面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)

1、1,第8章面向?qū)ο笤O(shè)計(jì),8.1 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的概念8.2 問(wèn)題域部分的設(shè)計(jì) 8.3 人-機(jī)交互子系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8.4 任務(wù)管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8.5 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì),2,8.1 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的概念,8.1.1面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 8.1.2面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則 8.1.3面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的內(nèi)容,,3,8.1.1 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的準(zhǔn)則,模塊化 抽象化 信息隱藏和封裝 對(duì)象的高內(nèi)聚和弱耦合 可擴(kuò)充性可重用性,,4,模塊化,

2、模塊是軟件工程中一個(gè)基本的概念，它是軟件系統(tǒng)的基石。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中，模塊是按系統(tǒng)功能的劃分而組織的執(zhí)行實(shí)體 .而在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，?duì)象就是模塊，它是把數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的方法（服務(wù)）結(jié)合在一起而構(gòu)成的概念實(shí)體。,,5,抽象化,包括過(guò)程抽象、數(shù)據(jù)抽象、規(guī)格說(shuō)明抽象及參數(shù)化抽象等。面向?qū)ο蠓椒戎С诌^(guò)程抽象，又支持?jǐn)?shù)據(jù)抽象。使用者無(wú)需知道操作符的實(shí)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(guò)操作符使用類中的數(shù)據(jù),6,信息隱藏和封裝,封裝是一

3、種數(shù)據(jù)的構(gòu)造方式，它從手段上保證了對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和服務(wù)實(shí)現(xiàn)的隱蔽。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ校畔㈦[蔽是通過(guò)對(duì)對(duì)象的封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)的。類和對(duì)象在構(gòu)造中將接口與實(shí)現(xiàn)過(guò)程分離，從而支持了實(shí)現(xiàn)過(guò)程信息的隱蔽。,7,對(duì)象的高內(nèi)聚和弱耦合,內(nèi)聚與耦合是軟件設(shè)計(jì)中評(píng)價(jià)模塊獨(dú)立性（也就是，模塊劃分的質(zhì)量）的指標(biāo)。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，?duì)象和類成為基本模塊，因此，模塊內(nèi)聚就是指一個(gè)對(duì)象或類中其內(nèi)部屬性和服務(wù)相互聯(lián)系的緊密程度。在對(duì)象或類中存在三種不同類型的內(nèi)聚：? 服

4、務(wù)內(nèi)聚：對(duì)象中提供的服務(wù)在功能上、邏輯上的聯(lián)系密切程度。? 類內(nèi)聚：類的構(gòu)造原則是，一個(gè)類應(yīng)該只有一個(gè)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)該是完成該類承擔(dān)的任務(wù)所必需的，其中不應(yīng)有與任務(wù)無(wú)關(guān)的屬性或服務(wù)。如果某個(gè)類有多個(gè)用途，通常應(yīng)該把它分解成多個(gè)專用的類。,8,? “一般-特殊”內(nèi)聚；構(gòu)造一個(gè)類的“一般-特殊”結(jié)構(gòu)，應(yīng)該符合問(wèn)題域中的知識(shí)或者一般常識(shí)，更準(zhǔn)確地說(shuō)，類的這種結(jié)構(gòu)應(yīng)該是相應(yīng)領(lǐng)域知識(shí)的正確表達(dá)。 耦

5、合是指一個(gè)軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊之間相互聯(lián)系的緊密程度。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ惺亲罨镜哪K，因此，耦合主要指不同對(duì)象之間相互關(guān)聯(lián)的緊密程度。弱耦合是優(yōu)秀設(shè)計(jì)的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)檫@有助于使得系統(tǒng)中某一部分的變化對(duì)其他部分的影響降到最低程度。在理想情況下，對(duì)某一部分的理解、測(cè)試或修改，無(wú)須涉及系統(tǒng)的其他部分。 如果一類對(duì)象過(guò)多地依賴其他類對(duì)象來(lái)完成自己的工作，則不僅給理解、測(cè)試或修改這個(gè)類帶來(lái)很大困難．而且還將大大降低該類的可重用性和可移植

6、性。,9,顯然，類之間的這種相互依賴關(guān)系是緊耦合的。 當(dāng)然，對(duì)象不可能是完全孤立的，當(dāng)兩個(gè)對(duì)象必須相互聯(lián)系相互依賴時(shí)，應(yīng)該通過(guò)類的協(xié)議（即公共接口）實(shí)現(xiàn)耦合，而不應(yīng)該依賴于類的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)象之間的耦合可分為兩大類：? 交互耦合。如果對(duì)象之間是通過(guò)消息來(lái)實(shí)現(xiàn)它們之間的聯(lián)系，這種聯(lián)系就是交互耦合。? 繼承耦合。繼承是一般類與特殊類之間耦合的一種形式，從本質(zhì)上看，通過(guò)繼承關(guān)系結(jié)合起來(lái)的基類和派生類，構(gòu)成了系統(tǒng)中粒度更大的模

