第十章面向对象设计讲述介绍

下页末页上页首页目录第10章面向对象设计1/8210.1架构设计第10章面向对象设计10.2详细设计10.3设计模式下页末页上页首页目录第10章面向对象设计2/82教学目的与要求⒈掌握架构设计的概念和原则;⒉掌握常用的架构摸式;⒊掌握详细设计原则和设计内容；4.了解各种设计模式；下页末页上页首页目录第10章面向对象设计3/82教学重点⒈架构设计的概念和原则;⒉常用的架构摸式;⒊详细设计原则和设计内容;⒋设计模式。教学难点⒈架构设计的概念;⒉常用的架构摸式;3.详细设计原则和设计内容。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计4/8210.1架构设计一、软件架构与框架（1）什么是软件架构软件架构是一种思想，一个系统蓝图，对软件结构组成的规划和职责设定。一个软件里有处理计算的、处理界面的、处理数据的、处理业务规则的、处理安全的等许多可逻辑划分出来的部分。软件架构的意义就是要将这些可逻辑划分的部分独立出来，用约定的接口和协议将他们有机的结合在一起，形成职责清晰、结构清楚的软件结构。软件架构是一个逻辑性的框架描述，它可能并无真正的可执行部分。大部分的软件架构都是由一个设计思想，加上若干设计模式，在规定一系列的接口规范、传输协议、实现标准等文档构成的。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计5/8210.1架构设计软件框架是软件架构的一种实现，是一个半成品。它通常针对一个软件架构当中某一个特定的问题提供解决方案和辅助工具。因此，如果说架构是一个逻辑的构成，而框架则是一个可用的半成品，是可执行的。二、软件架构的基本组成一个软件架构应当包括软件层次、每一层次的职责、层次之间的接口、传输协议和标准以及每一层次上所采用的软件框架下页末页上页首页目录第10章面向对象设计6/82软件架构的内容下页末页上页首页目录第10章面向对象设计7/82在Rose中，我们可以用包图来描述软件架构。如下图所示，描述了一个由五个层次构成的软件架构。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计8/8210.1架构设计三、架构设计原则1.自顶向下原则2.职能集中原则3.互不交叉原则下页末页上页首页目录第10章面向对象设计9/82自顶向下分包原则下页末页上页首页目录第10章面向对象设计10/82职能集中原则下页末页上页首页目录第10章面向对象设计11/82增加新类并单独分包交叉依赖的类单独分包下页末页上页首页目录第10章面向对象设计12/8210.1架构设计四、常用的架构模式1.分层架构模式分层（Layer）模式是最常见的一种架构模式。甚至说分层模式是很多架构模式的基础。分层描述的是这样一种架构设计过程：从最低级别的抽象开始，称为第1层。这是系统的基础。通过将第J层放置在第J-1层的上面逐步向上完成抽象阶梯，直到到达功能的最高级别，称为第N层。如图下所示。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计13/82分层架构模式下页末页上页首页目录第10章面向对象设计14/82分层构架具有以下优点：•层次的复用性。为每个层次建立好抽象接口，可以使其在其他环境复用。•支持基于抽象程度递增的系统设计，使设计者可以对复杂系统进行分解，从而使系统更容易模块化。•支持功能增强。因为每一层至多和相邻的上下层进行交互，因此功能的改变最多影响相邻的两层。•可替换性。独立的层次设计容易被功能相似的模块替换。•分层构架也有一些缺点，主要表现在：•效率低。分层结构通常要比单层结构效率低，原因是有时高层过分依赖底层的服务，必须经过许多中间层进行数据传递。•增加了一些不必要的工作。•改变行为的连锁反应。•设计者要建立不同合适粒度的抽象层次有一定困难。•常见的分层架构模式有：•客户端-服务器模型（Client-Server，C/S）。•三层模型：用户表示层、业务逻辑层、数据层。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计15/8210.1架构设计四、常用的架构模式2.黑板模式黑板模式的思想是，有一系列独立的模块，或者说是方案，这些方案能解决部分问题的一部分，这些方案进行协作，使得问题问题能够最终解决。