軟件工程課件：第11、12章 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

1、第11章 面向?qū)ο笤O(shè)計11.1 面向?qū)ο笤O(shè)計的準則 1. 模塊化 面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)模式，支持了系統(tǒng)模塊化的原則：對象就是模塊。它把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作（方法）緊密地結(jié)合在一起構(gòu)成模塊。2. 抽象 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構(gòu)成了類的規(guī)格說明（協(xié)議），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的實例中包含的數(shù)據(jù)進行操作。 3. 信息隱蔽 在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，信息隱蔽通過對象的封裝性實現(xiàn)：類結(jié)構(gòu)分離了類的接口與類的實現(xiàn)，從而支持了信息隱蔽。 4. 弱耦合 弱的耦合可以提高軟件模塊的獨立性，避免某一部分模塊發(fā)生變化對其它模塊有較大的影響。一般來說，對象間的耦合有兩

2、大類： A交互耦合：對象間的耦合通過信息連接來實現(xiàn)。應(yīng)使交互耦合盡量松散。 B繼承偶合：與交互耦合相反，應(yīng)該提高繼承耦合的程度。因為通過繼承關(guān)系結(jié)合起來的基類和派生類，結(jié)合得越緊密越好。5. 強內(nèi)聚面向?qū)ο笤O(shè)計中存在三種內(nèi)聚： A服務(wù)內(nèi)聚：一個服務(wù)應(yīng)該完成一個且完成一個功能。 B類內(nèi)聚：一個類應(yīng)該只有一個用途，它的屬性和服務(wù)應(yīng)該是高內(nèi)聚的。 C一般特殊內(nèi)聚：即基類派生類的內(nèi)聚。 6. 可重用 使用已經(jīng)存在的類（包括開發(fā)環(huán)境提供的類庫，及以往開發(fā)相似系統(tǒng)時創(chuàng)建的類），可以提高軟件重用性，提高軟件生產(chǎn)率。 人們在面向?qū)ο蠓椒ㄖ幸卜e累了一些經(jīng)驗，總結(jié)出幾條啟發(fā)規(guī)則： 1. 設(shè)計結(jié)果應(yīng)該清晰易懂； 1

3、）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。11.2 啟發(fā)規(guī)則 2. 一般特殊結(jié)構(gòu)的深度應(yīng)適當：中等規(guī)模的系統(tǒng)中，類等級層次數(shù)應(yīng)保持為72。不是必要情況，不應(yīng)該隨意創(chuàng)建派生類；3. 設(shè)計簡單的類：設(shè)計小而簡單的類，便于開發(fā)和管理； 1）避免包含過多的屬性； 2）有明確的定義； 3）盡量簡化對象之間的合作關(guān)系； 4）不要提供太多服務(wù)。4. 使用簡單的協(xié)議：設(shè)計簡單的類接口，發(fā)送的消息中參數(shù)要少。5. 使用簡單的服務(wù)：編寫實現(xiàn)每一個服務(wù)時，避免復(fù)雜的語句和結(jié)構(gòu)；6. 把設(shè)計變動減至最小。11.3 軟件重用11.3.1 概述 1. 重用 重用的三個層次： 1）知

4、識重用； 2）方法和標準的重用； 3）軟件成分的重用。2. 軟件成分的重用級別： 1）代碼重用 a. 源代碼剪貼； b. 源代碼包含； c. 繼承； 2）設(shè)計結(jié)果重用 3）分析結(jié)果重用 3. 典型的可重用軟件成分 1）項目計劃； 2）成本計劃； 3）體系結(jié)構(gòu)； 4）需求模型和規(guī)格說明； 5）設(shè)計； 6）源代碼； 7）用戶文檔和技術(shù)文檔；8）用戶界面； 9）數(shù)據(jù)； 10）測試用例。11.4 系統(tǒng)分解類與對象層人機交互部分問題域部分任務(wù)管理部分數(shù)據(jù)管理部分主題層結(jié)構(gòu)層屬性層服務(wù)層圖11.2 典型的面向?qū)ο笤O(shè)計模型11.5 設(shè)計問題域子系統(tǒng) 在設(shè)計問題域部分時，僅需要從實現(xiàn)的角度對問題域模型（對象模