7、塊。因此，它們彼此之間應(yīng)該結(jié)合得越緊密越好。,10,可擴(kuò)充性,面向?qū)ο笠讛U(kuò)充設(shè)計(jì)，繼承機(jī)制以兩種方式支持?jǐn)U充設(shè)計(jì)。第一，繼承關(guān)系有助于復(fù)用已有定義，使開(kāi)發(fā)新定義更加容易。隨著繼承結(jié)構(gòu)逐漸變深，新類定義繼承的規(guī)格說(shuō)明和實(shí)現(xiàn)的量也就逐漸增大。這通常意味著，當(dāng)繼承結(jié)構(gòu)增長(zhǎng)時(shí)，開(kāi)發(fā)一個(gè)新類的工作量反而逐漸減小。第二，在面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言中，類型系統(tǒng)的多態(tài)性也支持可擴(kuò)充的設(shè)計(jì)。,11,可重用性,軟件可重用是提高軟件開(kāi)發(fā)生產(chǎn)率和目標(biāo)系統(tǒng)質(zhì)量的重要途徑。

8、重用基本上從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始。重用有兩方面的含義：一是盡量使用已有的類（包括開(kāi)發(fā)環(huán)境提供的類庫(kù)，及以往開(kāi)發(fā)類似系統(tǒng)時(shí)創(chuàng)建的類）；二是在設(shè)計(jì)新類的協(xié)議時(shí)，應(yīng)該考慮將來(lái)的可重復(fù)使用。,,12,8. 1.2 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則,人們使用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)軟件有一定的歷史，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)往往能幫助軟件開(kāi)發(fā)人員提高面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的質(zhì)量。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)遵循以下符合軟件工程目標(biāo)的設(shè)計(jì)原則： 設(shè)計(jì)的結(jié)果應(yīng)以清晰易懂為首要原則類的結(jié)

9、構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)明，層次深度應(yīng)適當(dāng)盡量使用簡(jiǎn)單的協(xié)議盡量簡(jiǎn)單的服務(wù),,13,設(shè)計(jì)的結(jié)果應(yīng)以清晰易懂為首要原則,工程的首要原則就是清晰易懂，這主要體現(xiàn)在： ? 擁有含義明確的標(biāo)識(shí)符號(hào)。 ? 盡量采用已有的協(xié)議：如果開(kāi)發(fā)同—軟件的其他設(shè)計(jì)人員已經(jīng)建立了類的協(xié)議，在所使用的類庫(kù)中已有相應(yīng)的協(xié)議，則應(yīng)該使用這些已有的協(xié)議。 ? 減少消息模式的數(shù)目：如果已有標(biāo)準(zhǔn)的消息協(xié)議，設(shè)計(jì)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

10、模式的數(shù)目。,14,類的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)明，層次深度應(yīng)適當(dāng),定義類的結(jié)構(gòu)，不要太過(guò)復(fù)雜。一是結(jié)構(gòu)層次的分解應(yīng)當(dāng)有度；二是類的屬性不要太多。屬性過(guò)多通常表明這個(gè)類過(guò)于復(fù)雜，它所承擔(dān)的系統(tǒng)責(zé)任可能更多，應(yīng)當(dāng)分解它；三是分配給每個(gè)類完成的任務(wù)也應(yīng)該簡(jiǎn)單，并盡量簡(jiǎn)化對(duì)象之間的合作關(guān)系，如果完成一項(xiàng)任務(wù)需要太多的對(duì)象協(xié)同配合，可能會(huì)破壞類的簡(jiǎn)明性和清晰性；四是類中提供的服務(wù)應(yīng)當(dāng)少而精。 在大型軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，類的大小和數(shù)量二者會(huì)呈現(xiàn)翹翹板現(xiàn)象，這

11、同樣會(huì)帶來(lái)一定的復(fù)雜性。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法，是把系統(tǒng)中的類按邏輯分組，也就是劃分“主題”。,15,盡量使用簡(jiǎn)單的協(xié)議,一般說(shuō)來(lái)，消息中的參數(shù)不要過(guò)多。經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)復(fù)雜消息相互關(guān)聯(lián)的對(duì)象是高藕合的，一個(gè)對(duì)象的修改往往會(huì)導(dǎo)致其他對(duì)象的修改，產(chǎn)生修改副作用。,16,盡量簡(jiǎn)單的服務(wù),如果一個(gè)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)算法過(guò)于復(fù)雜，應(yīng)該設(shè)法分解或簡(jiǎn)化它，一般說(shuō)來(lái)，類和對(duì)象中應(yīng)該盡量避免使用復(fù)雜的服務(wù)。,17,8.1.3 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的內(nèi)容,面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)從內(nèi)

