軟件工程面向對象分析與設計

1、軟件工程,1,軟件工程第五章 面向對象分析與設計,5.1 需求獲取5.2 面向對象分析5.3 面向對象設計5.4 系統(tǒng)設計 5.5 對象設計,軟件工程,2,5.1 需求獲取,需求獲取的目標是確定用戶“需要”什么樣的軟件產品，就是說，新的軟件必須能夠做什么。沒有專業(yè)的系統(tǒng)分析人員，用戶很難了解到需要開發(fā)什么相關信息和功能；另一方面，沒有與用戶的交流，系統(tǒng)分析人員也很難弄清客戶真正需要什么。發(fā)現(xiàn)用戶需求的過程稱為需求獲取。一

2、旦提出了最初的需求，進一步推敲、細化和擴充的過程稱為分析。,軟件工程,3,需求獲取的第一步是理解應用領域，即目標軟件的應用環(huán)境。如銀行、電信公司、書店等。一旦系統(tǒng)分析人員對該領域有了充分了解，就可以建立一個業(yè)務模型，描述用戶的業(yè)務過程，確定用戶的初始需求。然后通過迭代，更深入了解應用領域，回過頭來推敲業(yè)務模型。這種迭代過程直到雙方對需求的理解達到共識。需求獲取的結果是導出用戶可理解的系統(tǒng)規(guī)格說明。,軟件工程,4,開發(fā)用戶需求的典型

3、過程,軟件工程,5,5.1.1 與用戶交互,1) 需求的來源不同類型應用能從人員處獲取需求的比例:,軟件工程,6,所謂限制，是指受客觀物理規(guī)律的限制。如導彈制導系統(tǒng)更多地受物理運動定律的限制，而非人的決策。視頻游戲的大部分需求依賴人，因為它是一個相像出來的產品。應用受到的限制越少，能從人們那里獲得的需求比例越大。2) 識別利益相關者（stakeholder）對項目承擔風險和享有利益的人即為利益相關者。他們是應用的“客戶”。如公司

4、高層、項目經理、最終用戶、系統(tǒng)開發(fā)人員等。,軟件工程,7,不同利益相關者之間的利益沖突會導致需求不一致。如果需求沖突不能調和，項目就會陷入困境，最后往往會被取消。即使所有利益相關者的需求一致，也可能由于實現(xiàn)代價高昂，需求不能得到完全滿足。3) 了解客戶的需求一般客戶希望得到一個產品，他們需要系統(tǒng)開發(fā)人員幫助，明確自己的需要。例如，有一個客戶愿望框架：“Encounter是一個角色扮演游戲，它能模擬被扮演人物的全部或部分活動，應對

5、人們具有相當吸引力?！?軟件工程,8,完整的客戶要求應當記錄在需求文檔的“概述”部分。但需求中還有一些問題需要由系統(tǒng)分析人員與客戶商量，以明確這些需求。例如游戲是否只允許玩家扮演一個角色還是可以同時控制多個人物？當兩個人相遇時會發(fā)生什么事情？游戲是否可以聯(lián)網對戰(zhàn)等。4) 訪談和文檔記錄大部分需求獲取是人與人溝通的活動，這些活動經過精心組織，以準確獲得最好的效果。準備和訪談客戶的過程如下：,軟件工程,9,訪談之前列出訪談的“客戶

6、”對象，并劃分客戶優(yōu)先級最有可能決定項目成敗的人安排訪談日程，設定開始和結束時間系統(tǒng)開發(fā)人員至少有兩人參加訪談準備錄音設備訪談中注意傾聽不要處于被動狀態(tài)：啟發(fā)和鼓勵理解客戶的需要并探索要求采用用例？或數(shù)據(jù)流圖？狀態(tài)圖？,軟件工程,10,記錄全部訪談內容安排補充會議訪談之后根據(jù)標準模版撰寫軟件需求規(guī)格說明（SRS），打客戶需求草稿通過電子郵件征求客戶意見對于不同類型的應用，用例方法是一種獲取和表達需求的有效方

7、法。某些需求需要通過數(shù)據(jù)流圖或狀態(tài)圖與用戶溝通。,軟件工程,11,5.1.2 描述客戶需求,需求可以看成是應用與應用的外部代理（如用戶）之間的交互?？衫糜美鳛楸磉_工具。用例描述了系統(tǒng)外的參與者（Actor）與應用之間的交互情況。主要注重用戶對系統(tǒng)的看法。描述客戶需求的過程如下：1) 標識參與者 標識目標系統(tǒng)將支持的不同類型的用戶，可以是人、事件或其他系統(tǒng)。2) 標識場景 用場景描述目標系統(tǒng)典型功能的活動細節(jié)

8、，并與用戶溝通，加深開發(fā)人員對應用領域的理解。,軟件工程,12,3) 標識用例 當雙方確定了一組場景后，開發(fā)人員從該場景抽象出一組用例，描述所有可能的情況。用力表達了系統(tǒng)的范圍。4) 求精用例 細化每一個用例。引入帶有出錯處理或帶有異常處理的用例，描述系統(tǒng)的行為，保證需求的描述是完全的。5) 標識用例之間的關系 描述用例之間的依賴關系，提取相同功能，建立用例模型。6) 標識非功能需求 包括系統(tǒng)性能上

