系统分析与设计 课件 第四章 系统设计的基本思想和原则

含弘光大继往开来系统设计的基本思想和原则目录contents010203基本设计思想对象职责分配原则其他原则04总结基本设计思想01陀思妥耶夫斯基(1821-1881)5/2/20264抽象5/2/20265模块化5/2/20266内聚度5/2/20267耦合度5/2/20268关注点分离的形式对象职责分配原则025/2/202610对象职责分配原则的职责-“做”型（Doing）5/2/202611对象职责分配原则的职责-“知道”型（Knowing）5/2/202612职责驱动设计基本原则的九种模式-创建者问题：谁应该负责创建某个类的新实例？5/2/202613职责驱动设计基本原则的九种模式-创建者解决方案当满足以下条件之一时，应将创建A类实例的职责分配给B类，其中B是A的创建者：B包含或由A聚合而成；B记录A；B密切使用A；B具有A的初始化数据，并在创建A时传递这些数据给A。当存在多个A的创建者候选项时，通常选择聚集或包含A的那个类作为创建者。5/2/202614职责驱动设计基本原则的九种模式-创建者65%80%45%30%分析案以在线购物场景为例，顾客通过订单添加需要购买的商品，而订单是单项商品信息的创建者。创建者模式指导对象创建职责的分配，通过保持低耦合，找到与被创建对象有连接的创建者。例5/2/202615职责驱动设计基本原则的九种模式-创建者分析讨论AND创建者模式基于连接被创建对象的创建者，寻找低耦合的方法，适用于组合、部分、容器、内容、记录器与记录等关系。有时将传入初始化数据的类识别为创建者，例如，Payment实例的创建可能由Order作为创建者。复杂对象的创建时，建议使用专门的辅助类（工厂类）委托创建职责，这符合创建者模式的建议。5/2/202616职责驱动设计基本原则的九种模式-创建者100%效果创建者模式有助于实现低耦合，提高可维护性和重用性。创建者与被创建者之间的关联关系可能已经存在，创建者行使创建职责不会增强两者的耦合关系。5/2/202617职责驱动设计基本原则的九种模式-信息专家问题：给对象分配职责的基本原则是什么？5/2/202618职责驱动设计基本原则的九种模式-信息专家解决方案使用“信息专家”或“专家”模式，将职责分配给具有实现该职责所需信息的专家类。5/2/202619职责驱动设计基本原则的九种模式-信息专家65%80%45%30%分析案以在线购物为例，计算商品总价的职责被分配给Order和LineItem类，这两个类是信息专家，因为它们具有完成总价计算所需的信息。例5/2/202620职责驱动设计基本原则的九种模式-信息专家分析讨论AND专家模式基于对象是否具有完成职责所需的信息，是对象设计的基本指导原则。完成职责需要的信息通常分布在不同类型对象中，需要通过多个“局部”信息专家协作来完成任务。专家模式可能导致“拟人化”设计，即软件对象被赋予“主动”承担与自身信息相关职责的能力。专家模式是对真实世界的模拟，将职责分配给具有完成任务所需信息的个体。5/2/202621职责驱动设计基本原则的九种模式-信息专家100%效果对象使用自身信息来完成任务，维持信息的封装性，支持低耦合，形成更健壮和可维护的系统。行为分布在具备所需信息的类之间，提倡定义内聚性更强的“轻量级”类，易于理解和维护。5/2/202622职责驱动设计基本原则的九种模式-低耦合问题：怎样降低依赖性，减少变化带来的影响，提高重用性?5/2/202623职责驱动设计基本原则的九种模式-低耦合解决方案采用“低耦合”设计原则，通过分配职责使耦合性尽可能低，评估可选方案时要考虑低耦合原则。5/2/202624职责驱动设计基本原则的九种模式-低耦合分析讨论AND耦合是度量元素之间连接、感知和依赖程度的度量，高耦合可能导致类难以理解、变化传播和低复用性。面向对象语言中常见的耦合关系包括关联、委托、函数依赖、继承和实现关系。