12、容上包含系統(tǒng)設(shè)計(jì)和對(duì)象設(shè)計(jì)兩項(xiàng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對(duì)象/類的設(shè)計(jì),,18,系統(tǒng)設(shè)計(jì),系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是，按照需求的目標(biāo)，對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是軟件的高層結(jié)構(gòu)形式，它主要由與實(shí)現(xiàn)有關(guān)的幾個(gè)子系統(tǒng)組成。如圖8.1給出了面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。,,19,系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)在時(shí)間與空間、硬件與軟件、簡(jiǎn)單化和一般化、效率和可維護(hù)性之間做出有利于設(shè)計(jì)的權(quán)衡，其策略取決于具體問(wèn)題的應(yīng)用目標(biāo)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有：? 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

13、設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要完成系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)在水平方向上的層次劃分和垂直方向上的條塊劃分。從水平方向看，系統(tǒng)的層次反映了系統(tǒng)不同的抽象級(jí)別，而從垂直方向看，系統(tǒng)的條塊代表了系統(tǒng)提供的各項(xiàng)服務(wù)的功能。,20,? 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)。主要確定系統(tǒng)中各個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的存儲(chǔ)和訪問(wèn)方式，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等。這項(xiàng)設(shè)計(jì)依賴于所采用的數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)，如：文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等。? 系統(tǒng)資源訪問(wèn)設(shè)計(jì)。主要確定系統(tǒng)中需要使用的各種類型的資源以及實(shí)現(xiàn)這些資源

14、的訪問(wèn)和控制機(jī)制、安全性機(jī)制的設(shè)計(jì)。? 網(wǎng)絡(luò)與分布設(shè)計(jì)。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行一個(gè)面向?qū)ο笙到y(tǒng)，還應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)流量、分布式計(jì)算單元的計(jì)算能力和系統(tǒng)的總體效率的綜合平衡設(shè)計(jì)。這對(duì)于系統(tǒng)總體效能的發(fā)揮有重要作用。,21,? 并發(fā)性設(shè)計(jì)。主要確定系統(tǒng)中并發(fā)執(zhí)行的對(duì)象，并設(shè)計(jì)這些對(duì)象的并發(fā)執(zhí)行方式及控制策略的實(shí)現(xiàn)方案。? 對(duì)象交互行為方式設(shè)計(jì)。在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，對(duì)象之間的交互行為有過(guò)程驅(qū)動(dòng)、事件驅(qū)動(dòng)、并發(fā)驅(qū)動(dòng)等幾種方式。這些方式中需要以消息的形式相

15、互傳遞動(dòng)態(tài)信息以協(xié)調(diào)對(duì)象之間的行為。交互行為方式設(shè)計(jì)就是為對(duì)象的動(dòng)態(tài)交互設(shè)計(jì)一個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方案。,22,對(duì)象/類的設(shè)計(jì),對(duì)象/類的設(shè)計(jì)是按照技術(shù)實(shí)現(xiàn)的策略，將分析階段的對(duì)象模型進(jìn)行擴(kuò)充、修改進(jìn)化并轉(zhuǎn)換為技術(shù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)體的過(guò)程。對(duì)象設(shè)計(jì)主要分為：? 對(duì)象靜態(tài)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。對(duì)象靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是按照內(nèi)容擴(kuò)展、類結(jié)構(gòu)重構(gòu)、提高靜態(tài)結(jié)構(gòu)重用性的原則，將對(duì)象分析模型進(jìn)行調(diào)整、進(jìn)化、轉(zhuǎn)換為技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)的對(duì)象靜態(tài)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模型。? 對(duì)象動(dòng)態(tài)行為模型

16、的設(shè)計(jì)。根據(jù)對(duì)象靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果，進(jìn)一步分析對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為模式，將分析階段的動(dòng)態(tài)模型按照設(shè)計(jì)策略轉(zhuǎn)換為對(duì)象設(shè)計(jì)模型中的服務(wù)引用序列。同時(shí)還要設(shè)計(jì)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)算法及必需的內(nèi)部操作。算法設(shè)計(jì)中要綜合考慮復(fù)雜性、簡(jiǎn)單性、性能優(yōu)化等因素。,23,通過(guò)以上兩個(gè)步驟的設(shè)計(jì)可獲得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型（在分析模型的基礎(chǔ)上逐步修改、調(diào)整、變換得到）。設(shè)計(jì)模型是面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。,24,8.2 問(wèn)題域部分的設(shè)計(jì),通過(guò)面向?qū)ο蠓治鏊贸龅膯?wèn)題域精確模型。為設(shè)計(jì)

