)分析、設(shè)計與開發(fā)方法,第6章 面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析,6.1 從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計6.2 面向?qū)ο笤O(shè)計的準(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 6.7 類中服務(wù)的設(shè)計 6.8 關(guān)聯(lián)設(shè)計 6.9 設(shè)計優(yōu)化,目錄,6.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計,6.1.1 從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計,面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(OOD) 就是在系統(tǒng)分析模型的基礎(chǔ)上運用面向?qū)ο蟮姆椒?，來設(shè)計產(chǎn)生一個符合具體實現(xiàn)條件的面向?qū)ο笤O(shè)計(OOD)模型。 對于面向?qū)ο笤O(shè)計方法，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。分析

2、過程的結(jié)果可以直接映射成設(shè)計的結(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)計階段將所有的類和流程細(xì)化，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。,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行，而系統(tǒng)設(shè)計則在較低的抽象層次上進行。系統(tǒng)分析是獨立于程序設(shè)計語言的，初步的

3、系統(tǒng)設(shè)計在很大程度上與語言無關(guān)，但詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計則都會依賴于程序設(shè)計語言。,6.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計,6.1.1 從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計,面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計的主要工作包括以下幾個方面的內(nèi)容： (1) 設(shè)計對象與類。包括分析對象模型，設(shè)計對象與類的屬性，設(shè)計對象與類的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，以及設(shè)計消息與事件的內(nèi)容和格式。 (2) 設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)階段的主要任務(wù)是設(shè)計組件與子系統(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)計階段再進行分析。,6.1從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計,6.1.1 從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο?/p>

4、設(shè)計,面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計的主要工作包括以下幾個方面的內(nèi)容： (3) 設(shè)計人機交互子系統(tǒng)。此階段的主要任務(wù)是設(shè)計用戶界面，設(shè)計人機交互操作命令和操作順序，設(shè)計詳細(xì)交互過程，設(shè)計工作的內(nèi)容包括用戶分類，設(shè)計人機交互類等。 (4) 設(shè)計數(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,6.1.1 從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計,簡單與復(fù)雜 (1) 小規(guī)模和小團隊開發(fā)的系統(tǒng)在整體框架選擇和層次結(jié)

5、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行的系統(tǒng)，例如嵌入式系統(tǒng)，在設(shè)計時應(yīng)盡量簡單，以提高運行效率；而在PC機以及服務(wù)器上運行的系統(tǒng)，可以采用復(fù)雜設(shè)計，已獲得更好的擴展性。 (3) 對于運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)計上應(yīng)遵循簡單的原則。,6.2 面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)則,6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則,簡單與復(fù)雜 (4) 對于開發(fā)水平參差不齊的團隊，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。而成熟的開發(fā)團隊，則可以根據(jù)設(shè)計目標(biāo)靈

6、活地選擇設(shè)計方案。 (5) 在一個系統(tǒng)的設(shè)計中，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的模塊可能采用復(fù)雜設(shè)計。 (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)計只會使得某些超前的設(shè)計方案被廢棄。,6.2 面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)則,6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則,模塊化 模塊化是軟件設(shè)計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功能在設(shè)計時相對獨立，能夠降低軟件設(shè)計的復(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

7、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，在軟件運行中有一定生命周期的實體。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)計的準(zhǔn)則,6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計準(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)不同的實現(xiàn)。類實際上是一種抽象數(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例中包含的數(shù)據(jù)進行操作。,6.2 面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)則,6.2.1面向?qū)ο笙?/p>

8、統(tǒng)設(shè)計準(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)計的準(zhǔn)則,6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則,信息隱藏 實現(xiàn)弱耦合的重要手段，在面向?qū)ο蠓椒ㄖ校畔㈦[藏通過對象的封裝性實現(xiàn). 對象的封裝有兩種形式： 源代碼級的封裝; 二進制代碼級的封裝。,6.2 面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)則,6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)

9、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)時創(chuàng)建的類），二是如果確實需要創(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。,6.2 面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)則,6.2.1面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則,設(shè)計結(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，在一個中等規(guī)模(大約包含100個類)的系統(tǒng)中，類等級層次數(shù)應(yīng)保持為72

10、。,6.3 啟發(fā)規(guī)則,設(shè)計簡單的類 (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，分配給每個類的任 務(wù)應(yīng)該簡單，最好能用一兩個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)； 一個類提供的公共服務(wù)不超過7個； 在開發(fā)大型軟件系統(tǒng)時，解決這個問題的辦法，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。 (6) 使用簡單的服務(wù)； (7) 把設(shè)計變動減至最小。,6.3 啟發(fā)規(guī)則,面向?qū)ο蠓椒ǖ囊粋€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

