面向对象的软件体系结构
软件开发中的软件体系结构和设计研究和应用
软件开发中的软件体系结构和设计研究和应用软件开发中的软件体系结构和设计研究和应用1. 引言软件体系结构和设计是软件开发过程中的重要环节，它们起着指导和规范开发过程、减少系统错误和故障的作用。
本文将介绍软件体系结构和设计的概念、研究内容和应用情况。
2. 软件体系结构软件体系结构是软件系统的整体结构和组件之间的关系，它包括了系统的组织方式、组件的职责和关系、系统的行为和性能特性等。
软件体系结构的设计需要考虑系统的可扩展性、灵活性、可维护性、可重用性等方面的要求。
常见的软件体系结构模式有分层结构、客户端-服务器结构、发布订阅结构等。
3. 软件设计软件设计是指根据软件功能和需求对软件进行分析、概念化、详细设计和建模的过程。
在软件设计阶段，开发人员需要确定系统的模块划分、接口设计、算法设计等。
良好的软件设计能够提高系统的可维护性、可理解性和可扩展性。
常用的软件设计方法有结构化设计、面向对象设计和面向服务设计。
4. 软件体系结构和设计的研究内容软件体系结构和设计的研究内容主要包括以下几个方面：(1) 组织和管理软件系统：研究如何将系统划分为若干模块，并定义模块之间的关系和接口。
(2) 软件体系结构模式：研究常用的软件体系结构模式，如面向对象、分布式、并行等，以及它们的特点和适用领域。
(3) 软件设计原则和方法：研究通用的软件设计原则和方法，如高内聚低耦合、单一职责原则、开闭原则等，以及如何根据具体需求选择合适的设计方法。
(4) 软件设计模式：研究常用的软件设计模式，如单例模式、工厂模式、观察者模式等，以及它们的应用场景和使用方法。
(5) 软件质量保证：研究如何通过软件体系结构和设计来保证系统的质量，包括性能、可靠性、安全性等方面的要求。
5. 软件体系结构和设计的应用情况软件体系结构和设计的研究成果在实际软件开发中得到了广泛应用。
它们对于大型软件系统的开发和维护起到了重要的指导作用。
比如，在分布式系统开发中，研究人员通过软件体系结构和设计的方法来解决系统的可扩展性、容错性等问题；在移动应用开发中，研究人员通过软件设计模式和原则来提高应用的用户体验和性能。
软件体系结构概述
软件体系结构概述软件体系结构是指软件系统的组织方式和结构框架，包括系统的组件、模块、连接方式以及它们之间的关系。
软件体系结构定义了系统的主要构成和交互方式，以及系统的整体特性和行为。
软件体系结构的设计和选择对于系统的可维护性、可扩展性、可靠性和性能等方面都有重要影响。
软件体系结构可以理解为一个软件系统的蓝图或者设计模板，它指导和限制了系统在开发和维护过程中的各个方面，并对系统的演化和重用性提供支持。
常见的软件体系结构包括客户端-服务器体系结构、分层体系结构、面向对象体系结构、面向服务体系结构等。
客户端-服务器体系结构是最常见的软件体系结构之一，它将软件系统划分为客户端和服务器两部分。
客户端负责用户界面和用户交互，服务器负责处理业务逻辑和数据存储。
这种体系结构可以提高系统的可伸缩性和可靠性，同时也增加了系统的复杂性和通信开销。
分层体系结构将软件系统划分为多个层次，每个层次具有特定的功能。
常见的层次包括表示层、业务逻辑层和数据访问层。
表示层负责用户界面的展示和交互，业务逻辑层负责系统的业务逻辑处理，数据访问层负责数据的存储和访问。
分层体系结构可以提高系统的可重用性和可维护性，同时也增加了系统的复杂性和通信开销。
面向对象体系结构利用面向对象的思想和技术进行软件系统的设计和实现。
它将软件系统划分为多个对象，每个对象具有特定的属性和方法，并通过消息传递进行交互。
面向对象体系结构可以提高系统的可重用性和可维护性，同时也增加了系统的复杂性和内存开销。
面向服务体系结构将软件系统划分为多个服务，每个服务具有特定的功能和接口。
这些服务通过网络进行通信和交互，从而实现系统的功能需求。
面向服务体系结构可以提高系统的可扩展性和跨平台性，同时也增加了系统的通信开销和服务管理的复杂性。
除了以上常见的软件体系结构外，还有其他一些特定领域的体系结构，如实时系统体系结构、并行系统体系结构等。
实时系统体系结构适用于对响应时间有严格要求的系统，它需要快速的响应和高可靠性。
面向对象软件体系结构与设计模式
面向对象软件体系结构与设计模式一、前言面向对象软件体系结构与设计模式是软件开发的重要组成部分，具有广泛的应用价值和产业意义。
本文将从面向对象软件体系结构和设计模式两个方面进行阐述，探讨其基本原理、实现方法以及应用效果。
二、面向对象软件体系结构面向对象软件体系结构是一种针对现代软件开发的设计和开发方法，其基本思想是以对象为基本单位进行系统分析和设计。
在面向对象软件体系结构中，软件系统被抽象为由各种不同类型的对象组成的集合，每个对象都具有自己的属性和方法，这些对象之间通过接口进行交互，形成一个统一的系统体系结构。
面向对象软件体系结构的优劣面向对象软件体系结构主要优势包括：1. 可复用性高：面向对象的程序设计可以高度重复使用，通过类和对象的复用，可以快速构建复杂的软件系统。
2. 易维护性高：由于面向对象的程序设计是基于类和对象的，代码的修改只需要修改相关类和对象，而不会影响系统的其他部分，从而提高了程序的可维护性。
3. 增强软件的可扩展性：面向对象开发模式下，程序员可以根据需要进行新的对象创建，从而实现弹性分层。
4. 更贴近对象的本质：程序员能够以更自然的方式来刻画问题本身中的对象。
面向对象软件体系结构的主要缺陷包括：1. 复杂度高：由于面向对象的软件系统需要对各种类型的对象进行抽象，存在相当大的复杂度，从而导致开发成本高。
2. 性能不佳：由于对多个对象的频繁交互需要进行额外的处理，面向对象软件系统在性能方面较差。
三、设计模式设计模式是一种基于面向对象编程技术的重要概念，用于解决软件设计过程中的一些常见问题。
设计模式可以被视为一个经过优化过的、在软件系统中反复使用的通用解决方案，可用于解决各种软件设计问题。
设计模式的分类根据其用途和实际应用场景，设计模式可分为三类：创建型、结构型和行为型。
下面分别进行讲解。
1. 创建型设计模式创建型设计模式通常用于创建对象的过程中，涵盖了一系列可用于创建对象的方法，例如工厂模式、单例模式、原型模式等。