17、問(wèn)題域子系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)，建立了完整的框架。通常，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)僅需從實(shí)現(xiàn)角度對(duì)問(wèn)題域模型作一些補(bǔ)充或修改，主要是增添、合并或分解類與對(duì)象、屬性及服務(wù)，調(diào)整繼承關(guān)系等等。當(dāng)問(wèn)題域子系統(tǒng)過(guò)分復(fù)雜龐大時(shí)，應(yīng)該把它進(jìn)一步分解成若干個(gè)小的子系統(tǒng)。 使用面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)開(kāi)發(fā)軟件，能夠保持問(wèn)題域組織框架的穩(wěn)定性，從而便于追蹤分析、設(shè)計(jì)和編程的結(jié)果。在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中所做的細(xì)節(jié)修改（例如，增加具體類，增加屬性或服務(wù)），并不影響開(kāi)發(fā)結(jié)果的穩(wěn)定性

18、，因?yàn)橄到y(tǒng)的總體框架是基于問(wèn)題域的。,,,對(duì)于需求可能隨時(shí)間變化的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。穩(wěn)定性也是能夠在類似系統(tǒng)中重用分析、設(shè)計(jì)和編程結(jié)果的關(guān)鍵因素。為更好地支持系統(tǒng)在其生命期中的擴(kuò)充，也同樣需要穩(wěn)定性。 面向?qū)ο蠓椒ǖ暮诵氖?，促使人們按照?wèn)題本身去組織系統(tǒng)的概念框架。無(wú)論分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)階段都是按照問(wèn)題域本身的樣子去構(gòu)造、組織的。因此，問(wèn)題域子系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)中定義問(wèn)題、表達(dá)類和對(duì)象靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)交互關(guān)系的求解模

19、型，它是軟件系統(tǒng)的核心；問(wèn)題域子系統(tǒng)是以分析階段的對(duì)象模型和動(dòng)態(tài)模型為基礎(chǔ)。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度對(duì)模型進(jìn)行必要的補(bǔ)充或修改。問(wèn)題域子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：（1）按照需求信息的最新變動(dòng)調(diào)整并修改模型系統(tǒng)需求的變化只需要先修改面向?qū)ο蠓治瞿Ｐ停缓笤侔堰@些修改反映到問(wèn)題域子系統(tǒng)中。,,（2）調(diào)整和組合問(wèn)題域中的類 良好的類定義是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵。在研究分析模型時(shí)、必須對(duì)類的定義和內(nèi)容做認(rèn)真仔細(xì)的分析。首先應(yīng)盡量使用（復(fù)用）已

20、定義好的類（許多面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)工具都提供了定義良好的基類），或從復(fù)用類中添加“一般-特殊”關(guān)系派生出與問(wèn)題域相關(guān)的類，這樣就可以利用繼承關(guān)系，復(fù)用繼承來(lái)的屬性和服務(wù)功能。 若確實(shí)沒(méi)有可供復(fù)用的類而必須創(chuàng)建新類時(shí)。也應(yīng)當(dāng)充分考慮新類的協(xié)議內(nèi)容、以利于今后的復(fù)用。 另外，若在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，一些具體類需要定義一個(gè)公共協(xié)議，也就是說(shuō)，這些類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(gè)父類（或者叫

21、根類），以便建立這個(gè)協(xié)議（即命名公共服務(wù)集合）。,,（3）調(diào)整對(duì)象模型中繼承的支持級(jí)別 如果對(duì)象模型中包含了多重繼承關(guān)系，然而所使用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言都并不提供多重繼承機(jī)制，則在問(wèn)題域子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該把對(duì)象模型中的多重繼承結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成單繼承結(jié)構(gòu)。 支持繼承機(jī)制的語(yǔ)言能直接描述問(wèn)題域中固有的語(yǔ)義，并能表示公共的屬性和服務(wù)，為重用奠定了較好的基礎(chǔ)。因此，只要可能，就應(yīng)該使用具有繼承機(jī)制的語(yǔ)言開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)。 （4）改進(jìn)系統(tǒng)性

22、能 性能是評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率的重要指標(biāo)，性能的改進(jìn)主要從系統(tǒng)的運(yùn)行速度、空間消耗、成本的節(jié)省、用戶滿意度等方面進(jìn)行，如在類及對(duì)象中擴(kuò)充一些保存臨時(shí)結(jié)果的屬性、以節(jié)省計(jì)算時(shí)間；盡量合并那些運(yùn)行時(shí)需要頻繁交換信息的對(duì)象類。,,（ 5）增加低層細(xì)節(jié) 從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度，將問(wèn)題域中—些低層的細(xì)節(jié)信息（主要是與硬件、設(shè)備或物理聯(lián)結(jié)相關(guān)的信息）分離成獨(dú)立的細(xì)節(jié)類，以隔離高層的邏輯實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)問(wèn)題域子系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)，可將其分解為若干

