第10章面向对象设计

1第10章面向对象设计10.1面向对象的设计准则10.2问题域子系统设计10.3人机交互子系统设计10.4任务管理子系统设计10.5数据管理子系统设计10.6服务与关联的设计10.7面向对象设计的优化2面向对象设计（OOD）OOD是建立求解域模型的过程。OOD继续做OOA分析后的工作，是OOA的延伸和扩展。OOA是搞清系统“做什么”，OOD是搞清系统“如何做”。OOD分为系统设计和类设计。3系统设计系统设计阶段开发系统的结构，即构造应用软件的总体模型。系统设计阶段标识在计算机环境中进行问题解决工作所需要的概念，并增加了一批需要的类。这些类包括那些可使应用软件与系统的外部世界交互的类。此阶段的输出是适合应用软件要求的类、类间的关系、应用的子系统视图规格说明。4系统设计模型5类设计类与具有概念封装的子系统十分类似。每个子系统都可以被当做一个类来实现，这个类聚集它的部件，提供了一组操作。类和子系统的结构是正交的，一个单个类的实例可能是不止一个子系统的一部分。6系统设计和类设计这两个阶段是相对封闭的。应用软件中的每一个事物都是一个对象，包括应用软件自身在内。两个阶段是连接的。应用软件的设计是大类的设计，这种类设计考察应用软件所期望的每一个行为，并利用这些行为形成应用类的界面。710.1面向对象的设计准则设计准则1.模块化对象把数据结构和作用在数据上的操作封装起来构成模块。对象是组成系统的基本模块。2.抽象类是一种抽象数据类型，在该数据类型之上，可以创建对象(类的成员)。3.信息隐藏对象是属性和服务的封装体，这就实现了信息隐藏。84.弱耦合耦合指OOD成分之间的关系。5.强内聚服务内聚、类内聚和一般－特殊内聚6.可重用类的设计应具有通用性，容易实现重用，对面向对象而言，要充分利用已有的类库。9设计策略1.设计结果应该清晰易懂命名一致，使用一致的词汇表。重用协议(公共接口)减少消息连接避免模糊的定义102.一般-特殊结构的深度应适当3.设计简单的类属性和服务不要太多定义要明确精炼简化对象间的通信4.设计简单的协议5.设计简单的服务6.减少设计变动11Coad与Yourdon面向对象设计方法Coad与Yourdon在设计阶段中继续采用分析阶段中提到的五个层次。在设计阶段中，这五个层次用于建立系统的四个组成成分。问题域部分（PDC）人机交互部分（HIC）任务管理部分（TMC）数据管理部分（DMC）12典型的面向对象设计模型人机界面HICPDCTMCDMC问题论域任务管理数据管理主题层类-&-对象层结构层属性层服务层13子系统间的交互方式客户/服务器交互方式作为“客户”的子系统调用作为“服务器”的子系统，执行某些服务后并返回结果。作为客户的子系统必须了解作为服务器的子系统的接口。同等伙伴交互方式每个子系统都可能调用其他子系统。子系统间必须相互了解接口。14系统组织组织子系统有两种方式：水平层次组织和垂直块组织。层次组织是将子系统按层组织成为一个层次软件系统，每层是一个子系统。层次组织中，下层为上层提供必要的服务。层次结构又可分为封闭式和开放式两种。块组织将系统垂直地分解成若干个相对独立的、弱耦合的子系统。块组织中，一个子系统相当于一块，每块提供一种类型的服务。15典型应用系统的组织结构计算机硬件操作系统人机交互控制像素图形屏幕图形窗口图形仿真软件包应用包1610.2问题域子系统设计问题域部分包括与应用问题直接有关的所有类和对象。识别和定义这些类和对象的工作在OOA中已经开始，在OOA阶段得到的有关应用的概念模型描述了我们要解决的问题。在OOD阶段，应当继续OOA阶段的工作，对在OOA中得到的结果进行改进和增补。17对OOA模型中的某些类与对象、结构、属性、操作进行组合与分解。要考虑对时间与空间的折衷、内存管理、开发人员的变更、以及类的调整等。181.调整需求面向对象分析模型不能完整、准确地反映用户真实需求时，需要调整需求。