软工导论知识框架（七）面向对象设计

一.设计准则

• 分析：提取、整理用户需求，建立问题域精确模型。
• 设计：转变需求为系统实现方案，建立求解域模型。

在实际的软件开发过程中分析和设计的界限是模糊的，分析和设计活动是一个多次反复迭代的过程。分析的结果可以是设计的一部分，设计又可以对分析产生更加严格的要求。

面向对象方法学在概念和表示方法上的一致性，保证了在各项开发活动之间的平滑(无缝)过渡，领域专家和开发人员能够比较容易地跟踪整个系统开发过程，这是面向对象方法与传统方法比较起来所具有的一大优势。

1、抽象（过程与数据均支持抽象）

通过类抽象机制实现，提高可重用性

2、信息隐蔽

通过封装性实现，提高独立性。

3、弱耦合：

交互耦合：对象间通过消息连接实现。（追求松散）

• 降低消息连接复杂度（减少参数个数，降低参数复杂度）
• 减少信息数 

继承耦合：一般类和特殊类之间耦合。（追求紧密）

有继承关系基类和派生类是系统中粒度更大模块。

4、强内聚

• 服务内聚：只完成一个功能。
• 类内聚：一个类只有一个用途，否则分解。
• 一般特殊内聚：设计合理，是对领域知识正确抽取。

5、可重性 （设计时就要考虑）

• 尽量利用已有类（类库、已创建类）    
• 创建新类考虑以后可重用性

二.启发规则（遵守规则有助于设计出高质量设计结果）

1、设计结果清晰易懂。

• 用词一致
• 使用已有协议
• 减少消息模式的数目
• 避免模糊的定义

2、一般-特殊结构深度适当。

约100个classes，则设计7±2层

3、设计简单class

• 避免过多attributes 
• 分配给每个类任务应简单
• objects间合作关系简单
• 避免过多methods（7个）

4、使用简单的协议

经验表明，通过复杂消息相互关联的对象是紧耦合的，对一个对象的修改往往导致其他对象的修改。

5、使用简单的服务

三.系统分解

面向对象设计模型：四部分组成（有些领域目标系统可只由3个或更少子系统组成）

• 问题域：直接负责实现客户需求子系统。
• 人机交互：实现用户界面子系统，包括可复用的GUI子系统。
• 任务管理：确定各类任务，把任务分配给适当的硬件或软件去执行。
• 数据管理：负责对象的存储和检索的子系统。 

子系统间交互方式：

客户供应商关系：“客户”子系统了解“供应商”子系统接口，反之则不用。

平等伙伴关系：各子系统都有可能调用其它子系统，或为其它子系统提供服务。交互方式复杂，各子系统需要了解彼此接口。  

四.设计问题域子系统

1.设计基础: 分析阶段精确问题域模型。

2.设计任务 :从实现角度补充、修改问题域模型。

可能做的修改或补充主要包含如下几个方面：

• 调整需求：用户需求或外部环境变化；分析模型不完整、准确。

        无论出现上述哪种情况，通常都只需简单地修改面向对 象分析结果，然后再把这些修改反映到问题域子系统中。

• 重用已有类（设计阶段必须开始考虑）

        根据问题解决的需要，把从类库或其他来源得到既存类 增加到问题解决方案中去。

• 把问题域类组合在一起

        设计时，从类库中引进一个根类，作为包容类，把所有与问题域有关的类关联到一起，建立类的层次。

• 增加一般化类

        某些特殊类要求一组类似的服务，应加入一般化的类，定义为所有特殊类共用的一组服务名，服务都是虚函数；在特殊类中定义其实现（例如C++中的模板函数）

• 调整继承关系

        在OOA阶段建立的对象模型中可能包括多继承关系，但实 现时使用程序设计语言可能只有单继承，需对分析结果修改。

五.设计人机交互子系统

1.分析阶段：用户界面需求。

2.设计阶段：确定人机交互细节，窗口报表形式，命令层次等。

3.Theo Mandel三条黄金原则

• 置用户于控制之下
• 减少用户的记忆负担
• 保持界面一致

• 允许用户操作控制的原则：

1)交互模式的定义不能强迫用户进入不必要的或不希望的动作的方式

2)提供灵活的交互

3)允许用户交互可以被中断和撤销

4)当技能级别增长时可以使交互流水化并允许定制交互

5)使用户隔离内部技术细节

• 能够减少用户记忆负担：

1)减少对短期记忆的要求

2)建立有意义的缺省

3)定义直觉性的捷径

4)界面的视觉布局应该基于真实世界的隐喻

5)以不断进展的方式揭示信息

• 用户应以一致的方式展示和获取信息:

