軟件系統(tǒng)概念結(jié)構(gòu)的立體分析法.pdf

1、軟件系統(tǒng)件系統(tǒng)概念概念結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的立體分析法立體分析法舒生羽廣東技術(shù)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)系1緒論緒論1.1綜述綜述本文試圖遵循系統(tǒng)學(xué)整體的，結(jié)構(gòu)的，進(jìn)化的觀點(diǎn)分析軟件系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，以從中尋找軟件系統(tǒng)的一般概念結(jié)構(gòu)，為程序設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)提供整體視角與指導(dǎo)原則。軟件系統(tǒng)是一類特殊的系統(tǒng)，由于其有著極大的實(shí)踐與經(jīng)濟(jì)意義，人們?cè)诓婚L的時(shí)間里對(duì)其展開了廣泛而且深入的研究。但由于缺乏有效簡明的綜合、整體分析方法，開發(fā)人員對(duì)于自己要處理的軟件系統(tǒng)仍

2、然很容易處于一種盲目狀態(tài)?，F(xiàn)在軟件工業(yè)在工程人員的努力與社會(huì)資源的巨大投入下得到快速發(fā)展，許多軟件項(xiàng)目的復(fù)雜性達(dá)到非常驚人的程度，甚至漸漸超出了人們智力所能控制的范圍。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法往往不是造成這種困境的主要原因，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)才是我們必須首先要考慮和解決好的關(guān)鍵。因此軟件工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展比如要求我們?cè)鲞M(jìn)對(duì)軟件系統(tǒng)的知識(shí)。本著給軟件工程人員提供一個(gè)有價(jià)值的全局指導(dǎo)視點(diǎn)的意圖，作者以系統(tǒng)學(xué)和代數(shù)結(jié)構(gòu)學(xué)的觀點(diǎn)深入研究了軟件系統(tǒng)的各個(gè)層次，比

3、如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上作者提出了軟件系統(tǒng)在概念結(jié)構(gòu)上存在兩種基本構(gòu)造動(dòng)力，也就是抽象與合作，并形成了軟件系統(tǒng)概念結(jié)構(gòu)上的垂直構(gòu)造和水平構(gòu)造，由此進(jìn)一步提出了軟件系統(tǒng)概念結(jié)構(gòu)的立體分析法。這種分析方法強(qiáng)調(diào)對(duì)軟件系統(tǒng)的全部掌握，抽象內(nèi)容和實(shí)體內(nèi)容受到同等的重視。隨后我們初步形成了軟件系統(tǒng)概念結(jié)構(gòu)的圖形表示法和一般分析法。我們將這些觀點(diǎn)和方法應(yīng)用到設(shè)計(jì)模式和軟件建筑這兩個(gè)領(lǐng)域，以我們的觀點(diǎn)和方法給出對(duì)這些經(jīng)典軟件系統(tǒng)的內(nèi)容

4、的新見解。最后我們總結(jié)了軟件系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)中所存在的四大基本原理，也就是分解，積聚，契約和媒介，并提出了軟件系統(tǒng)構(gòu)造的四個(gè)一般步驟，也就是概念抽象，結(jié)構(gòu)分解，部件連接和總體綜合。1.2研究途徑和基本內(nèi)容研究途徑和基本內(nèi)容我們的研究思路，也是我我們的研究目標(biāo)，是通過思考在在軟件系統(tǒng)中存在的各種概念以及這些概念之間的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象里面所隱藏的共同模式和原理。在此基礎(chǔ)上，規(guī)范一些基本的分析術(shù)語，得出一些基本的圖形元素，然后以此為工具可對(duì)任

5、何一個(gè)軟件系統(tǒng)在概念結(jié)構(gòu)上作出簡明扼要的圖形化表示和文字闡述。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們首先參考了系統(tǒng)科學(xué)的系統(tǒng)思維哲學(xué)，確定了軟件系統(tǒng)中這種普遍模式和原理存在的可能以及這種研究的價(jià)值，并將研究關(guān)系的圖論以及當(dāng)代數(shù)學(xué)中針對(duì)結(jié)構(gòu)的范疇代數(shù)作為我們研究的理論基礎(chǔ)。1.4.2有向圖有向圖在一般的圖中圖中的邊是無向的有時(shí)為了強(qiáng)調(diào)頂點(diǎn)間的順序性(比如在結(jié)點(diǎn)表示工程中的階段時(shí)從一個(gè)階段到下一個(gè)階段有明顯的方向性)就要求在圖中表示邊的方向性。這時(shí)圖中有邊(

6、)ijvv則不一定有邊()jivv。邊()ijvv與邊()jivv是不相等的。1.4.3有權(quán)圖有權(quán)圖在有些應(yīng)用中，我們需要對(duì)某些邊賦以一個(gè)數(shù)量來度量這條表示結(jié)點(diǎn)間關(guān)系的邊。這種圖的應(yīng)用是當(dāng)圖的結(jié)點(diǎn)為地理位置，而邊表示地理位置之間存在道路，這時(shí)如果要在圖中表示出這條道路的長度，則就可用一個(gè)權(quán)來表示。如果圖的邊都有一個(gè)稱為權(quán)的數(shù)量，那么這張圖就是有權(quán)圖。1.4.4流圖流圖在有些事物的關(guān)系網(wǎng)中，存在一個(gè)初始的來源與最終的歸處。這時(shí)在結(jié)點(diǎn)工規(guī)定

7、一個(gè)唯一的表明初始結(jié)點(diǎn)為源點(diǎn)，而結(jié)束的結(jié)點(diǎn)為匯點(diǎn)就很有幫助。這種存在源點(diǎn)跟匯點(diǎn)的圖就是流圖。這中流圖在求解網(wǎng)絡(luò)問題很有用處。而程序分析中的控制流圖更是一種典型的流圖。1.5圖范疇和圖文法圖范疇和圖文法研究軟件概念結(jié)構(gòu)的最終目的是為紛紜復(fù)雜的建立一種統(tǒng)一的框架和基礎(chǔ)。在研究了眾多具體的軟件結(jié)構(gòu)案例之后，就必然要有一種通用的工具來將這些案例統(tǒng)一起來。在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，我們可以找到這樣的現(xiàn)成工具，那就是范疇代數(shù)和圖的范疇。1.5.1范疇范疇范疇理論

8、不僅在當(dāng)代數(shù)學(xué)中占據(jù)一個(gè)中心位置，在理論計(jì)算機(jī)科學(xué)中也是這樣，并且也是圖變換的代數(shù)方法的基礎(chǔ)。范疇理論粗略的可被描述為處理不同的代數(shù)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)跟它們之間關(guān)系的抽象途徑。不僅如此，范疇理論至少是一個(gè)非常強(qiáng)大的允許看到不同種類的結(jié)構(gòu)如何相關(guān)到另外一個(gè)已經(jīng)給定種類的結(jié)構(gòu)族中通用部分的語言跟概念框架。由于我們的研究意圖，我們關(guān)注的以圖為對(duì)象元素的圖范疇。一般的說來一個(gè)范疇C可被描述為一個(gè)對(duì)象的類ob(C)，并帶有如下的輔助屬性：對(duì)于每個(gè)具有位于的