23、個(gè)更小的部分。 圖8.2給出了ATM系統(tǒng)的問(wèn)題域子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)過(guò)程中，把ATM系統(tǒng)的問(wèn)題域子系統(tǒng)，進(jìn)一步劃分成了3個(gè)更小的子系統(tǒng)，它們分別是：ATM站子系統(tǒng)、中央計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)和分行計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)。它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形，以中央計(jì)算機(jī)為中心向外輻射，同所有ATM站及分行計(jì)算機(jī)通信。物理聯(lián)結(jié)用專用電話線實(shí)現(xiàn)。根據(jù)ATM站號(hào)和分行代碼，區(qū)分由每個(gè)ATM站和每臺(tái)分行計(jì)算機(jī)聯(lián)向中央計(jì)算機(jī)的電話線。 由于在面向?qū)ο蠓治鲞^(guò)程中已經(jīng)

24、對(duì)ATM系統(tǒng)作了相當(dāng)仔細(xì)的分析，而且假設(shè)所使用的實(shí)現(xiàn)環(huán)境能完全支持面向?qū)ο蠓治瞿Ｐ偷膶?shí)現(xiàn)，因此，在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)階段無(wú)須對(duì)已有的問(wèn)題域模型作實(shí)質(zhì)性的修改或擴(kuò)充。,,,30,8.3人-機(jī)交互子系統(tǒng)的設(shè)計(jì),人-機(jī)交互部分突出人如何命令系統(tǒng)以及系統(tǒng)如何向用戶提交信息。人-機(jī)交互部分的友好性直接關(guān)系到一個(gè)軟件系統(tǒng)的成敗，設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)用戶情緒和工作效率產(chǎn)生重要影響。交互界面設(shè)計(jì)的好，則會(huì)使系統(tǒng)對(duì)用戶產(chǎn)生吸引力，能夠激發(fā)用戶的創(chuàng)造力，提高工作效率。相反

25、，設(shè)計(jì)的不好則會(huì)使用戶感到不適應(yīng)，不方便，甚至厭煩情緒。 面向?qū)ο蠓治鲞^(guò)程中，對(duì)用戶界面已作了初步的分析。在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)階段，則對(duì)系統(tǒng)的人-機(jī)交互子系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，以確定人-機(jī)交互的細(xì)節(jié)，其中包括指定窗口和報(bào)表的形式、設(shè)計(jì)命令層次等項(xiàng)內(nèi)容。 8.3.1 界面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 8.3.2 分類用戶和描述用戶 8.3.3 界面元素及命令層次的設(shè)計(jì),,31,8.3.1 界面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,軟件工程中關(guān)于用戶

26、界面的設(shè)計(jì)主要遵循以下原則：（1）界面形式應(yīng)力求簡(jiǎn)單、友好。（2）界面系統(tǒng)應(yīng)提供一定的容錯(cuò)或糾錯(cuò)機(jī)制。人在與系統(tǒng)交互的過(guò)程中難免會(huì)犯錯(cuò)誤，因此，應(yīng)該提供“撤消（undo）”命令時(shí)撤消錯(cuò)誤動(dòng)作，消除錯(cuò)誤動(dòng)作造成的后果。（3）符合用戶的實(shí)際需求和使用習(xí)慣。 設(shè)計(jì)一個(gè)軟件系統(tǒng)的界面時(shí)，應(yīng)分析不同類別用戶的實(shí)際需求，以及充分考慮用戶的知識(shí)、技能水平，確定用戶滿意的、并樂(lè)于接受的界面形式和結(jié)構(gòu)。,,32,8.3.2 分類用戶和描述用

27、戶,人機(jī)交互界面是給用戶使用的，為設(shè)計(jì)好人機(jī)交互部分，設(shè)計(jì)者必須認(rèn)真研究使用它的用戶。把自己置身于用戶的地位，身臨其境地觀察人們?nèi)绾蔚刈鏊麄兊墓ぷ?，這對(duì)設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面是非常必要的?？紤]人們想達(dá)到什么目的、完成什么任務(wù)、你能提供什么具體工具來(lái)支持那些任務(wù)的完成？工具如何做的最協(xié)調(diào)、使用方便？通常從一下幾個(gè)方面考慮： ( 1) 按技能層次分類 初學(xué)者、初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)。,,,（2）按職務(wù)分類 總經(jīng)理、經(jīng)