9、的約束、文檔、使用資源、安全性和質量等需求。,軟件工程,13,需求獲取期間，開發(fā)人員需要訪問一些不同的信息資源：客戶提供的與應用領域相關的文檔和手冊。將被目標系統(tǒng)替代的遺留系統(tǒng)的技術文檔。最終用戶和客戶本人。以“圖書管理系統(tǒng)”為例，首先標識參與者：Librarian 圖書管理員：創(chuàng)建、修改、刪除借閱者信息；添加、編輯、刪除館藏圖書信息；添加、編輯、刪除流通圖書信息。Borrower 借閱者：借閱、預約、歸還流通圖書，以及取消

10、圖書預約。,軟件工程,14,流通圖書（Book）是指某種館藏圖書（Title）的某一流通中的復本。例如“數(shù)學分析教程第二冊”的 5 本館藏復本中的第 3 本。識別用例：BorrowBook：借閱流通圖書ReturnBook：返還流通圖書RecerveTitle：預約某種館藏圖書CancelReservation：取消預約MaintainBorrowerInfo：維護借閱者信息，包括創(chuàng)建、修改、取消借閱者賬戶Maintain

11、TitleInfo：維護館藏圖書信息，包,軟件工程,15,括添加、修改、刪除館藏圖書信息MaintainBookInfo：維護流通圖書信息，包括添加、修改、刪除流通圖書信息Login：登錄識別參與者與用例之間的關系（場景）Borrower執(zhí)行BorrowBook、ReturnBook、ReserveTitle、CancelReservation等用例。Borrower是通過Librarian完成上述用例的工作。則Borrowe

12、r與Librarian存在依賴關系。Librarian還與MaintainBorrowerInfo、Main- tainTitleInfo、 MaintainBookInfo交互。,軟件工程,16,Librarian還需要與用例Login交互。畫出用例圖,軟件工程,17,用例BorrowBook的規(guī)格說明1.1 前置條件：在此用例開始之前，Librarian必須登錄到系統(tǒng)中。,Librarian,Login,MaintainTit

13、leInfo,,,,,MaintainBookInfo,MaintainBorrowerInfo,,,,,軟件工程,18,1.2 后置條件：如果此用例執(zhí)行成功，在系統(tǒng)中建立并存儲一條借閱記錄，必須時需要刪除預約記錄。如果執(zhí)行不成功，系統(tǒng)狀態(tài)不變。1.3 事件流基本流當Borrower借閱館藏圖書，且Librarian選擇“借書”，則此用例啟動。提供館藏圖書和借閱者信息。檢索館藏圖書（E-1）。確定該館藏圖書的物理復本（流通圖

14、書）是否在架（E-2）。,軟件工程,19,檢索借閱者（E-3）。將流通圖書交給借閱者。創(chuàng)建并存儲借閱記錄。刪除預約記錄。候補流E-1：若該種圖書不存在，系統(tǒng)顯示提示信息，用例終止。E-2：若該種圖書都已解出，系統(tǒng)顯示提示信息，用例終止。E-3：系統(tǒng)中不存在該借閱者，系統(tǒng)顯示提示信息，用例終止。,軟件工程,20,5.1.3 與用戶溝通的其他工具,1) 數(shù)據(jù)流圖某些需求可以很自然地表述為處理元素之間的數(shù)據(jù)流。頂層圖即為系統(tǒng)

15、與外部實體的交互。2) 狀態(tài)圖有時把應用看作是幾個狀態(tài)下的應用，而在某一確定時刻的應用始終明確地處于某個狀態(tài)中。這種狀態(tài)劃分對理解系統(tǒng)比較有益。狀態(tài)的具體內容到實現(xiàn)階段會有確切的定義。,軟件工程,21,借書過程的數(shù)據(jù)流圖,外部實體、數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲都為候選對象,軟件工程,22,還書過程的數(shù)據(jù)流圖,系統(tǒng)與外部實體、系統(tǒng)與數(shù)據(jù)存儲的交互，構成系統(tǒng)的接口。相應數(shù)據(jù)流構成接口數(shù)據(jù)。,,,,,,檢驗錯誤,還書信息,,,圖書,軟件工程,23,

16、館藏圖書（對象）的狀態(tài)圖,軟件工程,24,圖書管理員借書操作的狀態(tài)圖,軟件工程,25,5.1.4 草擬用戶界面和其他接口,建立初始用戶界面，是原型方法的一種，目的是快速與客戶溝通?？蛻敉ǔＴ诳吹綉玫膱D形用戶界面（GUI）才能相像到這個應用未來的樣子。開發(fā)用戶界面的步驟如下：1) 了解客戶 深入了解最終用戶的想法。根據(jù)用戶的層次，提供多種用戶界面。知識和經驗層次：計算機素養(yǎng)、系統(tǒng)經驗、使用類似應用的經驗、教育水平、閱讀水

17、平、打字技能等。,軟件工程,26,用戶的生理特征：年齡、性別、左右手習慣、生理障礙等。2) 理解業(yè)務功能 根據(jù)應用的整體意圖來理解特定用戶界面的目的。功能界面出現(xiàn)的順序通常可以反映用戶處理日常業(yè)務的方式。用戶的任務和工作特征：應用的使用方式、使用頻率、雇員的流動率、任務的重要性、任務的重復性、對培訓的期望、工作類型等。用戶的心理特征：工作態(tài)度、能動性、認知方式等。,軟件工程,27,3) 理解優(yōu)秀界面設計的原則 目的

18、是加強視覺效果。確保應用的各個界面之間風格的一致性：習慣、步驟、視覺和感覺、位置等。揣測用戶通常開始操作的地點導航系統(tǒng)盡量簡捷使用分組和分層來強調重要性級別4) 選擇合適的窗口類型 五類窗口：屬性窗口：展示實體的屬性對話窗口：完成特定任務或命令的信息,軟件工程,28,消息窗口：提供信息面板窗口：展示一組控件彈出窗口：突出顯示信息5) 制作系統(tǒng)菜單 為用戶提供一個穩(wěn)定的、易于理解的使用環(huán)境，可以方便地搜

