《軟件詳細設(shè)計教程》課件第10章

第10章面向?qū)ο笤O(shè)計10.1面向?qū)ο笤O(shè)計的準則10.2啟發(fā)規(guī)則10.3系統(tǒng)分解10.4設(shè)計問題域子系統(tǒng)10.5設(shè)計人機交互子系統(tǒng)10.6設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng)10.7設(shè)計數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)10.8設(shè)計類中的服務(wù)10.9設(shè)計關(guān)聯(lián)10.10設(shè)計優(yōu)化10.11面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計實例10.12小結(jié) 10.1面向?qū)ο笤O(shè)計的準則

所謂優(yōu)秀設(shè)計，就是權(quán)衡了各種因素，從而使得系統(tǒng)在其整個生命周期中的總開銷最小的設(shè)計。對大多數(shù)軟件系統(tǒng)而言，60%以上的軟件費用都用于軟件維護，因此，優(yōu)秀軟件設(shè)計的一個主要特點就是容易維護。

10.1.1模塊化

面向?qū)ο筌浖_發(fā)模式，很自然地支持了把系統(tǒng)分解成模塊的設(shè)計原理：對象就是模塊。它是把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作這些數(shù)據(jù)的方法緊密地結(jié)合在一起所構(gòu)成的模塊。10.1.2抽象

面向?qū)ο蠓椒ú粌H支持過程抽象，而且支持數(shù)據(jù)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(即協(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實例中包含的數(shù)據(jù)進行操作。使用者無須知道這些操作符的實現(xiàn)算法和類中數(shù)據(jù)元素的具體表示方法，就可以通過這些操作符使用類中定義的數(shù)據(jù)。通常把這類抽象稱為規(guī)格說明抽象。

此外，某些面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言還支持參數(shù)化抽象。所謂參數(shù)化抽象，是指當描述類的規(guī)格說明時并不具體指定所要操作的數(shù)據(jù)類型，而是把數(shù)據(jù)類型作為參數(shù)。這使得類的抽象程度更高，應(yīng)用范圍更廣，可重用性更高。10.1.3信息隱藏

在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，信息隱藏通過對象的封裝性來實現(xiàn)：類結(jié)構(gòu)分離了接口與實現(xiàn)，從而支持了信息隱藏。對于類的用戶來說，屬性的表示方法和操作的實現(xiàn)算法都應(yīng)該是隱藏的。

10.1.4弱耦合

耦合指一個軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊之間互連的緊密程度。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，對象是最基本的模塊，因此，耦合主要指不同對象之間相互關(guān)聯(lián)的緊密程度。弱耦合是優(yōu)秀設(shè)計的一個重要標準，因為這有助于使得系統(tǒng)中某一部分的變化對其他部分的影響降到最低程度。在理想情況下，對某一部分的理解、測試或修改，無須涉及系統(tǒng)的其他部分。如果一類對象過多地依賴其他類對象來完成自己的工作，則無疑給理解、測試或修改這個類帶來很大困難，而且還將大大降低該類的可重用性和可移植性。顯然，類之間的這種相互依賴關(guān)系是緊耦合的。

當然，對象不可能是完全孤立的，當兩個對象必須相互聯(lián)系、相互依賴時，應(yīng)該通過類的協(xié)議(即公共接口)實現(xiàn)耦合，而不應(yīng)該依賴于類的具體實現(xiàn)細節(jié)。

一般來說，對象之間的耦合可分為交互耦合和繼承耦合，下面分別討論它們。

1．交互耦合

如果對象之間的耦合通過消息連接來實現(xiàn)，則這種耦合就是交互耦合。為使交互耦合盡可能松散，應(yīng)該遵守下述準則：

●盡量降低消息連接的復(fù)雜程度。應(yīng)該盡量減少消息中包含的參數(shù)個數(shù)，降低參數(shù)的復(fù)雜程度。

●減少對象發(fā)送(或接收)的消息數(shù)。

2．繼承耦合

與交互耦合相反，應(yīng)該提高繼承耦合程度。繼承是一般化類與特殊類之間耦合的一種形式。從本質(zhì)上看，通過繼承關(guān)系結(jié)合起來的基類和派生類，構(gòu)成了系統(tǒng)中粒度更大的模塊。因此，它們彼此之間應(yīng)該結(jié)合得越緊密越好。

為獲得緊密的繼承耦合，特殊類應(yīng)該確實是對它的一般化類的一種具體化，也就是說，它們之間在邏輯上應(yīng)該存在“is-a”的關(guān)系。因此，如果一個派生類摒棄了其基類的許多屬性，則它們之間是松耦合的。在設(shè)計時應(yīng)該使特殊類盡量多繼承并使用其一般化類的屬性和服務(wù)，從而更緊密地耦合到其一般化類。10.1.5強內(nèi)聚

內(nèi)聚衡量一個模塊內(nèi)各個元素彼此結(jié)合的緊密程度。也可以把內(nèi)聚定義為：設(shè)計中使用的一個構(gòu)件內(nèi)的各個元素，對完成一個定義明確的目的所做出的貢獻程度。在設(shè)計時應(yīng)該力求做到高內(nèi)聚。在面向?qū)ο笤O(shè)計中存在下述三種內(nèi)聚。

1．服務(wù)內(nèi)聚

一個服務(wù)應(yīng)該完成一個且僅完成一個功能。

2．類內(nèi)聚

設(shè)計類的原則是，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。類的屬性和服務(wù)應(yīng)該全都是完成該類對象的任務(wù)所必需的，其中不包含無用的屬性或服務(wù)。如果某個類有多個用途，通常應(yīng)該把它分解成多個專用的類。

3．一般—特殊內(nèi)聚

設(shè)計出的一般—特殊內(nèi)聚應(yīng)該符合多數(shù)人的概念，更準確地說，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)該是對相應(yīng)的領(lǐng)域知識的正確抽取。

例如，雖然表面看來飛機與汽車有相似的地方(都用發(fā)動機驅(qū)動，都有輪子……)，但是，如果把飛機和汽車都作為“機動車”類的子類，則明顯違背了人們的常識，這樣的一般—特殊內(nèi)聚是低內(nèi)聚的。正確的作法是，設(shè)置一個抽象類“交通工具”，把飛機和機動車作為交通工具類的子類，而汽車又是機動車類的子類。

一般來說，緊密的繼承耦合與高度的一般—特殊內(nèi)聚是一致的。10.1.6可重用

軟件重用是提高軟件開發(fā)生產(chǎn)率和目標系統(tǒng)質(zhì)量的重要途徑。重用基本上從設(shè)計階段開始。重用有兩方面的含義：一是盡量使用已有的類(包括開發(fā)環(huán)境提供的類庫及以往開發(fā)類似系統(tǒng)時創(chuàng)建的類)；二是如果確實需要創(chuàng)建新類，則在設(shè)計這些新類的協(xié)議時，應(yīng)該考慮將來的可重復(fù)使用性。 10.2啟發(fā)規(guī)則

10.2.1設(shè)計結(jié)果應(yīng)該清晰易懂

使設(shè)計結(jié)果清晰、易讀、易懂，是提高軟件可維護性和可重用性的重要措施。顯然，人們不會重用那些他們不理解的設(shè)計。保證設(shè)計結(jié)果清晰易懂的主要因素如下：

(1)用詞一致。應(yīng)該使名字與它所代表的事物一致，而且應(yīng)該盡量使用人們習慣的名字。不同類中相似服務(wù)的名字應(yīng)該相同。

(2)使用已有的協(xié)議。如果開發(fā)同一軟件的其他設(shè)計人員已經(jīng)建立了類的協(xié)議，或者在所使用的類庫中已有相應(yīng)的協(xié)議，則應(yīng)該使用這些已有的協(xié)議。

(3)減少消息模式的數(shù)目。如果已有標準的消息協(xié)議，設(shè)計人員應(yīng)該遵守這些協(xié)議。如果確需自己建立消息協(xié)議，則應(yīng)該盡量減少消息模式的數(shù)目。只要可能，就使消息具有一致的模式，以利于讀者理解。

(4)避免模糊的定義。一個類的用途應(yīng)該是有限的，而且應(yīng)該從類名較容易地推想出它的用途。

10.2.2一般—特殊結(jié)構(gòu)的深度應(yīng)適當

應(yīng)該使類等級中包含的層次數(shù)適當。一般來說，在一個中等規(guī)模(大約包含100個類)的系統(tǒng)中，類等級層次數(shù)應(yīng)保持為7±2。不應(yīng)該僅僅從方便編碼的角度出發(fā)隨意創(chuàng)建派生類，應(yīng)該使一般—特殊結(jié)構(gòu)與領(lǐng)域知識或常識保持一致。10.2.3設(shè)計簡單的類

應(yīng)該盡量設(shè)計小而簡單的類，以便于開發(fā)和管理。當類很大的時候，要記住它的所有服務(wù)是非常困難的。經(jīng)驗表明，如果一個類的定義不超過一頁紙(或兩屏)，則使用這個類是比較容易的。為使類保持簡單，應(yīng)該注意以下幾點：

