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1、第6章面向对象的系统设计第1页，本讲稿共34页6.1 6.1 从面向对象分析到面向对象设计从面向对象分析到面向对象设计6.2 6.2 面向对象设计的准则面向对象设计的准则 6.3 6.3 启发式规则启发式规则 6.4 6.4 软件重用软件重用6.5 6.5 系统分解系统分解6.6 6.6 典型的面向对象设计典型的面向对象设计6.7 6.7 类中服务的设计类中服务的设计6.8 6.8 关联设计关联设计6.9 6.9 设计优化设计优化目录目录第2页，本讲稿共34页6.1从面向对象分析到面向对象设计从面向对象分析到面向对象设计6.1.1 从面向对象分析到面向对象设计从面向对象分析到面向对象设计面向对
2、象的系统设计(OOD)就是在系统分析模型的基础上运用面向对象的方法，来设计产生一个符合具体实现条件的面向对象设计(OOD)模型。对于面向对象设计方法，尽管分析和设计的定义有明显区别，但是在实际的软件开发过程中二者的界限是模糊的。分析过程的结果可以直接映射成设计的结果，初期的分析过程主要是提取与系统相关的主要类和初期的分析过程主要是提取与系统相关的主要类和业务流程，而在设计阶段将所有的类和流程细化，加深和补充对系业务流程，而在设计阶段将所有的类和流程细化，加深和补充对系统需求的理解，从而进一步完善分析结果。统需求的理解，从而进一步完善分析结果。第3页，本讲稿共34页OOA与与OOD关系关系u它们
3、采用了相同的符号表示，因此相互之间没有明显的分界线，往往是反复重叠地进行。u系统分析主要考虑的是做什么，因此它识别和定义的类/对象，是一些直接反映问题域和系统任务的；而系统设计主要解决系统如何做，所以它识别和定义的类/对象是附加的，反映了需求的一种实现(对话层、任务管理层、数据管理层)。u系统分析是在较高的抽象层次上进行，而系统设计则在较低的抽象层次上进行。系统分析是独立于程序设计语言的，初步的系统设计在很大程度上与语言无关，但详细的系统设计则都会依赖于程序设计语言。6.1从面向对象分析到面向对象设计从面向对象分析到面向对象设计6.1.1 从面向对象分析到面向对象设计从面向对象分析到面向对象设
4、计第4页，本讲稿共34页面向对象系统设计的主要工作包括以下几个方面的内容：(1)设计对象与类。包括分析对象模型，设计对象与类的属性，设计对象与类的实现结构，以及设计消息与事件的内容和格式。(2)设计系统结构。设计系统结构阶段的主要任务是设计组件与子系统以及它们之间的静态和动态关系。对于人机界面、数据管理、任务管理等问题,在面向对象分析阶段一般不提及，而是等到面向对象设计阶段再进行分析。6.1从面向对象分析到面向对象设计从面向对象分析到面向对象设计6.1.1 从面向对象分析到面向对象设计从面向对象分析到面向对象设计第5页，本讲稿共34页面向对象系统设计的主要工作包括以下几个方面的内容：(3)设计
5、人机交互子系统。此阶段的主要任务是设计用户界面，设计人机交互操作命令和操作顺序，设计详细交互过程，设计工作的内容包括用户分类，设计人机交互类等。(4)设计数据管理子系统。此阶段主要是确定数据管理方法，设计数据 库与数据文件的逻辑结构和物理结构。面向对象的分析设计方法注重的是问题涉及的对象以及对象的相互关系和相互作用,并在此基础上构造这些问题的模型,以期将要解决的实质问题模型化。6.1从面向对象分析到面向对象设计从面向对象分析到面向对象设计6.1.1 从面向对象分析到面向对象设计从面向对象分析到面向对象设计第6页，本讲稿共34页简单与复杂简单与复杂 (1)小规模和小团队开发的系统在整体框架选择和
6、层次结构上应尽量简单，而大规模的系统，要考虑到众多模块的合理配置，需要构建更多的层次，选用成熟的框架体系。(2)在系统资源有限的硬件平台上运行的系统，例如嵌入式系统，在设计时应尽量简单，以提高运行效率；而在PC机以及服务器上运行的系统，可以采用复杂设计，已获得更好的扩展性。(3)对于运行性能要求高的系统，例如需要提供并发服务的服务器系统，则在访问频繁的模块设计上应遵循简单的原则。6.2 面向对象系统设计的准则面向对象系统设计的准则6.2.1面向对象系统设计准则面向对象系统设计准则第7页，本讲稿共34页简单与复杂简单与复杂 (4)对于开发水平参差不齐的团队，在开发方案的选择上注意选取简单的方案，