19、尋需要的選項。提供一個主菜單顯示所有相關選擇（僅局限于此）將菜單結構與應用要完成的任務對應起來盡量減少菜單的級數(shù),軟件工程,29,6) 選擇合適的基于設備的控件 提供給用戶，向系統(tǒng)發(fā)送指示的實際手段，包括鼠標、鍵盤、觸摸屏、繪圖板、軌跡球、麥克風等。7) 選擇合適的基于界面的控件 即出現(xiàn)在屏幕上的符號。用戶通過這些符號向系統(tǒng)提出他的輸入和操作意圖，包括圖標、按鈕、復選框、單選框等。8) 組織和安排窗口布局

20、 多窗口的排列規(guī)則，如平鋪、層疊等。9) 選擇合適的顏色 盡量保持簡捷和低調。顏色需要和諧。,,軟件工程,30,5.2 面向對象分析,分析建模的目的是對來自客戶的需求形式化。形式化可以導致新的洞察和發(fā)現(xiàn)需求錯誤。1999年NASA損失了一顆價值數(shù)億美元的氣象衛(wèi)星，據(jù)調查是因為列在度量表中的控制數(shù)據(jù)出了問題。不巧的是這個缺陷在災難發(fā)生幾天之前才剛發(fā)現(xiàn)，如果在需求分析階段就被識別出來就可避免損失了。避免需求錯誤或遺漏的第

21、一道防線就是把所有的需求細化，建立分析模型。,軟件工程,31,分析模型由三個獨立的模型構成：由用例和場景表示的功能模型；用類和對象表示的分析對象模型；由狀態(tài)圖和順序圖表示的動態(tài)模型。在需求獲取階段得到的用例模型就是功能模型。據(jù)此可導出分析對象模型和動態(tài)模型。需要注意，這些模型代表的是來自客戶的概念，而非實際軟件類或實際構件。如數(shù)據(jù)庫、子系統(tǒng)、會話管理器、網絡等，不應出現(xiàn)在分析模型中，因為這些概念僅與實現(xiàn)相關。分析中的類可以看作是高

22、層抽象，在后續(xù)階段將使用更多的細節(jié)實現(xiàn)。,軟件工程,32,在分析對象模型中有實體對象、邊界對象和控制對象等三種類型。實體對象表示系統(tǒng)將跟蹤的持久信息；邊界對象表示參與者與系統(tǒng)之間的交互（接口）；控制對象負責用例的實現(xiàn) ?？捎肬ML提供的衍型機制，區(qū)分不同類型對象。,軟件工程,33,具有兩個按鈕的手表的分析類,使用實體對象、邊界對象和控制對象等概念對系統(tǒng)建模時，常常需要提供一些簡單的啟發(fā)式規(guī)則來指導開發(fā)人員使用這些概念，可以使

23、用相應的類來跟蹤。,軟件工程,34,分析建?；顒影ㄒ韵虏襟E。標識實體對象自然語言分析法 利用Abbott啟發(fā)式準則，將語言成分映射為模型成分。,軟件工程,35,自然語言分析法主要關注用戶術語。限制有識別質量高度依賴人們的書寫風格；可能會出現(xiàn)許多無關詞匯，或同義詞。檢查每一個用例，標識候選對象用例中的連續(xù)名詞（如借閱事件）；系統(tǒng)需要跟蹤的現(xiàn)實世界中的實體（如借閱記錄、館藏圖書信息）；系統(tǒng)需要跟蹤的現(xiàn)實世界中的活動（

24、如緊急情況操作預案）；數(shù)據(jù)源或數(shù)據(jù)潭（如借閱者、管理員）。,軟件工程,36,2)標識邊界對象在用例圖中，每一個參與者至少要與一個邊界對象交互。邊界對象收集來自參與者的信息，將它們轉換為可用于實體對象和控制對象的表示形式。邊界對象對用戶界面進行粗略的建模，不涉及如菜單項、滾動條等可視方面的細節(jié)。標識邊界對象的啟發(fā)式準則如下：標識用戶所需初始用例的用戶界面控制;標識用戶需要鍵入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表格;標識通知和系統(tǒng)用于響應用戶的消息

25、;,軟件工程,37,當用例中有多個參與者時，根據(jù)構想的用戶界面來標識參與者的行為;不要使用邊界對象對接口的可視方面建模，應使用用戶原型對可視用戶界面建模;使用用戶的術語來描述接口，不要使用來自設計和實現(xiàn)的術語。3)標識控制對象控制對象負責協(xié)調實體對象和邊界對象?？刂茖ο鬀]有在現(xiàn)實世界中具體的對應物，它通常從邊界對象處收集信息，并把這些信息分配給實體對象。,軟件工程,38,圖書管理系統(tǒng)中的對象,Borrower：借閱者。他們可

26、以借閱、返還、預約和取消預約。因為名字可能重復，可用借閱證號碼識別。Title：館藏圖書。它表明某一種書，通過館藏號碼識別。Book：流通圖書。它表明某一種書的具體復本，通過館藏號碼識別。Loan：借閱記錄。同一個人關于不同圖書的借閱記錄是不同的。Reservation：預約記錄。,軟件工程,39,圖書管理系統(tǒng)中的邊界對象,mainWindow：主窗口。有借書、還書、預約、取消預約、添加書種、修改書種、刪除書種、添加借閱者、修改

