《軟件工程》課件-第10章 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)

第10章

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)XX大學(xué)XX系XXX軟件工程教程電子科技大學(xué)出版社學(xué)習(xí)目標(biāo)l

掌握面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的過(guò)程和準(zhǔn)則；l

掌握面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法和步驟；l

掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念和步驟；l

掌握對(duì)象設(shè)計(jì)概念和步驟。目錄01020304面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)概述面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)過(guò)程與準(zhǔn)則面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)啟發(fā)規(guī)則系統(tǒng)設(shè)計(jì)0506對(duì)象設(shè)計(jì)本章小結(jié)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)概述01面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)概述◆

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)（Object-Oriented

Design，OOD）強(qiáng)調(diào)定義軟件對(duì)象，并且使這些軟件對(duì)象互相協(xié)作來(lái)滿足用戶需求。◆

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)是一種軟件設(shè)計(jì)方法，是一種工程化規(guī)范。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式解決的是類(lèi)與相互通信的對(duì)象之間的組織關(guān)系，包括它們的角色、職責(zé)、協(xié)作方式幾個(gè)方面?！?/p>

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式的最終實(shí)現(xiàn)仍然要使用面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言來(lái)表達(dá)，如JAVA、C++/C#等。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)過(guò)程與準(zhǔn)則02面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的特點(diǎn)（1）模塊化在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)中，一個(gè)模塊通常為一個(gè)類(lèi)或?qū)ο?，它們封裝了事物的屬性或操作”（2）抽象類(lèi)是對(duì)一組具有相似特征的對(duì)象的抽（3）信息隱藏。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，信息隱藏是通過(guò)對(duì)象的封裝性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的特點(diǎn)（4）低耦合（弱耦合）在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)中，耦合主要指不同模塊之間相互關(guān)聯(lián)的程度。低耦合有利于降低由于一個(gè)模塊的改變而對(duì)其他模塊造成的影響。（5）高內(nèi)聚（強(qiáng)內(nèi)聚）”內(nèi)聚是衡量一個(gè)模塊內(nèi)各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該力求做到高內(nèi)聚，提高模塊的內(nèi)聚性有利于提高系統(tǒng)的獨(dú)立性。（6）重用性盡量使用已有的類(lèi)，如果確實(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建新類(lèi)時(shí)，應(yīng)考慮將來(lái)被重復(fù)使用的可能。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的步驟（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)①將子系統(tǒng)分配到處理器。②

選擇實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、界面支持和任務(wù)管理”的設(shè)計(jì)策略。③為系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的控制機(jī)制。④復(fù)審并考慮權(quán)衡（折衷）。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的步驟（2）對(duì)象設(shè)計(jì)①

在過(guò)程級(jí)別（procedural

lavel）設(shè)計(jì)每個(gè)操作，即設(shè)計(jì)每個(gè)操作的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。②定義內(nèi)部類(lèi)。③為類(lèi)屬性設(shè)計(jì)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。④消息設(shè)計(jì)?！雹?/p>

使用對(duì)象間的協(xié)作和對(duì)象—關(guān)系模型，設(shè)計(jì)消息模型。（3）復(fù)審復(fù)審設(shè)計(jì)模型并在需要時(shí)迭代。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)啟發(fā)規(guī)則03面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)啟發(fā)規(guī)則（1）設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)該清晰易懂1）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。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)啟發(fā)規(guī)則（2）類(lèi)等級(jí)的深度應(yīng)適當(dāng)雖然類(lèi)的繼承與派生有許多優(yōu)點(diǎn)，但是不能隨意創(chuàng)建派生類(lèi)，應(yīng)該使類(lèi)等級(jí)中包含的層次數(shù)適當(dāng)。一個(gè)中等規(guī)模的系統(tǒng)，類(lèi)等級(jí)層次數(shù)應(yīng)該保持為7±2。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)啟發(fā)規(guī)則（3）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的類(lèi)簡(jiǎn)單的類(lèi)便于開(kāi)發(fā)和管理。因此，在類(lèi)的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意：類(lèi)要有明確的定義；類(lèi)中避免包含過(guò)多的屬性；一個(gè)類(lèi)不要提供太多服務(wù)；盡量簡(jiǎn)化對(duì)象之間的合作關(guān)系。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)啟發(fā)規(guī)則（4）使用簡(jiǎn)單的協(xié)議減少消息的參數(shù)個(gè)數(shù)是減少類(lèi)間耦合程度的有效手段。一般來(lái)說(shuō)，消息的參數(shù)不要超過(guò)3個(gè)。（5）使用簡(jiǎn)單的服務(wù)減少控制服務(wù)中源程序語(yǔ)句的行數(shù)及語(yǔ)句的嵌套層數(shù)，可以簡(jiǎn)化服務(wù)。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)啟發(fā)規(guī)則（6）把設(shè)計(jì)變動(dòng)減至最小雖然設(shè)計(jì)的變動(dòng)是正常情況，但設(shè)計(jì)的變動(dòng)會(huì)造成資源或時(shí)間上的消耗，所以開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該盡量把設(shè)計(jì)的變動(dòng)概率降至最低，一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)的質(zhì)量越高，設(shè)計(jì)結(jié)果保持不變的時(shí)間也越長(zhǎng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)04系統(tǒng)設(shè)計(jì)◆

面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)可以劃分為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和對(duì)象設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。◆

系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)注于確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的策略和目標(biāo)系統(tǒng)的高層結(jié)構(gòu)?！?/p>

