软件工程PPT-11面向对象设计

tjm第十一章面向对象设计面向对象设计的准则启发规则软件重用系统分解设计问题域子系统、人-机交互子系统任务管理子系统、数据管理子系统、类中的服务、关联设计优化tjm1.模块化2.抽象3.信息隐藏4.弱耦合一般说来，对象之间的耦合可分为两大类，下面分别讨论这两类耦合：(1)交互耦合(2)继承耦合面向对象设计的准则tjm5.强内聚内聚衡量一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度。也可以把内聚定义为：设计中使用的一个构件内的各个元素，对完成一个定义明确的目的所做出的贡献程度。在设计时应该力求做到高内聚。在面向对象设计中存在下述3种内聚。（1）服务内聚。一个服务应该完成一个且仅完成一个功能。（2）类内聚。设计类的原则是，一个类应该只有一个用途，它的属性和服务应该是高内聚的。（3）一般-特殊内聚。设计出的一般-特殊结构，应该符合多数人的概念，更准确地说，这种结构应该是对相应的领域知识的正确抽取。tjm6.可重用软件重用是提高软件开发生产率和目标系统质量的重要途径。重用基本上从设计阶段开始。重用有两方面的含义：一是尽量使用已有的类(包括开发环境提供的类库，及以往开发类似系统时创建的类)，二是如果确实需要创建新类，则在设计这些新类的协议时，应该考虑将来的可重复使用性。tjm1.设计结果应该清晰易懂使设计结果清晰、易读、易懂，是提高软件可维护性和可重用性的重要措施。显然，人们不会重用那些他们不理解的设计。保证设计结果清晰易懂的主要因素如下:（1）用词一致（2）使用已有的协议（3）减少消息模式的数目（4）避免模糊的定义启发规则tjm2.一般-特殊结构的深度应适当应该使类等级中包含的层次数适当。一般说来，在一个中等规模(大约包含100个类)的系统中，类等级层次数应保持为7±2。不应该仅仅从方便编码的角度出发随意创建派生类，应该使一般-特殊结构与领域知识或常识保持一致。tjm3.设计简单的类应该尽量设计小而简单的类，以便于开发和管理。当类很大的时候，要记住它的所有服务是非常困难的。经验表明，如果一个类的定义不超过一页纸(或两屏)，则使用这个类是比较容易的。为使类保持简单，应该注意以下几点:(1)避免包含过多的属性(2)有明确的定义(3)尽量简化对象之间的合作关系(4)不要提供太多服务tjm4.使用简单的协议一般说来，消息中的参数不要超过3个。当然，不超过3个的限制也不是绝对的，但是，经验表明，通过复杂消息相互关联的对象是紧耦合的，对一个对象的修改往往导致其他对象的修改。tjm5.使用简单的服务面向对象设计出来的类中的服务通常都很小，一般只有3～5行源程序语句，可以用仅含一个动词和一个宾语的简单句子描述它的功能。如果一个服务中包含了过多的源程序语句，或者语句嵌套层次太多，或者使用了复杂的CASE语句，则应该仔细检查这个服务，设法分解或简化它。一般说来，应该尽量避免使用复杂的服务。如果需要在服务中使用CASE语句，通常应该考虑用一般-特殊结构代替这个类的可能性。tjm6.把设计变动减至最小通常，设计的质量越高，设计结果保持不变的时间也越长。即使出现必须修改设计的情况，也应该使修改的范围尽可能小。理想的设计变动曲线如下图所示：tjm1.概念1）重用重用也叫再用或复用，是指同一事物不作修改或稍加改动就多次重复使用。广义地说，软件重用可分为以下3个层次：(1)知识重用(2)方法和标准的重用(3)软件成分的重用2）软件成分的重用级别软件成分的重用可以进一步划分成以下3个级别：软件重用tjm(1)代码重用通常把它理解为调用库中的模块。实际上，代码重用也可以采用下列几种形式中的任何一种：源代码剪贴：这是最原始的重用形式。继承：利用继承机制重用类库中的类时，无须修改已有的代码，就可以扩充或具体化在库中找出的类，因此，基本上不存在配置管理问题。(2)设计结果重用设计结果重用指的是，重用某个软件系统的设计模型(即求解域模型)。