第9章 面向对象设计

1、第9章 面向对象设计 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 第9章 面对对象设计面对对象的设计原则 系统设计 对象设计 设计模式 rup的设计活动 rup的实现活动 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造

2、的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 9.1 面对对象的设计概念及原则1、有关概念面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换 为设计模型，它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对 象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程，概念与表 示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成， 这些任务形成

3、过程式软件的基本结构。面对对象方法把 问题域作为一系列相互作用的对象，在此基础上构造出 基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计和对象设计。系统设计 包括如何把整个系统分解为子系统、子系统的软硬件布 局等策略性决策；对象设计是依据详细的实现策略，对 分析模型进行扩充。通过系统设计和对象设计产生设计 模型，是进一步完成系统实现的基础。下表列出了分析 模型与设计模型的区分：西安交通高校 刘海岩 2 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设

4、计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 分析模型 设计模型 概念模型，回避了实现问题； 物理模型，是实现蓝图 ； 对设计是通用的； 针对特定的实现； 对类型有3种构造型； 对类型有任意数量的构造型 (依靠于实现语言); 不太形式化 ； 比较形式化； 开发费用较低； 开发费用较高； 层数少； 层数多； 动态的； 动态的(特殊关注时序); 勾画系统的设计轮廓； 进行系统设计； 主要通过研讨会等方式创建； 设计模型和实现模型需双向 开发； 可能不需要在整个

5、生命周期 在整个生命周期内都应当维护 内都做维护；西安交通高校 刘海岩 3 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 2、oo设计原则(1)封装 是将一个完整的概念组成一个独立的单元，然后通过 一个名字来引用它。在oo系统的较高层次，将一些相关 的应用问题封装在一

6、个子系统中，对子系统的访问是通过 访问子系统的接口实现的；在较低的层次将详细对象的属 性和操作封装在一个对象类中，通过类的接口访问其属性。 (2)抽象 oo方法不仅支持过程抽象还支持数据抽象。类封装了 数据和操作数据的方法，类是一种包含过程抽象的数据抽 象，它对外供应的公共数据接口构成了类的规格说明(类 的协议)。使用者无需知道类中的详细操作是如何实现的， 无需了解内部数据的详细表现方式，只要搞清它的规格说 明，就可通过接口定义的操作访问类的数据。西安交通高校 刘海岩 4 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演

7、化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 (3)信息隐藏 信息隐藏是通过对象的封装实现的。类的结构分别 了接口和实现，对于类的使用者来说，属性的表示和操 作的实现都是隐藏的。 (4)强内聚 服务内聚： 一个服 务完成且仅完成一个功能。 类内聚： 一个类的属性和操作全部都是完成某个 任务所必需的，其中不包括无用的属性和操作。 层内聚： 把向用户或高层供应相关服务的功能放 在一起，而将其

8、他内容排解在外。为了保证适当的层内 聚，往往有严格的层次结构，高层能够访问低层的服务， 而低层却不能访问高层的服务(下图描述了这种关系)。 以下的相关服务可以放在同一层：计算服务、消息 或数据传输服务、数据存储服务、管理平安服务、用户 交互服务、访问操作系统服务、硬件交互服务等。 西安交通高校 刘海岩 5 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系

9、列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 处理应用协议 用户界面 处理连接应用规律 处理包访问操作 系统 访问数 据库 网络通信 传输和接收 应用程序的典型层次 通信系统中的简化层次 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。

10、 面对对象设计包括系统设计 层向外界供应服务的过程和方法通常称为应用编程 接口(application programming interface, api)。api的 规格说明必需描述高层用来访问服务的协议，还要描述 每个服务的语义和副作用。层内聚的优点如下： 替换高层模块对低层模块没有影响。 可以用等价的层替换低层，但必需复制该层全部的 api,这样高层才不受影响。 其他有关传统方法中的功能内聚、通信内聚、挨次 内聚、时间内聚等概念及提高内聚的原则在oo设计中 仍旧适用。 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分

