软件工程PPT教学课件-第十一章 面向对象设计.ppt

第十一章 面向对象设计 (object-oriented design),1. ood准则：优秀软件设计的一个重要特点是容易维护,回顾：sd准则包括 modularization 模块化 abstraction抽象 information hiding屏蔽 module independence独立性,对于 ood有类似的准则： 1、module = object,1. ood准则, procedure abstraction: 在sd中已讨论, data abstraction: class即是一种抽象数据类型。外界无须知道实现方法就可按照类协议使用class中定义的数据。, parameter abstraction: 将数据类型作为参数处理。,2、abstraction（抽象）：抽出事物的本质特性, 暂不考虑其细节，使设计从具体实现方法中超脱。,1. ood准则,3、information hiding = encapsulation of object 对象封装,4、耦合（coupling）: 交互耦合(interactive coupling): 通过传递message发生要求。 降低参数个数和参数复杂性 减少objects发送 接收message的个数 as loose as possible尽可能弱耦合, 继承耦合(inheritance coupling): 要求 parent class is_a child class as high as possible 子类不应舍弃父类的基本属性和操作,1. ood准则, 一般-特殊内聚（general-particular cohesion): high g-p cohesion high inheritance coupling 高继承,5、内聚（cohesion）: 服务内聚(service cohesion)：一个服务只完成一个功能。, 类内聚(class cohesion)：一个类只有一个用途，否则分解之。,6、reusability(详见3) 可重用,2. 启发式规则,1、设计结果清晰易懂，应做到： 用词一致 按习惯用法命名。不同classes中相似的methods最好取同一名字。 使用已有的协议。 尽量减少message模式的数目。 避免模糊定义。,2、一般-特殊结构的深度应适当（约100个classes,则设计72层）,2. 启发式规则,3、设计简单的class（定义不超过一页纸或两屏）。应注意： 避免过多attributes； 能用简单的语句描述一个class的任务； objects之间合作关系要简单； 避免过多methods( 7个)。,问题：设计出大量的classes，使结构复杂度增加。 解决：划分主题，提高可理解性。,4、使用简单的协议(protocol)，减少message 中传递的 parameters,5、使用简单的method(case 可考虑用 inheritance替代)。,6、把设计变动减至最小。,1、概念： 知识重用（例如软件工程知识的重用）, 方法和标准重用（例如oo方法和国家规定的软件开发规范的重用）, 软件成分的重用,3. 软件重用 (software reuse),源码剪贴 无法溯源，无配置管理,include 修改后所有包含了此段代码的程序都须重新编译。,继承（inheritance） 无须改动原有代码,想象一下，stdio.h 被改动之后,重用软件成分有三个级别： 代码重用：,3. 软件重用, 设计重用 当移植系统时, 分析重用 当需求未变，而系统结构改变时（例如将hdis改为oo实现）,2、典型的可重用软件成分（10种）,项目计划：跨项目 成本估计：跨项目 体系结构：程序、数据体系 需求模型和规格说明,3. 软件重用,设计 源代码 用户文档和技术文档 用户界面 数据 测试用例,4、类构件(class component)：,可重用的软构件应具备的特点： 独立、可塑、接口清晰（文档详尽）,3. 软件重用,重用方式： 实例重用(instance reuse black-box reuse)： 创建class的不同instances，通过messages完成不同的任务。是最基本的重用方式。 用几个简单的objects创建出更复杂的class， 是实例重用的另一种形式,继承重用(inheritance reuse)： 是一种安全地裁剪已有的class component的方式。 关键：继承层次的设计, 多态重用(polymorphism reuse)： parent class与child class有相同的对外接口，使 消息连接的复杂度降低。,3. 软件重用,注意：有些操作可能会妨碍class component的重用，如 与表示方法有关的操作 与数据结构、大小有关的操作 与外部设备有关的操作 实现算法在将来可能会改进改变的核心操作,解决方法：将这些操作分离出来，作为适配接口(ai，adaptive interface)，使class中其它操作通过调用ai而实现。在不同应用环境下，用户只须重新定义ai操作就可以重用class。,3. 