7、减少内部培训和交流的代价。而成熟的开发团队，则可以根据设计目标灵活地选择设计方案。(5)在一个系统的设计中，简单和复杂的原则可能是交替作用的，在整体结构复杂的系统中，可能在关键性能模块的设计上追求简单。而在整体结构简单的系统中，对于某些通用性较强的模块可能采用复杂设计。(6)即使确定了简单和复杂的原则，也需要考虑到“度”，过度设计只会使得某些超前的设计方案被废弃。6.2 面向对象系统设计的准则面向对象系统设计的准则6.2.1面向对象系统设计准则面向对象系统设计准则第8页，本讲稿共34页模块化模块化u模块化是软件设计方法不断演变所追求的目标之一，软件的模块化使得软件的各个功能在设计时相对独立，能
8、够降低软件设计的复杂度。u面向对象软件开发方法，对象就是模块。它是把数据结构和操作这些数据的方法紧密地结合在一起所构成的模块。u对象与单元的区别在于：对象是数据与操作紧密结合的，在软件运行中有一定生命周期的实体。而单元只是一组函数功能的集合。6.2 面向对象系统设计的准则面向对象系统设计的准则6.2.1面向对象系统设计准则面向对象系统设计准则第9页，本讲稿共34页抽象化抽象化u面向对象方法不仅支持过程抽象，而且支持数据抽象。u在类的设计中要考虑各种类的关系，需要从具体类中抽象出具有共同特性的父类或者接口，子类继承父类的方法，并可以重构不同的实现。类实际上是一种抽象数据类型，它对外开放的公共接口
9、（interface）构成了类的规格说明，这种接口规定了外界可以使用的合法操作符，利用这些操作符可以对类实例中包含的数据进行操作。6.2 面向对象系统设计的准则面向对象系统设计的准则6.2.1面向对象系统设计准则面向对象系统设计准则第10页，本讲稿共34页弱耦合与信息隐藏弱耦合与信息隐藏u对象间的耦合可分为两大类：（1）交互耦合。如果对象间的耦合是通过消息连接来实现，则这种耦合属于交互耦合。交互耦合应该尽可能松散。（2）继承耦合。继承是一般化类与特殊类间耦合的一种形式，从本质来看，是一种通过继承关系结合起来的基类和派生类，构成了系统中粒度更大的模块。它们之间是结合得越紧密越好。6.2 面向对象
10、系统设计的准则面向对象系统设计的准则6.2.1面向对象系统设计准则面向对象系统设计准则第11页，本讲稿共34页信息隐藏 实现弱耦合的重要手段，在面向对象方法中，信息隐藏通过对象的封装性实现.对象的封装有两种形式：源代码级的封装;二进制代码级的封装。6.2 面向对象系统设计的准则面向对象系统设计的准则6.2.1面向对象系统设计准则面向对象系统设计准则第12页，本讲稿共34页可重用可重用u软件重用是提供高软件开发生产率和目标系统质量的重要途径。派生和继承是代码重用的基础。u重用有两方面的含义：一是尽量使用已有的类（包括开发环境提供的类库，及以往开发类似系统时创建的类），二是如果确实需要创建新类，则
11、在设计这些新类的协议时，应该考虑将来的可重复使用性。6.2 面向对象系统设计的准则面向对象系统设计的准则6.2.1面向对象系统设计准则面向对象系统设计准则第13页，本讲稿共34页设计结果应该清晰易懂设计结果应该清晰易懂(1)用词一致(2)使用已有的协议(3)减少消息模式的数目(4)避免模糊的定义使类等级中包含的层次数适当使类等级中包含的层次数适当 应该使类等级中包含的层次数适当,一般来说，在一个中等规模(大约包含100个类)的系统中，类等级层次数应保持为72。6.3 启发规则启发规则第14页，本讲稿共34页设计简单的类设计简单的类(1)(1)避免包含过多的属性；避免包含过多的属性；(2)(2)
12、有明确的定义；为了使类的定义明确，分配给每个类的任有明确的定义；为了使类的定义明确，分配给每个类的任 务应该简单，最好能用一两个简单语句描述它的任务。务应该简单，最好能用一两个简单语句描述它的任务。(3)(3)尽量简化对象之间的合作关系；对象间的合作关系应尽可尽量简化对象之间的合作关系；对象间的合作关系应尽可 能的简单。能的简单。(4)(4)不要提供太多服务；不要提供太多服务；一个类提供的公共服务不超过一个类提供的公共服务不超过7 7个；个；在开发大型软件系统时，解决这个问题的办法，是把系统在开发大型软件系统时，解决这个问题的办法，是把系统 中的类按逻辑分组。中的类按逻辑分组。(5)(5)使用
