系统架构设计师笔记第14期：系统分析与设计

面向对象的方法

面向对象方法（Object-oriented methods）是一种软件开发方法，其核心思想是将软件系统建模为对象的集合，这些对象之间通过消息传递进行交互。面向对象方法强调对象的概念、封装、继承和多态等特性，以实现软件系统的可重用性、可维护性和灵活性。

以下是面向对象方法的一些关键概念和特点：

1. 对象：对象是系统中具有状态和行为的实体。对象可以是现实世界中的实际物体（如汽车、人员）或概念（如订单、账户），也可以是软件系统中的抽象实体（如类、模块）。

2. 类：类是一种描述对象的模板或蓝图，定义了对象共同具有的属性和行为。通过实例化类，可以创建多个具体的对象。

3. 封装：封装是指将相关的数据和方法组合成一个单元，对外部隐藏内部的实现细节。通过封装，对象的内部状态和行为对其他对象是不可见的，只能通过对象的公共接口进行访问和操作。

4. 继承：继承是指一个类可以从另一个类继承属性和方法。通过继承，子类可以继承和扩展父类的特性，实现代码的重用和层次化的组织结构。

5. 多态：多态是指同一类型的对象在不同的上下文中可以表现出不同的行为。通过多态，可以实现基于对象类型的动态调度，提高系统的灵活性和可扩展性。

6. 消息传递：对象之间通过发送消息进行交互和通信。一个对象发送消息给另一个对象，接收者对象根据消息类型和参数执行相应的行为。

7. 关联和聚合：关联和聚合描述了对象之间的关系。关联表示对象之间的静态关系，表明它们之间有通信和交互。聚合表示一种包含关系，其中一个对象包含其他对象。

面向对象方法的优势包括：

• 可重用性：通过封装和继承，可以实现代码的重用，提高开发效率和系统的可维护性。

• 模块化：将系统分解为对象的集合，每个对象负责特定的功能，便于系统的理解、设计和维护。

• 灵活性和扩展性：通过多态和继承，可以轻松地添加新的功能和行为，以应对需求的变化。

• 可测试性：面向对象方法支持单元测试和模块化测试，便于对系统进行测试和调试。

常用的面向对象方法包括统一建模语言（UML）、面向对象分析和设计（OOA/D）、面向对象程序设计（OOP）等。这些方法提供了一些工具和技术，如类图、时序图、用例图等，帮助开发人员进行面向对象的建模和设计。

统一建模语言（UML）：UML是一种广泛使用的面向对象建模语言，用于描述和设计软件系统。它提供了一组图形符号和符号规则，用于表示类、对象、关联、继承、消息传递等概念。UML包括类图、时序图、用例图、活动图等不同类型的图表，可以用于可视化系统结构、行为和交互。

1. 面向对象分析和设计（OOA/D）：OOA/D是面向对象方法的一部分，强调在软件开发的早期阶段进行系统的需求分析和设计。在OOA阶段，开发人员通过识别问题领域中的概念和关系，创建概念模型和用例模型等。在OOD阶段，通过使用UML类图、序列图等进行详细设计，定义类的属性和方法，以及类之间的关系。

2. 面向对象程序设计（OOP）：OOP是一种编程范式，旨在通过组织数据和操作为对象，实现系统的设计和开发。OOP的核心概念包括封装、继承和多态，以及其他特性如抽象、接口、重用等。通过OOP，开发人员可以将系统分解为对象，每个对象负责特定的功能和行为，从而提高代码的可维护性、可扩展性和重用性。

3. 设计模式：设计模式是一种面向对象方法的重要组成部分，提供了一些经过验证的设计思想和解决方案，用于解决常见的软件设计问题。设计模式通过定义和描述在特定情境下的问题和解决方案，帮助开发人员提高系统的灵活性、可扩展性和可维护性。常见的设计模式包括单例模式、工厂模式、观察者模式等。

4. 敏捷开发方法：敏捷开发方法是一种基于迭代和增量的软件开发方法，与面向对象方法有一定的关联。敏捷方法强调通过紧密合作的团队、迭代开发和持续反馈，以快速适应需求的变化和交付有价值的软件。面向对象方法可以与敏捷方法相结合，以支持快速的系统建模、设计和开发。

通过面向对象方法，开发人员可以更好地理解和建模现实世界的问题领域，将系统分解为可管理的模块和对象，实现高度模块化和可扩展的软件系统。同时，面向对象方法还提供了一些工具和技术，帮助开发人员可视化、共享和沟通设计和实现的思想。