软件体系结构
1.2软件体系结构研究的内容和范畴
• 体系结构风格、设计模式和应用框架的概念是从不同的目的和出发点讨论
软件体系结构，它们之间的概念经常互相借鉴和引用。
1.3体系结构设计原则
• 抽象
• 分而治之
• 封装和信息隐藏
• 模块化
• 高内聚和低耦合
• 关注点分离
• 策略和实现的分离
• 接口和实现的分离
1.3体系结构设计原则
Filter将文件分离为音频流和视频流，AVI解码Filter对视频流进行解码并送往Video表现Filter，
由后者将各帧在显示器上显示，默认的DirectSound设备用DirectSound将音频流输
出。。
1.1what is SA ？
• 其次，体系结构的描述的作用好像一个框架，系
统属性在这个框架下进行扩充，并且，它在考察
设计出合适的体系结构。经验不丰富的设计师往往把注意力集中在“功能性
需求”而疏忽了“非功能性需求”，殊不知后者恰恰是最能体现设计水平的
地方。
高水平的设计师高就高在“设计出恰好满足客户需求的软件，并且使开
发方和客户方获取最大的利益，而不是不惜代价设计出最先进的软件。（以
设计住宅为例）…
对于软件系统而言，能够满足需求的设计方案可能有很多种，究竟该选
能力，新的、更大的、更复杂的问题又摆在人们的面前。
1.1what is SA ？
• 这种全局结构的设计和规划问题包括 全局组织
结构；全局控制结构；通信和同步以及数据存取
协议；规定设计元素的功能；设计元素的组合；
物理分布；规模和性能；演化的维度；设计方案
的选择等。
• 1随着软件系统的规模和复杂性不断增加，系统
软件体系结构风格
软件体系结构风格软件体系结构设计的一个核心问题是能否使用重复的体系结构模式，即能否达到体系结构级的软件复用。
也就是说，能否在不同的软件系统中，使用同一体系结构。
基于这个目的，学者们开始研究和实践软件体系结构的风格和类型问题。
Garlan和Shaw根据此框架给出了通用体系结构风格的分类。
（1）数据流风格：批处理序列；管道／过滤器。
（2）调用／返回风格：主程序／子程序；面向对象风格；层次结构。
（3）独立构件风格：进程通信；事件系统。
（4）虚拟机风格：解释器；基于规则的系统。
（5）仓库风格：数据库系统；超文本系统；黑板系统。
下面，我们将介绍一些典型的软件体系结构风格。
1．分层系统层次系统组织成一个层次结构，每一层为上层服务，并作为下层客户。
例如，四层的分层式体系结构可以分为应用软件、业务软件、中间件和系统软件。
这种风格支持基于可增加抽象层的设计。
这样，允许将一个复杂问题分解成一个增量步骤序列的实现。
由于每一层最多只影响两层，同时只要给相邻层提供相同的接口，允许每层用不同的方法实现，同样为软件复用提供了强大的支持。
层次系统最广泛的应用是分层通信协议。
在这一应用领域中，每一层提供一个抽象的功能，作为上层通信的基础。
较低的层次定义低层的交互，最低层通常只定义硬件物理连接。
2．客户／服务器客户／服务器（Client/Server, C/S）软件体系结构是基于资源不对等，且为实现共享而提出来的，是20世纪90年代成熟起来的技术，C/S体系结构定义了工作站如何与服务器相连，以实现数据和应用分布到多个处理机上。
C/S体系结构有3个主要组成部分，即数据库服务器、客户应用程序和网络。
传统的C/S体系结构将应用一分为二，服务器（后台）负责数据管理，客户机（前台）完成与用户的交互任务。
服务器为多个客户应用程序管理数据，而客户程序发送、请求和分析从服务器接收的数据，这是一种“胖客户机”、“瘦服务器”的体系结构。
与二层C/S结构相比，在三层C/S体系结构中，增加了一个应用服务器。
软件体系结构
软件体系结构软件体系结构是指软件系统中各个组件之间的关系和结构的抽象描述。
它是构建软件系统的基础，对软件系统的设计和开发起着重要的指导作用。
本文将从软件体系结构的定义、目标和应用领域等方面对其进行详细的介绍。
一、软件体系结构的定义软件体系结构是指软件系统中各个组件之间的关系和结构的抽象描述，它包括软件系统的静态结构和动态行为。
静态结构是指软件系统中组件的组织方式和相互之间的关系，动态行为是指软件系统中组件的交互方式和相互之间的通信方式。
二、软件体系结构的目标软件体系结构的目标是实现软件系统的可重用性、可维护性、可扩展性和可伸缩性。
可重用性是指软件系统中的组件能够被多次使用，可维护性是指软件系统中的组件能够被轻松地修改和维护，可扩展性是指软件系统能够根据需求进行功能的扩展，可伸缩性是指软件系统能够根据需求进行性能的扩展。
三、软件体系结构的应用领域软件体系结构广泛应用于各个领域的软件系统开发，特别是大型跨平台和分布式系统的开发。
在金融领域，软件体系结构被应用于交易系统和风险管理系统的开发；在电子商务领域，软件体系结构被应用于在线购物系统和支付系统的开发；在物流领域，软件体系结构被应用于供应链管理系统和运输管理系统的开发。
四、软件体系结构的基本原则软件体系结构的设计应遵循以下基本原则：1. 模块化：将软件系统分为独立的模块，每个模块只负责特定的功能，通过接口进行通信和交互。
2. 松耦合：各个模块之间的依赖应尽量降低，避免模块之间的紧密耦合，以提高系统的灵活性和可维护性。
3. 高内聚：模块内部的各个元素之间应紧密关联，功能相关的元素应放在同一个模块中，以提高系统的内聚性。
4. 分层：将软件系统分为多个层次，每个层次负责不同的功能，上层层次通过接口调用下层层次的功能。
5. 可伸缩性：系统的设计应考虑未来的扩展需求，能够根据需求进行功能和性能的扩展。
六、软件体系结构的设计方法软件体系结构的设计方法有很多种，常用的有面向对象的体系结构设计方法、服务导向的体系结构设计方法和领域驱动设计方法。
软件设计与体系结构-第四章-面向对象的软件设计方法课件
l 概念模型与顶层架构设计:
l 在用户需求和相关的业务领域中，概念及概念关系的抽取
l 用户界面设计:
l 设计每个界面中的所有界面元素，确定初步的界面布局，定义用户界面动作对软件系统中设计元
素的要求
l 数据模型的设计:
l 确定设计模型中需要持久保存的类的对象及其属性，定义持久持久存储数据之间的组织方式，并
.