28、理、管理人員、辦事員。 (3）按不同組的成員分類 職員、顧客。 應(yīng)該仔細(xì)了解將來(lái)使用系統(tǒng)的每類用戶的情況，把獲得的下列各項(xiàng)信息記錄下來(lái)：? 用戶類型? 使用系統(tǒng)要達(dá)到的目的? 特征（年齡、性別、受教育程度、限制因素等）? 成功的關(guān)鍵因素（需求、愛(ài)好、習(xí)慣等）? 技能水平? 完成本職工作的腳本。,34,8.3.3 界面元素及命令層次的設(shè)計(jì),以Windows為代表的圖形界面形式已成為微機(jī)平臺(tái)上軟件應(yīng)用系統(tǒng)事實(shí)上的界面

29、標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖形用戶界面時(shí)，采用的界面元素應(yīng)與Windows應(yīng)用程序界面相一致，并遵守廣大用戶的習(xí)慣約定，這樣才會(huì)被用戶接受和喜愛(ài)。 命令層次就是采用過(guò)程抽象機(jī)制，將系統(tǒng)提供的功能以命令的形式組織起來(lái)，并按照界面的設(shè)計(jì)原，用友好的、標(biāo)準(zhǔn)的界面元素表達(dá)的一種層次結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)命令層次時(shí)，通常先對(duì)系統(tǒng)提供的服務(wù)功能進(jìn)行過(guò)程抽象，然后再按下列因素綜合設(shè)計(jì)：,,,（1）次序：仔細(xì)選擇每個(gè)服務(wù)的名字，并在命令層

30、的每一部分內(nèi)把服務(wù)排好次序， 排序時(shí)或者把最常用的服務(wù)放在最前面，或者按照用戶習(xí)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將服務(wù)分組。（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(guò)大。（4）操作步驟：應(yīng)該用盡量少的單擊、拖動(dòng)和擊鍵組合來(lái)表達(dá)命令，而且應(yīng)該為高級(jí)用戶提供簡(jiǎn)捷的操作方法。界面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可利用面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)工具提供的人-界面類實(shí)現(xiàn)。例

31、如，在Windows環(huán)境下遠(yuǎn)行的Visual C++語(yǔ)言提供了MFC類庫(kù)，設(shè)計(jì)人—機(jī)界面類時(shí)，往往僅需從MFC類庫(kù)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就可以了。,36,8.4 任務(wù)管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì),軟件系統(tǒng)是完成系統(tǒng)任務(wù)的一個(gè)邏輯實(shí)體。在軟件系統(tǒng)所完成的任務(wù)中，有些任務(wù)是順序完成的，而有些任務(wù)必須以并發(fā)交替的方式完成。 用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)，其任務(wù)的執(zhí)行方式多是順序的。因此其任務(wù)管理的功能可以很簡(jiǎn)單

32、。而在面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)中，一個(gè)任務(wù)的完成可能需要多個(gè)對(duì)象以并發(fā)交互的方式協(xié)同配合。這個(gè)并發(fā)任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程可以通過(guò)分析階段的動(dòng)態(tài)模型來(lái)識(shí)別和確認(rèn)。,,,如果兩個(gè)對(duì)象之間不存在信息交互，則這兩個(gè)對(duì)象在本質(zhì)上是可以并發(fā)活動(dòng)的， 通過(guò)檢查各個(gè)對(duì)象的狀態(tài)圖及它們之間交換的事件，能夠把若干個(gè)非并發(fā)的對(duì)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—個(gè)對(duì)象是活動(dòng)的。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用任務(wù)（task）來(lái)實(shí)現(xiàn)這一條控

33、制線，也可以將任務(wù)視為—連串活動(dòng)（其含義由服務(wù)代碼定義）構(gòu)成的一個(gè)進(jìn)程（process）。若干個(gè)任務(wù)的并發(fā)執(zhí)行稱為多任務(wù)。 對(duì)于某些應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)劃分任務(wù)，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及部分編碼工作，不同的任務(wù)標(biāo)識(shí)了必須同時(shí)發(fā)生的不同行為，任務(wù)的并發(fā)行為可以在多處理器硬件上實(shí)現(xiàn)，但為此要增加進(jìn)程之間的通信任務(wù)。也可以在單處理器的計(jì)算機(jī)上，借助多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持，以時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的分時(shí)共享方式執(zhí)行。 常見(jiàn)的任務(wù)有事件驅(qū)動(dòng)型任

34、務(wù)、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)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(jì)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(dāng)?shù)挠布蜍浖?zhí)行。,,1．確定事件驅(qū)動(dòng)型任務(wù)2．確定時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)型任務(wù)3．確定優(yōu)先任務(wù)和關(guān)鍵任務(wù)4．確定協(xié)調(diào)任務(wù) 5. 確定資源需求,39,1．確定事件驅(qū)動(dòng)型任務(wù),一些負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備通信的任務(wù)是由事件驅(qū)動(dòng)的，也就是說(shuō)，這種任務(wù)可由事件來(lái)激發(fā)，通常，事件是表明某些數(shù)據(jù)到達(dá)的信號(hào)。 在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，這類任務(wù)的工作過(guò)