13、简单的协议；一般消息中的参数不要超过使用简单的协议；一般消息中的参数不要超过3 3个。个。(6)(6)使用简单的服务；使用简单的服务；(7)(7)把设计变动减至最小。把设计变动减至最小。6.3 启发规则启发规则第15页，本讲稿共34页面向对象方法的一个主要目标，就是提高软件的可重用性。软件重用就是将已有的软件成分用于构造新的软件系统。可以被重用的软件成分一般称作可重用构件，无论对可重用构件原封不动地使用还是作适当的修改后再使用，只要是用来构造新软件，则都可称作重用。重用级别：u代码的重用u设计的重用 u分析的重用 u测试信息的重用6.4 软件重用软件重用第16页，本讲稿共34页设计复杂应用系统
14、时，会首先根据功能对系统进行分解，然后再分别设计各子系统。各子系统间通过接口进行连接和信息传递，接口确定了子系统间的交互形式和需传递的信息。划分和设计子系统时，应该尽量减少子系统间的耦合度。6.5 系统分解系统分解第17页，本讲稿共34页问题域子系统设计；可能对面向对象分析所得出的问题域模型做的补充或修改。（1）调整需求（2）重用已有类（3）组合问题域类（4）增添一般化类以建立协议（5）调整继承层次6.6 典型的面向对象设计典型的面向对象设计第18页，本讲稿共34页窄菱形模式窄菱形模式阔菱形模式阔菱形模式第19页，本讲稿共34页单继承模式单继承模式第20页，本讲稿共34页人机交互子系统设计人机
15、交互子系统设计 在面向对象设计过程中，应该对人机交互子系统进行详细设计，以确定人机交互的细节，其中包括指定窗口和报表的形式、设计命令层次等内容。设计人机交互子系统的策略 （1）分类用户 （2）描述用户 （3）设计命令层次 （4）设计人机交互类6.6 典型的面向对象设计典型的面向对象设计第21页，本讲稿共34页任务管理子系统设计任务管理子系统设计u分析并发性u设计任务管理子系统确定事件驱动型任务确定时钟驱动型任务睡眠状态。确定优先任务确定关键任务确定协调任务尽量减少任务数确定资源需求6.6 典型的面向对象设计典型的面向对象设计第22页，本讲稿共34页数据管理子系统，是系统存储或检索对象的基本设施
16、，它建立在某种数据存储管理系统之上，并且隔离了数据存储管理模式的影响。选择数据存储管理模式优点缺点文件管理系统 成本低、简单 级别低，必须编写额外的代码，不同操作系统的文件管理系统差异明显关系数据库管理系统 提供了各种最基本的数据管理功能，提供了一致的接口，标准化的语言 运行开销大，不能满足高级应用的需求，与程序设计语言的连接不自然面向对象数据库管理系统 扩展的关系数据库管理系统，扩展的面向对象程序设计语言6.6 典型的面向对象设计典型的面向对象设计第23页，本讲稿共34页设计数据管理子系统u设计数据格式，存储管理模式的设计方法：文件系统：定义1NF表；为每个1NF表定义一个文件；关系数据库管
17、理系统：定义3NF表；为每个3NF表定义一个数据库表；面向对象数据库管理系统：扩展的关系数据库途径；扩展的面向对象程序设计语言途径。u设计相应的服务 如果某个类的对象需要存储起来，则在这个类中增加一个“隐含”的属性和服务，用于完成存储对象自身的工作。6.6 典型的面向对象设计典型的面向对象设计第24页，本讲稿共34页下面介绍使用不同数据存储管理模式时的设计要点。文件系统：被存储的对象需要知道打开哪些文件，怎样把文件定位到正确的记录上，怎样检索出旧值，以及怎样用现有值更新它们；应该定义一个ObjectServer类，并创建它的实例，该类提供下列服务：通知对象保存自身，检索已存储的对象。关系数据库
18、管理系统：被存储的对象，应该知道访问哪些数据库表，怎样访问所需要的行，怎样检索出旧值，以及怎样用现有值更新它们；应该定义一个ObjectServer类，并声明它的对象，该类提供下列服务：通知对象保存自身，检索已存储的对象。面向对象数据库管理系统：扩展的关系数据库途径；扩展的面向对象程序设计语言途径。6.6 典型的面向对象设计典型的面向对象设计第25页，本讲稿共34页设计类中应有的服务设计类中应有的服务 对象的许多服务都与对象接收到的消息密切相关，接收消息的对象必然有由消息选择符指定的服务，该服务改变对象状态，并完成对象应做的动作。对象的动作既与消息有关，也与对象的状态有关。6.7 类中服务的设