27、借閱者、刪除借閱者、添加圖書復本、刪除圖書復本等操作。BorrowerDialog：借閱者對話框。有添加借閱者、修改借閱者、刪除借閱者等操作。FindBwrDialog：彈出對話框。有根據(jù)借閱者ID號碼查找借閱者的操作。TitleDialog：館藏圖書對話框。有添加書種、修改書種、刪除書種等操作。,軟件工程,40,FindTDialog：彈出對話框。根據(jù)圖書的館藏號查找館藏圖書。BorrowDialog：借書對話框。根據(jù)館藏圖書

28、的館藏號和借閱者信息，執(zhí)行借閱動作，創(chuàng)建和保存借閱記錄。ReturnDialog：還書對話框．根據(jù)流通圖書的館藏號和復本號，執(zhí)行還書動作，刪除借閱記錄。ReserveDialog：預約對話框。根據(jù)館藏圖書的館藏號和借閱者信息，執(zhí)行預約、取消預約動作。MessageWindow：顯示提示信息窗口。LoginDialog：輸入用戶名和密碼的窗口。,軟件工程,41,4)使用順序圖將用例映射為對象順序圖將用例與對象聯(lián)系起來，直觀地描

29、述了用例（場景）行為在其參與對象之間是如何實施的。順序圖對用例中各參與對象之間的交互序列進行建模。每一個消息從一個對象（或參與者）發(fā)送給另一個對象（或參與者）。消息的接受就觸發(fā)了一個操作。通過順序圖，將責任以操作集合的形式分配給每一個對象。如果一個對象參與到多個用例，則其操作應為這些用例共享。,軟件工程,42,畫順序圖的啟發(fā)式準則如下：順序圖第一欄對應激活該用例的參與者;順序圖第二欄是邊界對象;順序圖第三欄是管理用例中其他參與

30、對象的控制對象;通過邊界對象來初始化用例，并創(chuàng)建控制對象;通過控制對象可創(chuàng)建其他邊界對象;實體對象允許邊界對象和控制對象訪問;試題對象不能訪問邊界對象和控制對象;,軟件工程,43,借書用例的順序圖,軟件工程,44,還書用例的順序圖,軟件工程,45,5) 使用CRC卡片對對象之間的交互建模CRC是類、職責和協(xié)作的縮寫。每一個類可用一張CRC卡片表示。建立CRC卡片有以下幾個步驟：識別類和職責： 首先識別類或對象，然后從客戶

31、需求說明中尋找有關行為的描述，以發(fā)現(xiàn)職責。將職責分配到類 ：記錄在相應的卡片上。 找尋協(xié)作者：依次檢查每一類承擔的責任，看是否需要其他類的幫助，找尋與每個類協(xié)作的伙伴，并記錄在相應卡片上。,軟件工程,46,,,軟件工程,47,細化：模擬在執(zhí)行每個基本功能時系統(tǒng)內部出現(xiàn)的場景，以此推動細化工作的進行。在模擬一個場景的過程中，每當一個類開始“執(zhí)行”時，它的卡片就被拿出來討論，當“控制”傳送到另一個類時，注意力就從前一張卡片轉移到另一張

32、上去了。不同的場景，包括例外和出錯狀況，都應逐一加以模擬。在這個過程中可以驗證已有的定義，不斷發(fā)現(xiàn)新的類、職責以及伙伴。在模擬不同的場景中會發(fā)現(xiàn)某些職責需要重新加以分配。這些都導致進一步的開發(fā)工作。,軟件工程,48,6)標識關系（結構）使用類圖，能夠表示對象之間的關系。關聯(lián)表示了兩個或多個類之間的關系。標識關聯(lián)的啟發(fā)式準則如下：檢查指示狀態(tài)的動詞或動詞短語；準確地命名關聯(lián)和角色；盡量使用常用的修飾詞標識出名字空間和關鍵屬

33、性；消除可導出其他關聯(lián)的關聯(lián)；在關聯(lián)集合穩(wěn)定之前不必關心重復性；過多的關聯(lián)使得一個模型不可讀；,軟件工程,49,建立系統(tǒng)的包圖（主題）建立包圖是為了降低復雜性，目的是控制可見度及指引讀者的思路。對于面向對象分析模型，主題表示此模型的整體框架。可以是一個層次結構。通過對主題的識別，可以讓人們能夠比較清晰地了解大而復雜的模型。,軟件工程,50,建立邊界類的類圖標明類之間的關系，包括關聯(lián)、泛化等。,軟件工程,51,建立實體類的類

34、圖這些類與數(shù)據(jù)庫相關，為了操作方便，以它們?yōu)樽宇悾⒁粋€持久類（Persistent）作為它們的父類，共享與數(shù)據(jù)庫相關的操作。,軟件工程,52,建立邊界類與實體類之間關系的類圖,軟件工程,53,,,,,,,,,,,1,1,0..1,*,1,,,1,軟件工程,54,標識屬性對象所保存的信息稱為它的屬性。類的屬性所描述的是狀態(tài)信息，每個實例的屬性值表達了該實例的狀態(tài)值。標識屬性的啟發(fā)性準則如下：每個對象至少需包含一個屬性；屬性取

35、值必需適合對象類的所有實例；出現(xiàn)在泛化關系中的對象所繼承的屬性必須與泛化關系一致；系統(tǒng)的所有存儲數(shù)據(jù)必須定義為屬性；,軟件工程,55,對象的導出屬性應當略去。例如，“年齡”是由屬性“出生年月”導出，它不能作為基本屬性存在。8) 對每一對象的與狀態(tài)有關的行為建模對象收到消息后所能執(zhí)行的操作稱為它可提供的服務。對每個類的增加、修改、刪除、選擇等服務有時是隱含的，在圖中不標出，但實現(xiàn)類和對象時有定義。其它服務則必須顯式地在圖中畫出