低耦合模式要求避免产生负面影响的高耦合，支持在设计时降低类的依赖性。继承是一种强耦合关系，需要谨慎考虑，以避免高耦合性和混淆不同关注点。在面向对象技术中，适度耦合是正常和必要的，过低或过高的耦合都可能导致问题。高耦合本身不是问题，问题是与不稳定元素的高耦合，设计者应关注提高灵活性和降低耦合的一般性设计。5/2/202625职责驱动设计基本原则的九种模式-低耦合100%效果不受其他构件变化的影响，易于单独理解，便于复用。低耦合有助于减少变化带来的影响，提高系统的稳定性和可维护性。5/2/202626职责驱动设计基本原则的九种模式-高内聚问题：怎样保持对象是功能聚焦的、可理解的、可管理的，并且能够支持低耦合？5/2/202627职责驱动设计基本原则的九种模式-高内聚解决方案采用“高内聚”设计原则，即保持元素职责的相关性和集中度，基于此评估候选方案。5/2/202628职责驱动设计基本原则的九种模式-高内聚分析讨论AND内聚是对元素职责相关性和集中度的度量，高内聚要求元素负责的职责高度相关，避免职责过多或不相关。低内聚的类会导致难以理解、难以复用、难以维护和容易受变化影响的问题。高内聚的类负责某个功能领域中的相对专一职责，与其他类协作完成任务，易于维护、理解和复用。不同功能性内聚程度的场景包括极低内聚、低内聚、高内聚和适度内聚，各有优缺点。高内聚的类通常方法数目较少、功能性相关，易于维护和复用，有助于提高工作效率。5/2/202629职责驱动设计基本原则的九种模式-高内聚100%效果能够更加轻松、清楚地理解设计。简化了维护和改进工作。通常支持低耦合。由于高内聚的类用于特定目的，细粒度、相关性强的功能的重用性增强。5/2/202630职责驱动设计基本原则的九种模式-控制器问题：在UI层之上首先接收和协调（控制）系统操作的第一个对象是什么?5/2/202631职责驱动设计基本原则的九种模式-控制器解决方案使用控制器（Controller），它是UI层之上的第一个对象，负责接收和处理系统操作消息。5/2/202632职责驱动设计基本原则的九种模式-控制器分析讨论AND系统操作是系统的主要输入事件，例如，POS终端的销售员按下“结束销售”按钮发起了系统事件。控制器的职责是接收外部输入事件，协调系统操作，把工作委派给其他对象，不执行大量工作。有两种类型的控制器选择：外观控制器（facadecontroller）代表整个系统、根对象、设备或主要子系统。用例控制器或会话控制器代表会发生系统事件的用例场景，为同一用例场景的所有系统事件使用相同的控制器类。控制器的工作方式可通过图示表示，UI层不包含应用逻辑，将用户请求委派给其他层。5/2/202633职责驱动设计基本原则的九种模式-控制器100%效果增加了可复用和接口可插拔的潜力，不在接口层处理应用逻辑，支持未来应用中的逻辑重用。提供了推测用例状态的机会，可以保证系统操作以合法顺序发生，或推测用例活动和操作的当前状态。这种控制器模式的设计使系统更加灵活，具备良好的可维护性和可扩展性，同时分离了用户界面和应用逻辑，使系统的不同层次更清晰地组织。5/2/202634职责驱动设计基本原则的九种模式-多态性问题：如何处理类型替换？如何创建可插拔软件构件？5/2/202635职责驱动设计基本原则的九种模式-多态性解决方案使用多态性为变化的类型分配职责，而不是通过选择结构进行条件逻辑判断。设计可插拔软件构件，通过多态性处理替换时的类型变化。5/2/202636职责驱动设计基本原则的九种模式-多态性分析讨论AND多态是一个基本的设计原则，用于组织系统如何处理相似的变化，通过多态性分配职责的设计能够方便地扩展以处理新的变化。在面向对象语言中，多态通常通过使用抽象类或接口来实现。选择接口或抽象类取决于是否需要支持多态，同时不希望受限于特定类层次结构。