(1)避免包含過多的屬性。屬性過多通常表明這個類過分復(fù)雜，它所完成的功能可能太多了。

(2)有明確的定義。為了使類的定義明確，分配給每個類的任務(wù)應(yīng)該簡單，最好能用1～2個簡單語句描述它的任務(wù)。

(3)盡量簡化對象之間的合作關(guān)系。如果需要多個對象協(xié)同配合才能做好一件事，則破壞了類的簡明性和清晰性。

(4)不要提供太多服務(wù)。一個類提供的服務(wù)過多，同樣表明這個類過分復(fù)雜。典型地，一個類提供的公共服務(wù)不超過7個。

在開發(fā)大型軟件系統(tǒng)時，遵循上述啟發(fā)規(guī)則也會帶來另一個問題，即設(shè)計出大量較小的類，這同樣也會帶來一定復(fù)雜性。解決這個問題的辦法是把系統(tǒng)中的類按邏輯分組，也就是劃分“主題”。

10.2.4使用簡單的協(xié)議

一般來說，消息中的參數(shù)不要超過3個。當然，不超過3個的限制也不是絕對的。但是，經(jīng)驗表明，通過復(fù)雜消息相互關(guān)聯(lián)的對象是緊耦合的，對一個對象的修改往往導(dǎo)致其他對象的修改。10.2.5使用簡單的服務(wù)

采用面向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計出來的類中的服務(wù)通常都很小，一般只有3～5行源程序語句，可以用僅含一個動詞和一個賓語的簡單句子描述它的功能。如果一個服務(wù)中包含了過多的源程序語句，或者語句嵌套層次太多，又或者使用了復(fù)雜的CASE語句，則應(yīng)該仔細檢查這個服務(wù)，設(shè)法分解或簡化它。一般來說，應(yīng)該盡量避免使用復(fù)雜的服務(wù)。如果需要在服務(wù)中使用CASE語句，通常應(yīng)該考慮用一般—特殊結(jié)構(gòu)代替這個類的可能性。10.2.6把設(shè)計變動減至最小

通常，設(shè)計的質(zhì)量越高，設(shè)計結(jié)果保持不變的時間也越長。即使出現(xiàn)必須修改設(shè)計的情況，也應(yīng)該使修改的范圍盡可能小。理想的設(shè)計變動曲線如圖10.1所示。

在設(shè)計的早期階段變動較大，隨著時間的推移，設(shè)計方案日趨成熟，改動也就越來越小了。圖10.1中的峰值與出現(xiàn)設(shè)計錯誤或發(fā)生非預(yù)期變動的情況相對應(yīng)。峰值越高，表明設(shè)計質(zhì)量越差，可重用性也越差。圖10.1理想的設(shè)計變動曲線 10.3系統(tǒng)分解

人類解決復(fù)雜問題時普遍采用的策略是“分而治之，各個擊破”。同樣，軟件工程師在設(shè)計比較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)時普遍采用的策略，也是首先把系統(tǒng)分解成若干個比較小的部分，然后再分別設(shè)計每個部分。這樣做有利于降低設(shè)計的難度，有利于分工協(xié)作，也有利于維護人員對系統(tǒng)進行理解和維護。

系統(tǒng)的主要組成部分稱為子系統(tǒng)，通常根據(jù)所提供的功能來劃分子系統(tǒng)。例如，編譯系統(tǒng)可劃分成詞法分析、語法分析、中間代碼生成、優(yōu)化、目標代碼生成和出錯處理等子系統(tǒng)。一般來說，子系統(tǒng)的數(shù)目應(yīng)該與系統(tǒng)規(guī)?；酒ヅ洹８鱾€子系統(tǒng)之間應(yīng)該具有盡可能簡單、明確的接口。接口確定了交互形式和通過子系統(tǒng)邊界的信息流，但是無須規(guī)定子系統(tǒng)內(nèi)部的實現(xiàn)算法。因此，可以相對獨立地設(shè)計各個子系統(tǒng)。

在劃分和設(shè)計子系統(tǒng)時，應(yīng)該盡量減少子系統(tǒng)彼此間的依賴性。

采用面向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計軟件系統(tǒng)時，面向?qū)ο笤O(shè)計模型(即求解域的對象模型)與面向?qū)ο蠓治瞿Ｐ?即問題域的對象模型)一樣，也由主題、類與對象、結(jié)構(gòu)、屬性和服務(wù)五個層次組成。這五個層次一層比一層表示的細節(jié)更多，我們可以把這五個層次想象為整個模型的水平切片。此外，大多數(shù)系統(tǒng)的面向?qū)ο笤O(shè)計模型在邏輯上都由四大部分組成。這四大部分對應(yīng)于組成目標系統(tǒng)的四個子系統(tǒng)，它們分別是問題域子系統(tǒng)、人機交互子系統(tǒng)、任務(wù)管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。當然，在不同的軟件系統(tǒng)中，這四個子系統(tǒng)的重要程度和規(guī)模可能相差很大，規(guī)模過大的在設(shè)計過程中應(yīng)該進一步劃分成更小的子系統(tǒng)，規(guī)模過小的可合并在其他子系統(tǒng)中。某些領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)在邏輯上可能僅由3個(甚至少于3個)的子系統(tǒng)組成。

我們可以把面向?qū)ο笤O(shè)計模型的四大組成部分想象成整個模型的四個垂直切片。典型的面向?qū)ο笤O(shè)計模型可以用圖10.2表示。圖10.2典型的面向?qū)ο笤O(shè)計模型10.3.1子系統(tǒng)之間的兩種交互方式

在軟件系統(tǒng)中，子系統(tǒng)之間的交互有兩種可能的方式，分別是客戶—供應(yīng)商(Client-supplier)關(guān)系和平等伙伴(peer-to-peer)關(guān)系。

1．客戶—供應(yīng)商關(guān)系

在這種關(guān)系中，作為“客戶”的子系統(tǒng)調(diào)用作為“供應(yīng)商”的子系統(tǒng)，后者完成某些服務(wù)工作并返回結(jié)果。使用這種交互方案，作為客戶的子系統(tǒng)必須了解作為供應(yīng)商的子系統(tǒng)的接口，然而后者卻無須了解前者的接口，因為任何交互行為都是由前者驅(qū)動的。

2．平等伙伴關(guān)系

在這種關(guān)系中，每個子系統(tǒng)都可能調(diào)用其他子系統(tǒng)，因此，每個子系統(tǒng)都必須了解其他子系統(tǒng)的接口。由于各個子系統(tǒng)需要相互了解對方的接口，因此這種組織系統(tǒng)的方案比起客戶—供應(yīng)商方案來，子系統(tǒng)之間的交互更復(fù)雜，而且這種交互方式還可能存在通信環(huán)路，從而使系統(tǒng)難于理解，容易發(fā)生不易察覺的設(shè)計錯誤。

總的來說，單向交互比雙向交互更容易理解，也更容易設(shè)計和修改，因此應(yīng)該盡量使用客戶—供應(yīng)商關(guān)系。10.3.2組織系統(tǒng)的兩種方案

把子系統(tǒng)組織成完整的系統(tǒng)時，有水平層次組織和垂直塊組織兩種方案可供選擇。

1．層次組織

層次組織方案把軟件系統(tǒng)組織成一個層次系統(tǒng)，每層是一個子系統(tǒng)，上層在下層的基礎(chǔ)上建立，下層為實現(xiàn)上層功能提供必要的服務(wù)。每一層內(nèi)所包含的對象，彼此間相互獨立；而處于不同層次上的對象，彼此間往往有關(guān)聯(lián)。實際上，在上、下層之間存在客戶—供應(yīng)商關(guān)系。低層子系統(tǒng)提供服務(wù)，相當于供應(yīng)商；上層子系統(tǒng)使用下層提供的服務(wù)，相當于客戶。層次結(jié)構(gòu)又可進一步劃分成兩種模式：封閉式和開放式。所謂封閉式，就是每層子系統(tǒng)僅僅使用其直接下層提供的服務(wù)。由于一個層次的接口只影響與其緊鄰的上一層，因此，這種工作模式降低了各層次之間的相互依賴性，更容易理解和修改。在開放模式中，某層子系統(tǒng)可以使用處于其下面的任何一層子系統(tǒng)所提供的服務(wù)。這種工作模式的優(yōu)點，是減少了需要在每層重新定義的服務(wù)數(shù)目，使得整個系統(tǒng)更高效、更緊湊。但是，開放模式的系統(tǒng)不符合信息隱藏原則，對任何一個子系統(tǒng)的修改都會影響處在更高層次的那些子系統(tǒng)。設(shè)計軟件系統(tǒng)時到底采用哪種結(jié)構(gòu)模式，需要權(quán)衡效率和模塊獨立性等多種因素，通盤考慮以后再做決定。通常，在需求陳述中只描述了對系統(tǒng)頂層和底層的需求，頂層就是用戶看到的目標系統(tǒng)，底層則是可以使用的資源。這兩層往往差異很大，設(shè)計者必須設(shè)計一些中間層次，以減少不同層次之間的概念差異。

2．塊狀組織

塊狀組織方案把軟件系統(tǒng)垂直地分解成若干個相對獨立的、弱耦合的子系統(tǒng)，一個子系統(tǒng)相當于一塊，每塊提供一種類型的服務(wù)。

利用層次和塊的各種可能的組合，可以成功地由多個子系統(tǒng)組成一個完整的軟件系統(tǒng)。當混合使用層次結(jié)構(gòu)和塊狀結(jié)構(gòu)時，同一層次可以由若干塊組成，而同一塊也可以分為若干層。例如，圖10.3表示一個應(yīng)用系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)，這個應(yīng)用系統(tǒng)采用了層次與塊狀的混合結(jié)構(gòu)。圖10.3典型應(yīng)用系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)10.3.3設(shè)計系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)