36、。首先標識在每個類中封裝的服務;,軟件工程,56,再比較服務與類的屬性，驗證其一致性。所標識的類屬性，它必然關聯(lián)到某個服務，否則該屬性就形同虛設，永遠不可能被訪問;畫出對象之間的消息通信路徑，協(xié)調系統(tǒng)的行為。自底向上方法：找出每一對象在其生存周期中的所有狀態(tài)。每一狀態(tài)的改變都關聯(lián)到對象之間消息的傳遞。從對象著手，逐漸向上分析。自頂向下方法：一個對象必須識別系統(tǒng)中發(fā)生或出現(xiàn)的事件，產生發(fā)送給其他對象,軟件工程,57,的消息，由那些

37、對象作出響應。所以對象應具有能夠接收、處理、產生每個消息的服務。它是從系統(tǒng)行為著手，然后逐漸分析到對象。使用順序圖或協(xié)作圖，標識和描述對象之間的相互通信，并進行運行走查。10) 分析模型評審有關模型正確性的問題：對實體對象的分類，用戶是否能夠理解?抽象類是否對應到用戶層的定義?是否所有的描述均符合用戶的定義?,軟件工程,58,是否所有的實體對象和邊界對象都使用了有實際含義的名詞短語進行了命名?是否所有的用例和控制對象都使用

38、了有意義的動詞短語進行了命名?是否所有的錯誤用例都已經描述和處理?有關模型完備性的問題：每一個對象是否有用例用到它？創(chuàng)建、修改或刪除該對象的用例是哪些？每一個屬性的類型是什么？它應進行修飾嗎？每一個關聯(lián)何時被用到？其重復性的選擇原則是什么？該關聯(lián)使用那一種連接？,軟件工程,59,每一個控制對象是否具有必要的關聯(lián)，以連接到用例中相關的其他對象？有關模型一致性的問題：是否有多個類或多個用例同名？名字相近的實體（如類、對象、屬

39、性）能夠相互區(qū)別嗎？在同一泛化層次是否存在相似屬性和關聯(lián)的對象？有關模型可實現(xiàn)性的問題：在該系統(tǒng)中性能需求和可靠性需求是否滿足？在選定硬件上運行原型是否可以確定需求？,,軟件工程,60,5.3 面向對象的設計,面向對象設計分兩個階段進行：系統(tǒng)設計和對象設計。系統(tǒng)設計的主要活動是：標識系統(tǒng)目標：標識并區(qū)分各種質量屬性的優(yōu)先實現(xiàn)次序。子系統(tǒng)分解：根據(jù)用例和分析模型，將系統(tǒng)分解為一系列子系統(tǒng)。子系統(tǒng)細化：對各子系統(tǒng)不斷分解求精

40、，直到所有的設計目標都能滿足為止。,軟件工程,61,對象設計主要是追加一些與實現(xiàn)有關的對象，以及對已有對象進行細化。設計原則1：分治軟件系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)分布式系統(tǒng)可以分解為客戶機和服務器；系統(tǒng)可以分解為一系列子系統(tǒng)；子系統(tǒng)可以分解為一個或多個包；包可以分解為類；,創(chuàng)建良好設計的原則,軟件工程,62,類可以分解為方法。設計原則2：盡可能增加內聚不同內聚類型：優(yōu)先級從高到低排序1)功能內聚：構件只執(zhí)行單一計算并返回結

41、果，沒有副作用。如函數(shù)過程。2)層內聚：相關服務放在一起，并有嚴格的層次結構，高層服務可訪問低層服務，反之不可。如分層結構。3)通信內聚：訪問或操作同一數(shù)據(jù)的過程放在一個類中，這些過程可以互相通信。如某個,軟件工程,63,類設計。順序內聚：存在一系列過程，其中一個過程向另一個過程提供輸入，這些過程放在一起，形成順序內聚。如消息序列。5)過程內聚：幾個一次調用的過程放在一起，形成過程內聚。如調用結構。時間內聚：程序執(zhí)行過程

42、中同一階段內完成的操作放在一起，達到時間內聚。實用程序內聚：邏輯上不能納入其他內聚類型的相關實用程序放在一起，形成實用程序內聚。如可復用的過程或類。,軟件工程,64,設計原則3：盡可能降低耦合模塊間存在相互依賴關系即為耦合。不同耦合類型從高向低排列有：內容耦合：一個構件修改另一個構件內部的數(shù)據(jù)，應始終避免。公共耦合：一組構件使用全局數(shù)據(jù)，就產生公共耦合。應通過封裝降低公共耦合?？刂岂詈希阂粋€過程通過標志、開關或命令顯式地控制另

43、一個過程的動作，就產生控制耦合。降低的方法是采用多態(tài)操作。,軟件工程,65,標記耦合：在一個操作的參數(shù)表中將類作為參數(shù)，就產生標記耦合?？梢愿挠脗鬟f簡單變量或使用接口做參數(shù)降低耦合。數(shù)據(jù)耦合：在一個操作的參數(shù)表中用簡單變量或簡單的類（如string）作為參數(shù)，就產生數(shù)據(jù)耦合。應通過減少參數(shù)個數(shù)降低耦合。例程調用耦合：一個例程（或類操作）調用另一個例程，就產生例程調用耦合。如果出現(xiàn)例程調用序列，降低的方法是編寫一個例程將這個調用序列封