一般來(lái)說(shuō)，常用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟為：將系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)—>設(shè)計(jì)問(wèn)題域子系統(tǒng)—>設(shè)計(jì)人機(jī)交互子系統(tǒng)—>設(shè)計(jì)任務(wù)管理子系統(tǒng)—>設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟（1）將分析模型劃分成子系統(tǒng)在OO系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們把分析模型中緊密相關(guān)的類(lèi)、關(guān)系等設(shè)計(jì)元素包裝成子系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常具有如下四個(gè)準(zhǔn)則。①

子系統(tǒng)應(yīng)具有定義良好的接口，通過(guò)接口和系統(tǒng)的其它部分通信；②

除了少數(shù)的“通信類(lèi)”

外，子系統(tǒng)中的類(lèi)應(yīng)只和該子系統(tǒng)中的其它類(lèi)協(xié)作；③子系統(tǒng)的數(shù)量不宜太多；④可以在子系統(tǒng)內(nèi)部再次劃分，以降低復(fù)雜性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟（2）標(biāo)識(shí)問(wèn)題本身的并發(fā)性，并為子系統(tǒng)分配處理器通過(guò)對(duì)對(duì)象行為模型的分析，可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的并發(fā)性。（3）任務(wù)管理設(shè)計(jì)①確定任務(wù)的類(lèi)型；②必要時(shí)，定義協(xié)調(diào)者任務(wù)和關(guān)聯(lián)的對(duì)象；③將協(xié)調(diào)者任務(wù)和其它任務(wù)集成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟（4）數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理的設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)對(duì)象的存儲(chǔ)方式（如內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、文件、數(shù)據(jù)庫(kù)），以及設(shè)計(jì)相應(yīng)的服務(wù)，即為要儲(chǔ)存的對(duì)象增加所需的屬性和操作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟（5）資源管理設(shè)計(jì)OO系統(tǒng)可利用一系列不同的資源（如磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、處理器、通信線路等外部實(shí)體或數(shù)據(jù)庫(kù)、對(duì)象等抽象資源），很多情況下，子系統(tǒng)同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)這些資源，因此要設(shè)計(jì)一套控制機(jī)制和安全機(jī)制，以控制對(duì)資源的訪問(wèn)，避免對(duì)資源使用的沖突。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟（6）人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面主要強(qiáng)調(diào)人如何命令系統(tǒng)，以及系統(tǒng)如何向人提交信息。它包括窗口、菜單、報(bào)告的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟（7）子系統(tǒng)間的通信子系統(tǒng)之間可以通過(guò)建立客戶/服務(wù)器連接進(jìn)行通信，也可以通過(guò)端對(duì)端（peer

to

peer）連接進(jìn)行通信。我們必須確定子系統(tǒng)間通信的合約（contract），合約提供了一個(gè)子系統(tǒng)和另一個(gè)子系統(tǒng)交互的方式。例10.1：結(jié)合9.4節(jié)案例，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)?；颊弑O(jiān)護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)全面監(jiān)控病人和對(duì)病人病歷查詢的系統(tǒng)，所以根據(jù)其功能需要窗口錄入病人的基本信息，還要方便查詢的多窗口設(shè)計(jì)，并且要能繪制出病人的日常生理日志的變化曲線圖。由于本系統(tǒng)要自動(dòng)發(fā)出警告，在錄入病人生理正常信息需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)窗口，還要隨時(shí)能從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用，以便和監(jiān)控設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，要設(shè)定最大變化和最小變化，發(fā)出警告的信息中要有房間號(hào)碼和床位號(hào)碼，以便知道哪個(gè)病人出現(xiàn)了異常，對(duì)監(jiān)控設(shè)備傳回的信息備份，設(shè)置定時(shí)起（每隔多長(zhǎng)時(shí)間對(duì)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份），還要分開(kāi)設(shè)置重病和較輕的病人，以便監(jiān)控，能對(duì)傳回的數(shù)據(jù)畫(huà)出曲線圖，并對(duì)每個(gè)病人的生理指數(shù)能夠清楚的查詢，同時(shí)允許醫(yī)生修改病人的正常生理數(shù)。（1）基本設(shè)計(jì)概念和處理流程如圖圖10.1處理流程（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖圖10.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（3）系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)圖10.3系統(tǒng)功能（4）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)表10.1“生理信號(hào)”表（4）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)表10.2“患者”表（4）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)表10.3“患者生理信號(hào)安全范圍”表對(duì)象設(shè)計(jì)05對(duì)象設(shè)計(jì)◆

對(duì)象設(shè)計(jì)對(duì)象設(shè)計(jì)是指對(duì)面向?qū)ο蟮男枨蠓治鲭A段得到的對(duì)象模型進(jìn)行擴(kuò)充、細(xì)化和完善。對(duì)象設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：1）對(duì)象中對(duì)屬性和操作的詳細(xì)描述;2）對(duì)象之間發(fā)送消息的協(xié)議;3）類(lèi)之間的各種關(guān)系的定義；4）對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)交互行為等；◆

例10.2：結(jié)合9.4節(jié)案例，完成對(duì)象設(shè)計(jì)。本章小結(jié)06本章小結(jié)◆

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)有如下三句經(jīng)典名言。（1）對(duì)接口進(jìn)行設(shè)計(jì)；（2）發(fā)現(xiàn)變化而且封裝它；（3）先考慮組合然后考慮繼承?！?/p>

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中的主要內(nèi)聚有：服務(wù)內(nèi)聚和類(lèi)內(nèi)聚。耦合有兩類(lèi)：交互耦合和繼承耦合?！?/p>

面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)活動(dòng)主要有：系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)、用例設(shè)計(jì)、類(lèi)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)