软件重用,4、重用效果的衡量：, 额外代价： 创建可重用成分的专门投资 多花2 4倍时间测试以保证质量 构件库的建立与维护需要投资 以上投资将分摊到重用这些构件的新系统成本中。重用次数越多，分摊成本越少。,3. 软件重用,记：lt = total length of code ( # of lines) ln = length of new code lr = length of reused code et 、en、 er are the corresponding efforts ( # of m-d), 重用率(reusability)与生产率(productivity),productivity,reusability =,开发代码的生产率,重用新代码的生产率,3. 软件重用,重用技术：指利用可重用的构件开发软件的技术，及开发可重用软件的技术。, 软件组合技术：, 底层部件库法(bottom-up compositional reuse) ： 从可重用的代码部件库(reuse repository)中选用部件，组合成软件。,a：是，前提条件为cncr ,即重用比新开发效率高。,q：是否r 越高p就越高？, 上层组合法：完整程序的组合,3. 软件重用, 软件生成技术： 按照形式化的软件功能描述和一定的生成机理，由生成器系统(generator system)自动生成目标程序。重用的是生成器的代码规则, oo重用技术：class component的重用（详见下文）,i,p,o,问题域 application domain,人机交互 human- computer interface (hci),任务管理 task management,数据管理 data management,4. 系 统 分 解,回顾sd：从dfd出发 ,ood模型分解：,4. 系 统 分 解,1、子系统之间的交互方式(collaboration), 客户-供应商(client-server)关系：, 平等伙伴(peer-to-peer)关系：,client subsystem,server subsystem,peer subsystem,peer subsystem,4. 系 统 分 解,2、系统组织方案, 水平层次组织： 将系统组织成hierarchy，同一层中的objects相互独立，而上、下层间有 client-server关系。, 一个client只能调用其相邻下层的server 封闭式(closed), 一个client可调用其下任一层的server 开放式(open) 优点：高效； 缺点：修改影响面广,hci,典型应用系统的组织结构,应 用 软 件 包,操 作 系 统,计 算 机 硬 件,人机对 话控制,仿真 软件包,图形 处理,窗口图形,屏幕图形,象素图形,4. 系 统 分 解, 垂直块组织： 将系统垂直分解成若干独立的子系统，一个子系统相当于一块，每块提供一种类型的服务。,4. 系 统 分 解,3、四种子系统的设计, 问题域子系统：基于ooa建立的object model，进行补充修改。, 调整需求, 重用class： 选出可用的class，标出与本问题无关 的 attributes 和 methods 派生出child class，标出继承的attributes 和 methods 修改关联, 组合class：通过引入root class完成，用于建立public protocol。, 调整inheritance。, 人机交互(hci)子系统：好的包装,4. 系 统 分 解, 设计准则：, 一致性： 术语、步骤、操作等始终一致。, 减少步骤：使完成一件任务所需敲键盘、点鼠标、下拉菜单等的次数都减至最少。, 及时提供反馈信息：,提供hot key操作,做一个体贴的status bar, 提供撤销(undo)命令：, 无须记忆：不应要求用户记住某个窗口的信息，然后再用到窗口中 这是系统的责任而不是用户的任务。,仁慈的你如佛祖对众生：回头是岸, 易学：提供help、联机参考等。, 富有吸引力,4. 系 统 分 解, 设计策略, 设计hci类：例如vc提供的mfc类库(microsoft foundation class library), 将用户分类（按技能、职务等）, 描述用户的类型、水平、使用目的、其它特征（如年龄、性别、习惯等），写出操作脚本, 设计命令层次：注意同用户熟悉的方式( 如windows界面）尽量保持一致. 次序、深度、宽度调整适当,4. 系 统 分 解, 任务管理子系统：基于ooa建立的dynamic model, 分析并发性：, 若两个objects之间无交互行为，或它们同时接受events，则它们本质上是并发的(synchronous), 考察event flow diagram，找出没有并发对象的路径（称为控制线），每条对应一个任务(task，亦称process), 不同的tasks对应必须同时发生的不同行为,4. 系 统 分 解, 确定task类型，并分配给适当的软硬件去执行, 事件驱动型(event-driven)：主要完成通信工作。 event = 数据到达的中断（interrupt）, 时钟驱动型(clock-driven)：完成周期性工作。