完整系統(tǒng)的典型的拓撲結(jié)構(gòu)有管道型、樹形、星形等。設(shè)計者應(yīng)該采用與問題結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的、盡可能簡單的拓撲結(jié)構(gòu)，來減少子系統(tǒng)之間的交互數(shù)量。

10.4設(shè)計問題域子系統(tǒng)

10.4.1調(diào)整需求

有兩種情況會導(dǎo)致修改通過面向?qū)ο蠓治鏊_定的系統(tǒng)需求：一是用戶需求或外部環(huán)境發(fā)生了變化；二是分析員對問題域理解不透徹或缺乏領(lǐng)域?qū)＜規(guī)椭?，以致面向?qū)ο蠓治瞿Ｐ筒荒芡暾?、準確地反映用戶的真實需求。

無論出現(xiàn)上述哪種情況，通常都只需簡單地修改面向?qū)ο蠓治鼋Y(jié)果，然后再把這些修改反映到問題域子系統(tǒng)中。10.4.2重用已有的類

代碼重用從設(shè)計階段開始，在研究面向?qū)ο蠓治鼋Y(jié)果時就應(yīng)該尋找使用已有類的方法。若因為沒有合適的類可以重用而確實需要創(chuàng)建新的類，則在設(shè)計這些新類的協(xié)議時，必須考慮到將來的可重用性。

如果有可能重用已有的類，則重用已有類的典型過程如下：

●選擇有可能被重用的已有類，標出這些候選類中對本問題無用的屬性和服務(wù)，盡量重用那些能使無用的屬性和服務(wù)降到最低程度的類。

●在被重用的已有類和問題域類之間添加歸納關(guān)系(即從被重用的已有類派生出問題域類)?！駱顺鰡栴}域類中從已有類繼承來的屬性和服務(wù)，在問題域類內(nèi)不需再定義它們了。

●修改與問題域類相關(guān)的關(guān)聯(lián)，必要時將其改為與被重用的已有類相關(guān)的關(guān)聯(lián)。

10.4.3把問題域類組合在一起

在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中，設(shè)計者往往通過引入一個根類而把問題域類組合在一起。事實上，這是在沒有更先進的組合機制可用時才采用的一種組合方法。此外，這樣的根類還可以用來建立協(xié)議(見下一小節(jié))。10.4.4增添一般化類以建立協(xié)議

在設(shè)計過程中常常發(fā)現(xiàn)，一些具體類需要有一個公共的協(xié)議。也就是說，它們都需要定義一組類似的服務(wù)(很可能還需要相應(yīng)的屬性)。在這種情況下可以引入一個附加類(例如根類)，以便建立這個協(xié)議(即命名公共服務(wù)集合，這些服務(wù)在具體類中仔細定義)。10.4.5ATM系統(tǒng)之例

圖10.4描繪了第9章給出的ATM系統(tǒng)的問題域子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中，我們把ATM系統(tǒng)的問題域子系統(tǒng)進一步劃分成了三個更小的子系統(tǒng)，它們分別是ATM站子系統(tǒng)、中央計算機子系統(tǒng)和分行計算機子系統(tǒng)。它們的拓撲結(jié)構(gòu)為星形，即以中央計算機為中心向外輻射，同所有ATM站及分行計算機通信。物理連接用專用電話線實現(xiàn)。根據(jù)ATM站號和分行代碼，區(qū)分由每個ATM站和每臺分行計算機連向中央計算機的電話線。圖10.4ATM系統(tǒng)問題域子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 10.5設(shè)計人機交互子系統(tǒng)

10.5.1設(shè)計人機交互界面的準則

遵循下列準則有助于設(shè)計出讓用戶滿意的人機交互界面：

(1)一致性。使用一致的術(shù)語、一致的步驟和一致的動作。

(2)減少步驟。應(yīng)使用戶為做某件事情而需敲擊鍵盤的次數(shù)、點按鼠標的次數(shù)或者下拉菜單的距離都減至最少，還應(yīng)使得技術(shù)水平不同的用戶，為獲得有意義的結(jié)果所需使用的時間都減至最少。特別應(yīng)該為熟練用戶提供簡捷的操作方法(例如熱鍵)。

(3)及時提供反饋信息。每當用戶等待系統(tǒng)完成一項工作時，系統(tǒng)都應(yīng)該向用戶提供有意義的、及時的反饋信息，以便用戶能夠知道系統(tǒng)目前已經(jīng)完成該項工作的多大比例。

(4)提供撤消命令。人在與系統(tǒng)交互的過程中難免會犯錯誤，因此，應(yīng)該提供“撤消(undo)”命令，以便用戶及時撤消錯誤動作，消除錯誤動作造成的后果。

(5)無須記憶。不應(yīng)該要求用戶記住在某個窗口中顯示的信息，然后再用到另一個窗口中，這是軟件系統(tǒng)的責任而不是用戶的任務(wù)。

此外，在設(shè)計人機交互部分時應(yīng)該力求達到下述目標：用戶在使用該系統(tǒng)時用于思考人機交互方法所花費的時間減至最少，而用于做其他實際想做的工作所用的時間達到最大值。更理想的情況是，人機交互界面能夠增強用戶的能力。

(6)易學。人機交互界面應(yīng)該易學易用，應(yīng)該提供聯(lián)機參考資料，以便用戶在遇到困難時隨時參閱。

(7)富有吸引力。人機交互界面不僅應(yīng)該方便、高效，還應(yīng)該使人在使用時感到心情愉快，能夠從中獲得樂趣，從而吸引人去使用它。

10.5.2設(shè)計人機交互子系統(tǒng)的策略

1．分類用戶

人機交互界面是給用戶使用的。顯然，為設(shè)計好人機交互子系統(tǒng)，設(shè)計者應(yīng)該認真研究使用它的用戶。應(yīng)該深入到用戶的工作現(xiàn)場，仔細觀察用戶是怎樣做他們的工作的，這對設(shè)計好人機交互界面非常必要。在深入現(xiàn)場的過程中，設(shè)計者應(yīng)該認真思考下述問題：用戶必須完成哪些工作？設(shè)計者能夠提供什么工具來支持這些工作的完成？怎樣使得這些工具使用起來更方便、更有效?

為了更好地了解用戶的需要與愛好，以便設(shè)計出符合用戶需要的界面，設(shè)計者首先應(yīng)該把將來可能與系統(tǒng)交互的用戶分類。通常從下列幾個不同角度進行分類：

①按技能水平分類(新手/初級/中級/高級)。

②按職務(wù)分類(總經(jīng)理/經(jīng)理/職員)。

③按所屬集團分類(職員/顧客)。

2．描述用戶

應(yīng)該仔細了解將來使用系統(tǒng)的每類用戶的情況，把獲得的下列各項信息記錄下來。

①用戶類型。

②使用系統(tǒng)欲達到的目的。

③特征(年齡、性別、受教育程度、使用系統(tǒng)的權(quán)限等)。

④關(guān)鍵的成功因素(需求、愛好、習慣等)。

⑤技能水平。

⑥完成本職工作的腳本。

3．設(shè)計命令層次

設(shè)計命令層次的工作通常包含以下幾項內(nèi)容：

(1)研究現(xiàn)有的人機交互含義和準則?，F(xiàn)在，Windows已經(jīng)成了微機上圖形用戶界面事實上的工業(yè)標準。所有Windows應(yīng)用程序的基本外觀及給用戶的感受都是相同的(例如，每個程序至少有一個窗口，它由標題欄標識；程序中大多數(shù)功能可通過菜單選用；選中某些菜單項會彈出對話框，用戶可通過它輸入附加信息……)。Windows程序通常還遵守廣大用戶習以為常的許多約定(例如，F(xiàn)ile菜單的最后一個菜單項是Exit；在文件列表框中用鼠標單擊某個表項，則相應(yīng)的文件名變亮，若用鼠標雙擊則會打開該文件……)。設(shè)計圖形用戶界面時，應(yīng)該保持與普通Windows應(yīng)用程序界面相一致，并遵守廣大用戶習慣的約定，這樣才會被用戶接受和喜受。

(2)確定初始的命令層次。所謂命令層次，實質(zhì)上是用過程抽象機制組織起來的、可供選用的服務(wù)的表示形式。設(shè)計命令層次時，通常先從對服務(wù)的過程抽象著手，然后再進一步修改它們，以適合具體應(yīng)用環(huán)境的需要。

(3)精化命令層次。為進一步修改完善初始的命令層次，應(yīng)該考慮下列一些因素：

①次序：仔細選擇每個服務(wù)的名字，并在命令層的每一部分內(nèi)把服務(wù)排好次序。排序時或者把最常用的服務(wù)放在最前面，或者按照用戶習慣的工作步驟排序。②整體—部分關(guān)系：尋找在這些服務(wù)中存在的整體—部分模式，這樣做有助于在命令層中分組組織服務(wù)。