44、裝起來。,軟件工程,66,類型使用耦合：類將實例變量或本地變量聲明為另一個類的實例，就產生類型（嵌套）使用耦合?？蓪⒆兞康念愋吐暶鳛榘璨僮鞯淖钔ㄓ玫念惢蚪涌?。包含/引入耦合：一個構件引入（import）一個包時就產生引入耦合，一個構件包含（include）另一個構件時，就產生包含耦合。外部耦合：模塊對外部系統(tǒng)，如操作系統(tǒng)、共享庫或硬件有依賴關系時就產生外部耦合?？赏ㄟ^信息隱蔽減少這種依賴關系。,軟件工程,67,設計原則4：盡可

45、能提高抽象層次設計應隱藏或推遲考慮細節(jié)以降低復雜性。類是包含過程抽象的數(shù)據(jù)抽象。使用泛化關系（父類）和接口，可進一步提高抽象層次。類中公有操作越少，抽象程度越高。類中所有變量都是私有的，抽象程度達到最高。抽象可確保在設計時不必關心不必要的細節(jié)，能把握問題的本質并做出重要的決策。,軟件工程,68,設計原則5：盡可能提高可復用性可以在算法、類、過程、框架和完整應用程序的級別上創(chuàng)建可復用性。復用構件的機制包括過程調用和繼承父類

46、。設計原則6：盡可能復用已有的設計和代碼復用已有的設計是對可復用性設計的補充。通過復用可從以往對可復用構件的投資中獲益。設計原則7：靈活性設計積極預測將來可能在實現(xiàn)和功能上的變化，并,軟件工程,69,采取相應措施。在設計中引入靈活性的方法有：降低耦合并提高內聚（易于提高替換能力）建立抽象（創(chuàng)建有多態(tài)操作的接口和父類）不要將代碼寫死（消除代碼中的常數(shù)）拋出異常（由操作的調用者處理異常）使用并創(chuàng)建可復用的代碼設計

47、原則8：預計過期積極預測將來可能在技術和運行環(huán)境上的變化，并為此采取相應措施。,軟件工程,70,在設計中應遵循的預計過期的規(guī)則有：避免使用早期發(fā)布的技術避免使用針對特定環(huán)境的軟件庫避免使用軟件庫中未編檔的或很少使用的功能避免使用小公司或可能不提供長期支持的公司提供的可復用構件或特殊硬件使用眾多廠商支持的標準語言和技術設計原則9：可移植性設計可移植性設計的主要目標是讓軟件在盡可能多,軟件工程,71,的平臺上運行。實現(xiàn)可移

48、植性的規(guī)則有：避免使用特定環(huán)境的專有功能使用不依賴特定平臺的程序設計語言小心使用可能依賴某一平臺的類庫了解其他語言可能依賴特殊硬件結構的功能和文本文件的差異設計原則10：可測試性設計設計時采取措施使得測試易于進行?？蓽y試性設計的最重要的方法是保證代碼的所有功能都能脫離圖形用戶界面執(zhí)行。,軟件工程,72,設計原則11：防御性設計為提高可靠性，應確保不引入任何缺陷，能夠處理其他代碼不適當使用構件引起的問題。按契約設計是防

49、御性設計技術，其核心思想：被調用操作為正常執(zhí)行必須滿足的前置條件(precondition)：調用操作在調用一個操作時有責任確保該操作的前置條件成立。被調用操作正常執(zhí)行所得到的結果即為后置條件 (postcongdition)：要求被調用操作在返回前有責任保證這些后置條件成立。,軟件工程,73,被調用操作在執(zhí)行時確保不會被修改的不變量(invariant)。前置條件、后置條件和不變式都是布爾表達式，其計算結果為假，表示有錯誤發(fā)生。

50、可以使用斷言機制。在重要構件的邊界（如層）應始終保留嚴格的斷言檢測。,,軟件工程,74,系統(tǒng)設計的主要活動是進行子系統(tǒng)分解，并在此基礎上定義子系統(tǒng)／構件之間的接口。為此，首先根據(jù)子系統(tǒng)可提供的服務來定義子系統(tǒng)（以后在對象設計中再根據(jù)子系統(tǒng)能提供的操作來定義子系統(tǒng)的接口），然后對子系統(tǒng)細化，建立層次結構。要求對子系統(tǒng)的分解盡可能做到高內聚、低耦合。5.4.1 系統(tǒng)設計的概念,5.4 系統(tǒng)設計,軟件工程,75,1)子系統(tǒng)和類在應

51、用領域，為降低其復雜性，用類進行標識。在解答空間，為降低其復雜性，將系統(tǒng)分解為多個子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)又由若干表示解答空間的類構成。還可以把子系統(tǒng)分解為更小的子系統(tǒng)。,軟件工程,76,在Java和Module 2中顯式地提供了子系統(tǒng)的構造。在Java中采用了“包”，在Modula 2中采用了“模塊”。C++沒有顯式地提供子系統(tǒng)的構造，可按問題需要對類分組。2)服務和子系統(tǒng)接口一個服務是一組有公共目的的相關操作。而子系統(tǒng)的特征是由該

52、子系統(tǒng)提供給其他子系統(tǒng)的服務來刻畫。供其他子系統(tǒng)調用的某個子系統(tǒng)的操作集合就是子系統(tǒng)的接口。子系統(tǒng)的接口包括操作名、操作參數(shù)類型及返回值。,軟件工程,77,系統(tǒng)設計注重每個子系統(tǒng)提供服務的定義，即枚舉所有的操作、操作參數(shù)和行為。當編寫子系統(tǒng)接口的文檔時，不應涉及子系統(tǒng)實現(xiàn)的細節(jié)，其目的是減少子系統(tǒng)之間的依賴性，希望一旦需要修改子系統(tǒng)實現(xiàn)時，降低由于子系統(tǒng)變更而造成的影響。3)子系統(tǒng)分層和劃分子系統(tǒng)分層的目的是建立系統(tǒng)的層次結構