11、析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 (5)弱耦合 oo设计中，耦合主要指不同对象(包括类、包) 之间相互关联的程度，假如一个对象过多地依靠于其 它对象来完成自己的工作，不仅使系统的可理解性下 降，还会增加测试、修改的难度，同时降低了类的可 复用性和可移植性。但对象不行能完全孤立，当两个 对象必需相互联系时，只通过类的公共接口实现耦合， 不应当依靠于类的

12、详细实现细节。 设计时尽量削减对象之间发送的消息数(meyer建 议的少接口),削减消息中的参数个数(小接口), 对象之间以明显和直接的方式通信，削减通信的简单 程度(显式的接口)。传统方法中有关降低耦合的原 则在oo方法中仍旧适用。 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系

13、统结构。 面对对象设计包括系统设计 (6)可复用 为了提高工作效率、削减错误、降低成本，就要充分考 虑软件的复用性。复用有两个方面的含义：一是尽量使用已 有的类，包括开发环境供应的类库和已有的相像类。二是创 建新类时考虑将来的可复用性。 类有三种复用方式： 实例复用 由于类的封装特性，使用者不需要了解内部的实现细节 就可用适当的构造函数创建需要的实例，然后向所创建的实 例发送适当的消息，启动相应的服务，完成需要的任务。 设计一个可复用性好的类是一件很困难的事情，因 为， 类供应的服务太多，会增加接口的简单度，降低类的可理解 性；供应的服务太少，则可能会降低复用性。在设计时，需 要依据详细的应用

14、环境和以往的阅历来综合考虑，设计出合 适的类构件。西安交通高校 刘海岩 9 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 继承复用当已有的类构件不能通过实例复用满意要求时，可以 通过继承复用对已有的类构件进行修改，使它满意要求。 在设计时，关键是要设计一个合理的、具有

15、肯定深度的 类构件的继承层次结构。每个子类在继承父类的属性和 服务的基础上，加入少量的新属性和新服务，这样做的 好处是父子类的耦合度比较适当，接口简洁，易于理解。 多态复用 多态是一种特性，这种特性使得一个属性或变量在不 同的时期可以表示不同的对象。利用多态性可以使对象 的对外接口更加一般化，系统运行时，依据接收消息的 对象类型，由多态机制启动正确的方法，响应一个一般 化的消息。 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计

16、方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 例如消失下列状况： 操作与数据结构大小有关。 操作与外部设备特性有关。 实现算法将来可能会改进。为了克服与表示方法、数据结构或硬件特点相关的操 作给复用带来的困难，可以设计一个基类把与上述操作有 关的服务定义为纯虚函数，然后在复用时先派生出一个新 类，在新类中重新定义上述操作的算法。 设计一个可复用的软件比设计一个一般软件的代价要 高，但随着这些软件被复用的次数的次数的增加，分摊到 它的设计和实现成本就会降低。

17、西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 (7)简洁化设计 一个软件60%的工作量是维护工作。为了便于维护， 现代软件工程越来越重视软件的简洁和易于理解。做好 以下几点： 设计简洁的类。避开定义太多的属性和服务。一个 类的职责要清楚，易于理解

18、也有助于复用。 使用简洁的协议。对象之间的关联是通过消息触发 的，消息过于简单，说明对象之间的耦合程度太紧，不 利于维护。 设计结果简洁明白。设计结果(如文档)描述用词 精确、清楚、简单理解。 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 9.2

19、 系统设计和传统设计的目的相同，是为实现系统需求而对软件 体系结构进行的设计。系统设计过程包括以下活动： 划分分析模型为子系统。 标识问题的并发性。 选择软件体系结构的风格并安排子系统处处理器。 设计用户界面。 选择实现数据管理的基本策略。 标识全局资源及访问它们所需的掌握机制。 为系统定义合适的掌握流机制。 考虑边界条件。 评审并考虑权衡。 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这