这就像一群人在一块黑板前，共同解决一个问题，根据当前问题解决的程度和状态，不同的人上前到黑板上解决他所能解决的部分，这样经过多人的协作，最终能够将问题解决。这就是黑板模式这个名字的来历。黑板模式的实现分为三个主要的组件：黑板(Blackboard)，知识源(KnowledgeSource)和控制(Control)。。如图下所示。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计16/82黑板模式下页末页上页首页目录第10章面向对象设计17/8210.1架构设计四、常用的架构模式3.管道/过滤器模式管道/过滤器模式构架中的每个构件都有一组输入和输出，构件读入数据流，经过处理产生输出数据。这个过程通过对输入流的变换及增量计算来完成，因此在输入流被完全使用掉之前，变产生了输出，这样的构件就是过滤器，而构件间的连接件就像是数据流传输的管道，它将数据从一个过滤器传到另一个过滤器。其中，过滤器必须是独立的实体，它不能与其他的过滤器共享数据。多个过滤器相连，可以形成过滤器链。而每个过滤器功能单一，可以单独修改，链中过滤器的排列顺序可以根据需求进行配置。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计18/82特征：每个过滤器构件是一个独立的部件，除了输入流和输出流外，过滤器之间互不影响，因此，过滤器之间不共享任何状态信息。每个过滤器对其上游或下游连接的过滤器是透明的，它的实现和使用不对链中的任何过滤器加以限制。如下图所示。管道/过滤器模式下页末页上页首页目录第10章面向对象设计19/82•这种构架具有以下优点：•可以创建具有良好隐蔽性和高内聚、低耦合的构件。•设计者可以将整个系统的输入/输出行为看成是多个过滤器行为的简单合成。•支持软件重用。•通过添加新的过滤器或换掉旧的过滤器可以方便地维护系统，增强现有的系统功能。•可以对一些如吞吐量、死锁等问题进行分析。•支持并发过程。每个过滤器作为一个单独的任务完成，因此可与其他任务并行执行，有较高的并行处理效率。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计20/8210.1架构设计四、常用的架构模式4.中介模式中介模式是构建带有隔离构件的分布式系统，系统通过远程服务调用进行交互。中介构件负责协调通信，包括转发请求、传送结果和异常等。这样的构架模式并不是一个整体的应用程序，而是若干个独立的和互操作的构件集合。通过将功能分割成独立的构件，系统具有可分割性和可扩展性，并具有较大的灵活性、可维护性和可变性。在中介构架中，系统可以添加、移动、交换、激活和定位构件服务，可以仅通过对象接口使用服务器中的应用程序对象，而不需要要知道对象的细节或其物理位置。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计21/8210.1架构设计四、常用的架构模式5.代理模式代理模式由是客户机、服务器、代理程序、桥接、客户端代理和服务器端代理等构件组成的构架模式。•客户机通过代理程序发送请求访问服务器功能。•服务器为应用领域提供公共服务，或者向单一应用提供特定的功能服务。•代理程序位于客户机和服务器之间，协调客户机和服务器之间的活动。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计22/82•客户机端代理是客户机和代理程序之间的一个层。•桥接是用来隐藏两个代理程序互相操作的细节的可选构件，它建立一个所有系统细节封装起来的层，便于系统在异构环境中运行。通过使用代理模式，应用程序能够简单地通过向合适的对象发出消息调用访问分布式服务，而不是把重点放在低级进程间通信。另外，代理模式结构灵活，允许对对象动态改变、添加、删除和重定位。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计23/8210.1架构设计四、常用的架构模式6.MVC模式MVC是模型-视图-控制器(Model-View-Control)的简称，是一种流行的系统开发框架。MVC把交互系统的组成分解成模型、视图、控制三种部件。如下图所示。