5、型、動態(tài)模型、功能模型）作一些補充、修改，主要是增添、合并或分解類與對象、屬性和服務(wù)，調(diào)整繼承關(guān)系等。1. 調(diào)整需求2. 重用已有的類3. 組合問題域的類4. 增添基類以定義公共函數(shù)集合5. 調(diào)整繼承層次 1）使用多重繼承機制 2）使用單繼承機制6. ATM系統(tǒng)實例11.6 設(shè)計人機交互子系統(tǒng) 在面向?qū)ο蠓治鲋?，已?jīng)對用戶界面需求作了初步分析，在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中，要對系統(tǒng)人機交互部分進行詳細設(shè)計，其中包括指定窗口和報表的形式、設(shè)計命令層次等等。 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。11.7 設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng) 任務(wù)可視作進程（P

6、rocess）1. 分析并發(fā)性 基于動態(tài)模型分析并發(fā)性，如果對象間不存在交互，或不同時接受事件，則是并發(fā)的。 并發(fā)任務(wù)可以在不同的處理器上實現(xiàn)，也可以在單個處理器上利用多任務(wù)操作系統(tǒng)實現(xiàn)。2. 設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng) 1）確定事件驅(qū)動型任務(wù)：主要完成通信工作 工作過程：睡眠等待來自數(shù)據(jù)線的中斷任務(wù)喚醒、接收數(shù)據(jù)通知相應(yīng)對象繼續(xù)睡眠 2）確定時鐘驅(qū)動型任務(wù) 每隔一定時間觸發(fā)執(zhí)行某些任務(wù)。 3）確定優(yōu)先任務(wù)4）確定關(guān)鍵任務(wù)5）確定協(xié)調(diào)任務(wù) 當同時運行的任務(wù)較多時（3個以上），一般設(shè)計協(xié)調(diào)任務(wù)，會增加系統(tǒng)開銷，但有利于封裝不同任務(wù)間的協(xié)調(diào)控制。6）盡量減少任務(wù)數(shù)7）確定資源需求 計算系統(tǒng)載荷（單位時間處

7、理業(yè)務(wù)數(shù)），估算所需CPU性能。11.8 設(shè)計數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)11.8.1 選擇數(shù)據(jù)存儲管理模式 1. 文件管理系統(tǒng) 2. 關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 3. 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)11.8.2 設(shè)計數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng) 1. 設(shè)計數(shù)據(jù)格式 2. 設(shè)計相應(yīng)的服務(wù)11.8.3 ATM系統(tǒng)實例 采用成熟的商品化關(guān)系數(shù)據(jù)庫。根據(jù)數(shù)據(jù)庫范式設(shè)計，保持數(shù)據(jù)一致性、完整性。 處理并發(fā)事務(wù)時，每個事務(wù)作為一個不可分割的批操作來處理，由事務(wù)封鎖帳戶，直至事務(wù)結(jié)束。11.9 設(shè)計類中的服務(wù)11.10 設(shè)計關(guān)聯(lián)11.11 設(shè)計優(yōu)化第12章 面向?qū)ο髮崿F(xiàn)12.1.1 面向?qū)ο笳Z言的優(yōu)點 使用面向?qū)ο笳Z言時，編譯程序可以自動把面向?qū)ο?/p>

