淺談?dòng)?jì)算機(jī)信息隱蔽性設(shè)計(jì)

1、淺談?dòng)?jì)算機(jī)信息隱蔽性設(shè)計(jì)摘要：包含在計(jì)算機(jī)模塊內(nèi)的信息對(duì)于無(wú)需這些信g-的其他模塊是不可存取的，即將不需要的信息都隱藏起來(lái)，只允許其他模塊知道其本身所需的信息。這樣可以使問(wèn)題求解簡(jiǎn)單化，從而到達(dá)好理解、好實(shí)現(xiàn)、好驗(yàn)證、好重用的目的。它可以從整體上保證計(jì)算機(jī)軟件的質(zhì)量，降低計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)本錢。關(guān)鍵詞：隱蔽原那么；抽象原那么；關(guān)系；對(duì)象；黑盒有關(guān)計(jì)算機(jī)軟件工程的隱蔽原那么一般是這樣描繪的：包含在模塊內(nèi)的信息對(duì)于無(wú)需這些信息的其他模塊是不可存取的，即將不需要的信息都隱藏起來(lái)，只允許其他模塊知道其本身所需的信息。假設(shè)說(shuō)最簡(jiǎn)單的就是最好的，那么計(jì)算機(jī)信息隱蔽性最強(qiáng)的就是最簡(jiǎn)單的。從方法學(xué)的總結(jié)到

2、推廣，從軟件設(shè)計(jì)到軟件實(shí)現(xiàn)，從手工開(kāi)發(fā)到工具輔助，信息隱蔽原那么無(wú)時(shí)無(wú)處不發(fā)揮著極有效的指導(dǎo)作用。l計(jì)算機(jī)隱蔽原那么與其他原那么的統(tǒng)一11方法學(xué)都基于軟件工程根本原那么根本原那么是行為所根據(jù)的法那么和標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論什么方法學(xué)從知識(shí)工程角度來(lái)說(shuō)，都是運(yùn)用軟件工程方法學(xué)根本原那么的規(guī)那么、策略及工具的集合。其中抽象原那么是最重要的，它給出軟件工程問(wèn)題求解全過(guò)程的最根本原那么，其他原那么是對(duì)抽象原那么的補(bǔ)充。指導(dǎo)如何抽象的根本原那么大體上可以分為體系標(biāo)準(zhǔn)原那么和模塊標(biāo)準(zhǔn)原那么兩類。前者是標(biāo)準(zhǔn)整體解題思路及解得驗(yàn)證，包括形式化原那么、分割原那么、層次原那么、概念完好性原那么、完備性原那么；后者那么是與子問(wèn)

3、題有關(guān)的原那么，包括隱蔽原那么、局部化原那么、邏輯獨(dú)立性原那么。面向?qū)ο蟮摹瓣P(guān)系抽象較多受前者標(biāo)準(zhǔn)，“對(duì)象抽象較多受后者標(biāo)準(zhǔn)。12根本原那么間的互相關(guān)聯(lián)雖然可以做“體系標(biāo)準(zhǔn)和“模塊標(biāo)準(zhǔn)的大體分類，但根本原那么之間并不是無(wú)關(guān)的，而是整體與局部間的互相制約，形成一個(gè)統(tǒng)一體。要求將信息最大限度地隱蔽在計(jì)算機(jī)模塊內(nèi)的隱蔽原那么，使模塊內(nèi)部信息封裝化、模塊的外部形象黑盒化，與外部的關(guān)系最少，所以使?jié)M足體系抽象原那么的抽象過(guò)程和驗(yàn)證工作簡(jiǎn)單化，同時(shí)也很容易滿足模塊標(biāo)準(zhǔn)的其他原那么，如局部化原那么和邏輯獨(dú)立性原那么。例如將具有多重關(guān)聯(lián)的多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表的條件組合查詢，由一個(gè)駐在效勞器端的存儲(chǔ)過(guò)程來(lái)統(tǒng)一完成?？蛻?/p>