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计24/82MVC模式下页末页上页首页目录第10章面向对象设计25/82•模型部件是软件所处理问题逻辑在独立于外在显示内容和形式情况下的内在抽象，封装了问题的核心数据、逻辑和功能的计算关系，他独立于具体的界面表达和I/O操作。•视图部件把表示模型数据及逻辑关系和状态的信息及特定形式展示给用户。它从模型获得显示信息，对于相同的信息可以有多个不同的显示形式或视图。•控制部件是处理用户与软件交互操作的，其职责是控制提供模型中任何变化的传播，确保用户界面于模型间的对应联系；它接受用户的输入，将输入反馈给模型，进而实现对模型的计算控制。•模型、视图与控制器的分离，使得一个模型可以具有多个显示视图。如果用户通过某个视图的控制器改变了模型的数据，所有其它依赖于这些数据的视图都应反映到这些变化。因此，无论何时发生了何种数据变化，控制器都会将变化通知所有的视图，导致显示的更新。这实际上是一种模型的变化-传播机制。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计26/82•MVC的优点表现在以下几个方面：•可以为一个模型在运行时同时建立和使用多个视图。变化-传播机制可以确保所有相关的视图及时得到模型数据变化，从而使所有关联的视图和控制器做到行为同步。•视图与控制器的可接插性，允许更换视图和控制器对象，而且可以根据需求动态的打开或关闭、甚至在运行期间进行对象替换。•模型的可移植性。因为模型是独立于视图的，所以可以把一个模型独立地移植到新的平台工作。需要做的只是在新平台上对视图和控制器进行新的修改。•潜在的框架结构。可以基于此模型建立应用程序框架，不仅仅是用在设计界面的设计中。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计27/8210.1架构设计四、常用的架构模式7.PAC模式PAC是表示-抽象-控制(Presentation-Abstraction-Control)的简称，它也是从数据模型及界面可视化的处理中提出的交互式系统构架。PAC将用户界面从数据管理中分离出来，从而降低了部件间的耦合度。如下图所示。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计28/8210.1架构设计四、常用的架构模式8.反射模式反射模式是为动态地改变系统结构和行为提供相应机制的架构模式。它使系统维护了自身的信息，并使用这种信息来保持系统的可变性和可扩展性。一个反射系统在实现方面处于开放状态，以支持特定的结构和行为。反射构架由两部分组成：元层次(MetaLevel)和基本层次(BaseLevel)。反射架构模式有以下优点：•反射系统不直接修改源代码。•系统更新简单易行。•支持多种类型的变更。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计29/8210.1架构设计四、常用的架构模式8.反射模式反射模式是为动态地改变系统结构和行为提供相应机制的架构模式。它使系统维护了自身的信息，并使用这种信息来保持系统的可变性和可扩展性。一个反射系统在实现方面处于开放状态，以支持特定的结构和行为。反射构架由两部分组成：元层次(MetaLevel)和基本层次(BaseLevel)。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计30/8210.1架构设计四、常用的架构模式9.微核模式微核是为应对需求变化所引起的系统更改而采取的一种架构设计。这种架构强调应用系统的自修改和自扩展能力，使系统的变化与更新不影响其核心功能及关键设计，从而降低为适应不断变化的需求必须进行的系统维护成本，使系统易于移植、扩展和集成不断出现的新构件，具有高度适应性并能满足客户特殊的定制需求。下页末页上页首页目录第10章面向对象设计31/82微核模式由以下5个部分组成：•内部服务器•外部服务器•适配器•客户机•微核下页末页上页首页目录第10章面向对象设计32/8210.2详细设计一、详细设计原则•单一职责原则•“开-闭”原则•里氏代换原则•合成复用原则•依赖倒置原则•接口隔离原则•迪米特原则下页末页上页首页目录第10章面向对象设计33/8210.2详细设计二、类设计•类设计就是根据具体的实现语言将分析类转换成设计类，即按具体的实现语言，如Java、C#等，对分析类