8、概念映射到目標程序中。 使用非面向?qū)ο笳Z言編寫面向?qū)ο蟪绦?，則必須由程序員自己把面向?qū)ο蟾拍钣成涞匠绦蛑小?1980年的smalltalk-80發(fā)展了Simula-67的對象和類的概念，并引入了方法、消息、元類及協(xié)議等概念，所以有人將smalltalk80稱為第一個面向?qū)ο笳Z言。 但是，使面向?qū)ο髲V泛流行的是C+。12.1.2 面向?qū)ο笳Z言的技術(shù)特點選擇面向?qū)ο笳Z言時應(yīng)考慮的技術(shù)特點： 1. 支持類與對象概念的機制 2. 實現(xiàn)整體部分（聚集）結(jié)構(gòu)的機制 3. 實現(xiàn)一般特殊（泛化）結(jié)構(gòu)的機制 4. 實現(xiàn)屬性和服務(wù)的機制 5. 類型檢查6. 類庫7. 效率8. 持久保存對象9. 參數(shù)化類10. 開

9、發(fā)環(huán)境12.1.3 選擇面向?qū)ο笳Z言 1. 將來能否占主導地位 2. 可重用性 3. 類庫和開發(fā)環(huán)境 4. 其他因素 有否提供技術(shù)支持？提供開發(fā)人員什么開發(fā)平臺？對及其性能的需求？集成已有軟件的容易程度。 12.2 程序設(shè)計風格12.2.1 提高可重用性12.2.2 提高可擴充性12.2.3 提高健壯性12.3 測試策略12.3.1 面向?qū)ο蟮膯卧獪y試基類：操作A：X子類：操作A1：XA2：XA3：X有必要在每個子類中測試操作 X 不孤立地測試單個操作（函數(shù)），而是把操作作為類的一部分進行測試。12.3.2 面向?qū)ο蟮募蓽y試 兩種不同的測試策略： 1）基于線程的測試（thread based

10、 testing） 將響應(yīng)系統(tǒng)的一個輸入或一個事件所需要的哪些類集成起來測試。 2）基于使用的測試（use based testing） 先測試獨立類，再測試使用獨立類的下一層次的類（依賴類），重復(fù)直至完畢。12.3.3 面向?qū)ο蟮拇_認測試 主要是根據(jù)動態(tài)模型和描述系統(tǒng)行為的腳本來設(shè)計確認測試用例。12.4 設(shè)計測試用例12.4.1 測試類的方法1. 隨機測試 ATM系統(tǒng)中account（帳戶）類的操作有：Open（打開）、Setup（建立）、Deposit（存款）、Withdraw（取款）、Balance（余額）、Summarize（清單）、CreditLimit（透支限額）、Close（關(guān)

11、閉）。 可以隨機地產(chǎn)生一系列不同的操作序列：測試用例1：Open.Setup.Deposit.Balance.Summarize.Withdraw.Close測試用例2： Open.Setup.Withdraw.Deposit.Balance.CreditLimit.Close2. 劃分測試（類似于等價類劃分）1）基于狀態(tài)的劃分 改變Account類狀態(tài)的操作： deposit, withdraw; 不改變Account類狀態(tài)的操作： balance, summarize, creditLimit 測試用例： 1.open.setup.deposit.deposit.withdraw.with

12、draw.close; 2.open.setup.balance.summarize.creditLimit.close;2）基于屬性的劃分 根據(jù)類操作使用的屬性來劃分操作。 例，按屬性Balance分可三類： 使用Balance的操作； 修改Balance的操作； 不使用也不修改balance的操作。3）基于功能的劃分 依據(jù)類操作完成的功能來劃分類操作。 例，初始化操作：open,setup 計算操作：deposit,withdraw 查詢操作：balance, summarize, creditLimit 3. 基于故障的測試 一般依靠經(jīng)驗和直覺，類似于錯誤推測測試法。12.4.2 集成測試方法 測試類協(xié)作可以使用隨機測試方法、劃分測試方法、行為測試等。 1. 多類測試 p3022. 從動態(tài)模型導出測試用例EmptyacctsetupacctworkingacctnonworkingacctdeadacctopenSetup acctDeposit(initial)closeWithdraw (final)depositwithdrawBalanceCreditAcct InfoAccount類的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖應(yīng)使Account類實例遍歷所有允許的狀態(tài)轉(zhuǎn)換：測試用例1： open. setupacct. deposit(initial).