20、些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 1、划分分析模型以定义类、关系和行为 的内聚集合，将这些设计元 素包装为子系统。 定义子系统时应当遵循以下标准： 子系统应当具有定义良好的接口，通过接口和系统 的其余部分通信。 除了少数的“通信类”,在子系统中的类只和该子 系统中的其他类协作。 子系统的数量不应太多。 子系统可以内部划分以降低简单性。 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过

21、程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 当两个子系统相互通信时，可建立客户/服务器(c/s) 结构或对等结构(p2p)。在c/s结构中，每个子系统只担当 一个由客户端或服务器端隐含的角色，服务只是单向地从 服务器端流向客户端；在p2p结构中，服务可以双向流淌。 在划分子系统时，往往进行分层设计。系统的每一层 包含一个或多个子系统，表示了完成系统功能所需的功能 性的不同抽象层次。抽象级别由

22、与其相关的处理对用户的 可见程度来确定。(如ppt第6页应用程序的典型层次结 构)。 buschmann及其同事提出以下分层设计方法： 建立分层的标准。即打算子系统将如何被组合成层 次的体系结构。 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 确

23、定层的数量。太多使系统简单，太少降低子系统的功 能独立性。 命名层并将子系统安排到某个层。确信同层的子系统间 的通信以及和其他层的子系统间的通信遵循软件体系结 构设计思想。 定义每个层的接口。 精化子系统以建立每个层的类结构。 定义层间通信的消息模型。 评审层设计以保证层间的耦合度最小。 迭代以精化分层设计。 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面

24、对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 2、并发性与基于体系结构风格的子系统安排当系统有很多并发行为时，要划分任务，简化并发 行为的设计与编码。一个任务指系统中的一个过程，有 时就是进程的同义词。并发任务可通过检查每个对象的 状态图而定义，假如大事和变换流指明在任意时刻只有 单个对象是活跃的，则是一个掌握线程。即使一个对象 向另一个对象发送消息，只要第一个对象等待响应，控 制线程就连续。假如第一个对象不等待，则掌握线程分 叉。 oo系统中的任务是通过孤立掌握线程而设计的。例 如当safehome系统正在监控其传感器时，它也

25、可以拨号 到监控站以检验连接。涉及这两个行为的对象(传感器、 监控站)是同时活跃的，每个对象参加一个独立的掌握 线程并被定义为独立的任务。假如监控和拨号活动挨次 地发生，则只设计单个任务。西安交通高校 刘海岩 17 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 对象-

26、行为模型对分析类间或子系统间的并发性提 供了支持。假如类和子系统不是同时活动的，则不需 要并发处理，它们可以实现在同一个处理器硬件上； 假如类和子系统必需异步地或同时作用于大事， 则被 视为并发的。这时有两种选择：安排每个子系统到各 自独立的处理器；安排子系统到同一处理器并通过操 作系统特性供应并发支持。 分布式系统中， 软件体系结构风格对系统分布方 案具有打算性的影响。选择体系结构风格应考虑以下 因素： 西安交通高校 刘海岩 面对对象设计将面对对象分析创建的分析模型变换为设计模型,它将作为软件构造的蓝图。但由于面对对象分析与设计活动是一个迭代与演化的过程,概念与表示方法的全都性使得分析与设计阶段平滑过渡。 传统的设计方法将问题域分解成一系列任务来完成,这些任务形成过程式软件的基本结构。面对对象方法把问题域作为一系列相互作用的对象,在此基础上构造出基于对象的软件系统结构。 面对对象设计包括系统设计 依据被开发系统的特点：如系统类型、用户需求、 系统规模、使用方式等； 网络协议：不同的网络协议支持不同的体系结构风 格； 可用的软件产品：包括网络软件、os、dbms、现 有的数据服务器等； 成本及其他：购置硬件及软件成本、新开发软件成 本、系统的安装与维护成本。此外，如开发人员对所选 择体系结构风格下实现技术的娴熟程度及开发期限等。 依据以上因素选择合