软件设计与体系结构 第四章 面向对象的软件设计方法

面向对象的软件设计引言•面向对象开发方法的核心是利用面向对象的概念和方法对软件需求分析和设计，建立面向对象的软件分析和设计模型。•面向对象软件开发过程从领域概念到设计概念和代码实现都以类和对象为核心，是一个逐步精化的过程，因此需求分析和设计之间并没有严格的分界线。•本章使用UML进行软件分析和设计。教学内容•基于UML的分析与设计过程•用例分析与设计•概念模型和顶层架构设计•用户界面设计•数据模型设计•设计精化•类设计•部署模型设计基于UML的分析与设计过程•UML是独立于软件开发过程的，它几乎可以用于任何类型的软件开发过程，包括瀑布式、迭代式、螺旋式等不同模型。•在软件分析和设计中，可以根据项目的特征、开发组织在已有实践中定义的相关规范、设计人员本身的偏好等因素，对基于UML的软件设计过程进行定制。•根据UML各种视图的特点，它们可能更适用于软件分析与设计的某些活动，形成了一些常用的设计方式与过程，起到一定的指导作用，但并没有强制性要求。基于UML的分析与设计过程用例分析与设计概念模型与顶层架构设计用户界面设计数据模型设计设计精化类设计部署模型设计UML设计模型类图包图构件图用例图交互图活动图类图包图交互图构件图部署图类图包图构件图类图状态图活动图基于UML的分析与设计过程用例分析与设计：需求获取，分析和描述的过程，它将利用例及用例图表示需求。概念模型与顶层架构设计：在用户需求和相关的业务领域中，概念及概念关系的抽取用户界面设计：设计每个界面中的所有界面元素，确定初步的界面布局，定义用户界面动作对软件系统中设计元素的要求数据模型的设计：确定设计模型中需要持久保存的类的对象及其属性，定义持久持久存储数据之间的组织方式，并明确数据模型中的操作行为。设计的精化：对上面的逻辑、界面、数据模型等不同侧重点的设计结果进行整理，合并相似的类，保证各模型之间的一到处性，并消除冗余，为了提高整全后模型的质量，可能需要引入继承、聚集等关系对类设计进行组织和精化，并可能需要引入新的关键类和控制类。交互图等设计模型进行精华，以更具体地描述场景交互过程。基于UML的分析与设计过程类设计：对类进行细化设计，精化类之间的关系以及类的操作和属性，使它们能够直接提交给软件构造阶段进行编码实现。对重要控制类，采用状态图描述类的实例在生存周期中对外部事件的响应笔状态变化过程，并可以采用活动图对重要的方法过程开算法进行描述。部署模型设计：对软件最终的元素结构以及运行的具体环境进行描述，包括刻画最终可能生成的运行文件、库文件或软件包以及这些元素之间的静态关系，软件最终运行的物理平台拓朴结构，描述其中的物理节点以及它们之间的通信和交互方式，并说明软件包、运行文件，子系统等元素在物理节点上的部署方案用例的分析与设计•确定用例•生成用例图•用例设计描述银行ATM自动柜员机需求简述提供以下服务：取款。顾客用银行卡从对应的账户中支取现金，现金必须是存款。顾客可以把现金存入银行卡对应的账户中转账。顾客可以把一个银行卡对应的赂中的款项转账到另一个银行账户中查询。顾客能够查询一个银行卡对应的账户中的余额该ATM系统包括以下组成部分：读卡器交互的控制台存款的插槽打印机启动和关闭ATM系统的开关键盘ATM系统与银行服务通过特定的网络连接进行通信银行ATM自动柜员机需求简述ATM系统在提供以上服务的过程中，必须满足以下要求一个顾客可以在最终确认前放弃一项交易ATM在执行交易过程中将与银行系统进行通信，对是否允许交易进行验证ATM为每次成功的交易提供一个打印回执ATM需要维护一个内部日志，对每次交易进行记录用例的分析与设计确定用例—确定场景从业务需求出发获取参与者（Actor)和场景，对场景进行汇总、分类、抽象，形成用例场景是用户与系统之间进行交互的一组具体的动作获取场景目标软件有哪些参与者参与者希望系统执行的任务有哪些？