35、程如下，任務(wù)處于睡眠狀態(tài)（不消耗處理器時(shí)間），等待來(lái)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(duì)象，然后該任務(wù)又回到睡眠狀態(tài)。,,40,2．確定時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)型任務(wù),以固定的時(shí)間間隔激發(fā)某事件，以執(zhí)行一些處理.例如，某些設(shè)備需要周期性地獲得數(shù)據(jù)；某些人-機(jī)接口、子系統(tǒng)、任務(wù)、處理器或其他系統(tǒng)也可能需要周期性地通信。因此時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)型任務(wù)應(yīng)運(yùn)而生。

36、 時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)型任務(wù)的工作過(guò)程如下：任務(wù)設(shè)置了喚醒時(shí)間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)；任務(wù)睡眠（不消耗處理器時(shí)間），等待來(lái)自系統(tǒng)的中斷；一旦接收到這種中斷，任務(wù)就被喚醒，執(zhí)行它的工作，再通知所有有關(guān)的對(duì)象，然后該任務(wù)又回到睡眠狀態(tài)。,,41,3．確定優(yōu)先任務(wù)和關(guān)鍵任務(wù),任務(wù)優(yōu)先級(jí)能根據(jù)需要調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)處理的優(yōu)先級(jí)次序。保證緊急事件能在限定的時(shí)間內(nèi)得到處理。優(yōu)先級(jí)分為：? 高優(yōu)先級(jí)：某些服務(wù)完成一些有特權(quán)的操作，如資源調(diào)度、實(shí)時(shí)處理等。而被賦予了很高的優(yōu)

37、先級(jí)。為了在嚴(yán)格限定的時(shí)間內(nèi)完成這種服務(wù)，就需要把這類服務(wù)分離成獨(dú)立的、高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。? 低優(yōu)先級(jí)：與高優(yōu)先級(jí)相反，有些服務(wù)的工作不是特別重要，系統(tǒng)在允許的情況下才會(huì)去執(zhí)行它們；這類任務(wù)屬于低優(yōu)先級(jí)處理（通常指那些背景處理）。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該將這類服務(wù)分離出來(lái)。,,,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(yán)格的可靠性要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中可能用額外的任務(wù)把這樣的關(guān)鍵處理分離出來(lái)，以滿足高可靠性處理的要求。對(duì)高可靠性處理應(yīng)該精

38、心設(shè)計(jì)和編碼，并且應(yīng)該嚴(yán)格測(cè)試。,43,4．確定協(xié)調(diào)任務(wù),當(dāng)系統(tǒng)中存在三個(gè)以上任務(wù)時(shí)，就應(yīng)該增加一個(gè)任務(wù)，用它作為協(xié)調(diào)任務(wù)。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(lái)。該任務(wù)可以使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣來(lái)描述。這類任務(wù)應(yīng)該僅做協(xié)調(diào)工作，不要把本屬于被協(xié)調(diào)任務(wù)的類和對(duì)象的操作分配給他們。,,44,5. 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(jì)者必須通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)載荷（即每秒處理的業(yè)務(wù)數(shù)及處理一個(gè)業(yè)務(wù)所花費(fèi)的時(shí)間），

39、來(lái)估算所需要的CPU（或其他固件）的處理能力。 設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)，哪些子系統(tǒng)用軟件實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)者必須綜合權(quán)衡一致性、成本和性能等多種因素，還要考慮未來(lái)的可擴(kuò)充性和可修改性。,,45,8.5 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的作用是：在某種數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的支持下提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)的協(xié)調(diào)、控制功能。 8.5.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理的三種模式 8.5.2 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

40、8.5.3 類中提供的服務(wù)的設(shè)計(jì),,46,（1）數(shù)據(jù)存放格式的設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)存放格式的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)基于的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式密切相關(guān)。 對(duì)于基于文件系統(tǒng)的面向?qū)ο蟮能浖?lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)存放格式的設(shè)計(jì)方法是：將每個(gè)類的屬性集合規(guī)范成第—范式（1BNF）的關(guān)系表，然后為每個(gè)第一范式表定義一個(gè)文件。 對(duì)于基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的面向?qū)ο筌浖?lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)存放格式的設(shè)計(jì)方法是：將每個(gè)類的屬性集規(guī)范成第三范式（3BNF）的關(guān)系表，然后為每個(gè)第一范式表定義一個(gè)