③寬度和深度：由于人的短期記憶能力有限，命令層次的寬度和深度都不應(yīng)該過大。

④操作步驟：應(yīng)該用盡量少的單擊、拖動和擊鍵組合來表達命令，而且應(yīng)該為高級用戶提供簡捷的操作方法。

4．設(shè)計人機交互類

人機交互類與所使用的操作系統(tǒng)及編程語言密切相關(guān)。例如，在Windows環(huán)境下運行的VisualC++語言提供了MFC類庫。設(shè)計人機交互類時，往往僅需從MFC類庫中選出一些適用的類，然后從這些類派生出符合自己需要的類即可。 10.6設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng)

10.6.1分析并發(fā)性

通過面向?qū)ο蠓治鼋⑵饋淼膭討B(tài)模型，是分析并發(fā)性的主要依據(jù)。如果兩個對象彼此間不存在交互，或者它們同時接受事件，則這兩個對象在本質(zhì)上是并發(fā)的。通過檢查各個對象的狀態(tài)圖及它們之間交換的事件，能夠把若干個非并發(fā)的對象歸并到一條控制線中。所謂控制線，是一條遍及狀態(tài)圖集合的路徑，在這條路徑上每次只有一個對象是活動的。在計算機系統(tǒng)中用任務(wù)(task)實現(xiàn)控制線，一般認為任務(wù)是進程(process)的別名。通常把多個任務(wù)的并發(fā)執(zhí)行稱為多任務(wù)。對于某些應(yīng)用系統(tǒng)來說，通過劃分任務(wù)，可以簡化系統(tǒng)的設(shè)計及編碼工作。不同的任務(wù)標識了必須同時發(fā)生的不同行為，這種并發(fā)行為既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)仿真實現(xiàn)(通常采用時間分片策略仿真多處理器環(huán)境)。

10.6.2設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng)

常見的任務(wù)有事件驅(qū)動型任務(wù)、時鐘驅(qū)動型任務(wù)、優(yōu)先任務(wù)、關(guān)鍵任務(wù)和協(xié)調(diào)任務(wù)等。設(shè)計任務(wù)管理子系統(tǒng)包括確定各類任務(wù)并把任務(wù)分配給適當?shù)挠布蜍浖?zhí)行。

1．確定事件驅(qū)動型任務(wù)

某些任務(wù)是由事件驅(qū)動的，這類任務(wù)可能主要完成通信工作，例如與設(shè)備、屏幕窗口、其他任務(wù)、子系統(tǒng)、另一個處理器或其他系統(tǒng)通信。事件通常是表明某些數(shù)據(jù)到達的信號。

在系統(tǒng)運行時，這類任務(wù)的工作過程如下：任務(wù)處于睡眠狀態(tài)(不消耗處理器時間)，等待來自數(shù)據(jù)線或其他數(shù)據(jù)源的中斷；一旦接收到中斷就喚醒了該任務(wù)，接收數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)放入內(nèi)存緩沖區(qū)或其他目的地，通知需要知道這件事的對象，然后該任務(wù)又回到睡眠狀態(tài)。

2．確定時鐘驅(qū)動型任務(wù)

某些任務(wù)每隔一定時間間隔就被觸發(fā)以執(zhí)行某些處理。例如，某些設(shè)備需要周期性地獲得數(shù)據(jù)；某些人機接口、子系統(tǒng)、任務(wù)、處理器或其他系統(tǒng)也可能需要周期性的通信。在這些場合往往需要使用時鐘驅(qū)動型任務(wù)。

時鐘驅(qū)動型任務(wù)的工作過程如下：任務(wù)設(shè)置了喚醒時間后進入睡眠狀態(tài)；任務(wù)睡眠(不消耗處理器時間)，等待來自系統(tǒng)的中斷；一旦接收到這種中斷，任務(wù)就被喚醒并做它的工作，通知有關(guān)的對象，然后該任務(wù)又回到睡眠狀態(tài)。

3．確定優(yōu)先任務(wù)

優(yōu)先任務(wù)可以滿足高優(yōu)先級或低優(yōu)先級的處理需求。

●高優(yōu)先級。某些服務(wù)具有很高的優(yōu)先級，為了在嚴格限定的時間內(nèi)完成這種服務(wù)，可能需要把這類服務(wù)分離成獨立的任務(wù)。

●低優(yōu)先級。與高優(yōu)先級相反，有些服務(wù)是低優(yōu)先級的，屬于低優(yōu)先級處理(通常指那些背景處理)。設(shè)計時可能用額外的任務(wù)把這樣的處理分離出來。

4．確定關(guān)鍵任務(wù)

關(guān)鍵任務(wù)是有關(guān)系統(tǒng)成功或失敗的關(guān)鍵處理，這類處理通常都有嚴格的可靠性要求。在設(shè)計過程中可能用額外的任務(wù)把這樣的關(guān)鍵處理分離出來，以滿足高可靠性處理的要求。對高可靠性處理應(yīng)該精心設(shè)計和編碼，并且應(yīng)該嚴格測試。

5．確定協(xié)調(diào)任務(wù)

當系統(tǒng)中存在三個以上任務(wù)時，就應(yīng)該增加一個任務(wù)，用它作為協(xié)調(diào)任務(wù)。引入?yún)f(xié)調(diào)任務(wù)會增加系統(tǒng)的總開銷(增加從一個任務(wù)到另一個任務(wù)的轉(zhuǎn)換時間)，但是引入?yún)f(xié)調(diào)任務(wù)有助于把不同任務(wù)之間的協(xié)調(diào)控制封裝起來。使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣可以比較方便地描述該類任務(wù)的行為。這類任務(wù)應(yīng)該僅做協(xié)調(diào)工作，不要讓它再承擔其他服務(wù)工作。

6．盡量減少任務(wù)數(shù)

必須仔細分析和選擇每個確實需要的任務(wù)。應(yīng)該使系統(tǒng)中包含的任務(wù)數(shù)盡量少。設(shè)計多任務(wù)系統(tǒng)的主要問題是，設(shè)計者常常為了自己處理時的方便而輕率地定義過多的任務(wù)。這樣做加大了設(shè)計工作的技術(shù)復(fù)雜度，并使系統(tǒng)變得不易理解，從而也加大了系統(tǒng)維護的難度。

7．確定資源需求

使用多處理器或固件主要是為了滿足高性能的需求。設(shè)計者必須通過計算系統(tǒng)載荷(即每秒處理的業(yè)務(wù)數(shù)及處理一個業(yè)務(wù)所花費的時間)，來估算所需要的CPU(或其他固件)的處理能力。設(shè)計者應(yīng)該綜合考慮各種因素，以決定哪些子系統(tǒng)用硬件實現(xiàn)，哪些子系統(tǒng)用軟件實現(xiàn)。下述兩個因素可能是使用硬件實現(xiàn)某些子系統(tǒng)的主要原因：

●現(xiàn)有的硬件完全能滿足某些方面的需求。例如，買一塊浮點運算卡比用軟件實現(xiàn)浮點運算要容易得多。

●專用硬件比通用的CPU性能更高。例如，目前在信號處理系統(tǒng)中廣泛使用固件實現(xiàn)快速付里葉變換。

設(shè)計者在決定到底采用軟件還是硬件的時候，必須綜合權(quán)衡一致性、成本和性能等多種因素，還要考慮未來的可擴充性和可修改性。 10.7設(shè)計數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

10.7.1選擇數(shù)據(jù)存儲管理模式

1．文件管理系統(tǒng)

文件管理系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的一個組成部分，使用它長期保存數(shù)據(jù)具有成本低和簡單等特點。但是，文件操作的級別低，為提供適當?shù)某橄蠹墑e還必須編寫額外的代碼。此外，不同操作系統(tǒng)的文件管理系統(tǒng)往往有明顯差異。

2．關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是關(guān)系代數(shù)，它不僅理論基礎(chǔ)堅實而且有下列一些主要優(yōu)點：

①提供了各種最基本的數(shù)據(jù)管理功能，例如中斷恢復(fù)、多用戶共享、多應(yīng)用共享、完整性和事務(wù)支持等。②為多種應(yīng)用提供了一致的接口。

③標準化的語言(大多數(shù)商品化關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都使用SQL語言)。

但是，為了做到通用與一致，關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通常都相當復(fù)雜，且有下述一些具體缺點，以致限制了這種系統(tǒng)的普遍使用。

①運行開銷大，即使只完成簡單的事務(wù)(例如只修改表中的一行)，也需要較長的時間。

②不能滿足高級應(yīng)用的需求。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是為商務(wù)應(yīng)用服務(wù)的，商務(wù)應(yīng)用中數(shù)據(jù)量雖大但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)卻比較簡單。事實上，關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)很難用在數(shù)據(jù)類型豐富或操作不標準的應(yīng)用中。③與程序設(shè)計語言的連接不自然。SQL語言支持面向集合的操作，是一種非過程性語言。然而大多數(shù)程序設(shè)計語言本質(zhì)上卻是過程性的，每次只能處理一個記錄。

3．面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一種新技術(shù)，主要有兩種設(shè)計途徑：擴展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和擴展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言。

①擴展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，增加了抽象數(shù)據(jù)類型和繼承機制，此外還增加了創(chuàng)建及管理類和對象的通用服務(wù)。②擴展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言擴充了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言的語法和功能，增加了在數(shù)據(jù)庫中存儲和管理對象的機制。開發(fā)人員可以用統(tǒng)一的面向?qū)ο笥^點進行設(shè)計，不再需要區(qū)分存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(即生命期短暫的數(shù)據(jù))。