参与者希望获得哪些信息？这些信息由谁生成？由谁修改？参与者城要通知系统哪些事件？系统响应这些事件时会表现出哪些外部行为？系统将通告参与者哪些事件？用例的分析与设计确定用例—确认参与者和责任不同的参与者系统管理员、程序员、会计、出纳员与系统通信的其他系统不同的责任系统配置、程序设计、财务管理、现金管理分析参与者的工作：使用案例各种使用过程、步骤用例的分析与设计用例的确认围绕系统的一个工作过程，确认参与交互过程的参与者如：系统管理员、域控制器（计算机）用系列动作步骤描述交互过程参与者的动作、系统的执行步骤要点忽略内部细节，仅考虑外部因素用例的分析与设计ATM案例——参与者顾客（Customer）操作管理员（Operator）银行服务员（BankSystem）读卡器（CardReader）存款器（CashAcceptor）打印机（Printer）用例的分析与设计ATM系统—用例取款（Withdrawal）存款（Deposit）转账（Transfer）查询余额（Inquiry）开机（SystemStartup）关机（SystemShutdown）用例的分析与设计用例建模步骤1)描述各种使用案例描述交互过程的动作序列模拟系统工作的交互过程2）确认动作检查使用案例，引入并描述动作覆盖所有可能发生的动作用例的分析与设计用例建模步骤3)跟踪执行过程为每个使用案例制作序列图描述对象之间的消息传送过程4)构造状态转移图为每个对象构造的状态转移图反映对象接受和发送的消息考虑所有使用案例中的所有消息用例的分析与设计ATM系统初步用例图用例的分析与设计-用例设计描述用例名称：Withdrawal参与者：Cudtomer,kBankSystem,CardReader,CashDispenser,Printer前置条件：顾客已插入银行卡，密码验证正确，顾客按下“取款”按钮主事件流：（1）顾客输入取款金额，并确认。（2）系统认可取款金额，并发送指令给取款器（3）取款器把相应金额的现金送出（4）打印机打印回执辅事件流：（1）如果取款金额不是100的整数倍，则显示信息“输入金额必须是100的整数倍，请重新输入”，并返回主事件流中步骤（1）（2）如果取款金额超过2000元，则显示信息“输入金额不能超2000元，请重新输入”，并返回主事件流中步骤（1）（3）如果账户余额小于取款金额，则显示信息“账户余额不足，请重新输入”，并返回主事件流中步骤（1）（4）顾客在确认取款金额前右以选择取消交易。后置条件：如果取款成功，系统从账户余额中减去相应数额，并返回等待状态；如果顾客取消交易，则返回等待状态用例的分析与设计Startup用例的顺序图描述用例的分析与设计Session用例的顺序图描述用例的分析与设计Transaction用例的顺序图描述用例的分析与设计Withdrawal用例的顺序图描述概念模型和顶层架构设计概念模型的设计标识领域概念模型分析类：直接服务于用户功能性需求的概念层面的类，与具体技术没有关系顶层架构的设计目的：为后续的分析和设计活动建立一种结构和划分概念模型和顶层架构设计关键概念来源：为建立以UML类图表示的领域概念模型，首先必须标识关键概念。关键概念的来源包括：（1）业务需求描述、用例说明；（2）业务领域中的相关规范、标准、术语定义。（3）反映业务领域知识的既往经验。业务需求描述业务领域中的相关规范、标准、述评呼定义反映业务领域知识的既往经验概念模型和顶层架构设计分析类：（1）边界类：负责目标软件系统与参与者之间的交互。（2）控制类：完成用例任务的责任承担者，负责协调、控制其他类共同完成用例规定的功能或行为。（3）实体类：负责保存目标软件系统中具有持久意义的信息项并向其他类提供读、写信息项内容的必要操作接口，一般不涉及业务逻辑。概念模型和顶层架构设计边界类：其职责包括：边界控制：包括定义数据的格式及内容转换，输出结果的呈现，软件运行过程中界面的变化与切换等。