软件工程-10.面向对象设计课件.ppt

1、2022-7-28J.Yu,计算机学院1软件工程软件工程4 Software Engineering(An Introduction)软件工程软件工程2022-7-28J.Yu,计算机学院24软件工程软件工程第第6-10章章 面向对象设计面向对象设计2022-7-28J.Yu,计算机学院3 设设计计 编编码码 信信息息描描述述 功功能能描描述述 行行为为描描述述 其其它它需需求求 数数据据设设计计 过过程程设设计计 总总体体结结构构设设计计 软软件件需需求求规规格格说说明明书书 软软件件设设计计规规格格说说明明书书 软件需求分析与软件设计之间的关系软件需求分析与软件设计之间的关系4 分析模型分

2、析模型 设计模型设计模型What?How?2022-7-28J.Yu,计算机学院44 分析模型分析模型 设计模型设计模型在软件分析模型中的需求信息在软件分析模型中的需求信息(数据、数据、功能和行为功能和行为)基础上，产生软件系统各基础上，产生软件系统各个层次上的设计方案个层次上的设计方案子子 系系 统统 设设 计计类及对象设计类及对象设计消息设计消息设计责任设计责任设计分析模型分析模型设计模型设计模型2022-7-28J.Yu,计算机学院6软件设计的任务软件设计的任务4 分析模型分析模型 设计模型设计模型2022-7-28J.Yu,计算机学院74 第第10章章 面向对象的设计方法面向对象的设计

3、方法面向对象设计是将面向对象设计是将面向对象分析所创建面向对象分析所创建的分析模型的分析模型进一步细化形成软件设计模进一步细化形成软件设计模型的过程。如果说，型的过程。如果说，分析模型描述了系分析模型描述了系统需要完成的功能统需要完成的功能，在设计阶段则描述，在设计阶段则描述了了如何实现分析阶段所定义的软件功能如何实现分析阶段所定义的软件功能。2022-7-28J.Yu,计算机学院84 10.1 面向对象设计的概念面向对象设计的概念面向对象分析的面向对象分析的任务任务是解决系统是解决系统“做做什么什么”的问题。而在面向对象设计阶段的问题。而在面向对象设计阶段则着重完成则着重完成“如何做如何做”

4、的问题，也就的问题，也就是着重考虑对象的实现细节。是着重考虑对象的实现细节。2022-7-28J.Yu,计算机学院94 10.1.1 对象、操作和消息对象、操作和消息在面向对象的设计过程中，数据结构在面向对象的设计过程中，数据结构和对数据结构的操作被封装到了对象和对数据结构的操作被封装到了对象里，因此对象成了面向对象设计的基里，因此对象成了面向对象设计的基本单位，对象之间通过消息进行连接。本单位，对象之间通过消息进行连接。2022-7-28J.Yu,计算机学院104 10.2 面向对象设计（面向对象设计（OOD）从分析过渡到设计从分析过渡到设计 面象对象的设计（面象对象的设计（OOD）仍然采用

5、面向对象分）仍然采用面向对象分析所采用的模型，所不同的是它现在更加面向析所采用的模型，所不同的是它现在更加面向用户和计算机系统，从四个不同的侧面继续演用户和计算机系统，从四个不同的侧面继续演化化OOA阶段所生成的分析结果。阶段所生成的分析结果。从分析过渡到设计，分析阶段所遵循的一些从分析过渡到设计，分析阶段所遵循的一些原则毫无疑问也将被继承下来，这些原则包原则毫无疑问也将被继承下来，这些原则包括：抽象原则、封装原则、继承原则、分类括：抽象原则、封装原则、继承原则、分类原则、聚合原则、关联原则、消息通信原则、原则、聚合原则、关联原则、消息通信原则、粒度控制原则、行为分析原则等。粒度控制原则、行为