(3)分析结果重用这是一种更高级别的重用，即重用某个系统的分析模型。tjm3）典型的可重用软件成分可能被重用的软件成分主要有以下10种：（1）项目计划（2）成本估计（3）体系结构（4）需求模型和规格说明（5）设计（6）源代码（7）用户文档和技术文档（8）用户界面（9）数据（10）测试用例tjm利用面向对象技术，可以更方便更有效地实现软件重用。面向对象技术中的“类”，是比较理想的可重用软构件，不妨称之为类构件。类构件有3种重用方式，分别是实例重用、继承重用和多态重用。1）可重用软构件应具备的特点为使软构件也像硬件集成电路那样，能在构造各种各样的软件系统时方便地重复使用，就必须使它们满足下列要求。(1)模块独立性强(2)具有高度可塑性(3)接口清晰、简明、可靠精心设计的“类”基本上能满足上述要求，可以认为它是可重用软构件的雏形。2.类构件tjm2）类构件的重用方式(1)实例重用(2)继承重用(3)多态重用tjm1）质量理想情况下，为了重用而开发的软件构件已被证明是正确的，且没有缺陷。事实上，由于不能定期进行形式化验证，错误可能而且也确实存在。但是，随着每一次重用，都会有一些错误被发现并被清除，构件的质量也会随之改善。随着时间的推移，构件将变成实质上无错误的。3.软件重用的效益tjm2）生产率当把可重用的软件成分应用于软件开发的全过程时，创建计划、模型、文档、代码和数据所需花费的时间将减少，从而将用较少的投入给客户提供相同级别的产品，因此，生产率得到了提高。由于应用领域、问题复杂程度、项目组的结构和大小、项目期限、可应用的技术等许多因素都对项目组的生产率有影响，因此，不同开发组织对软件重用带来生产率提高的数字的报告并不相同，但基本上30%~50%的重用大约可以导致生产率提高25%~40%。tjm3）成本软件重用带来的净成本节省可以用下式估算：C=Cs-Cr-Cd其中，Cs是项目从头开发（没有重用）时所需要的成本；Cr是与重用相关联的成本；Cd是交付给客户的软件的实际成本。Cr主要包括下述成本：领域分析与建模的成本；设计领域体系结构的成本；为便于重用而增加的文档的成本；维护和完善可重用的软件成分的成本；为从外部获取构件所付出的版税和许可证费；创建（或购买）及运行重用库的费用；对设计和实现可重用构件的人员的培训费用。tjm人类解决复杂问题时普遍采用的策略是，“分而治之，各个击破”。同样，软件工程师在设计比较复杂的应用系统时普遍采用的策略，也是首先把系统分解成若干个比较小的部分，然后再分别设计每个部分。系统的主要组成部分称为子系统。通常根据所提供的功能来划分子系统。各个子系统之间应该具有尽可能简单、明确的接口。在划分和设计子系统时，应该尽量减少子系统彼此间的依赖性。系统分解tjm可以把面向对象设计模型的4大组成部分想象成整个模型的4个垂直切片。典型的面向对象设计模型可以用下图表示：tjm1.子系统之间的两种交互方式在软件系统中，子系统之间的交互有两种可能的方式，分别是客户-供应商(Client-supplier)关系和平等伙伴(peer-to-peer)关系。(1)客户-供应商关系在这种关系中，作为“客户”的子系统调用作为“供应商”的子系统，后者完成某些服务工作并返回结果。(2)平等伙伴关系在这种关系中，每个子系统都可能调用其他子系统，因此，每个子系统都必须了解其他子系统的接口。tjm2.组织系统的两种方案(1)层次组织层次结构又可进一步划分成两种模式：封闭式和开放式。所谓封闭式，就是每层子系统仅仅使用其直接下层提供的服务。但是，开放模式的系统不符合信息隐藏原则，对任何一个子系统的修改都会影响处在更高层次的那些子系统。设计软件系统时到底采用哪种结构模式，需要权衡效率和模块独立性等多种因素，通盘考虑以后再做决定。(2)块状组织这种组织方案把软件系统垂直地分解成若干个相对独立的、弱耦合的子系统，一个子系统相当于一块，每块提供一种类型的服务。tjm3.设计系统的拓扑结构由子系统组成完整的系统时，典型的拓扑结构有管道形、树形、星形等。