26
概念模型和顶层架构设计
l 边界类: 其职责包括: l 边界控制: l 包括定义数据的格式及内容转换，输出结果的呈现，软件运行过程中界
面的变化与切换等。 l 外部接口: l 实现目标软件系统与外部系统或外部设备之间的信息交流和互操作，主
要关注跨越目标软件系统边界的通信协议 l 环境隔离: l 对目标软件系统与操作系统、数据库管理系统、中间件等环境软件进行
事件流中步骤（1）
l （3）如果账户余额小于取款金额，则显示信息“账户余额不足，请重新输入”，并返回主事件流
中步骤（1）
l （4）顾客在确认取款金额前右以选择取消交易。
l 后置条件: 如果取款成功，系统从账户余额中减去相应数额，并返回等待状态；如果顾客取消交易，
则返回等待状态
.
19
用例的分析与设计
体技术没有关系 l 顶层架构的设计 l 目的: 为后续的分析和设计活动建立一种结构和划分
.
24
概念模型和顶层架构设计
l 关键概念来源: l 为建立以UML类图表示的领域概念模型，首先必须标识关键概念。关键
概念的来源包括: l （1）业务需求描述、用例说明； l （2）业务领域中的相关规范、标准、术语定义。 l （3）反映业务领域知识的既往经验。 l 业务需求描述 l 业务领域中的相关规范、标准、述评呼定义 l 反映业务领域知识的既往经验
软件体系结构
软件体系结构随着计算机科学和技术的不断发展，软件开发也越来越重要。
软件体系结构是软件开发中非常关键的一环。
它是指软件系统中各组件之间的关系和交互方式的一种描述方式。
软件体系结构不仅仅是软件系统的设计，还涉及到软件系统的架构、组件、模式等多方面的内容。
软件体系结构的定义软件体系结构是指软件设计时所考虑到的系统结构和组件之间的关系，以及它们之间的交互方式和通信方式。
它是软件系统设计的基础，可以帮助程序员们更好地规划和管理整个项目。
在实际开发过程中，软件体系结构可以将软件系统划分为若干个独立的部分，每个部分可以独立开发，最终组合成一个完整的软件系统。
软件体系结构的重要性软件体系结构在软件开发生命周期的各个阶段都会发挥重要作用。
它可以帮助软件开发者们更清楚地定义系统范围、确定模块之间的关系、减少冲突和风险等。
此外，软件体系结构还可以帮助软件开发者预测系统的变化，让系统更加易维护和扩展。
软件体系结构的种类软件体系结构可以根据不同的标准进行分类。
下面介绍几种常见的分类方式。
1. 根据结构组织按照软件系统的结构组织方式来分类，可以分为：层次体系结构、客户/服务器体系结构、面向对象体系结构等。
层次体系结构将软件系统划分为若干个层次，每个层次尽量保持独立，每个层次只依赖于下一层次，不依赖于上一层次。
这种体系结构的好处是简单易懂，可维护性高。
客户/服务器体系结构是指将软件系统分为服务器端和客户端两部分。
服务器提供各种服务，客户端通过调用服务器端提供的服务来实现自己的功能。
这种体系结构的好处是扩展性好，因为只要增加一台服务器就可以为更多的客户端提供服务。
面向对象体系结构是指将软件系统看成是若干个对象的集合。
每个对象有一些属性和方法，它们之间可以相互调用来完成一些功能。
这种体系结构的好处是维护性好，因为不同对象之间的关系比较简单清晰。
2. 根据数据流方向按照数据流的方向来分类，可以分为：单向体系结构、双向体系结构。
单向体系结构是指软件系统在数据流的传递方向上是单向的，只有一个方向。
软件体系结构风格
软件体系结构风格软件体系结构风格是指在软件系统的设计中，通过一系列的模式、原则和规范来组织和管理系统的各个组成部分之间的关系和交互方式。
不同的体系结构风格可以根据不同的需求和目标来选择和应用，从而达到更好的系统可扩展性、可重用性和可维护性。
下面将介绍几种常见的软件体系结构风格。
分层体系结构是将软件系统划分为几个相互独立的层次，每个层次都靠近系统的用户界面。
每个层次都依赖于较低层次，并提供给更高层次的功能。
这种风格可以实现系统的可复用性和可重用性，使得不同层次的变更不会影响到其他层次的结构和功能。
客户端-服务器体系结构是将软件系统划分为两个主要部分：客户端和服务器。
客户端负责与用户交互和显示信息，而服务器负责处理业务逻辑和数据存储。
这种风格可以实现系统的分布式处理，提高系统的性能和可伸缩性。
面向对象体系结构是将软件系统划分为一组相互协作的对象，并通过消息传递来进行通信和交互。
每个对象都具有自己的状态和行为，并通过继承和组合来扩展和重用现有的对象。
这种风格可以实现系统的可维护性和可拓展性，提高系统的复杂性和可重用性。
事件驱动体系结构是基于事件和事件处理的软件设计方法。
系统中的各个组成部分都可以作为事件的发布者或订阅者，通过触发事件和处理事件来实现系统的功能和交互。
这种风格可以实现系统的松散耦合和可扩展性，提高系统的灵活性和响应性。
数据驱动体系结构是基于数据流和数据处理的软件设计方法。
系统中的各个组成部分都可以作为数据的生产者或消费者，通过传递数据和处理数据来实现系统的功能和交互。
这种风格可以实现系统的高效率和低耦合，提高系统的可重用性和可维护性。
总结起来，软件体系结构风格是指在软件系统的设计中，根据不同的需求和目标选择和应用一系列的模式、原则和规范来组织和管理系统的各个组成部分之间的关系和交互方式。
通过选择适合的风格，可以提高系统的可扩展性、可重用性和可维护性，从而更好地满足用户的需求。
软件体系结构总结
软件体系结构总结引言软件体系结构是指对软件系统概要设计的抽象表示，它定义了系统的结构组成、各个组件之间的关系以及与外部环境的交互方式。
在软件开发过程中，合理的软件体系结构设计能够提高系统的可维护性、扩展性和复用性。
本文将从软件体系结构的概念、常见的体系结构风格以及体系结构设计原则进行总结。
软件体系结构概念软件体系结构是对软件系统进行高层次抽象的表示，能够描述系统的组成部分以及这些部分之间的关系。