6、分析原则等。2022-7-28J.Yu,计算机学院114 10.2 面向对象设计（面向对象设计（OOD）2022-7-28J.Yu,计算机学院124 10.2 Object-Oriented Design2022-7-28J.Yu,计算机学院134 10.2 Object-Oriented Design主体部件设计应遵循的原则主体部件设计应遵循的原则使在子系统的各个高层部件之间的通使在子系统的各个高层部件之间的通信量达到最小；信量达到最小；子系统应当把那些成组的类打包，形子系统应当把那些成组的类打包，形成高度的内聚；成高度的内聚；逻辑功能分组，提供一个逻辑功能一逻辑功能分组，提供一个逻辑功能一

7、个单元，识别并定位问题事件。个单元，识别并定位问题事件。2022-7-28J.Yu,计算机学院144 10.2 Object-Oriented Design应用分析过程包括了对问题论域所需的类应用分析过程包括了对问题论域所需的类的模型化。的模型化。但在最终实现应用时不只有这些类，还需但在最终实现应用时不只有这些类，还需要追加一些类。要追加一些类。在类设计的过程中应当做这些工作。在类设计的过程中应当做这些工作。2022-7-28J.Yu,计算机学院154 10.2 Object-Oriented Design2022-7-28J.Yu,计算机学院164 10.2 面向对象的设计方法面向对象的设计

8、方法 面向对象设计面向对象设计主体部件设计（主体部件设计（PDC：高层设计）：高层设计）用户界面部件设计（用户界面部件设计（HIC）任务管理部件设计（任务管理部件设计（TMC）数据管理部件设计（数据管理部件设计（DMC）基于对象的设计方法2022-7-28J.Yu,计算机学院17类的规类的规格说明格说明从废弃从废弃型开发型开发既存类既存类的复用的复用渐增式渐增式的实现的实现渐增式渐增式的测试的测试求精和求精和 维护维护 测试用测试用例和测试例和测试 的开发的开发实现实现从既存从既存类演变类演变4 10.3 类的设计类的设计(详细设计详细设计)2022-7-28J.Yu,计算机学院184 10.

9、3 类的设计类的设计(详细设计详细设计)类的设计与实现类的设计与实现类的规格说明指导对存放现存类的软类的规格说明指导对存放现存类的软件库进行查找。件库进行查找。现存类提供当前应用所需功能。现存类提供当前应用所需功能。三种可能利用现存类的方向：三种可能利用现存类的方向：现存类的复用现存类的复用 从现存类进行演变从现存类进行演变 从废弃类进行开发从废弃类进行开发 2022-7-28J.Yu,计算机学院19数据管理数据管理其它系统其它系统文件文件RDBMSOODBMS设备设备系统交互系统交互界面界面问题论域问题论域人机交互人机交互界面界面.窗口窗口报告报告4 OOD导出的系统结构导出的系统结构202

10、2-7-28J.Yu,计算机学院204 一一.问题域部分的设计问题域部分的设计OOA的模型直接放到的模型直接放到OOD D的问题域的问题域部部,OOD阶段对阶段对OOA结果进行改动结果进行改动和增补。和增补。根据需求变化，对根据需求变化，对OOA产生模型的产生模型的类与对象、结构、属性、操作进行类与对象、结构、属性、操作进行组合与分解，增加必要的类、属性组合与分解，增加必要的类、属性和关系。和关系。2022-7-28J.Yu,计算机学院214 一一.问题域部分的设计问题域部分的设计u对对OOAOOA结果加以增补要考虑的因素结果加以增补要考虑的因素:F重用设计重用设计F把问题域专用类组合在一起把