设计者应该采用与问题结构相适应的、尽可能简单的拓扑结构，以减少子系统之间的交互数量。典型应用系统的组织结构tjm使用面向对象方法开发软件时，在分析与设计之间并没有明确的分界线，对于问题域子系统来说，情况更是如此。但是，分析与设计毕竟是性质不同的两类开发工作，分析工作可以而且应该与具体实现无关，设计工作则在很大程度上受具体实现环境的约束。在开始进行设计工作之前(至少在完成设计之前)，设计者应该了解本项目预计要使用的编程语言，可用的软构件库(主要是类库)以及程序员的编程经验。设计问题域子系统tjm通过面向对象分析所得出的问题域精确模型，为设计问题域子系统奠定了良好的基础，建立了完整的框架。使用面向对象方法学开发软件，能够保持问题域组织框架的稳定性，从而便于追踪分析、设计和编程的结果。对于需求可能随时间变化的系统来说，稳定性是至关重要的。tjm1.调整需求有两种情况会导致修改通过面向对象分析所确定的系统需求：一是用户需求或外部环境发生了变化；二是分析员对问题域理解不透彻或缺乏领域专家帮助，以致面向对象分析模型不能完整、准确地反映用户的真实需求。2.重用已有的类代码重用从设计阶段开始，在研究面向对象分析结果时就应该寻找使用已有类的方法。若因为没有合适的类可以重用而确实需要创建新的类，则在设计这些新类的协议时，必须考虑到将来的可重用性。如果有可能重用已有的类，则重用已有类的典型过程如下：tjm(1)选择有可能被重用的已有类，标出这些候选类中对本问题无用的属性和服务，尽量重用那些能使无用的属性和服务降到最低程度的类。(2)在被重用的已有类和问题域类之间添加泛化关系(即从被重用的已有类派生出问题域类)。(3)标出问题域类中从已有类继承来的属性和服务，现在已经无须在问题域类内定义它们了。(4)修改与问题域类相关的关联，必要时改为与被重用的已有类相关的关联。tjm3.把问题域类组合在一起在面向对象设计过程中，设计者往往通过引入一个根类而把问题域类组合在一起。事实上，这是在没有更先进的组合机制可用时才采用的一种组合方法。此外，这样的根类还可以用来建立协议。4.增添一般化类以建立协议在设计过程中常常发现，一些具体类需要有一个公共的协议，也就是说，它们都需要定义一组类似的服务。在这种情况下可以引入一个附加类(例如，根类)，以便建立这个协议(即命名公共服务集合，这些服务在具体类中仔细定义)。tjm5.调整继承层次如果面向对象分析模型中包含了多重继承关系，然而所使用的程序设计语言却并不提供多重继承机制，则必须修改面向对象分析的结果。即使使用支持多重继承的语言，有时也会出于实现考虑而对面向对象分析结果作一些调整。下面分几种情况讨论：(1)使用多重继承机制使用多重继承机制时，应该避免出现属性及服务的命名冲突。下面通过例子说明避免命名冲突的方法。tjm下图是一种多重继承模式的例子，这种模式可以称为窄菱形模式。tjm(2)使用单继承机制如果打算使用仅提供单继承机制的语言实现系统，则必须把面向对象分析模型中的多重继承结构转换成单继承结构。示例如图所示。tjm6.ATM系统实例ATM系统的问题域子系统的结构：tjm在面向对象设计过程中，应该对系统的人机交互子系统进行详细设计，以确定人机交互的细节。人机交互部分的设计结果，将对用户情绪和工作效率产生重要影响。由于对人机界面的评价，在很大程度上由人的主观因素决定，因此，使用由原型支持的系统化的设计策略，是成功地设计人机交互子系统的关键。设计人机交互子系统tjm1.分类用户人机交互界面是给用户使用的，显然，为设计好人机交互子系统，设计者应该认真研究使用它的用户。应该深入到用户的工作现场，仔细观察用户是怎样做他们的工作的，这对设计好人机交互界面是非常必要的。为了更好地了解用户的需要与爱好，以便设计出符合用户需要的界面，设计者首先应该把将来可能与系统交互的用户分类。通常从下列几个不同角度进行分类：按技能水平分类(新手、初级、中级、高级)。按职务分类(总经理、经理、职员)。按所属集团分类(职员、顾客)。tjm2.描述用户应该仔