目前，大多數(shù)“對象”數(shù)據(jù)管理模式都采用“復(fù)制對象”的方法：先保留對象值，然后在需要時創(chuàng)建該對象的一個副本。擴展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言則擴充了這種機制，它支持“永久對象”方法：準確存儲對象(包括對象的內(nèi)部標識在內(nèi))，而不是僅僅存儲對象值。使用這種方法，當從存儲器中檢索出一個對象的時候，它就完全等同于原先存在的那個對象?！坝谰脤ο蟆狈椒樵诙嘤脩舡h(huán)境下從對象服務(wù)器中共享對象奠定了基礎(chǔ)。10.7.2設(shè)計數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

1．設(shè)計數(shù)據(jù)格式

設(shè)計數(shù)據(jù)格式的方法與所使用的數(shù)據(jù)存儲管理模式密切相關(guān)。下面分別介紹適用于每種數(shù)據(jù)存儲管理模式的設(shè)計方法。

(1)文件系統(tǒng)。具體步驟是：

①定義第一范式表：列出每個類的屬性表；把屬性表規(guī)范成第一范式，從而得到第一范式表的定義。

②為每個第一范式表定義一個文件。

③測量性能和需要的存儲容量。

④修改原設(shè)計的第一范式，以滿足性能和存儲需求。必要時把歸納結(jié)構(gòu)的屬性壓縮在單個文件中，以減少文件數(shù)量，同時把某些屬性組合在一起，并用某種編碼值表示這些屬性，而不再分別使用獨立的域表示每個屬性。這樣做可以減少所需要的存儲空間，但是增加了處理時間。

(2)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。具體步驟是：

①定義第三范式表：列出每個類的屬性表；把屬性表規(guī)范成第三范式，從而得出第三范式表的定義。

②為每個第三范式表定義一個數(shù)據(jù)庫表。

③測量性能和需要的存儲容量。

④修改先前設(shè)計的第三范式，以滿足性能和存儲需求。

(3)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。具體步驟是：

①擴展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫途徑：使用與關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相同的方法。

②擴展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言途徑：不需要規(guī)范化屬性的步驟，因為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本身具有把對象值映射成存儲值的功能。

2．設(shè)計相應(yīng)的服務(wù)

如果某個類的對象需要存儲起來，則應(yīng)在這個類中增加一個屬性和服務(wù)，用于完成存儲對象自身的工作。應(yīng)該把為此目的增加的屬性和服務(wù)作為“隱含”的屬性和服務(wù)，即無需在面向?qū)ο笤O(shè)計模型的屬性和服務(wù)層中顯式地表示它們，僅需在關(guān)于類與對象的文檔中描述它們。這樣設(shè)計之后，對象將知道怎樣存儲自己。用于“存儲自己”的屬性和服務(wù)，在問題域子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)之間構(gòu)成一座必要的橋梁。利用多重繼承機制，可以在某個適當?shù)幕愔卸x這樣的屬性和服務(wù)，如果以后某個類的對象需要長期存儲，該類就從基類中繼承這樣的屬性和服務(wù)。

下面介紹使用不同數(shù)據(jù)存儲管理模式時的設(shè)計要點。

(1)文件系統(tǒng)。被存儲的對象需要知道打開哪個(些)文件，怎樣把文件定位到正確的記錄上，怎樣檢索出舊值(如果有的話)，以及怎樣用現(xiàn)有值更新它們。

此外，還應(yīng)該定義一個ObjectServer(對象服務(wù)器)類，并創(chuàng)建它的實例。該類提供下列服務(wù)：●通知對象保存自身；

●檢索已存儲的對象(查找、讀值、創(chuàng)建并初始化對象)，以便把這些對象提供給其他子系統(tǒng)使用。

注意，為提高性能應(yīng)該批量處理訪問文件的要求。

(2)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。被存儲的對象應(yīng)該知道訪問哪些數(shù)據(jù)庫表，怎樣訪問所需要的行，怎樣檢索出舊值(如果有的話)，以及怎樣用現(xiàn)有值更新它們。

此外，還應(yīng)該定義一個ObjectServer類，并聲明它的對象。該類提供下列服務(wù)：

●通知對象保存自身；

●檢索已存儲的對象(查找、讀值、創(chuàng)建并初始化對象)，以便由其他子系統(tǒng)使用這些對象。

(3)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

●擴展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫途徑：與使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)時方法相同。

●擴展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言途徑：無需增加服務(wù)，這種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已經(jīng)給每個對象提供了“存儲自己”的行為。只需給需要長期保存的對象加個標記，然后由面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負責存儲和恢復(fù)這類對象。10.7.3例子

為具體說明數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的設(shè)計方法，讓我們再看看圖10.4所示的ATM系統(tǒng)。

從圖10.4中可以看出，唯一的永久性數(shù)據(jù)存儲在分行計算機中。由于必須保持數(shù)據(jù)的一致性和完整性，而且常常有多個并發(fā)事務(wù)同時訪問這些數(shù)據(jù)，因此，采用成熟的商品化關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)。應(yīng)該把每個事務(wù)作為一個不可分割的批操作來處理，由事務(wù)封鎖賬戶直到該事務(wù)結(jié)束為止。

在這個例子中，需要存儲的對象主要是賬戶類的對象。為了支持數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的實現(xiàn)，賬戶類對象必須知道自己是怎樣存儲的，有兩種方法可以達到這個目的。

(1)每個對象自己保存自己。賬戶類對象在接到“存儲自己”的通知后，知道怎樣把自身存儲起來(需要增加一個屬性和一個服務(wù)來定義上述行為)。

(2)由數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)負責存儲對象。賬戶類對象在接到“存儲自己”的通知后，知道應(yīng)該向數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)發(fā)送什么消息，以便由數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)把它的狀態(tài)保存起來，為此也需要增加屬性和服務(wù)來定義上述行為。使用這種方法的優(yōu)點是無需修改問題域子系統(tǒng)。

如上一小節(jié)所述，應(yīng)該定義一個數(shù)據(jù)管理類ObjectServer并聲明它的對象。這個類提供下列服務(wù)：

●通知對象保存自身或保存需長期存儲的對象的狀態(tài)；

●檢索已存儲的對象并使之“復(fù)活”。

10.8設(shè)計類中的服務(wù)

10.8.1確定類中應(yīng)有的服務(wù)

需要綜合考慮對象模型、動態(tài)模型和功能模型，才能正確確定類中應(yīng)有的服務(wù)。對象模型是進行對象設(shè)計的基本框架。但是，面向?qū)ο蠓治龅贸龅膶ο竽Ｐ?，通常只在每個類中列出很少幾個最核心的服務(wù)。設(shè)計者必須把動態(tài)模型中對象的行為以及功能模型中的數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換成由適當?shù)念愃峁┑姆?wù)。

一張狀態(tài)圖描繪了一個對象的生命周期，圖中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是執(zhí)行對象服務(wù)的結(jié)果。對象的許多服務(wù)都與對象接受的事件密切相關(guān)。事實上，事件就表現(xiàn)為消息，接受消息的對象必然有由消息選擇符指定的服務(wù)，該服務(wù)改變對象狀態(tài)(修改相應(yīng)的屬性值)并完成對象應(yīng)做的動作。對象的動作既與事件有關(guān)，也與對象的狀態(tài)有關(guān)。因此，完成服務(wù)的算法自然也和對象的狀態(tài)有關(guān)。如果一個對象在不同狀態(tài)可以接受同樣事件，而且在不同狀態(tài)接受到同樣事件時其行為不同，則實現(xiàn)服務(wù)的算法中需要有一個依賴于狀態(tài)的DO_CASE型控制結(jié)構(gòu)。

功能模型指明了系統(tǒng)必須提供的服務(wù)。狀態(tài)圖中狀態(tài)轉(zhuǎn)換所觸發(fā)的動作，在功能模型中有時可能擴展成一張數(shù)據(jù)流圖。數(shù)據(jù)流圖中的某些處理可能與對象提供的服務(wù)相對應(yīng)。下列規(guī)則有助于確定操作的目標對象(即應(yīng)該在該對象所屬的類中定義這個服務(wù))?！袢绻硞€處理的功能是從輸入流中抽取一個值，則該輸入流就是目標對象。

●如果某個處理具有類型相同的輸入流和輸出流，而且輸出流實質(zhì)上是輸入流的另一種形式，則該輸入/輸出流就是目標對象。

●如果某個處理從多個輸入流得出輸出值，則該處理是輸出類中定義的一個服務(wù)。

●如果某個處理把對輸入流處理的結(jié)果輸出給數(shù)據(jù)存儲或動作對象，則該數(shù)據(jù)存儲或動作對象就是目標對象。

當一個處理涉及多個對象時，為確定把它作為哪個對象的服務(wù)，設(shè)計者必須判斷哪個對象在這個處理中起主要作用。通常在起主要作用的對象類中定義這個服務(wù)。下面兩條規(guī)則有助于確定處理的歸屬?！袢绻幚碛绊懟蛐薷牧艘粋€對象，則最好把該處理與處理的目標(而不是觸發(fā)者)聯(lián)系在一起。