它提供了一个框架，用于指导软件系统的开发和演化。
软件体系结构通常包括以下几个方面的描述：1.结构元素：指系统中的组件、连接器和配置。
组件是系统中的可替换部分，连接器是组件之间进行通信和协作的媒介，配置是组件和连接器的物理安排。
2.组件关系：描述组件之间的静态关系，比如依赖关系、聚合关系、继承关系等。
3.交互方式：描述组件和连接器之间的动态交互方式，包括数据流、控制流和事件触发等。
4.分析视图：描述软件体系结构的静态特性，通过分析视图可以发现系统中的潜在问题和风险。
5.设计视图：描述软件体系结构的具体设计方案，包括组件和连接器的具体实现细节。
常见的体系结构风格在软件体系结构设计中，常见的体系结构风格包括以下几种：1.面向对象体系结构：基于面向对象编程思想，将系统分解为一系列的对象，每个对象封装了数据和操作，通过消息传递进行通信和协作。
2.分层体系结构：将系统分为多个层次，每个层次都有特定的功能和责任，上层层次使用下层层次提供的服务。
3.客户端-服务器体系结构：将系统分为客户端和服务器，客户端发送请求，服务器进行处理并返回结果。
4.数据流体系结构：以数据流为中心，将系统划分为一系列的数据流和处理器，数据流通过处理器进行转换和处理。
5.发布-订阅体系结构：基于事件驱动的编程模式，组件之间通过发布者-订阅者模型进行通信。
不同的体系结构风格适用于不同的应用场景，根据系统的需求和特点选择合适的体系结构风格是非常重要的。
软件体系结构设计方法的特点
软件体系结构设计方法的特点软件体系结构设计方法是指在软件开发过程中，通过对软件系统的结构和组织方式进行规划和设计的方法。
它是软件工程中的重要环节，直接影响软件系统的稳定性、可维护性和可扩展性。
软件体系结构设计方法具有以下特点：1.模块化设计：软件体系结构设计方法注重对软件系统的模块化划分。
将系统划分为多个模块，每个模块负责特定的功能或任务。
模块化设计可以提高开发效率、降低开发难度和维护成本。
同时，模块之间的接口定义清晰，便于模块之间的协作与集成。
2.分层设计：软件体系结构设计方法通过分层设计将系统划分为若干层次。
每一层次负责不同的功能或服务，并通过明确定义的接口与其他层次进行通信。
分层设计可以提高系统的可扩展性和可重用性。
同时，各层次之间的依赖关系清晰，每一层次的实现对上层是透明的，便于功能的修改和扩展。
3.面向对象设计：软件体系结构设计方法倾向于采用面向对象的设计方法。
面向对象设计将系统划分为多个简单的对象，并通过对象间的继承、组合和关联等关系来描述系统的结构和行为。
面向对象设计具有易于理解、易于维护、易于扩展等优点，适用于复杂系统的设计和实现。
4.客户与服务的解耦：软件体系结构设计方法注重将客户端与服务端解耦。
客户端只需要关注所需的服务，而不需要关心服务的具体实现。
服务端负责提供服务并处理客户端的请求。
这种解耦可以提高系统的灵活性和可扩展性，允许系统的不同部分以不同的速度进行开发和演化。
5.弹性设计：软件体系结构设计方法强调系统的弹性设计。
系统应该具有适应性和容错性，能够在面对不同的环境和需求变化时进行调整和自适应。
弹性设计可以提高系统的稳定性和可靠性，降低系统运行的风险。
6.可视化设计：软件体系结构设计方法倾向于采用可视化的设计方法。
通过绘制各种图表、图形和图示，将系统的结构、组织和功能可视化，便于设计人员和开发人员之间的沟通和理解，促进团队的合作和协作。
7.迭代与重构：软件体系结构设计方法倡导迭代与重构。
实验一经典软件体系结构风格（一）
实验一经典软件体系结构风格(一)实验目的（1）理解管道-过滤器软件体系结构、面向对象软件体系结构的原理（2）掌握管道-过滤器软件体系结构、面向对象软件体系结构的实例（3）管道-过滤器软件体系结构、面向对象软件体系结构的编程实现实验内容1．管道-过滤器软件体系结构（1）在dos提示符下输入下面的命令：dir | more使得当前目录列表在屏幕上逐屏显示。
dir的输出的是整个目录列表，它不出现在屏幕上而是由于符号“|”的规定，成为下一个命令more的输入，more命令则将其输入一屏一屏地显示，成为命令行的输出。
（2）Java I/O流中的管道流类PipedInputStream和PipedOutputStream可以方便地实现管道-过滤器体系结构，这两个类的实例对象要通过connect方法连接。
下面程序的功能是sender发送“Hello,receiver! I`m sender”给receiver，然后receiver 接受后显示出来并且在前面加上“the following is from sender”的信息。
管道流内部在实现时还有大量的对同步数据的处理，管道输出流和管道输入流执行时不能互相阻塞，所以一般要开启独立线程分别执行，顺便复习了多线程操作。
import java.io.*;import java.util.*;public class TestPiped{public static void main(String [] args){sender s = new sender();receiver r = new receiver();PipedOutputStream out = s.getOut();PipedInputStream in = r.getIn();try{in.connect(out);s.start();r.start();}catch(Exception e){e.printStackTrace();}}}class sender extends Thread {PipedOutputStream out = new PipedOutputStream();public PipedOutputStreamgetOut(){return out;}public void