烟台大学软件工程课件第7章

即使出现必须修改设计的情况，也应该使修改的范围尽可 能小
7.2 面向对象设计建模



基于面向对象的分析阶段结束，即可以开始面向对 象的设计。 面向对象的设计主要是考虑“如何实现”的问题， 其关注的焦点是从问题空间转移到解空间，着重完 成各个不同层次的模块设计。 因此设计不仅要说明为实现需求必须引入的类、对 象以及它们之间是如何关联的，描述对象间如何传 递消息和对象行为如何实现，还需要从提高软件设 计质量和效率等方面考虑如何改进类结构和可复用 类库中的类。
模块内部成分的组合纯属偶然。
低内聚 偶然内聚（Coincidental Cohesion）

一些无任何联系语句可能在多个模块中重复多次，为节省 存储，把它们抽出来组成一个新的模块。 缺点（1）不易修改和维护 （2） 模块的内容不易理解，很难描述所完成的功能， 增加程序的模糊。 （3）可能会把一个完整的程序段分割到许多模块内， 在程序运行过程中将会频繁地互相调用和访问数据。
设计简单的类

避免包含过多的属性
有明确的定义
尽量简化对象之间的合作关系 不要提供太多服务
使用简单的协议

一般说来，消息中的参数不要超过3个。
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。
使用简单的服务

一般说，应该尽量避免使用复杂的服务。
若模块的所有输入都是实现功能必不可少的，所 有输出都有动作产生，即成为定义明确的模块。 可重复使用的软件组件。


软件构件(Software Component)


现有的可复用构件，大多是在对象的基础上创建。
2、抽象与细化

抽象




提取客观世界中一群事物的某些本质共性，而暂 时忽略他们的非本质的细节，是一个从特殊到一 般的过程。 分层次考虑和处理问题(数据和过程) 过程抽象：把完成一个特定功能的动作序列抽象 为一个过程名和参数表，以后通过指定过程名和 实际参数调用此过程。 数据抽象：把一个数据对象的定义抽象为一个数 据类型名，用此类型名可定义多个具有相同性质 的数据对象。
中耦合

控制耦合


在模块间传递的信息是用作控制信号的开关值或标志 量。 控制模块必须知道被控制模块的内部逻辑，从而增强 了模块间的相互依赖。
读入分数 平均 / 最高 ?
控制 信号
计算平均分 输出结果
计算最高分
较强耦合

外部耦合

允许一组模块访问同一个全局变量 允许一组模块访问同一个全局性数据结构
7.1.2 软件设计的任务

软件设计的任务

把分析阶段产生的软件需求说明转换为用适当手段 表示的软件设计文档。----解决“如何做” 的问题
数据设计：信息模型 软件数据结构； 体系结构设计：定义软件主要组成部件之间的关系； 接口设计：软件内部、外部及与人之间的通信 （数据流和控制流） 过程设计：将软件体系结构的组成部件转变为对软 件组件的过程性描述。
设计策略
在使用面向对象方法学开发软件的实践中，得出了下 面一些基于经验的启发规则，这些规则往往能帮助软件开 发人员设计出好的方案来，以保证软件的质量。 （1）设计结果应该清晰易懂 （2）一般-特殊结构的深度应适当 （3）设计简单的类 （4）设计简单的协议 （5）设计简单的服务 （6）减少设计变动
设计结果应该清晰易懂
低内聚
偶然内聚(巧合内聚) A 例:
M MOVE READ MOVE O
B
C
TO R FILE F S TO T
模块M中的三个语句没有任何联系 缺点：可理解性差， 可修改性差
低内聚

逻辑性内聚

由若干个逻辑功能相似的成分组成。 执行时须从模块外引入判断量，增大块间耦合。
读入分数
平均 / 最高 ? 计算平均分 输出结果 计算最高分
例如:初始化系统模块、 系统结束模块、 紧急故障处理模块等均是时间性聚合模块.
中内聚

过程性内聚

模块中包含的一组任务必须按照某一个特定 的次序执行。
建立方程组系数矩阵
高斯消去法
回 代
中内聚

通信性内聚

模块内部的各成分使用同一种数据输入，或产生同一个数 据输出。

他们靠公用数据连接在一起。
开领 书单 发票 登记 售书
目的

4、软件复用




Design with reuse, design for reuse 很久以来，人们都盼望着软件可以复用； 使开发人员能充分利用已有的现成构件，不 必一切从头做起； OO技术的流行加快了这一理想的实现，今 天软件复用已经成为软件开发，尤其是软件 设计中的一项重要活动，使软件复用与软件 设计结下了不解之缘，上升为软件设计中的 又一基本策略。