●考察處理涉及的對象類及這些類之間的關(guān)聯(lián)，從中找出處于中心地位的類。如果其他類和關(guān)聯(lián)圍繞這個中心類構(gòu)成星形結(jié)構(gòu)，則這個中心類就是處理的目標。10.8.2設(shè)計實現(xiàn)服務(wù)的方法

在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中還應(yīng)該進一步設(shè)計實現(xiàn)服務(wù)的方法，主要應(yīng)該完成以下幾項工作。

1．設(shè)計實現(xiàn)服務(wù)的算法

設(shè)計實現(xiàn)服務(wù)的算法時應(yīng)該考慮下列幾個因素：

(1)算法復(fù)雜度。通常選用復(fù)雜度較低(即效率較高)的算法，但也不要過分追求高效率，應(yīng)以能滿足用戶需求為準。

(2)容易理解與容易實現(xiàn)。容易理解與容易實現(xiàn)的要求往往與高效率有矛盾，設(shè)計者應(yīng)該對這兩個因素適當折中。

(3)易修改。應(yīng)該盡可能預(yù)測將來可能做的修改，并在設(shè)計時預(yù)先做些準備。

2．選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在分析階段，僅需考慮系統(tǒng)中需要的信息的邏輯結(jié)構(gòu)；而在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中，則需要選擇能夠方便、有效地實現(xiàn)算法的物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

3．定義內(nèi)部類和內(nèi)部操作

在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中，可能需要增添一些在需求陳述中沒有提到的類，這些新增加的類主要用來存放在執(zhí)行算法過程中所得出的某些中間結(jié)果。

此外，復(fù)雜操作往往可以用簡單對象上的更低層操作來定義。因此，在分解高層操作時常常引入新的低層操作。在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中應(yīng)該定義這些新增加的低層操作。 10.9設(shè)計關(guān)聯(lián)

10.9.1關(guān)聯(lián)的遍歷

在應(yīng)用系統(tǒng)中，使用關(guān)聯(lián)有兩種可能的方式：單向遍歷和雙向遍歷。其中，某些關(guān)聯(lián)只需要單向遍歷，這種單向關(guān)聯(lián)實現(xiàn)起來比較簡單；另外一些關(guān)聯(lián)可能需要雙向遍歷，雙向關(guān)聯(lián)實現(xiàn)起來稍微麻煩一些。

在使用原型法開發(fā)軟件的時候，原型中所有的關(guān)聯(lián)都應(yīng)該是雙向的，以便于增加新的行為，快速地擴充和修改原型。10.9.2實現(xiàn)單向關(guān)聯(lián)

用指針可以方便地實現(xiàn)單向關(guān)聯(lián)。如果關(guān)聯(lián)的重數(shù)是一元的(如圖10.5所示)，則實現(xiàn)關(guān)聯(lián)的指針是一個簡單指針；如果重數(shù)是多元的，則需要用一個指針集合實現(xiàn)關(guān)聯(lián)(參見圖10.6)。圖10.5用指針實現(xiàn)單向關(guān)聯(lián)(a)關(guān)聯(lián)；(b)實現(xiàn)圖10.6用指針實現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)(a)關(guān)聯(lián)；(b)實現(xiàn)10.9.3實現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)

許多關(guān)聯(lián)都需要雙向遍歷，當然，兩個方向遍歷的頻度往往并不相同。實現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)有下列三種方法：

(1)只用屬性實現(xiàn)一個方向的關(guān)聯(lián)，當需要反向遍歷時就執(zhí)行一次正向查找。如果兩個方向遍歷的頻度相差很大，而且需要盡量減少存儲開銷和修改時的開銷，則這是一種很有效的實現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)的方法。

(2)兩個方向的關(guān)聯(lián)都用屬性實現(xiàn)。具體實現(xiàn)方法已在上一小節(jié)講過，如圖10.6所示。這種方法能實現(xiàn)快速訪問，但是，如果修改了一個屬性，則相關(guān)的屬性也必須隨之修改，才能保持該關(guān)聯(lián)鏈的一致性。當訪問次數(shù)遠遠多于修改次數(shù)時，這種實現(xiàn)方法很有效。

(3)用獨立的關(guān)聯(lián)對象實現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)對象不屬于相互關(guān)聯(lián)的任何一個類，它是獨立的關(guān)聯(lián)類的實例，如圖10.7所示。圖10.7用對象實現(xiàn)關(guān)聯(lián)10.9.4關(guān)聯(lián)對象的實現(xiàn)方法

前文曾經(jīng)講過，可以引入一個關(guān)聯(lián)類來保存描述關(guān)聯(lián)性質(zhì)的信息，關(guān)聯(lián)中的每個連接對應(yīng)著關(guān)聯(lián)類的一個對象。實現(xiàn)關(guān)聯(lián)對象的方法取決于關(guān)聯(lián)的重數(shù)。對于一對一關(guān)聯(lián)來說，關(guān)聯(lián)對象可以與參與關(guān)聯(lián)的任一個對象合并。對于一對多關(guān)聯(lián)來說，關(guān)聯(lián)對象可以與“多”端對象合并。如果是多對多關(guān)聯(lián)，則關(guān)聯(lián)鏈的性質(zhì)不可能只與一個參與關(guān)聯(lián)的對象有關(guān)，通常用一個獨立的關(guān)聯(lián)類來保存描述關(guān)聯(lián)性質(zhì)的信息，這個類的每個實例表示一條具體的關(guān)聯(lián)鏈及該鏈的屬性(參見圖10.7)。 10.10設(shè)計優(yōu)化

10.10.1確定優(yōu)先級

系統(tǒng)的各項質(zhì)量指標并不是同等重要的，設(shè)計人員必須確定各項質(zhì)量指標的相對重要性(即確定優(yōu)先級)，以便在優(yōu)化設(shè)計時制定折中方案。

系統(tǒng)的整體質(zhì)量與設(shè)計人員所制定的折中方案密切相關(guān)。最終產(chǎn)品成功與否，在很大程度上取決于是否選擇好了系統(tǒng)目標。最糟糕的情況是，沒有站在全局高度正確確定各項質(zhì)量指標的優(yōu)先級，以致系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)按照相互對立的目標做了優(yōu)化，導(dǎo)致系統(tǒng)資源的嚴重浪費。在折中方案中設(shè)置的優(yōu)先級應(yīng)該是模糊的。事實上，不可能指定精確的優(yōu)先級數(shù)值(例如速度48%，內(nèi)存25%，費用8%，可修改性19%)。

最常見的情況是，在效率和清晰性之間尋求適當?shù)恼壑蟹桨?。下面兩小?jié)分別講述在優(yōu)化設(shè)計時提高效率的技術(shù)，以及建立良好的繼承結(jié)構(gòu)的方法。10.10.2提高效率的幾項技術(shù)

1．增加冗余關(guān)聯(lián)以提高訪問效率

在面向?qū)ο蠓治鲞^程中，應(yīng)該避免在對象模型中存在的冗余關(guān)聯(lián)，因為冗余關(guān)聯(lián)不僅沒有增添關(guān)于問題域的任何信息，反而會降低模型的清晰程度。但是，在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中，當考慮用戶的訪問模式及不同類型訪問之間彼此的依賴關(guān)系時，就會發(fā)現(xiàn)，分析階段確定的關(guān)聯(lián)可能并沒有構(gòu)成效率最高的訪問路徑。下面用設(shè)計公司雇員技能數(shù)據(jù)庫的例子來說明分析訪問路徑及提高訪問效率的方法。

圖10.8是從面向?qū)ο蠓治瞿Ｐ椭刑崛〕龅囊徊糠帧９绢愔械姆?wù)find_skill返回具有指定技能的雇員集合。例如，用戶可能詢問公司內(nèi)會講日語的雇員有哪些人。圖10.8公司、雇員及技能之間的關(guān)聯(lián)鏈假設(shè)某公司共有2000名雇員，平均每名雇員會10種技能，則簡單的嵌套查詢將遍歷雇員對象2000次，針對每名雇員平均再遍歷技能對象10次。如果全公司僅有5名雇員精通日語，則查詢命中率僅有1/4000。

提高訪問效率的一種方法是使用哈希(Hash)表。“具有技能”這個關(guān)聯(lián)不再利用無序表實現(xiàn)，而是改用哈希表實現(xiàn)。只要“會講日語”是用唯一一個技能對象表示，那么改進后就會使查詢次數(shù)由20?000次減少到2000次。但是，當只有極少數(shù)對象滿足查詢條件時，查詢命中率仍然很低。這時，提高查詢效率更有效的方法是給那些需要經(jīng)常查詢的對象建立索引。例如，針對上述例子，我們可以增加一個額外的限定關(guān)聯(lián)“精通語言”，用來聯(lián)系公司與雇員這兩類對象，如圖10.9所示。利用適當?shù)娜哂嚓P(guān)聯(lián)，可以立即查到精通某種具體語言的雇員，而無須多余的訪問。當然，索引也必然帶來開銷：占用內(nèi)存空間，而且每當修改基關(guān)聯(lián)時也必須相應(yīng)地修改索引。因此，應(yīng)該只給那些經(jīng)常執(zhí)行并且開銷大、命中率低的查詢建立索引。圖10.9為雇員技能數(shù)據(jù)庫建立索引