对面向对象分析模型作简单的修改，然后再将修改后的模型引用到问题域子系统中。192.重用现有的类根据问题解决的需要，把从类库或其它来源得到的既存类增加到问题解决方案中去。标明既存类中不需要的属性和操作，把应用类中因继承既存类而成为多余的属性和操作标出。增加从既存类到应用类之间的一般化-特殊化的关系。修改应用类的结构和连接。20例如，问题域中有一个类“车辆”，属性有“序号”、“颜色”、“样式”和“出厂年月”，还有一个操作“序号认证”。找到一个可复用类“车辆”，属性有“序号”、“厂商”和“样式”，操作有“序号认证”。步骤：把可复用类“车辆”标记为{复用}，划掉不用的属性“厂商”，把类“车辆{复用}”作为类“车辆”的一般类，再把“车辆”中的属性“序号”和“样式”及操作“序号认证去掉。213.组合问题域类在设计时，从类库中引进一个根类，做为包容类，把所有与问题论域有关的类关联到一起，建立类的层次。把同一问题域的一些类集合起来，存于类库中。224.加入一般化类以建立类间协议有时，某些特殊类要求一组类似的服务。此时，应加入一个一般化的类，定义为所有这些特殊类共用的一组服务名，这些服务都是虚函数。在特殊类中定义其实现。235.按编程语言调整继承在OOA阶段建立的对象模型中可能包括有多继承关系，但实现时使用的程序设计语言可能只有单继承，甚至没有继承机制，这样就需对分析的结果进行修改。将多继承化为单继承，单继承化为无继承。24针对单继承语言的调整把特殊类的对象看做是一个一般类对象所扮演的角色，通过实例连接把多继承的层次结构转换为单继承的层次结构。把多继承的层次结构平铺，成为单继承的层次结构。在这种情况下，有些属性或操作在同层的特殊类中会重复出现。25针对无继承语言的调整当使用无继承的程序设计语言时，必须把具有继承关系的类层次结构平铺开来，成为一组类和对象。一般可利用命名惯例，把这些类或对象关联起来。266.改进性能提高执行效率和速度是系统设计的主要指标之一。有时，必须改变问题域的结构以提高效率。如果类之间经常需要传送大量消息，可合并相关的类以减少消息传递引起的速度损失。增加某些属性到原来的类中，或增加低层的类，以保存暂时结果，避免每次都要重复计算造成速度损失。27实例设计图10.3ATM系统问题域子系统的结构数据库营业员营业终端账户储户信息卡权限总行ATM事务现金兑换卡储户事务界面事务ATM站中央计算机分行计算机分行代码站号电话线2810.3人机交互子系统设计人机交互子系统也称为人机交互部分（HIC，HumanInteractionComponent)设计人机交互就是要设计输入与输出，其中所包含的对象（称做界面对象）及其间的关系构成了系统人机交互部分的模型。设计人机交互子系统的关键是使用原型技术。29设计人机交互界面的准则1.尽量保持一致性术语、步骤和动作的使用要一致。2.减少重复的输入和操作3.及时反馈信息4.提供撤销命令5.减少记忆306.易学易用7.富有吸引力8.防止灾难性的错误31设计人机交互子系统的策略分类用户按技能分类初级／中级／高级按职务分类总经理／部门经理／职员按工作性质分类行政人员／技术人员按专业知识分类外专业/专业/系统员/程序员32描述用户及其任务脚本描述用户及其任务的脚本内容①用户类型②使用系统的目的③特征(年龄、性别、受教育程度、限制因素等)④关键的成功因素(需求、爱好、习惯等)⑤技能水平⑥完成本职工作的脚本33用户及其任务的脚本描述例子什么人──分析员目的──要求一个工具来辅助分析工作(摆脱繁重的画图和检查图的工作)。特点──年龄：42岁；教育水平：大学；限制：不要微型打印，小于9个点的打印太小。成功的关键因素──工具应当使分析工作顺利进行；工具不应与分析工作冲突；工具应能捕获假设和思想，能适时做出折衷；应能及时给出模型各个部分的文档，这与给出需求同等重要。