run() {String str = "Hello,receiver ! I`m sender\n";try {out.write(str.getBytes());out.close();} catch(Exception e) {e.printStackTrace();}}class receiver extends Thread {PipedInputStream in = new PipedInputStream();public PipedInputStreamgetIn() {return in;}public void run(){byte [] buf = new byte[1024];try {intlen = in.read(buf);System.out.println("the following is from sender:\n"+new String(buf,0,len));in.close();}catch(Exception e) {e.printStackTrace();}}}程序的执行结果：the following is from sender:Hello,receiver ! I`m sender2．数据抽象和面向对象软件体系结构有一个已知的二维坐标系，在坐标系中定义了若干种规则的图形：圆、正方形、矩形和椭圆。
面向对象的嵌入式软件IDE的架构与设计
中国自动化学会第二十五届青年学术年会论文集面向对象的嵌入式软件IDE的架构与设计1张小琪 王培进1（烟台大学 计算机科学与技术学院，山东，烟台 264005）（E-mail: wpj@ , zxq@ ）摘 要：嵌入式硬件发展日新月异，使得软件的比重逐渐加大，针对目前嵌入式软件开发工具的不足，本文提出利用面向对象的技术来设计一种嵌入式软件IDE,使设计人员利用可重用的组件模块，搭建符合硬件要求的软件系统，大大提高开发效率和软件质量。
关键词：面向对象，嵌入式软件IDE, 交叉编译, 内核移植Object-Oriented Design and Implementation ofEmbedded System IDE SoftwareZHANG Xiao-Qi WANG Pei-Jin(School of Computer Science and Technology,Yantai University, Yantai 264005, China)（E-mail: wpj@ , zxq@ ）Abstract The rapid development of embedded hardware makes the proportion of software design increase gradually. This paper proposed one method of designing embedded software IDE based on object oriented technology because of the shortcomings of current IDE .Software designers can use these reusable components modules to infrastructure software system which meets the hardware system. This greatly improves the efficiency and quality of the development of software. Key words Object-Oriented ; Embedded software IDE; Cross Compile; Kernel Porting1烟台市科技攻关资助项目(2007148)Supported by Yantai science and technology Department (2007148) 收稿日期 2010-05-12 收修改稿日期2010-07-01Received Date 2010-05-12; in revised form Date 2010-07-011 引言随着芯片、软件、网络等技术的发展，嵌入式已经被广泛应用于科学研究、工程设计、军事技术以及文艺商业等领域，人们已经进入了后PC 时代，嵌入式系统正在以各种不同的形式改变着人们的生产，生活方式。
软件体系结构的三种风格
管道/过滤器风格
(3)数据的打包和解包 有时，系统中的过滤器需要有一个数据 转换器来对输入输出数据进行解包打包。 这样会降低系统性能，增加过滤器的复杂 性。
主程序/子程序风格
1.设计词汇表
主程序、子程序，过程、函数、模块 共享信息、调用/返回
2.构件和连接件类型
构件：各类子程序，过程、函数、模块 连接件：条件、循环、查询主程序/子程序风格
主程序/子程序风格
4.基本的计算模型
子程序在内部处理数据
5.风格的基本不变性
缺点：
1.通常导致进程成为批处理结构。 2.交互处理能力弱 这种风格是适合数据流的处理和变换，不适 合用户交互频繁的系统建模。每个过滤器都有自 己的数据，这些数据是从磁盘存储器读取，或从 另一个过滤器的输出导入进来，整个系统没有一 个共享的数据区。当用户要操作某一项数据时， 要涉及到多个过滤器对应数据的操作，其实现较 为复杂。
管道/过滤器风格
7.优缺点
优点： （1）使得软构件具有良好的隐蔽性和高内聚、低耦 合的特点。 （2）允许设计者将整个系统的输入/输出行为看成 是多个过滤器的行为的简单合成。
管道/过滤器风格
（3）系统易于维护和增强性能简单 旧的过滤器可有被替代，新的过滤器可以添 加到已有的系统上，系统的可维护性和可升级得 到了保证。
Main/Subroutine Architectural Style
主程序/子程序风格