41、數(shù)據(jù)庫(kù)。,,,對(duì)于基于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的面向?qū)ο筌浖?lái)說(shuō)，如果開(kāi)發(fā)工具是擴(kuò)展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，那么數(shù)據(jù)存放格式的設(shè)計(jì)方法與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)相同，如果開(kāi)發(fā)工具是擴(kuò)展的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言的話，數(shù)據(jù)存放格式的設(shè)計(jì)就不需要對(duì)屬性進(jìn)行規(guī)范，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)本身具有把對(duì)象值映射成存儲(chǔ)值的功能。,48,（2）數(shù)據(jù)存放服務(wù)的設(shè)計(jì),某個(gè)類的對(duì)象需要存儲(chǔ)在內(nèi)存文件中，就需要在這個(gè)類中增加一個(gè)屬性和服務(wù)。專門用于實(shí)現(xiàn)對(duì)象自身的存儲(chǔ)工作。因?qū)ο蟠鎯?chǔ)

42、而增加的屬性和服務(wù)應(yīng)該“隱含”于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型中的屬性層和服務(wù)層，只需在相應(yīng)的類與對(duì)象的規(guī)格說(shuō)明中描述。 一個(gè)對(duì)象中，專門用于“存儲(chǔ)自己”的屬性和服務(wù)，能在系統(tǒng)的問(wèn)題子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)之間建立起必要的連接。設(shè)計(jì)時(shí)可以在某個(gè)適當(dāng)?shù)幕愔卸x這樣的屬性和服務(wù)。然后利用多重繼承機(jī)制，由某個(gè)需要存儲(chǔ)其對(duì)象的類來(lái)繼承。 對(duì)于基于文件系統(tǒng)的面向?qū)ο筌浖?lái)說(shuō)，對(duì)象需要知道打開(kāi)哪個(gè)文件，如何尋找記錄位置，如

43、何檢索、更新文件中的記錄。,,,,對(duì)于基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的面向?qū)ο蟮能浖?lái)說(shuō)，對(duì)象需要知道打開(kāi)哪些數(shù)據(jù)庫(kù)。如何存取所需字段，如何檢索、更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)象記錄。 對(duì)于基于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的面向?qū)ο筌浖?lái)說(shuō)，如果系統(tǒng)是擴(kuò)展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的話，對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)的方法與基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的方法相同。如果系統(tǒng)是擴(kuò)展的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的話，對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)的方法由該系統(tǒng)本身提供。只要標(biāo)識(shí)出每個(gè)需要保存的對(duì)象即可，至于如何保存和恢復(fù)，則由面向?qū)ο?/p>

44、的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)。,50,8.5.3 類中提供的服務(wù)的設(shè)計(jì),在分析階段得到的對(duì)象模型中，一般并不詳細(xì)定義類中提供的服務(wù)。而在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)中，定義一個(gè)類提供的服務(wù)則是它的一項(xiàng)重要任務(wù)。 （1）確定每一個(gè)類中應(yīng)有的服務(wù) （2）服務(wù)算法的設(shè)計(jì),,51,（1）確定每一個(gè)類中應(yīng)有的服務(wù),綜合研究分析對(duì)象模型、動(dòng)態(tài)模型和功能模型中反映的信息，是確定類中應(yīng)有服務(wù)的關(guān)鍵。對(duì)象模型表達(dá)了類和對(duì)象的靜態(tài)結(jié)構(gòu)及對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，由此可以確定每個(gè)類

45、中最核心的幾項(xiàng)服務(wù)。 動(dòng)態(tài)模型和功能模型中分別定義了對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為模式和數(shù)據(jù)的處理流程，設(shè)計(jì)者應(yīng)設(shè)法將這些信息轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)念愃峁┑姆?wù)。 例如，一張狀態(tài)圖描述了一個(gè)對(duì)象的生命周期，圖中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是執(zhí)行對(duì)象服務(wù)的結(jié)果。對(duì)象的許多服務(wù)都與對(duì)象接收到的事件密切相關(guān)，事實(shí)上，事件就表現(xiàn)為消息，接收消息的對(duì)象必然有由消息選擇符指定的服務(wù)，該服務(wù)改變對(duì)象狀態(tài)（修改相應(yīng)的屬性值），并完成對(duì)象應(yīng)做的動(dòng)作，對(duì)象的動(dòng)作

46、既與事件有關(guān)，也與對(duì)象的狀態(tài)有關(guān)，因此，完成服務(wù)的算法自然也與對(duì)象的狀態(tài)有關(guān)。,,,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(dòng)作，在功能模型中有時(shí)可能擴(kuò)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(duì)象提供的服務(wù)相對(duì)應(yīng)。,53,習(xí)題,,,,,面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)應(yīng)該遵循哪些準(zhǔn)則？簡(jiǎn)述每條準(zhǔn)則的內(nèi)容，并說(shuō)明遵循這條準(zhǔn)則的必要性。簡(jiǎn)述軟件工程中界面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理有哪三種模式？為了設(shè)計(jì)人機(jī)交互子系統(tǒng)，為什么需要分類