4、端用戶可以在同一個(gè)窗口上對(duì)數(shù)十項(xiàng)多層穿插的查詢條件任意選擇組合，將選定條件送給相應(yīng)存儲(chǔ)過(guò)程。從外部來(lái)看，存儲(chǔ)過(guò)程的任務(wù)極為單純，即根據(jù)指定條件找出所有符合條件的記錄，將結(jié)果寫到一個(gè)有共享構(gòu)造的工作表中，然后把查詢正常與否的消息通報(bào)給客戶端的調(diào)用程序。該程序接到正常查詢完畢消息后，到指定暫時(shí)存放查詢結(jié)果的工作表中，按一定格式取出結(jié)果并報(bào)告給用戶。我認(rèn)為，這是一個(gè)全面符合軟件工程根本原那么的設(shè)計(jì)典范，而其關(guān)鍵技術(shù)是信息隱蔽設(shè)計(jì)。首先是遵循隱蔽原那么將具有復(fù)雜關(guān)系構(gòu)造的多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表的操作和庫(kù)表構(gòu)造封裝在一起，實(shí)現(xiàn)了完全的信息隱蔽。由于高度信息隱蔽的實(shí)現(xiàn)使這一組相關(guān)庫(kù)表的所有多層穿插組合構(gòu)造有可能在一

5、個(gè)對(duì)象中完成，高度滿足了局部化原那么。由于它的功能單純、明確，數(shù)據(jù)庫(kù)表間接口通過(guò)對(duì)相應(yīng)存儲(chǔ)過(guò)程傳遞參數(shù)來(lái)完成，屬于內(nèi)聚性最強(qiáng)的功能內(nèi)聚和耦合性最弱的數(shù)據(jù)耦合，因此具有很好的邏輯獨(dú)立性。不難想象，幾十項(xiàng)查詢條件的組合，查詢結(jié)果顯示方式達(dá)三四十種是很正常的。由于在局部化、功能獨(dú)立化原那么下應(yīng)用對(duì)象只是抽象成一個(gè)超類窗口對(duì)象，在信息隱蔽設(shè)計(jì)支持下，這三四十種結(jié)果顯示功能可以全部互相獨(dú)立地掛在查詢父窗口下，自然地滿足了分割原那么、層次原那么、概念完好性原那么等體系標(biāo)準(zhǔn)原那么。2信息隱蔽性設(shè)計(jì)的目的和優(yōu)越性21目的討論信息隱蔽性設(shè)計(jì)的目的是：分析將信息隱蔽起來(lái)有什么好處，以便使問(wèn)題求解簡(jiǎn)單化。211好理

6、解一般的復(fù)雜問(wèn)題有兩個(gè)特征，一是解題要參照的接口太多、太復(fù)雜，二是解題的方法太復(fù)雜。那么要想使之簡(jiǎn)化，無(wú)非是從問(wèn)題接口和問(wèn)題解法上人手。將復(fù)雜的接口信息與復(fù)雜算法隱蔽起來(lái)，剩下的自然是簡(jiǎn)單的。換句話說(shuō)就是實(shí)現(xiàn)對(duì)象的外部數(shù)據(jù)構(gòu)造與算法的封裝。需要知道的東西越少越好理解。在軟件工程中，理解是最繁重的工作之一。開(kāi)發(fā)過(guò)程中從分析人員對(duì)用戶需求的理解，到設(shè)計(jì)人員對(duì)需求規(guī)格的理解，直至編程人員對(duì)軟件設(shè)計(jì)的理解，是一個(gè)理解傳遞的過(guò)程。每一級(jí)開(kāi)發(fā)人員的目的都應(yīng)是將經(jīng)過(guò)自己加工后的、更簡(jiǎn)單的抽象結(jié)果更抽象、更好理解。因此好的設(shè)計(jì)人員就是經(jīng)其加工后傳給下級(jí)開(kāi)發(fā)人員的設(shè)計(jì)最容易理解，即給出的問(wèn)題定義越簡(jiǎn)單、接口越少

7、越好。212好實(shí)現(xiàn)有時(shí)好理解卻不好實(shí)現(xiàn)，即實(shí)現(xiàn)算法復(fù)雜。但是，假設(shè)把復(fù)雜算法做成一個(gè)封裝的模塊對(duì)象，使實(shí)現(xiàn)者只需知道模塊的作用和使用方法就可以得到所期待的輸出結(jié)果，而無(wú)須知道模塊內(nèi)部的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題就可以得到簡(jiǎn)化。213好驗(yàn)證復(fù)雜問(wèn)題也不好驗(yàn)證。有些設(shè)計(jì)看起來(lái)好理解，也不難實(shí)現(xiàn)，但驗(yàn)證起來(lái)卻很難。例如假設(shè)設(shè)計(jì)了相當(dāng)多的功能熱鍵用戶接口。對(duì)于輸入數(shù)據(jù)窗口和數(shù)據(jù)項(xiàng)較多的應(yīng)用程序，測(cè)試起來(lái)非常困難。多個(gè)功能熱鍵、多種激活方式、多個(gè)輸入數(shù)據(jù)窗口和數(shù)據(jù)項(xiàng)之間前后控制跳轉(zhuǎn)，這些都是黑盒測(cè)試的出發(fā)點(diǎn)，而每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)都以2以上的指數(shù)方式遞增著測(cè)試用例數(shù)目。即使一般復(fù)雜的應(yīng)用，其測(cè)試用例也超過(guò)200類