内容


7.1.3模块化设计

定义

把大型软件按照规定的原则划分成一个个较小的、 相对独立但又相互关联的模块。 分解 模块独立性 分解 模块独立性 自顶向下与由底向上

指导思想


内容

1.分解

分解是处理复杂问题的常用方法

传统软件工程：利用分解画分层DFD图； 设计阶段：利用分解实现模块化设计； OO软件工程：利用分解划分类和对象。
模块成本 模块数
2.模块独立性



概括了把软件划分为模块时要遵守的准则，也是判断 模块构造是不是合理的标准。坚持模块的独立性，是 获得良好设计的关键。 衡量标准 模块本身的内聚 模块内部各个成分之间的联系 又称块内联系或模块强度 模块间的耦合 一个模块与其他模块之间的联系 又称块间联系 模块独立性越高，块内联系越强，块间联系越弱。
7.2.2面向对象设计的任务


系统架构设计 系统高层结构设计 确定设计元素 确定任务管理策略 实现分布式机制 设计数据存储方案 系统元素设计 类/对象设计 子系统设计 包设计
7.2.3模式的应用

模式定义：解决某一问题的方法论，对通用问题的通用解 决方案。 目的：把某类问题的方法总结，供其他人员参考或直接套 用。 软件模式分类 架构模式：软件系统的基本结构组织方案。提供一组预定 义的子系统，指定职责以及组织间关系的指导规则。 设计模式：提供对面向对象的具体设计问题的解决方案， 使结果具有良好的可扩展性和重用性。 习惯用法：针对具体程序设计语言的使用模式。
7.2.1面向对象的设计模型
属性、操作、协作者
类/对象 模型
对象-关 系模型
责任设计 消息设计
类及对象设计 子系统设计
用例模型
对象-行为模型
系统架构设计是描述整个系统的总体结构，使
得所设计的软件能够满足客户定义的需求，并实 现支持客户需求的技术基础设施。
类及对象设计包含每个对象的设计表示， 以及类层次关系。 消息设计描述对象间的消息模型，建立系 统的外部和内部接口，也包括每个对象和 其他协作者通信的细节。 责任设计则是针对每个对象的所有属性和 操作的数据结构和算法的设计。
如果一个服务中包含了过多的源程序语句，或者语句嵌套 层次太多，或者使用了复杂的CASE语句，则应该仔细检 查这个服务，设法分解或简化它。

如果需要在服务中使用CASE语句，通常应该考虑用一 般——特殊结构代替这个类的可能性。
把设计变动减至最小

通常，设计的质量越高，设计结果保持不变的时间也越长。

用词一致
使用已有的协议
减少消息模式的数目 避免模糊的定义
一般——特殊结构的深度应适当

应该使类等级中包含的层次数适当。
一般说来，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7±2。

不应该仅仅从方便编码的角度出发随意创建派生类，应该 使一般——特殊结构与领域知识或常识保持一致。
领书单
删除
文 件 修改
售书登记表
高内聚

顺序性内聚/信息内聚

各个功能都在同一数据结构上操作，每项功能有唯一的入口
点。如对符号表有查找、登录、删除、修改等操作，把查找、
登录、删除、修改等功能设计在一个模块中，以实现信息的 隐蔽。

功能性内聚

模块中的所有的成分结合在一起，用于完成一个单一的功能。

功能性内聚最强，与其他模块联系少，最优 其他的高内聚和中内聚模块也可以使用 低内聚模块尽量避免使用
（2）. 耦合
非 直 接 耦 合 数 据 耦 合
coupling
特 征 耦 合 控 制 耦 合 外 部 耦 合 公 共 耦 合 内 容 耦 合
耦合是对软件内部块间联系的度量。
１
２
３
４
５
６
７
弱耦合
逻辑内聚模块
A E B F C G E、F、G逻辑 功能相似，组 成新模块EFG C A1 B1 C1 公用代码段
A
B
公用代码段
EFG模块内部逻辑 EFG 缺点：增强了耦合程度(控制耦合) 不易修改，效率低
低内聚

时间性内聚

模块所包含的成分，是由相同的执行时间将他 们连接到一起。

要求在同一时间内执行。

公共耦合

Ａ
Ｌ
公共耦合图示
Ｂ Ｃ Ｎ
Ｄ
强耦合

内容耦合

一个模块可以直接调用另一模块中的数据，或者允
许一个模块直接转移到另一个模块中去。
内容耦合
Entry1 …… Entry1 …… 多入口模块