结构化方法

结构化开发方法（Structured Development Methods）是一种软件开发方法，旨在通过分阶段和逐步细化的方式开发软件系统。结构化开发方法强调系统的结构、模块化和逻辑流程，以实现可维护性、可测试性和可扩展性。
以下是结构化开发方法的一些关键特点和阶段：

1. 需求分析阶段：在需求分析阶段，开发人员与用户和相关利益相关者合作，收集和理解系统的需求。通过需求分析技术，如面谈、观察、问卷调查等，将用户需求转化为可验证的系统规范。

2. 概念设计阶段：在概念设计阶段，将需求转化为概念模型和功能设计。开发人员使用流程图、数据流图等工具来描述系统的功能、数据流动和处理逻辑。这些图形表示帮助开发人员理解系统的结构和行为。

3. 数据设计阶段：在数据设计阶段，开发人员定义系统中使用的数据模型和数据库结构。这包括识别实体、属性和关系，并设计数据库表和数据字典。

4. 过程设计阶段：在过程设计阶段，开发人员定义系统的处理逻辑和算法。使用结构化编程语言，如结构化查询语言（SQL）和结构化程序设计语言（例如，Pascal、C）来编写和实现系统的处理过程。

5. 编码和单元测试阶段：在这个阶段，开发人员根据过程设计阶段的规范编写源代码。单元测试用于验证代码的正确性和可靠性，通常使用单元测试框架来自动化测试过程。

6. 综合和集成测试阶段：在综合和集成测试阶段，将各个模块组合起来，并进行整体的功能和性能测试。这确保了模块的正确集成和系统的整体一致性。

7. 系统验收和部署阶段：在系统验收和部署阶段，系统交付给用户进行验收测试，并部署到实际的生产环境中。用户对系统进行评估，验证系统是否满足其需求和预期。

结构化开发方法强调模块化和逐步细化，以便于系统的理解、维护和演化。通过明确的阶段和规范，结构化开发方法帮助开发人员在软件开发过程中进行有效的计划、设计和测试。
需要注意的是，随着时间的推移，结构化开发方法在某种程度上已被更灵活和迭代的方法（如面向对象方法和敏捷方法）所取代。尽管如此，结构化开发方法仍然提供了一种重要的基础概念和原则，对于理解软件开发过程和设计原则仍然具有重要意义。

当谈到结构化开发方法时，以下是一些进一步的介绍：

1. 结构化分析：结构化分析是结构化开发方法的一部分，用于将系统需求转化为系统结构的抽象表示。它采用数据流图、数据字典和实体关系图等技术来描述系统中的数据流、数据存储和处理过程。通过结构化分析，开发人员可以分析系统的功能和流程，并确定模块化的组织方式。

2. 结构化设计：结构化设计是结构化开发方法的另一部分，用于将系统结构转化为可执行的程序设计。在结构化设计中，使用结构化编程语言（如Pascal、C）来编写模块化的代码，通过定义模块的接口和内部逻辑来实现系统的功能。结构化设计强调模块化、可读性和可维护性，以及避免冗余和复杂性。

3. 结构化编程：结构化编程是结构化开发方法中的一个重要概念，强调使用结构化的控制流程（如顺序、选择和循环）来编写可靠和可测试的代码。结构化编程通过避免使用goto语句和复杂的控制结构，提高了代码的可读性和可维护性。这种编程风格有助于降低代码错误的概率，并使代码更易于理解和调试。

4. 自顶向下和逐步细化：结构化开发方法强调从系统级别的整体视角开始，逐步细化和分解系统为更小的、更具体的模块。这种自顶向下的方法使开发人员能够以更系统化和有条理的方式进行开发，同时保持对整体系统的控制和把握。

5. 模块化和信息隐藏：结构化开发方法倡导将系统分解为相互独立的模块，每个模块负责特定的功能。模块化有助于降低复杂性，使系统更易于开发、测试和维护。信息隐藏是指将模块的内部实现细节隐藏起来，只暴露必要的接口。通过信息隐藏，可以实现模块的独立性和模块之间的解耦，提高代码的可重用性和灵活性。

6. 结构化测试：结构化开发方法强调对软件系统进行系统化和全面的测试。结构化测试包括单元测试、集成测试和系统测试，以验证系统的功能、性能和稳定性。通过结构化测试，可以发现和纠正系统中的错误和缺陷，确保系统符合规格和用户需求。

结构化开发方法在过去几十年中被广泛应用，特别是在较大和较复杂的软件项目中。然而，随着软件开发的演变和新的开发方法的出现，如面向对象方法和敏捷方法，结构化开发方法的使用逐渐减少。尽管如此，结构化开发方法的基本原则和思想仍然具有重要意义，并对软件开发者的思维方式和设计能力产生积极影响。