外部接口：实现目标软件系统与外部系统或外部设备之间的信息交流和互操作，主要关注跨越目标软件系统边界的通信协议环境隔离：对目标软件系统与操作系统、数据库管理系统、中间件等环境软件进行交互的功能与特性进行封装，使目标软件系统的其余部分尽右能独立于环境软件。概念模型和顶层架构设计ATM系统的概念模型——分析模型图概念模型和顶层架构设计顶层架构设计顶层架构是分析和设计阶段成果的承载体可以把体系结构设计方法与上述概念模型得到的结果结合起来考虑，利用一定的体系结构模式（例如分层模式、模型-视图—控制器MVC模式等）对概念模型中的相关元素进行组织，同时需要考虑目标软件系统与其他参与者的外部系统之间的联系和交互方式。概念模型和顶层架构设计ATM系统的顶层架构图用户界面设计•基于UML的分析与设计过程•用例分析与设计•概念模型和顶层架构设计•用户界面设计•数据模型设计•设计精化•类设计•部署模型设计用户界面设计用户界面是对于用户的直接表现，直接影响到用户对软件易用性、友好性的感觉。用户界面包含两方面内容：首先要完整地包括用户在使用软件过程中所需的各种元素，例如窗口、菜单、按钮、输入文本框、选择列表、提示信息等，缺乏这些元素中的某些将会导致软件功能无法被用户正常完成；其次要求具有良好的外观和布局，例如背景颜色、按钮等元素的位置、选择列表中条目的顺序等，这些因素的不足可能不会影响软件功能的正确使用，但会给用户带来不便、迷惑甚至反感。用户界面设计用户界面元素分为两个层次：屏幕:用构造型screen表示窗口：屏幕上的组成部分（文本框、按钮等）统一称为窗口。用构造型window表示用户界面的结构可以由UML类图描述，屏幕和窗口用类进行表示，并给出它们之间的关系。屏幕之间的切换过程可以用UML状态图表示。每个状态表示当时所处的屏幕，迁移表示用户激励。当屏幕中有许多窗口时，可以对窗口划分层次，一些简单的窗口可以作为复杂窗口的属性和操作。用户界面设计CustomerConsole用户通过控制台使用ATM的过程中，可分为5个相对独立的过程（1）插入银行卡到输入正确密码并进入选择交易类型的屏幕（2）选择“取款”交易，并到完成后退出或返回选择交易类型的屏幕（3）选择“存款”交易，并到完成后退出或返回选择交易类型的屏幕（4）选择“转帐”交易，并到完成后退出或返回选择交易类型的屏幕（5）选择“查询”交易，并到完成后退出或返回选择交易类型的屏幕用户界面设计屏幕结构类图screenInputCustomerInfowindowPromptInfo1-RightBottom1windowFunctionsOptions+NewProducts()+ProductQuery()+UpdateCustomerInfo()+OrderManage()1-Left1windowCustomerInfo+Submit()+setEmpty()+Name+Age+Profession+Phone+Address1-RightTop1用户界面设计屏幕变化状态图WelcomeSecurityPromptInputPINTransactionSelection插入银行卡继续输入密码，确认，并且密码正确取消PromptCardKept三次密码输入不正确输入密码，确认，密码不正确且未达三次“插卡”过程的屏幕转换状态图：每个状态表示一个屏幕，迁移表示当前屏幕用户的激励。用户界面设计屏幕结构类图InputPin屏幕的结构图。每个屏幕的结构可以用类图设计，即屏幕上有什么（窗口），如：文本框、按钮等用户界面设计屏幕结构包图CustomerConsoleUserInterfaceCardInsertedUserInterfaceWithdrawalUserInterfaceDepositUserInterfaceTr