熟练程度──专家。34任务脚本──主脚本：识别“核心的”类和对象；识别“核心”结构；在发现了新的属性或操作时随时都可以加进模型中去。检验模型：打印模型及其全部文档。35设计命令层研究现行的人机交互活动的内容和准则：这些准则可以是非形式的，如“输入时眼睛不易疲劳”，也可以是正式规定的；建立一个初始的命令层：可以有多种形式，如一系列MenuScreens、或一个MenuBar、或一系列Icons.优化命令层：考虑以下几个问题。36排列命令层次。把使用最频繁的操作放在前面。按照用户工作步骤排列。通过逐步分解，找到整体－局部模式，以帮助在命令层中对操作分块。根据人们短期记忆的“7±2”或“每次记忆3块／每块3项”的特点，把深度尽量限制在三层之内。减少操作步骤：把点取、拖动和键盘操作减到最少。37设计人机交互类窗口需要进一步细化，通常包括：类窗口、条件窗口、检查窗口、文档窗口、画图窗口、过滤器窗口、模型控制窗口、运行策略窗口、模板窗口等。设计HIC类，首先从组织窗口和部件的用户界面的设计开始。38每个类包括窗口的菜单条、下拉菜单、弹出菜单的定义。还要定义用于创建菜单、加亮选择项、引用相应的响应的操作。每个类负责窗口的实际显示。所有有关物理对话的处理都封装在类的内部。必要时，还要增加在窗口中画图形图符的类、在窗口中选择项目的类、字体控制类、支持剪切和粘贴的类等。与机器有关的操作实现应隐蔽在这些类中。3910.4任务管理子系统设计任务管理子系统也称为任务管理部分(TMC,TaskManagementCompoent)。它是设计来处理多重任务的。任务，是进程的别称，是执行一系列活动的一段程序。当系统中有许多并发行为时，需要依照各个行为的协调和通信关系，划分各种任务，以简化并发行为的设计和编码。任务管理主要包括任务的选择和调整，它的工作有以下几种。40识别事件驱动任务:一些负责与硬件设备通信的任务是事件驱动的，也就是说，这种任务可由事件来激发。识别时钟驱动任务:以固定的时间间隔激发这种事件，以执行某些处理。某些人机界面、子系统、任务、处理机或与其它系统需要周期性的通信，因此时钟驱动任务应运而生。41识别优先任务：根据处理的优先级别来安排各个任务。确定关键任务：分离关键任务，保证它的处理。识别协调者：当有三个或更多的任务时，应当增加一个追加任务，起协调者的作用。它的行为可以用状态转换矩阵来描述。评审各个任务：对各任务进行评审，去掉不必要的任务。42定义每个任务：定义任务的工作主要包括：它是什么任务、如何协调工作及如何通信。(1)它是什么任务──为任务命名，并简要说明这个任务。(2)如何协调工作──定义各个任务如何协调工作。指出它是事件驱动还是时钟驱动43(3)如何通信──定义各个任务之间如何通信。任务从哪里取值，结果送往何方。任务定义的一个模版如下：Name(任务名)Description(描述)Priority(优先级)Servicesincluded(包含的操作)CommunicationBy(经由谁通信)4410.5数据管理子系统设计数据管理子系统也称数据管理部分(DMC，DataManagementComponent)。数据管理部分提供了在数据管理系统中存储和检索对象的基本结构，包括对永久性数据的访问和管理。它分离了数据管理机构所关心的事项，包括文件、关系型DBMS或面向对象DBMS等。45数据存储管理模式数据存储管理模式主要有3种：文件管理、关系数据库管理和面向对象库数据管理。文件管理──提供基本的文件处理能力。关系数据库管理系统──关系数据库管理系统使用若干表格来管理数据。46面向对象数据库管理系统──通常，面向对象的数据库管理系统以两种方法实现：一是扩充的RDBMS，二是扩充的面向对象程序设计语言。扩充的RDBMS主要对RDBMS扩充了抽象数据类型和继承性，再加一些一般用途的操作创建和操纵类与对象。扩