– 这风格的体系结构是一种经典的编程范型，主 要应用在结构化程序设计当中。 – 这种风格是各程序之间是数据共享的。 – 这种风格的主要目的是将程序划分为若干小片 段，从而使程序的可更改性大大提高。 – 这种风格是单线程控制的。同一时刻只有一个 孩子结点的子程序可以得到父亲结点的控制。
面向对象技术的软件体系结构中的应用
每个 对 象 都 是 某 一 对 象 类 （ ｌ ｓ 的 实 例 （ｎｔｎ ｅ 。 ｃａ ） ５ Ｉｓａ ｖ ）
一
１ 面 向对 象 控 术
个类 实质 上 定义 的 是 一 种 对 象 类 型 ． 述 了 属 于该 描
● Ｏ０方 法 突破 了传 统的 将数 据 与操 作分 离 的 模
面 向 对象 技术 最 初 是 从面 向对 象 的程 序设 计语 言
摘 要： 阐述 了 面 向对 象 技 术 的基 车特 点 及 在软 件体 系结
Ｌ ａ ｎ ｓ ｒｈＧｒｕ 制 的 一种 完全 的 、 粹 的 、 ｅ ｆ ｇＲｅｅ ｃ ｏ ｐ研 ｉ ａ 纯 面 向对象 的 程序 设 计 语 言 ． 全 面 地 体 现 了面 向 对 象 程 较 序设 计 语 言的 特 征 由于 Ｓ ｌ ａ ｍａｌ ｌ 推 广 使 用 。 向 ｔ ｋ的 面 对 象 的方 法和 原 理很 快推 广到 与信 息 技术 有 关 的各 十
ＫＥ ＹＷ ＯＲＤ ： ｊｃ － ｉｅ ｔ Ｔ ｅ ｎｑ ｅ Ｃ ｐ ｎ ｍ ： ｙ ｔｍ Ｓ Ｏｂｅ ｔ Ｏｒ ｎ ｅ ｄ ｅ ｈ ｌｕ ； ￣ ｏ ｅ Ｓ ｓｅ
Ｍ 。ｄ ｌ Ａｒ ｈ ｔ ｔ ｅ ｅ ； ｃ ｉ ｅ ｕｒ ｃ
中圈 分 类号 ： Ｐ １ ８ Ｔ ３１ ２
对 象 为中 心 。对象 是 数据 和 有 关属 性 、 作 等 的封 装 ． 操
陈 戏 墨 （ 州 医 学 院 第二 附 属 医 院 信 息科 ， 东 广 州 ５ ０ ６ ） 广 广 １ ２ ０
面向过程、面向对象、面向组件、面向服务软件架构的分析与比较
面向过程、面向对象、面向组件、面向服务软件架构的分析与比较摘要：软件开发从汇编语言、过程式语言、面向对象、面向组件发展到面向服务，每一步都体现了不断抽象、更加贴近业务实际的发展趋势。
当前软件发展正处于从面向组件思想向面向服务思想的跨越阶段。
本文深入分析了面向过程、面向对象、面向组件、面向服务架构，得出相关的优缺点。
关键字：面向过程，面向对象，面向组件，面向服务1 背景当前，信息系统的发展越来越明显地呈现出以下特征：软件系统越来越庞大，但是软件系统内部组成模块的规模却越来越小；软件系统的功能越来越复杂，但是系统的开放性却越来越好。
信息系统软件正向着不依赖于特定的硬件和操作系统以及具有高度可重用性的方向发展。
在这种情况下，人们对这种大型复杂软件产品的质量和开发速度都有了更严格的要求，传统的开发方法已经难以满足这种需求。
首先，我们来分析一下几种传统的系统开发方法。
1）自底向上法自底向上法出现于早期的计算机管理应用系统，即在进行系统分析和设计时自下而上，先从底层模块做起，然后逐步完成整个系统。
自底向上法使得系统的开发易于适应组织机构真正的需要；有助于发现系统的增长需要，所获得的经验有助于下一阶段的开发，易于控制和管理。
但由于方法的演变性质，自底向上法使系统难以实现其整体性；同时由于系统未进行全局规划，数据一致性和完整性难以保证；而且为了保证系统性能的需求，往往要重新调整，甚至重新设计系统。
2）自顶向下法随着信息系统规划的扩大和对开发经验的总结与归纳，自顶向下的系统分析方法论逐步得到了发展和完善。
自顶向下法要求开发者首先制定系统的总体规划，然后逐步分离出高度结构化的子系统，从上至下实现整个系统。
运用这类方法可以为企业或机构MIS的中期或长期发展规划奠定基础，同时支持信息系统的整体性，为系统的总体规划、子系统的协调和通信提供保证。
但它同样也存在缺点：对系统分析、设计人员要求较高，在大系统中，对下层系统的实施往往缺乏约束力，开发的周期长，系统复杂，成本较高。
软件各体系结构的特点
一．练习题1.为什么说面向对象软件体系结构取消了共享存储空间？答案：使用共享存储空间之后，多个子程序会使用共同的数据，容易造成公共耦合，软件各子程序之间的耦合度会提高，影响了软件的质量。
一个好的软件应当是高内聚低耦合的。
2.主程序-子程序体系结构与面向对象体系结构各自使用什么设计方法？各自最终得到什么图?主程序-子程序体系结构在设计上使用层次化的划分方法，通常采用自顶向下的功能化设计方法，最终得到的图为：面向对象体系结构在设计上使用面向对象的设计方法，可以隐藏对象的内部状态并且要求所有对象之间的交互都通过该方法，即进行了数据封装，这也是面向对象编程的基本原则。
面向对象体系结构最终得到的图为：3.指出结构化编程所产生的程序比面向对象编程所产生程序的优越之处结构化编程的优点有以下两点：1.逻辑设计与物理设计分离2.开发过程中形成一套规范化的文档，便于将来修改和维护。
相对于面向对象而言，面向对象占用的内存较大而且一个对象只有知道另一个对象的属性方法之后才可与之交互，增加了编程的复杂度。
4.指出与开发语言相适应的设计方法COBOL语言：非结构化编程技术FORTRAN语言：结构化编程技术C语言：典型的主程序—子程序设计风格C++：面向对象设计方法Java：面向对象设计方法5.假设已经利用结构化设计产生了一个程序结构图，现在要增加一项新的功能，结构图会有什么变化？在已经利用结构化设计产生的程序结构图中增加一项新的功能，结构图整体并不会有多大的变化，整体仍呈现出原本的自顶向下的结构。
6.假设已经利用面向对象设计产生了一个程序设计类图，现在要增加一项新的功能，程序设计类图会有什么变化？由于在面向对象设计中，对象之间的交互实现困难，所以在原本的程序设计类图上增加一个新的功能，可能会打乱原有的结构图，并出现更多错综复杂的关系。
软件体系结构研究进展