1)所有可视信息的组织均按照贯穿所有屏幕显示所保持的设计标准

2)输入机制被约束到有限的集合，在整个应用中被一致地使用

3)从任务到任务的导航机制被一致地定义和实现

4.Web界面设计

简洁性

• 避免使用许多复杂的图片和动画等造成用户操作的分心
• 界面布局应当适合清晰地表达信息
• 具有与之匹配的导航性

一致性

• 诸如同样的按钮在所有窗口中保持一致的位置
• 始终使用 一致的配色方案
• 在web界面设计时，需要注意美观和性能之间的折中平衡， 太大的图片会造成系统时间的不必要浪费。

 

 使用颜色的指导原则

• 避免使用太多的颜色（通常一个窗口内不要多于三种颜色）
• 使用颜色的变化显示系统状态的变化
• 注意在低分辨率情况下的颜色显示

注意颜色的搭配

六.设计任务管理子系统

• 在实际系统中，许多对象之间往往存在相互依赖关系。 设计工作的一项重要内容就是，确定哪些是必须同时动作的对象，哪些是相互排斥的对象。进一步设计任务管理子系统。
• 系统总有许多并发行为，需按照各自行为的协调和通信关系， 划分各种任务（进程），简化并发行为的设计和编码。
• 确定各类任务，把任务分配给适当的硬件和软件去执行。
• 根据动态模型分析、定义并发行。

 1、分析并发性

并发对象：

• 无交互行为的对象
• 同时接受事件的对象

定义任务：检查各个对象的状态图，找没并发对象的路径。（任何时候路径中只有单个对象是活跃的），称控制线。通过分离出控制线设计任务。

并发任务的分配方案：

• 每个任务分配到独立的处理器
• 分配到相同处理器，通过操作系统提供并发支持

2、设计任务子系统

• 事件驱动型：指睡眠任务（不占用cpu），某个事件发生，任务被触发，醒来做    相应处理，又回到睡眠状态。
• 时钟驱动型任务：按特定时间间隔去触发任务进行处理。如某些设备需要周期性的采集数据。
• 确定优先任务：高优先级，分离成独立任务，保证时间约束。
• 确定关键任务：严格可靠性，分离考虑，精心设计和编码，严格测试。
• 确定协调任务：三个以上任务，引入协调任务，控制封装任务间协调。
• 尽量减少任务数：任务多，设计复杂、不易理解、难维护
• 确定资源需求：计算系统载荷，每秒处理业务数，处理一个业务花费时 间，估算所需cpu（或其他固件）处理能力。

综合考虑，确定哪些任务硬件实现，哪些任务软件实现。

七.设计数据库管理子系统（检索和存储对象的基础）

1.选择数据存储管理模式

文件管理系统

• 成本低，简单。
• 操作级别低，不同操作系统的文件系统差别大。

关系数据库管理系统

面向对象数据库管理系统

• 扩展的关系数据库管理系统：增加抽象数据类型，继承等机制，如oracle8.0 。
• 扩展的面向对象语言：增加数据库存储和管理对象机制。

2.设计数据管理子系统

设计数据格式与数据存储管理模式密切相关：

(1)文件系统：达到第一范式；减少文件数；编码减少文件中属性值。

(2)关系数据库管理系统：达到第三范式，满足性能和存储需求。

(3)面向对象数据库管理系统：同（2）。

范式：对表的数据结构进行规范，规范化的模式称为范式。

设计相应服务

1）文件系统：打开文件、记录定位、检索记录、更新。

2）关系数据库管理系统：哪些由数据库管理系统承担，哪些由前端开发工具承担；访问哪 些库表、定位记录、更新等。

3）面向对象数据库管理系统： 同（2）。