8、。由于采用了這種多控制、多轉(zhuǎn)移的復(fù)雜輸入方式設(shè)計(jì)，算法復(fù)雜是不可防止的。簡(jiǎn)化的方法還是信息隱蔽性設(shè)計(jì)，將每個(gè)熱鍵的多種激活方式觸發(fā)的內(nèi)部處理都寫成公共對(duì)象且封裝起來(lái)，供各應(yīng)用程序繼承調(diào)用。顯然這種隱蔽技術(shù)直接簡(jiǎn)化了理解和實(shí)現(xiàn)。由于公共父類對(duì)象已經(jīng)做過(guò)全面集中測(cè)試，下層程序繼承后的有關(guān)測(cè)試絕大局部可以“免檢，所以間接簡(jiǎn)化了驗(yàn)證，到達(dá)“好驗(yàn)證的目的。214好重用好驗(yàn)證的設(shè)計(jì)方法是把算法復(fù)雜的對(duì)象泛化為超類對(duì)象，進(jìn)展集中實(shí)現(xiàn)和集中測(cè)試，使多個(gè)下層子類共享父類的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試，所以它也是一種重用方案。好重用往往是好理解、好實(shí)現(xiàn)、好驗(yàn)證的必然結(jié)果。不過(guò)它是從更高層次上審視信息隱蔽性的目的。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.l

9、l.22優(yōu)越性由于信息隱蔽性設(shè)計(jì)重用性高，因此可以大大降低開(kāi)發(fā)和維護(hù)本錢。詳細(xì)可以從兩方面來(lái)看其優(yōu)越性。1)由于將復(fù)雜內(nèi)容都隱蔽到公共超類之中，可以集中優(yōu)勢(shì)兵力對(duì)公共超類對(duì)象統(tǒng)一進(jìn)展設(shè)計(jì)攻關(guān)、設(shè)計(jì)優(yōu)化和代碼優(yōu)化及測(cè)試和修改，所以不僅利于保證設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的正確性，而且利于進(jìn)步可維護(hù)性、保證數(shù)據(jù)平安性?？傊?，有利于從整體上保證軟件的根本質(zhì)量，降低維護(hù)本錢。2)由于簡(jiǎn)化了編程難度，防止了重復(fù)勞動(dòng)，降低了對(duì)程序員技術(shù)經(jīng)歷程度的要求，減少了設(shè)計(jì)說(shuō)明和理解交流及編輯的工作量，因此利于減少開(kāi)發(fā)本錢。倘假設(shè)前述的軟件設(shè)計(jì)不是采用信息隱蔽性設(shè)計(jì)，倘假設(shè)我們只有對(duì)復(fù)雜的庫(kù)表構(gòu)造了如指掌之后才能進(jìn)展多層穿插組合查詢程

10、序的實(shí)現(xiàn)，這不僅將需要許多時(shí)間理解庫(kù)表構(gòu)造，還需要構(gòu)筑同樣的數(shù)據(jù)庫(kù)，錄入能表達(dá)復(fù)雜數(shù)據(jù)關(guān)系的各種測(cè)試數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)關(guān)系映射著應(yīng)用對(duì)象的關(guān)系，為此我們還必須理解滿足各種組合查詢的數(shù)據(jù)與應(yīng)用業(yè)務(wù)處理間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因?yàn)樯杂欣斫馄?，取出的用于統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)就會(huì)全面失去意義。所以信息隱蔽性設(shè)計(jì)對(duì)于大型軟件開(kāi)發(fā)，特別是分式的異地開(kāi)發(fā)，是不可或缺的。實(shí)際上，前述軟件設(shè)計(jì)提供給我們的是與復(fù)雜數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)造封裝在一起的組合查詢存儲(chǔ)過(guò)程，只是一個(gè)樁程序。在我們開(kāi)發(fā)客戶端組合查詢程序時(shí)，它完全是個(gè)黑盒子，甚至沒(méi)有放到效勞器端。但是，它使得組合查詢程序只剩下輸入數(shù)據(jù)檢驗(yàn)這一單純功能了。3信息隱蔽性設(shè)計(jì)的根本思路與理論信息隱