2．調(diào)整查詢次序

改進了對象模型的結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化了常用的遍歷之后，接下來就應(yīng)該優(yōu)化算法。

優(yōu)化算法的一個途徑是盡量縮小查找范圍。例如，假設(shè)用戶在使用上述的雇員技能數(shù)據(jù)庫的過程中，希望找出既會講日語，又會講法語的所有雇員。如果某公司只有5位雇員會講日語，會講法語的雇員卻有200人，則應(yīng)該先查找會講日語的雇員，然后再從這些會講日語的雇員中查找同時又會講法語的人。

3．保留派生屬性

通過某種運算而從其他數(shù)據(jù)派生出來的數(shù)據(jù)是一種冗余數(shù)據(jù)。通常把這類數(shù)據(jù)“存儲”(或稱為“隱藏”)在計算它的表達式中。如果希望避免重復(fù)計算復(fù)雜表達式所帶來的開銷，可以把這類冗余數(shù)據(jù)作為派生屬性保存起來。

派生屬性既可以在原有類中定義，也可以定義新類，并用新類的對象來保存它們。每當修改了基本對象之后，所有依賴于它的、保存派生屬性的對象也必須進行相應(yīng)的修改。10.10.3調(diào)整繼承關(guān)系

1．抽象與具體

在設(shè)計類繼承時，很少使用純粹自頂向下的方法。通常的作法是，首先創(chuàng)建一些滿足具體用途的類，然后對它們進行歸納，一旦歸納出一些通用的類以后，往往可以根據(jù)需要再派生出具體類。在進行了一些具體化(即專門化)的工作之后，也許就應(yīng)該再次歸納了。對于某些類繼承來說，這是一個持續(xù)不斷的演化過程。

圖10.10用一個人們在日常生活中熟悉的例子來說明上述從具體到抽象，再到具體的過程。圖10.10設(shè)計類繼承的例子(a)先創(chuàng)建一些具體類；(b)歸納出抽象類；(c)進一步具體化；(d)再次歸納

2．為提高繼承程度而修改類定義

如果在一組相似的類中存在公共的屬性和公共的行為，則可以把這些公共的屬性和行為抽取出來放在一個共同的祖先類中，供其子類繼承，如圖10.10(a)和(b)所示。在對現(xiàn)有類進行歸納的時候，要注意下述兩點：

(1)不能違背領(lǐng)域知識和常識。

(2)應(yīng)該確?，F(xiàn)有類的協(xié)議(即同外部世界的接口)不變。

更常見的情況是，各個現(xiàn)有類中的屬性和行為(操作)雖然相似卻并不完全相同。在這種情況下需要對類的定義稍加修改，這樣才能定義一個基類供其子類從中繼承需要的屬性或行為。有時抽象出一個基類之后，在系統(tǒng)中暫時只有一個子類能從它那繼承屬性和行為，顯然，在當前情況下抽象出這個基類并沒有獲得共享的好處。但是，這樣做通常是值得的，因為將來可能重用這個基類。

3．利用委托實現(xiàn)行為共享

僅當存在真實的一般—特殊關(guān)系(即子類確實是父類的一種特殊形式)時，利用繼承機制實現(xiàn)行為共享才是合理的。有時程序員只想用繼承作為實現(xiàn)操作共享的一種手段，并不打算確保基類和派生類具有相同的行為。在這種情況下，如果從基類繼承的操作中包含了子類不應(yīng)有的行為，則可能引起麻煩。例如，假設(shè)程序員正在實現(xiàn)一個Stack(后進先出棧)類，類庫中已經(jīng)有一個List(表)類。如果程序員從List類派生出Stack類，則如圖10.11(a)所示：把一個元素壓入棧，等價于在表尾加入一個元素；把一個元素彈出棧，相當于從表尾移走一個元素。但是，與此同時，也繼承了一些不需要的表操作。例如，從表頭移走一個元素或在表頭增加一個元素。萬一用戶錯誤地使用了這類操作，Stack類將不能正常工作。圖10.11用表實現(xiàn)棧的兩種方法如果你只想把繼承作為實現(xiàn)操作共享的一種手段，則利用委托(即把一類對象作為另一類對象的屬性，從而在兩類對象間建立用繼承實現(xiàn)或用委托實現(xiàn)的組合關(guān)系)也可以達到同樣的目的，而且這種方法更安全。使用委托機制時，只有有意義的操作才委托另一類對象實現(xiàn)，因此，不會發(fā)生因不慎而繼承了無意義或是有害操作的問題。

圖10.11(b)描繪了委托List類實現(xiàn)Stack類操作的方法。Stack類的每個實例都包含一個私有的List類實例(或指向List類實例的指針)。Stack對象的操作push(壓棧)，委托List類對象通過調(diào)用last(定位到表尾)和add(加入一個元素)操作實現(xiàn)，而pop(出棧)操作則通過List的last和remove(移走一個元素)操作實現(xiàn)。

10.11面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計實例

10.11.1面向?qū)ο蠓治?/p>

1．需求

C++類庫管理系統(tǒng)的主要用途，是管理用戶在用C++?語言開發(fā)軟件的漫長過程中逐漸積累起來的類，以便在今后的軟件開發(fā)過程中能夠從庫中方便地選取出可重用的類。它應(yīng)該具有編輯(包括添加、修改和刪除)、存儲和瀏覽等基本功能，下面是對它的具體需求。

●管理用C++?語言定義的類。

●用戶能夠方便地向類庫中添加新的類，并能建立新類庫中原有類的關(guān)系。

●用戶能夠通過類名從類庫中查詢出指定的類?！裼脩裟軌虿榭椿蛐薷呐c指定類有關(guān)的信息(包括數(shù)據(jù)成員的定義、成員函數(shù)的定義及這個類與其他類的關(guān)系)。

●用戶能夠從類庫中刪除指定的類。

●用戶能夠在瀏覽窗口中方便、快速地瀏覽當前類的父類和子類。

●具有“聯(lián)想”瀏覽功能，也就是說，可以把當前類的某個子類或父類指定為新的當前類，從而瀏覽這個新當前類的父類和子類。

●用戶能夠查看或修改某個類的指定成員函數(shù)的源代碼。

●本系統(tǒng)是一個簡化的多用戶系統(tǒng)，每個用戶都可以建立自己的類庫，不同類庫之間互不干擾?！駥τ谟脩舻恼`操作或錯誤的輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能給出適當?shù)奶崾拘畔?，并且仍然繼續(xù)穩(wěn)定地運行。

●系統(tǒng)易學易用，用戶界面應(yīng)該是GUI的。

2．建立對象模型

(1)確定問題域中的類。從對這個C++類庫管理系統(tǒng)的需求不難看出，組成這個系統(tǒng)的基本對象是“類庫”和“類”。類是類庫中的“條目”，不妨把它稱為“類條目(ClassEntry)”。

類條目中應(yīng)該包含的信息(即它的屬性)主要有類名、父類列表、成員函數(shù)列表和數(shù)據(jù)成員列表。一個類可能有多個父類(多重繼承)，對于它的每個父類來說，應(yīng)該保存的信息主要是該父類的名字、訪問權(quán)及虛基類標志(是否是虛基類)。對于每個成員函數(shù)來說，主要應(yīng)該保存函數(shù)名、訪問權(quán)、虛函數(shù)標志(是否是虛函數(shù))、返回值類型、參數(shù)及函數(shù)代碼等信息。在每個數(shù)據(jù)成員中主要應(yīng)該記錄數(shù)據(jù)名、訪問權(quán)和數(shù)據(jù)類型等信息。我們把“父類”、“成員函數(shù)”和“數(shù)據(jù)成員”也都作為對象。

根據(jù)對這個C++類庫管理系統(tǒng)的需求可以想到，類條目應(yīng)該提供的服務(wù)主要是：設(shè)置或更新類名；添加、刪除和更改父類；添加、刪除和更改成員函數(shù)；添加、刪除和更改數(shù)據(jù)成員。類庫包含的信息主要是庫名和類條目列表。類庫應(yīng)該提供的服務(wù)主要是：向類庫中插入一個類條目；從類庫中刪除一個類條目；把類庫存儲到磁盤上；從磁盤中讀出類庫(放到內(nèi)存中)。

(2)分析類之間的關(guān)系。在C++類庫管理系統(tǒng)的問題域中，各個類之間的邏輯關(guān)系相當簡單。分析系統(tǒng)需求并結(jié)合關(guān)于C++語言語法的知識，可以知道問題域中各個類之間的關(guān)系是：一個用戶擁有多個類庫，每個類庫由0或多個類條目組成，每個類條目由0或多個父類、0或多個數(shù)據(jù)成員及0或多個成員函數(shù)組成。圖10.12是本問題域的對象模型。

C++類庫管理系統(tǒng)的功能和控制流程都比較簡單，無須建立動態(tài)模型和功能模型，僅用對象模型就可以很清楚地描述這個系統(tǒng)了。事實上，在用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件的過程中，最關(guān)鍵的工作就是建立系統(tǒng)對象模型。圖10.12類庫管理系統(tǒng)的對象模型10.11.2面向?qū)ο笤O(shè)計

1．設(shè)計類庫結(jié)構(gòu)