19、计类中服务的设计第26页，本讲稿共34页设计实现服务的方法设计实现服务的方法（1）设计实现服务的算法,设计实现服务的算法时，应该考虑下列几个因素：算法复杂度。容易理解与实现。易修改。（2）选择数据结构,在面向对象设计过程中，则需要选择能够方便、有效地实现算法的物理数据结构。（3）定义内部类和内部操作6.7 类中服务的设计类中服务的设计第27页，本讲稿共34页关联的方式（1）关联的遍历；单向遍历和双向遍历。（2）实现单向关联 如果关联的重数是一元的，则实现关联的指针是一个简单指针；如果重数是多元的，则需要用一个指针集合实现关联。6.8 关联设计关联设计用指针实现单向关联用指针实现单向关联第28页
20、，本讲稿共34页（3）实现双向关联,实现双向关联有下列3种方法：只用属性实现一个方向的关联，当需要反向遍历时就执行 一次正向查找。两个方向的关联都用属性实现。用独立的关联对象实现双向关联。用指针实现双向关联用指针实现双向关联 第29页，本讲稿共34页用对象实现关联用对象实现关联 第30页，本讲稿共34页（4）关联对象的实现可以引入一个关联类来保存描述关联性质的信息，关联中的每个连接对应着关联类的一个对象。实现关联对象的方法取决于关联的重数。对于一对一关联来说，关联对象可以与参与关联的任一个对象合并。对于一对多关联来说，关联对象可以与“多”端对象合并。如果是多对多关联，则关联链的性质不可能只与一
21、个参与关联的对象有关，通常用一个独立的关联类来保存描述关联性质的信息，这个类的每个实例表示一条具体的关联链及该链的属性。第31页，本讲稿共34页确定优先级提高效率的几项技术u增加冗余关联以提高访问效率u调整查询次序u保留派生属性调整继承关系u抽象与具体u为提高继承程度而修改类定义u利用委托实现行为共享6.9 设计优化设计优化第32页，本讲稿共34页本章是对面向对象分析的扩充，是一个逐渐扩充模型的过程。本章是对面向对象分析的扩充，是一个逐渐扩充模型的过程。通过对系统的分析模型进行分析，了解程序应该实现的功能、通过对系统的分析模型进行分析，了解程序应该实现的功能、程序的输入和输出数据、数据转换算法
22、、用户界面等内容。程序的输入和输出数据、数据转换算法、用户界面等内容。系统设计从增加属性和服务开始，对模型进行扩充，建立起系统设计从增加属性和服务开始，对模型进行扩充，建立起一个求解问题的实现方案。一个求解问题的实现方案。首先，给出了面向对象设计有其特有的设计准则和有助于提首先，给出了面向对象设计有其特有的设计准则和有助于提高质量的启发式规则。其次，在面向对象方法设计时，是总高质量的启发式规则。其次，在面向对象方法设计时，是总体设计和详细设计多次反复迭代的过程，一般划分为问题域体设计和详细设计多次反复迭代的过程，一般划分为问题域子系统、人机交互子系统、任务管理子系统和数据管理子系子系统、人机交
23、互子系统、任务管理子系统和数据管理子系统四大子系统。在设计工作进行中，要根据系统的目标，不统四大子系统。在设计工作进行中，要根据系统的目标，不断进行系统的优化设计工作，最终建立一个面向对象观点的断进行系统的优化设计工作，最终建立一个面向对象观点的求解空间模型的过程。求解空间模型的过程。本章小结本章小结第33页，本讲稿共34页主要内容：主要内容：面向对象的系统设计原则，软件重用概念及分类，问题领域子面向对象的系统设计原则，软件重用概念及分类，问题领域子系统的设计，人机交互子系统的设计，外部接口子系统的设计，系统的设计，人机交互子系统的设计，外部接口子系统的设计，数据管理子系统的设计，任务管理子系统的设计。数据管理子系统的设计，任务管理子系统的设计。重重 点：点：问题领域子系统的设计，人机交互子系统的设计，外部接口问题领域子系统的设计，人机交互子系统的设计，外部接口子系统的设计，数据管理子系统的设计，任务管理子系统的子系统的设计，数据管理子系统的设计，任务管理子系统的设计设计。难难 点：点：多对多关联的映射，设计类图的方法，系统分解多对多关联的映射，设计类图的方法，系统分解本章小结本章小结第34页，本讲稿共34页