软件体系结构研究进展软件体系结构研究进展软件体系结构是软件系统的基础性设计，负责定义软件的整体框架、组织结构及各个组成部分之间的关系，以实现软件系统的功能和性能需求。
随着信息技术的快速发展，软件系统正处于快速演进和多样化的时代，软件体系结构研究也迎来了新的机遇和挑战。
软件体系结构研究的起源可以追溯到20世纪70年代，当时人们开始认识到软件复杂性的挑战，如何将复杂的软件系统分解为简单的模块，并定义它们之间的接口成为研究的重点。
随着计算能力和存储容量的提高，研究者们开始尝试更加灵活和模块化的软件设计方法。
在80年代，面向对象的软件体系结构设计方法逐渐流行起来，将软件系统分解为对象，并建立对象之间的继承、组合和关联关系，为软件复用和可维护性提供了理论和实践基础。
进入90年代，随着分布式计算和客户-服务器模式的兴起，软件系统的规模和复杂性进一步增加。
此时，面向服务的体系结构开始崭露头角，将软件系统分解为服务，并通过网络进行通信和协作。
面向服务的体系结构强调松耦合和可伸缩性，为软件系统的开发、部署和管理提供了新的思路和工具。
与此同时，原型化和快速迭代的软件开发方法也成为流行趋势，强调通过快速反馈来逐步完善软件体系结构。
进入21世纪，随着移动互联网、云计算和大数据等新技术的出现，软件体系结构研究又迎来了新的挑战和机遇。
移动设备的普及带来了新的用户体验和交互方式，使得软件系统的前端设计变得尤为重要；云计算的兴起为软件系统的弹性和可扩展性提供了新的解决方案；大数据的应用推动了软件系统的数据管理和分析能力的发展。
此外，人工智能、物联网和区块链等新技术的涌现也为软件体系结构的研究提出了全新的问题和挑战。
相对于传统的软件体系结构，现代软件系统更加复杂、庞大和多样化，因此需要更加灵活、可扩展和可维护的软件体系结构设计方法。
目前，一些新的研究方向和趋势吸引了研究者们的关注。
例如，基于微服务架构的软件设计，通过将软件系统拆分为独立的微服务，实现松耦合和可伸缩性；容器化技术的兴起，通过将软件系统打包为容器，实现跨平台和快速部署；领域驱动设计，将软件系统建模为一个领域对象的集合，实现问题领域和软件设计的紧密集成。
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interDeptLink: deptServer: LAN 1 Fileserver
1..* 1 1
deptCorpLink: TCP/IP 1 1..*
corpServer: 1 MainFrame
opStation: WorkStation
1..*
opCorpLink: TCP/IP
三层C/S商业系统的配置图
:Configure Knowledge
2.2 用配置图描述系统结构
并不是所有的系统都需要建立配置图，一个单 机系统只需建立包图或构件图。配置图主要用于在 网络环境下运行的分布式系统或嵌入式系统的建模。
打印机 系统管理 （执行码） 通用应用 （执行码）
资源管理
桌面 客户 资源管理 （执行码）
数据库服务器 DB:数据库
3.5 代理
从部件的角度看，代理（agent）是服务器。 从体系结构的角度看，代理是模拟企业工作流程中 的行动者。在代理的体系结构中，需要一个控制器。
mymailer: Mailer
image.java
+Mailbox +RoutingList －MailQueue
:Mailbox :RoutingList
:MailQueue
2. 组件的实例 表示运行期间可执行的软件模块。只有可执行的 组件才有实例。
2.3 用构件图来描述系统软件环境的配置
窗口控制 （whnd.cpp） 窗口控制 (whnd.obj) 图形库 (graphic.dll)
流程处理系统 层状系统
客户－服务器系统
三级和多级系统
代理
三、体系结构图的标记法
通常采用一组简单的工程式样标记来构造体系结 构图（architecture diagram）,这组标记是以UML的 配置图为基础的。 配置图由多个结点（ node)、连接器（ connector） 构成。
Client Node(客户机结点)
体系结构模式表示软件系统的基本结构化组织图式。 体系结构模式可以作为具体软件体系结构的模板。
2.设计模式(design pattern) 由一些更基本的成分构成,是进行设计的“砖头”， 可以用于同类的其他设计，也称为模型架构(model framework)。它用于细化软件系统的子系统或组件。
二、常用的通用模式
数据库 服务请求
结果 应用程序
网络
客户(Client)
典型的客户－服务器(C/S)结构
一、如何解决客户－服务器系统的限制？
１. 针对网络瓶颈问题，尽量减少客户机作远程调用， 如把一组运算组合起来，在一个远程调用中处理。 ２ 为了解决服务器的变动引起客户机的改变，采用 “轻型客户机” (thin cilent)。如Web浏览器/服务器模式， 简称B/S (Browser/Server）模式。 它无须在不同的客户机上安装不同的客户应用程序， 而只需安装通用的浏览器软件。 简化了系统的开发和维护。系统的开发者无须再为不 同级别的用户设计开发不同的客户应用程序了，只需把所 有的功能都实现在Web服务器上，并就不同的功能为各个 组别的用户设置权限就可以了。
存储层
数据库
UML包表达的体系结构单元
2.2 用配置图描述系统结构 配置图是一个架构，用来详细说明技术单元和它 们之间的链接。又可分为硬件环境的配置图和软件环 境的配置图。
三、设计样式
ONE DESKTOP
ONE DEPARTMENT
THE CORPORATION
UserStation: Personal Computer
表示层 表 示
应用逻辑层
领
域
服
务
存储层
数据库
图6.1 UML包表达的体系结构单元
2.1 用包图描述系统的体系结构