多态的设计通过接口和抽象类的使用，使得系统能够灵活地适应变化，如图4.6所示的通过Shape接口实现面积计算的多态性。对于未来的可能性变化，通过多态性进行灵活性改进是合理的，但需要进行批判性评价，确保变化点在现实中是真实有效的。5/2/202637职责驱动设计基本原则的九种模式-多态性100%效果易于增加新变化所需的扩展，系统能够轻松适应新的实现，无需影响客户代码。5/2/202638职责驱动设计基本原则的九种模式-纯虚构问题：当你并不想违背高内聚和低耦合或其他目标，但是基于专家模式所提供的方案又不合适时，哪些对象应该承担这一职责？5/2/202639职责驱动设计基本原则的九种模式-纯虚构解决方案创造一种人为制造的、不在问题领域内的类，并赋予它一组高内聚的职责，以支持高内聚、低耦合和可复用性。这种类被称为纯虚构（purefabrication）。5/2/202640职责驱动设计基本原则的九种模式-纯虚构分析讨论AND面向对象设计分为表示解析和行为解析两类。有时需要通过行为解析划分职责，而不必创建与真实世界概念相关的类。纯虚构是为了图方便而虚构的类，通常基于功能（或行为）进行划分。很多面向对象设计模式都是纯虚构的例子，如适配器、策略、命令等。识别类是否为纯虚构并不重要，这是一个教学概念，用于表示设计中有些类是基于领域表示，而有些是对象设计者为了方便而虚构的。行为解析和纯虚构有时会被滥用，特别是初学者容易滥用这种方式。需要平衡于表示解析设计的能力，避免滥用导致大量行为对象，对耦合产生不良影响。5/2/202641职责驱动设计基本原则的九种模式-纯虚构100%效果支持高内聚，因为纯虚构类的职责被解析为细粒度，专注于一组特定的相关任务。增加潜在的复用性，因为纯虚构类的细粒度职责可适用于其他应用。5/2/202642职责驱动设计基本原则的九种模式-间接性问题：为了避免两个或多个事物之间直接耦合，应该如何分配职责？如何使对象解耦合，以支持低耦合并提高复用性潜力？5/2/202643职责驱动设计基本原则的九种模式-间接性解决方案将职责分配给中介对象，使其作为其他构件或服务之间的媒介，以避免它们之间的直接耦合。中介实现了其他构件之间的间接性（indirection）。5/2/202644职责驱动设计基本原则的九种模式-间接性分析讨论AND如同大量现有的设计模式是纯虚构的特例一样，许多设计模式也同样是间接性的特例。适配器、外观和观察者就是这样的例子。此外，许多纯虚构是因为间接性而产生的。间接性的动机通常是为了低耦合，即在其他构件或服务之间加入中介以进行解隅。5/2/202645职责驱动设计基本原则的九种模式-间接性100%效果实现了构件之间的低耦合。5/2/202646职责驱动设计基本原则的九种模式-防止异变问题：如何设计对象、子系统和系统，使其内部的变化或不稳定性不会对其他元素产生不良影响？5/2/202647职责驱动设计基本原则的九种模式-防止异变解决方案识别潜在变化或不稳定性的地方，为其创建稳定接口，即使内部发生变化，也不会对外部元素产生不良影响。这里的“接口”是指广义上的访问视图，而不仅仅是面向对象编程语言中的接口定义。5/2/202648职责驱动设计基本原则的九种模式-防止异变分析讨论AND防止变异（PV）是软件设计中非常重要和基本的原则，包括数据封装、多态、接口、虚拟机、配置文件、操作系统等都是防止变异的特例。PV核心机制包括数据封装、接口、多态、间接性和标准。数据驱动设计、服务查询、解释器驱动设计、反射或元级设计等是PV的常见技术。针对现有系统或需求的变化和未来可能产生的变化（进化点）都适用PV，但在应用于进化点时需要谨慎，需权衡预防性工程成本和变化重做设计的成本。5/2/202649职责驱动设计基本原则的九种模式-防止异变100%效果易于扩展，不影响现有客户。低耦合。能够降低变化的成本或影响。其他原则035/2/202651其他原则5/2/202652单一职责原则5/2/202653开闭原