11、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)計的重用 分析的重用 測試信息的重用,6.4 軟件重用,設(shè)計復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)時，會首先根據(jù)功能對系統(tǒng)進行分解，然后再分別設(shè)計各子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)間通過接口進行連接和信息傳遞，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)計子系統(tǒng)時，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；可能對面向?qū)ο蠓治鏊贸龅膯栴}域模型做的補充或修改。 （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

12、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,窄菱形模式,闊菱形模式,單繼承模式,人機交互子系統(tǒng)設(shè)計 在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中，應(yīng)該對人機交互子系統(tǒng)進行詳細(xì)設(shè)計，以確定人機交互的細(xì)節(jié)，其中包括指定窗口和報表的形式、設(shè)計命令層次等內(nèi)容。 設(shè)計人機交互子系統(tǒng)的策略 （1）分類用戶 （2）描述用戶 （3）設(shè)計命令層次 （4）設(shè)計人機交互類,6.6 典型的面向?qū)ο笤O(shè)計,任務(wù)管理子系統(tǒng)設(shè)計 分析并發(fā)性 設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng) 確定事件驅(qū)動型任務(wù) 確定時鐘驅(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,數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，是系統(tǒng)存

13、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,6.6 典型的面向?qū)ο笤O(shè)計,設(shè)計數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng) 設(shè)計數(shù)據(jù)格式，存儲管理模式的設(shè)計方法： 文件系統(tǒng)：定義1NF表；為每個1NF表定義一個文件； 關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：定義3NF表；為每個3NF表定義一個數(shù)據(jù)庫表； 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：擴展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫途徑；擴展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言途徑。 設(shè)計相應(yīng)的服務(wù) 如果某個類的對象需要存儲起來，則在這個類中增加一個“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,下面介紹使用不同數(shù)據(jù)存儲管理模式時的設(shè)計要點。

14、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ObjectServer類，并創(chuàng)建它的實例，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)：擴展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫途徑；擴展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言途徑。,6.6 典型的面向?qū)ο笤O(shè)計,設(shè)計類中應(yīng)有的服務(wù) 對象的許多

15、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,設(shè)計實現(xiàn)服務(wù)的方法 （1）設(shè)計實現(xiàn)服務(wù)的算法, 設(shè)計實現(xiàn)服務(wù)的算法時，應(yīng)該考慮下列幾個因素： 算法復(fù)雜度。 容易理解與實現(xiàn)。 易修改。 （2）選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中，則需要選擇能夠方便、有效地實現(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,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）實現(xiàn)單向關(guān)聯(lián) 如果關(guān)聯(lián)的重數(shù)是一元的，則實現(xiàn)關(guān)聯(lián)的指針是一個簡單指針；

16、如果重數(shù)是多元的，則需要用一個指針集合實現(xiàn)關(guān)聯(lián)。,6.8 關(guān)聯(lián)設(shè)計,用指針實現(xiàn)單向關(guān)聯(lián),（3）實現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián),實現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)有下列3種方法： 只用屬性實現(xiàn)一個方向的關(guān)聯(lián)，當(dāng)需要反向遍歷時就執(zhí)行 一次正向查找。 兩個方向的關(guān)聯(lián)都用屬性實現(xiàn)。 用獨立的關(guān)聯(lián)對象實現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)。,用指針實現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián),用對象實現(xiàn)關(guān)聯(lián),（4）關(guān)聯(lián)對象的實現(xiàn) 可以引入一個關(guān)聯(lián)類來保存描述關(guān)聯(lián)性質(zhì)的信息，關(guān)聯(lián)中的每個連接對應(yīng)著關(guān)聯(lián)類的一個對象。實現(xiàn)關(guān)聯(lián)對象的方法取決于關(guān)聯(lián)的重數(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

17、只與一個參與關(guān)聯(lián)的對象有關(guān)，通常用一個獨立的關(guān)聯(lián)類來保存描述關(guān)聯(lián)性質(zhì)的信息，這個類的每個實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 利用委托實現(xiàn)行為共享,6.9 設(shè)計優(yōu)化,本章是對面向?qū)ο蠓治龅臄U充，是一個逐漸擴充模型的過程。通過對系統(tǒng)的分析模型進行分析，了解程序應(yīng)該實現(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)計從增加屬性和服務(wù)開始，對模型進行擴充，建立起一個求解問題的實現(xiàn)方案。 首先，給出了面向?qū)ο笤O(shè)計有其特有的設(shè)計準(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)計時，是總體設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計多次反復(fù)迭代的過程，一般劃分為問題域