二、应用包图要解决的问题
表 示
⑴如何组织包？ 应将概念或语义相近的模 型元素 ( 对象类 ) 纳入一个包。 即包具有高内聚性，包中的类 具有功能相关性。
表示层
应用逻辑层
领
域
服
务
⑵如何确定包之间的关系？ 包之间的联系主要有两种： 依赖和泛化。
Thin Clients
（客户机） Thin Clients （轻型客户机）
ClientB Web Server （服务器）
HTTP
ClientA
CORBA/IIOP
business logic node（商业逻辑结点）
SQL
Security （保安）
Event （事件）
Search （搜索）
:Object Database :Health Care Domain TCP/IP a Windows PC(客户机) :Heart Unit UI :Configure users :Heart Unit Client Facade 医院诊疗系统的配置图(C/S)
:Heart Unit Server Application
Client A
Client B
Client C Client D
Server (服务器)
客户机/服务器系统
限制： 1. 客户机与服务器的通信依赖于网络，可能出现网络阻 塞的瓶颈(bottleneck)现象。 2. 服务器及界面的改变将引起客户机的相应改变。
C/S结构的数据库
服务器(Server) DBMS
关 系
通信控制 (comhnd.cpp)
通信控制 (comhnd.obj)
客户程序 (client.exe)
主控模块 (main.cpp)
主控模块 (main.obj)
构件
构件图实例
Ⅲ 基于模式的软件体系结构
一、什么是软件体系结构的通用模式 1. 体系结构模式（architecrul pattern）
面向对象的
软件体系结构
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
Ⅰ面向对象体系结构
一、什么是体系结构
从一般意义上说，体系结构包括两个层面: 硬件体系结构（Hardware Architecture ） 软件体系结构（Software Architecture ）
硬件体系结构指系统的硬件组织模式；而软件体 系结构则描述软件的组织模式。这里我们主要关注软 件体系结构的问题。 体系结构反映了系统的总体结构，是从全局上描 述系统。
ClientC
ClientD
第三级
business logic node（商业逻辑结点）
客 户 机
Security
（安全）
Event
（事件）
Search
（搜索）
第二级
Database management node
（数据库管理结点）
第一级
三级体系结构
3.4 三级和多级系统
可由三级系统的概念推广到多级系统(multi-tier system), 即由多个C/S对组成。
Ⅰ面向对象体系结构
二、体系结构建模
体系结构建模（architecture modeling）首先要 建立系统的基本模型，并将该模型映射到软硬件单 元上。主要讨论以UML为基础的体系结构建模。
三、什么是面向对象的体系结构？ 面向对象的体系结构与传统的体系结构不同， 它强调的是分布式对象的分配、部件及其界面、 面向对象的通信方法。
Ⅰ面向对象体系结构
四、建立软件体系结构的重要性
软件技术研究的主要方面：软件理论、编程和 软件设计方法、软件工程环境、软件体系结构和中 间件中，软件体系结构最重要。 软件开发首先要解决高层问题的决策，再逐步 细化。 系统能否适应用户初期需求的模糊性和需求的 变化，主要取决于软件体系结构。 软件体系结构是软件质量的保证。
含商业逻 辑对象
Database management node （数据库管理结点）
四级体系结构
多级系统的特点
优点： １. 系统功能分布在多级或服务器上，系统易于维护和 扩充。 ２. 进行分级控制，可对不同级的客户机提供不同水平 的服务。 ３. 可方便地将中间级与企业的其他系统连接起来。 ４. 多级系统可以对同时使用系统的客户机提供服务。 限制： １. 各对客户机与服务器之间有多种不同的通信协议，要 求熟悉不同协议的专业人员。 ２. 数据行经的多级结点，分布在不同的计算机系统中，目管理 桌面 客户 项目管理 （执行码）
打印机
项目与资源管理系统的配置图
2.3 用构件图来描述系统软件环境的配置 构件图又称为组件图，组件（Component）是系 统的物理可替换的单位，代表系统的一个物理组件及 其联系，表达的是系统代码本身的结构。 １. 简单组件与扩充组件
Mailer
3
后处理器
System Services（系统服务）
流程处理系统
系统的主要特色是：三个处理部件之间是单向连接的， 可能安装在不同的计算机上。 常用于数据与图像处理、计算机模拟、数值解题等。
3.1 流程处理系统
优点： 系统由各处理部件简单组合，易于扩充处理， 部件易于复用。适合于在大规模并行计算机中 (massively parallel computer)运行，解决复杂的工 程技术问题。 限制：
3.2 层状系统
优点： 1. 按照功能层次划分，降低系统复杂度，系统设 计更加清晰。 2. 内层与外界隔离，可有效控制内层的函数和服 务。 ３. 新的及常用运算（查询）可在界面层中引入， 由内层服务支持，可提高系统性能。 ４. 独立的层，可以作为构件或结点使用。 限制： 1. 层数过多，系统性能下降。 2. 标准化的层界面可能变得臃肿，使函数调用性 能下降。
3.4 三级和多级系统
第一级是数据库管理结点(database management node)。 第二级或中间级是“商业逻辑结点” (business logic node), 是指具体应用中实施的 程序逻辑和法则。 第三级是用户界面级，强调高效、方便易用的用户界面。