53、。每一層僅依賴于它下一層提供的服務，而對它的上一層可以一無所知。如圖，是一個三層的系統(tǒng)結構。,軟件工程,78,在層次結構中，子系統(tǒng)A、B、E構成了一個稱之為垂直切片的系統(tǒng)分解子集。而D、G則不能。如果每一層只能訪問與其相鄰的下一層，則稱之為封閉體系結構；如果每一層還可訪問,軟件工程,79,比其相鄰下一層更低的層次，則稱之為開放體系結構。封閉體系結構的例子就是開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI模型），它由七層構成。每一層負責執(zhí)行一個已預先

54、定義好的協(xié)議功能。每一層都為其上一層提供服務，使用其低層的服務。,軟件工程,80,封閉體系結構的子系統(tǒng)之間滿足低耦合，但產生速度和存儲管理的問題，會導致某些非功能屬性難以滿足。開放體系結構的一個例子是Java的Swing用戶接口包。它允許人們繞過高層直接訪問低層接口以克服性能瓶頸。,軟件工程,81,劃分是將系統(tǒng)分解為獨立的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)負責某一類服務。例如，一個車輛管理所的管理信息系統(tǒng)分為車管所組織機構管理、車輛管理、車主管理和

55、法律事件管理等 4 個子系統(tǒng)。每一個子系統(tǒng)對其他子系統(tǒng)的依賴度很低。分解子系統(tǒng)時，首先進行劃分，將一個系統(tǒng)分成幾個高層的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)負責一種功能，或運行在某特定的硬件節(jié)點上。再將各子系統(tǒng)分層處理，分解成層次更低的小子系統(tǒng)。過度分解會導致子系統(tǒng)之間接口的復雜化。,軟件工程,82,5.4.2 系統(tǒng)設計的目標,明確設計目標，是系統(tǒng)設計的第一步。有一些設計目標是從用戶那里得到，更多的設計目標是從非功能需求或應用領域中抽取出來。設計

56、目標可以從以下 5 組設計準則中選擇。其中性能、可靠性和最終用戶準則往往從需求中明確地獲取，也可以從應用領域中獲?。欢杀竞途S護準則由客戶和供應商提出。將設計目標清楚地陳述，可以根據(jù)設計準則，做出重要的設計決策。,軟件工程,83,性能準則,可靠性準則,軟件工程,84,成本準則,最終用戶準則,軟件工程,85,維護準則,,軟件工程,86,在定義設計目標時，希望開發(fā)一個既安全可靠，又廉價的系統(tǒng)是不現(xiàn)實的，因此開發(fā)人員應當對所有可能的設計目標

57、進行權衡，對必須的設計目標賦予優(yōu)先級別。一旦有了清晰的設計目標，就可以開始系統(tǒng)的初始分解。,軟件工程,87,軟件工程,88,5.4.3 子系統(tǒng)分解,軟件體系結構設計的第一步是做子系統(tǒng)分解，從而搭建軟件體系結構的架構。在系統(tǒng)設計中尋找子系統(tǒng)，與在分析過程中尋找對象的情況類似。在面向對象分析中介紹的Abbotts啟發(fā)式準則，同樣適合于子系統(tǒng)的識別。初始子系統(tǒng)應該從需求的功能模型（用例模型）中導出。這方面有多種分解方案。例如，Coad

58、 & Yourdon基于MVC模型，將系統(tǒng)大致分為問題領域、人機交互、任務管理、數(shù)據(jù)管理等 4 個子系統(tǒng)。,軟件工程,89,5.4.4 問題領域子系統(tǒng),首先復制分析模型為設計模型中的問題領域部分，然后根據(jù)設計目標，對該部分進行修改。可復用的設計／編程方面的類 根據(jù)需要，從類庫選擇可復用類、商業(yè)外購構件和遺留構件，把它們增加到問題解決方案中去。標明復用類或構件中不需要的屬性和操作。增加從復用類（構件）到分析類之間的泛化關系

59、，繼承復用類（構件）的屬性和方法。,軟件工程,90,把分析類中因繼承復用類（構件）而成為多余的屬性和操作標出。修改分析類的結構和連接。加入泛化類以建立類間協(xié)議有時某些分析類要求一組類似的服務。此時，以這些分析類作為子類，定義一個父類。該父類定義為所有這些子類共用的一組服務名，作為公共的協(xié)議，用來與數(shù)據(jù)管理或其他外部系統(tǒng)部件通信。這些服務都是虛函數(shù)。在各個子類中定義其實現(xiàn)。對泛化關系進行調整,軟件工程,91,在分析模型中可能包括有

60、多繼承關系，但實現(xiàn)時使用的程序設計語言可能只有單繼承，甚至沒有繼承機制，這樣就需變更問題領域部分中類的層次結構。針對單繼承語言的調整 把子類對象看做是父類對象所扮演的角色，通過關聯(lián)關系把多繼承的層次結構轉換為單繼承的層次結構。把多繼承的層次結構平鋪，成為單繼承的層次結構。在這種情況下，有些屬性或操作在同層的子類中會重復出現(xiàn)。,軟件工程,92,針對無繼承語言的調整當使用無繼承的編程語言時，必須把具有泛化關系的類層次平鋪開，成為一組