, 优先型(priority)：将high priority或 low priority的任务专门分离出来先做或后做。, 关键任务(key task)：指关系系统成败的处理，要求高可靠性，应分离考虑，严格测试。, 协调任务(coordinator)：当系统中存在三个以上tasks时，应增设一个协调任务，用于封装不同tasks之间的协调控制。,4. 系 统 分 解, 数据管理子系统：, 选择管理模式 文件管理(file manager)系统 关系数据库(relational data base)管理系统 面向对象数据库(oodb)管理系统, 设计数据格式及相应的服务,（请参阅教材p.268-270）,5. 设计类中的服务 细化object model中的 methods,1、确立服务, 从 dynamic model出发：event flow diagram中, event = message ;, 接受message 的object 必有对应的 method；, method 改变 status（即 attributes），并完成 action。,5. 设计类中的服务,则算法应有do_case型控制, 从function model出发：,dfd的一般结构是,注意：action （即算法）与status 有关。例如：不同status接受同一个 event 时，其action不同 ,5. 设计类中的服务, 若 process=从input flow中抽取一个值，则,5. 设计类中的服务, 对照dfd与class-&-object图，若一个process涉及多个classes，则必须判断它属于哪一个class。 例如：,若process 改变了 receiver，则,又如：从关联上看，process所涉及的所有classes中，处于中心地位的class,一般拥有该process。,5. 设计类中的服务,2、设计实现方法, 算法设计：要求做到易修改，并且复杂度低（即效率高） ，易理解，易实现。, 数据结构设计：需要考虑具体的物理结构的选择。, 新添用于存放内部处理中间结果的class；引入新的低层操作，进一步细化。,6. 设计关联,1、单向关联 例：, 由雇员找其所属公司，则设雇主为其属性，即一单向指针, 由公司找其下属某一雇员，则有两种方法：,方法1：遍历所有雇员，找雇主匹配且满足特征的雇员。（省空间）,6. 设计关联,方法2：设公司的属性雇员为一指针集。（快速）,2、双向关联,方法1：将上述两种单向关联结合使用,方法2：另设关联类（特别适用于链属性）,7. 优 化,1、确定优先级： 必须站在全局高度确定各项质量指标的优先级，在优化设计时制定折衷方案。切忌各子系统自以为是，导致最终优化目标对立。 最常见的情况是在效率与清晰性之间的折衷。,2、提高效率的技术, 增加关联（类）,例：设某公司有2000名雇员，平均每名雇员会10种技能，其中有5人精通日语，现要查询公司中会讲日语的雇员是哪些人,7. 优化,方法1：嵌套查询 遍历雇员2000次，而对每个雇员遍历技能10次。命中率为1/4000。,方法2：用hash table实现技能，使“会讲日语”对应唯一的技能对象，则命中率上升为1/400。,方法3：增加一个额外的限定关联“精通语言”，即可立刻查得结果。,7. 优化, 调整查询次序，优化算法 例如公司有5名会日语的雇员，有200名会法语的雇员。现要找日、法语均会的雇员，则应先找到 雇员，再从中找 的雇员。,会日语,会法语, 保留内部中间过程产生的派生属性。,3、调整继承关系, 向上归纳, 向下派生,建立这样的索引必然多占空间，而且基关联改变时也必须相应地修改索引。因此，应只给那些经常执行并且开销大、命中率低的查询建立索引。,第十二章 面向对象实现,两项工作: 面向对象的设计结果翻译成面向对象的程序 测试并调试,1. 面向对象的程序设计语言 1.一致性 面向对象开发基于不随时间变化的、一致的表示方法。这种表示方法从问题域到ooa，到ood到oop. 一致的表示法既有利于在软件外发过程中始终使用统一的概念，也有利于维护人员理解软件的各种配置成分。,2. 可重用性 在更广泛的范围运用重用机制，在ooa，ood直到oop中都显式地表示问题域语义. 既可能重用它在某个问题域内的ooa结果，也可能重用相应的ood和oop结果。,1. 面向对象的程序设计语言,3. 可维护性 尽管人们反复强调保持文档与源程序一致的必要性，但是，在实际工作中很难做到. 特别是考虑到进度、预算、能力和人员等限制因素时，完全一致几乎是不可能的。因此，维护人员最终面对的往往只有源程序本身。 尽量选用面向对象语言来实现.,1. 面向对象的程序设计语言,选择面向对象语言标准 1. 将来能否占主导地位 2. 可重用性 3. 类库和开发环境 4. 其他因素,1. 面向对象的程序设计语言,2. 程序设计风格 可重用、可扩充、健壮性 1、提高可重用性 提高方法的内聚 减小方法的规模 保持方法的一致性 把策略与实现分开 全面覆盖 尽量不使用全局信息 利用继承机制，通过调用公用方法实现代码重用,2、提高可扩充性 封装实现策略 不要用一个方法遍历多条关联链 避免使用多分支语句 精心确定公有方法,3