11、蔽是個(gè)原那么而不是方法，按此原那么設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有信息隱蔽性，這是設(shè)計(jì)優(yōu)化的一種表現(xiàn)。構(gòu)造化方法和面向?qū)ο蠓椒ǘ甲非笮畔㈦[蔽性，并且各自具有一套抽象與實(shí)現(xiàn)的思路與方法。在此，我們嘗試歸納一下不拘泥于方法學(xué)的有關(guān)設(shè)計(jì)思路與方法。31哪些場(chǎng)合應(yīng)考慮隱蔽性設(shè)計(jì)總的來(lái)說(shuō)，但凡可以用信息隱蔽性設(shè)計(jì)、使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化的場(chǎng)合，都應(yīng)該采用此設(shè)計(jì)。首先，可以對(duì)共同事件、共同處理采用隱蔽性設(shè)計(jì)。因?yàn)橹貜?fù)是問(wèn)題復(fù)雜化的一個(gè)重要原因。例如“輸入數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、“退出事件、“翻開(kāi)事件、“打印處理、“熱鍵的轉(zhuǎn)移控制、“系統(tǒng)信息輸出處理等，甚至對(duì)打印報(bào)表的“制表時(shí)間與頁(yè)號(hào)編輯功能的共同處理。其次，可以對(duì)接口和環(huán)境采用隱蔽性設(shè)計(jì)。因

12、為接口也是問(wèn)題復(fù)雜化的重要原因之一。例如，可將靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)表及其查詢操作隱蔽起來(lái)，將復(fù)雜關(guān)系表及其存取操作隱蔽起來(lái)，甚至可以將所有數(shù)據(jù)庫(kù)都隱蔽起來(lái)，使低級(jí)開(kāi)發(fā)人員根本不必意識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的存在，以及將特殊輸入輸出裝置接口處理隱蔽起來(lái)，將與其他系統(tǒng)的接口處理隱蔽起來(lái)等。此外，還可以把復(fù)雜的算法、概念隱蔽起來(lái)，也可以把用戶沒(méi)有權(quán)限的功能隱蔽起來(lái)，以保證數(shù)據(jù)的平安性。32信息隱蔽的實(shí)現(xiàn)方法我們可以把實(shí)現(xiàn)信息隱蔽的物理范圍稱為隱蔽黑盒。信息隱蔽實(shí)現(xiàn)方法實(shí)際上就是隱蔽黑盒的實(shí)現(xiàn)方法與調(diào)用方法。隱蔽黑盒一般可以用函數(shù)、存儲(chǔ)過(guò)程、超類對(duì)象、語(yǔ)句系列來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用隱蔽黑盒時(shí)，可以用函數(shù)、存儲(chǔ)過(guò)程調(diào)用、祖先繼承及程序段復(fù)

13、制等相應(yīng)方法來(lái)引用。321效勞器端的隱蔽黑盒設(shè)計(jì)技術(shù)我們使用觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)一些數(shù)據(jù)庫(kù)超類表(如流水號(hào)表)或共同表操作(如表頭信息寫操作)的盒化。觸發(fā)器是通過(guò)將實(shí)現(xiàn)方法與調(diào)用方法封裝在一起，把調(diào)用方法也隱蔽起來(lái)，是最徹底的隱蔽黑盒。這除了使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化以外，還有利于數(shù)據(jù)庫(kù)的平安。因?yàn)樵賴?yán)密的客戶端操作也無(wú)法完全排除網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的不平安因素的影響。而隨著網(wǎng)絡(luò)支持性價(jià)比的進(jìn)步，把數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)操作集中在效勞器端，客戶端只負(fù)責(zé)輸入數(shù)據(jù)的正確性檢查和結(jié)果數(shù)據(jù)的處理，這顯然是一種既講效率又能保證數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)平安體系構(gòu)造的方法，是“胖效勞器瘦客戶機(jī)開(kāi)展方向的必然取舍。322靜態(tài)表的隱蔽黑盒設(shè)計(jì)從信息隱蔽的角度看程序中別離出去的靜態(tài)表，對(duì)程序來(lái)說(shuō)也是一個(gè)隱蔽黑盒，它實(shí)現(xiàn)了程序中存在變因的控制數(shù)據(jù)或開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)程序的隱蔽(隔離)。靜態(tài)表放在效勞器端，便于共享和維護(hù)。同時(shí)，我們用邏輯控制靜態(tài)表解決了面向不同應(yīng)用對(duì)象動(dòng)態(tài)組合應(yīng)用功能這個(gè)