61、對象。,多繼承關系,通過關聯(lián)關系分解多繼承,平鋪為單繼承,軟件工程,93,修改設計以提高性能提高執(zhí)行效率是系統(tǒng)設計的主要目標之一。有時必須改變問題領域的結構以提高效率。如果類之間經常需要傳送大量消息，可合并相關的類，使得通信成為對象內的通信，而不是對象之間的通信，或者使用全局數(shù)據(jù)作用域，打破封裝的原則，以減少消息傳遞引起的速度損失。增加某些屬性到原來的類中，或增加低層的類，以保存暫時結果，避免每次都要重復計算造成速度損失。,軟件

62、工程,94,為提高性能，在對分析模型進行大規(guī)模的改動之前，應考慮下面一些問題：不要認為象C++之類的OOPL就一定效率不高。事實表明，非OOPL的緊湊代碼的效率比OOPL的效率高近10倍，但用非OOPL編程會令程序員非常疲勞，容易出錯。提高一個現(xiàn)存系統(tǒng)的工作效率比重新設計一個高效的系統(tǒng)要容易。一開始應當建立一個原始的簡單的設計，實現(xiàn)和調試不會太困難。如果對設計有性能要求，只需加入少量的工作就可以了。,軟件工程,95,通常系統(tǒng)80%的

63、開銷都集中在20%的代碼段上。與其為了盡量處處節(jié)省系統(tǒng)開銷而破壞完善的系統(tǒng)結構，還不如找出系統(tǒng)開銷最集中的地方，只對那部分做優(yōu)化。預測軟件開銷集中在什么地 方是困難的。 進行優(yōu)化最有效的方法是在系統(tǒng)運行時使用性能監(jiān)測工具對系統(tǒng)進行觀測。一些像繼承、動態(tài)綁定、消息傳遞等處理雖然看起來簡單，但需要大量的系統(tǒng)開銷。在代碼復雜性與運行的低效之間沒有相關性。提高性能最好的方法是采用好的解決方案，而不是拼命地去節(jié)省幾個微秒、幾個字節(jié)。,軟件工程

64、,96,電梯控制系統(tǒng)ECS的問題領域子系統(tǒng),決定使用一個中央控制器（電梯控制器）控制和協(xié)調電梯的所有動作，包括解決電梯每到一個樓層減速問題。增加“電梯監(jiān)視器”，用一個獨立的對象來執(zhí)行監(jiān)測功能（性能、安全性等）。在提交給實現(xiàn)者的規(guī)格說明中，將這個類放在一個 與ECS的主處理器分離的處理器上. 每個類增加服務Self Test來增強每個類的性能。在運行時執(zhí)行有必要驗證其功能的操作，并向電梯監(jiān)視器報告。,軟件工程,97,軟件工程,98,

65、5.4.5 人機交互子系統(tǒng),設計一個良好的用戶界面是成功地實現(xiàn)一個軟件系統(tǒng)的關鍵。在開發(fā)分析模型時，有意避開了如窗口、屏幕等依賴于實現(xiàn)的細節(jié)，目的是讓系統(tǒng)規(guī)格說明獨立于實現(xiàn)。而人機交互子系統(tǒng)在系統(tǒng)行為和用戶交互的實現(xiàn)之間架起了一座橋梁。 例如，可用 GUI 實現(xiàn)系統(tǒng)的用戶界面。但當用戶提出來改用語音對答式交互時，應當使這種改變盡可能容易。為此，只需將 GUI 式人機交互子系統(tǒng)替換成語音對答式人機交互子系統(tǒng)即可，系統(tǒng)其它部分都應保持不

66、變。,*,軟件工程,99,例如，某雜志發(fā)行系統(tǒng)SBSS的人機接口,設計用戶界面SBSS的用戶界面是一個傳統(tǒng)的GUI。其中有許多窗口對象。但在用戶與系統(tǒng)進行交互期間，只能有一個窗口呈現(xiàn)在用戶面前。 通過使用聚合關系，窗口對象可以進一步分解為各種文本域、選擇按鈕、圖符等。如果使用某種 GUI 構筑軟件包，只需對軟件包輸入合適的參數(shù)，該軟件包就能提供所有的文本域、選擇按鈕、圖符等，將這些細節(jié)作為窗口的屬性就可以了。,軟件工程,100,軟

67、件工程,101,只要描述清楚所需要的窗口，這些窗口的導航細節(jié)，詳細的窗口成分，我們就可以用現(xiàn)有的技術和工具來實現(xiàn)它們。其他描述人機交互模型的工具在描述復雜的菜單系統(tǒng)（GUI窗口）的拓撲結構時，常使用狀態(tài)圖或菜單樹。用于SBSS的單層狀態(tài)圖：每一個狀態(tài)是GUI的一個窗口每一個遷移代表了窗口之間的切換與每個遷移相關聯(lián)的是一個條件 / 動作對條件代表了用戶選擇，它導致遷移的發(fā)生動作代表了遷移發(fā)生時產生的請求,軟件工程,102,

68、軟件工程,103,菜單樹可以讓用戶直觀地看到如何在界面上巡航。用菜單樹表示人機交互的基本結構，有助于全局用戶界面的可視化。例如，可以了解有多少種不同的方式能夠訪問“地址”的窗口。用戶界面可盡量采用清真寺式的結構：在界面的上層，希望扇出大于扇入，表明用戶可以有多個可供選擇的選項。在界面的低層，希望扇入大于扇出，表明一個單獨的界面可以被多個雙親使用。,軟件工程,104,軟件工程,105,人機交互子系統(tǒng)的設計過程