通常，類庫中包含一組類，這一組類通過歸納、組合等關(guān)系組成一個有機的整體。其中，歸納(即繼承)關(guān)系對于重用來說具有特別重要的意義。

至少有兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可用來把類條目組織成類庫：一種是二叉樹，另一種是鏈表。

當用二叉樹來存儲類條目的時候，左孩子是子類，右孩子是兄弟類(即具有相同父類的類)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：存儲結(jié)構(gòu)直接反映了類的繼承關(guān)系；容易查找當前類的子類和兄弟類。缺點是：遍歷二叉樹的開銷較大，不論用何種方法遍歷都需占用大量內(nèi)存；插入、刪除的算法比較復(fù)雜；不易表示有多個父類的類。當用鏈表存儲類條目的時候，鏈表中每個結(jié)點都是一個類條目。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)、插入和刪除的算法都相當簡單；容易遍歷。缺點是這種存儲結(jié)構(gòu)并不反映繼承關(guān)系。

由于C++?語言支持多重繼承，類庫中相當多的類可能具有多個父類，因此，容易表示具有多個父類的類應(yīng)該作為選擇類庫結(jié)構(gòu)的一條準則。此外，簡單、方便、容易實現(xiàn)編輯操作和容易遍歷，對這個系統(tǒng)來說也很重要。經(jīng)過權(quán)衡，我們決定采用鏈表結(jié)構(gòu)來組織類庫。因為在每個類條目中都有它的父類列表，查找一個類的父類非常容易，查找一個類的子類則需遍歷類庫，雖然開銷較大但算法卻相當簡單。為了提高性能，可以增加冗余關(guān)聯(lián)(即建立索引)，以加快查找子類的速度。

2．設(shè)計問題域子系統(tǒng)

通過面向?qū)ο蠓治?，我們對問題域已經(jīng)有了較深入的了解，圖10.12給出了我們對問題域的認識。在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中，僅需從實現(xiàn)的角度出發(fā)，并根據(jù)我們所設(shè)計的類庫結(jié)構(gòu)，對圖10.12所示的對象模型做一些補充和細化。

(1)類條目(ClassEntry)。類條目的數(shù)據(jù)成員“父類列表”、“成員函數(shù)列表”和“數(shù)據(jù)成員列表”都采用鏈表結(jié)構(gòu)來存儲。因此，在每個類條目的數(shù)據(jù)成員中，應(yīng)該用“父類鏈表頭指針”、“成員函數(shù)鏈表頭指針”和“數(shù)據(jù)成員鏈表頭指針”分別取代原來比較抽象的“父類列表”、“成員函數(shù)列表”和“數(shù)據(jù)成員列表”。為了保存對每個類條目的說明信息，應(yīng)該增加一個數(shù)據(jù)成員“注釋”。此外，類庫中的各個類條目需要組成一條類鏈。因此，在類條目中還應(yīng)該增加一個數(shù)據(jù)成員“指向下一個類條目的指針”。

類條目除了應(yīng)該提供10.11.1節(jié)中所述的那些服務(wù)之外，為了實現(xiàn)提出的需求，還應(yīng)該再增加下列服務(wù)：查找并取出指定父類的信息；查找并取出指定成員函數(shù)的信息；查找并取出指定數(shù)據(jù)成員的信息。

(2)類庫(ClassEntryLink)。由于采用鏈表結(jié)構(gòu)實現(xiàn)類庫，每個類庫實際上就是一條類鏈，因此把類庫稱為類條目鏈(ClassEntryLink)。類庫的數(shù)據(jù)成員“類條目列表”具體化為“類鏈頭指針”。

一般來說，實用的類庫管理系統(tǒng)應(yīng)該采用數(shù)據(jù)庫來存儲類庫。在我們這個簡化的實例中，為了簡化處理，決定使用標準的流式文件存儲類庫。

類庫應(yīng)該提供的服務(wù)主要有：取得庫中類條目的個數(shù)；讀文件并在內(nèi)存中建立類鏈表；把內(nèi)存中的類鏈表寫到文件中；插入一個類條目；刪除一個類條目；按類名查找類條目并把內(nèi)容復(fù)制到指定地點。

(3)父類(ClassBase)、成員函數(shù)(ClassFun)和數(shù)據(jù)成員(ClassData)。為了構(gòu)造屬于一個類條目的父類列表、成員函數(shù)列表和數(shù)據(jù)成員列表，在ClassBase、ClassFun和ClassData這三個類中除了應(yīng)該定義10.11.1節(jié)中提到的那些數(shù)據(jù)成員之外，還應(yīng)該分別增加數(shù)據(jù)成員“指向下一個父類的指針”、“指向下一個成員函數(shù)的指針”和“指向下一個數(shù)據(jù)成員的指針”。

綜上所述，我們可以畫出類庫(ClassEntryLink)的示意圖(見圖10.13)。圖10.13類庫示意圖

(4)類條目緩沖區(qū)(ClassEntryBuffer)。當編輯或查看類信息時，每個時刻用戶只能面對一個類條目，我們把這個類稱為當前類。為便于處理當前類，額外設(shè)置一個類條目緩沖區(qū)，它是從ClassEntry類派生出來的類，除了繼承ClassEntry類中定義的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)之外，主要增加了一些用于與窗口或類鏈交換數(shù)據(jù)的成員函數(shù)。

每當用戶要查看或編輯有關(guān)指定類的信息時，就把這個類條目從類庫(即類鏈)中取到類條目緩沖區(qū)中。用戶對這個類條目所做的一切編輯操作都只針對緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，如果用戶在編輯操作完成后不“確認”他的操作，則緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)不送回類庫，因而也就不會修改類庫的內(nèi)容。

3．設(shè)計人機交互子系統(tǒng)

1)窗口

為方便用戶使用，本系統(tǒng)采用圖形用戶界面。主要設(shè)計了下述一些窗口：

(1)登錄窗口。啟動系統(tǒng)后即進入登錄(即注冊)窗口，它有一個編輯框供用戶輸入賬號，一個賬號與一個類庫相對應(yīng)。事實上，用戶輸入的賬號就是類庫的庫名。如果在磁盤上已經(jīng)存有與用戶登錄的賬號相對應(yīng)的類庫文件，則在用戶注冊后，系統(tǒng)自動把文件中的數(shù)據(jù)讀出到類鏈中，以便用戶處理。

登錄窗口中設(shè)置了“確認”和“放棄”按鈕。

(2)主窗口。用戶注冊之后進入主窗口，它有“創(chuàng)建”、“瀏覽”、“存儲”和“退出”四個按鈕。

單擊“創(chuàng)建”按鈕則進入創(chuàng)建窗口，在此窗口可以完成創(chuàng)建新的類條目或編輯原有類條目的功能。

單擊“瀏覽”按鈕則進入選擇瀏覽方式窗口，可以選擇適合自己需要的瀏覽方式，以瀏覽感興趣的類。

單擊“存儲”按鈕，則把內(nèi)存中的類鏈保存到磁盤文件中。

單擊“退出”按鈕，則結(jié)束本系統(tǒng)的運行，退回到Windows操作系統(tǒng)。

(3)創(chuàng)建窗口。創(chuàng)建窗口有一個類名組合框，用于輸入新類名或從已有類的列表中選擇類名。類名指定了當前處理的類條目。該窗口有三個分組框，分別管理對當前類的父類、成員函數(shù)和數(shù)據(jù)成員的處理。此外，該窗口還有一個編輯框，用于輸入和編輯對這個類條目的說明信息。

上述三個分組框的每一個框中都有一個列表框，用戶可以從中選擇父類名(或成員函數(shù)名，或數(shù)據(jù)成員名)。此外，每個分組框中都有“添加”、“編輯”和“刪除”等三個按鈕。在不同分組框中單擊“添加”或“編輯”按鈕，將分別彈出父類編輯窗口、成員函數(shù)編輯窗口或數(shù)據(jù)成員編輯窗口。在所彈出的子窗口中可以完成添加新父類(或成員函數(shù)，或數(shù)據(jù)成員)或修改已有的父類(或成員函數(shù)，或數(shù)據(jù)成員)的信息的功能。這三個子窗口相對來說都比較簡單，為節(jié)省篇幅，就不再單獨講述它們了。讀者可以自行設(shè)計這三個子窗口。單擊“刪除”按鈕，將刪除指定的一個父類(或成員函數(shù)，或數(shù)據(jù)成員)。

在創(chuàng)建窗口中還設(shè)有“確認”和“放棄”按鈕，單擊這兩個按鈕中的某一個，將保留或放棄所創(chuàng)建(或編輯)的類條目。

(4)選擇瀏覽方式窗口。目前，本系統(tǒng)僅設(shè)計了兩種瀏覽方式，分別是按類名瀏覽和按類關(guān)系瀏覽。因此，瀏覽方式窗口內(nèi)設(shè)有一個分組框，框內(nèi)有兩個單選按鈕，分別代表按類名瀏覽和按類關(guān)系瀏覽。此外，本窗口內(nèi)還有“確認”和“放棄”兩個按鈕。①類名瀏覽窗口。如果用戶選定按類名瀏覽方式，則進入類名瀏覽窗口。該窗口有一個組合框，用戶可以在這個框中輸入類名，也可以從已有類的列表中選出一個類作為當前類。當用戶通過類名指定了當前類之后，則在該窗口的一個編輯框中顯示這個當前類的說明信息(即注釋)，并