11、问题域专用类组合在一起F通过增添一般类而建立协议通过增添一般类而建立协议F调整继承的支持级别调整继承的支持级别F改进性能改进性能F增加低层的类和对象增加低层的类和对象2022-7-28J.Yu,计算机学院22F调整继承的支持级别调整继承的支持级别 F如如OOA的一般的一般/特殊结构包括特殊结构包括多继承多继承,在使用只有单继承或在使用只有单继承或无继承性的编程语言时无继承性的编程语言时,需对需对OOA的的结果进行修改。的的结果进行修改。4 一一.问题域部分的设计问题域部分的设计2022-7-28J.Yu,计算机学院234 二二.人机交互部分的设计人机交互部分的设计 虽然好的人机交互部分不可能挽

12、虽然好的人机交互部分不可能挽救一个功能很差的软件救一个功能很差的软件,但性能很但性能很差的人机交互部分将使一个功能很差的人机交互部分将使一个功能很强的产品变的不可接受强的产品变的不可接受!2022-7-28J.Yu,计算机学院244 三三.任务管理部分的设计任务管理部分的设计1.1.为什么要有任务管理部分为什么要有任务管理部分 系统中有许多并发行为时，需要按照系统中有许多并发行为时，需要按照各个行为的协调和通信关系，划分各种各个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任务（进程），简化并发行为的设计和编码。编码。根据动态模型分析、定义并发性；根据动态模型分析、定义并发性

13、；选择软件实现的控制方法。选择软件实现的控制方法。2022-7-28J.Yu,计算机学院252.2.怎样设计任务管理部分怎样设计任务管理部分 任务管理主要包括任务管理主要包括任务的选择和调整任务的选择和调整F识别事件驱动任务识别事件驱动任务F识别时钟驱动任务识别时钟驱动任务F识别优先任务和关键任务识别优先任务和关键任务F识别协调者识别协调者F审查每个任务审查每个任务F定义每个任务定义每个任务4 三三.任务管理部分的设计任务管理部分的设计2022-7-28J.Yu,计算机学院264 四四.数据管理部分的设计数据管理部分的设计 数据管理部分提供了数据在数数据管理部分提供了数据在数据管理系统中存储和

14、检索对象的据管理系统中存储和检索对象的基本结构，它分离了数据管理方基本结构，它分离了数据管理方案的影响案的影响 (不管该方案是普通文不管该方案是普通文件、关系型数据库、面向对象数件、关系型数据库、面向对象数据库或其它方式据库或其它方式.).)2022-7-28J.Yu,计算机学院272.2.如何设计数据管理部分如何设计数据管理部分(1)1)数据存放方法设计数据存放方法设计F采用普通文件数据管理采用普通文件数据管理F采用关系数据库管理采用关系数据库管理F采用面向对象数据库管理采用面向对象数据库管理(2)(2)相应服务的设计相应服务的设计为每个需存储其对象的类增加一个属为每个需存储其对象的类增加一

15、个属性和服务性和服务4 四四.数据管理部分的设计数据管理部分的设计2022-7-28J.Yu,计算机学院28结构化方法中软件设计的基本原理结构化方法中软件设计的基本原理在进行面向对象设计时仍然成立，在进行面向对象设计时仍然成立，但是增加了一些与面向对象方法密但是增加了一些与面向对象方法密切相关的新特点，从而具体化为面切相关的新特点，从而具体化为面向对象设计准则。向对象设计准则。4 OOD应遵循的原则应遵循的原则2022-7-28J.Yu,计算机学院294 OOD应遵循的原则应遵循的原则准则：准则：1.模块化模块化2.抽象抽象3.信息隐藏信息隐藏4.弱耦合弱耦合5.强内聚强内聚6.可重用可重用2

16、022-7-28J.Yu,计算机学院304 OOD应遵循的原则应遵循的原则耦合耦合两个成分之间的耦合程度或强度，可以由两个成分之间的耦合程度或强度，可以由成分之间的信息传输的数量和复杂性来度成分之间的信息传输的数量和复杂性来度量。在一个量。在一个OOD中，有两类情况：中，有两类情况：由消息连接表示的两个对象之间的交互耦由消息连接表示的两个对象之间的交互耦合合一般类和特殊类之间的继承耦合。一般类和特殊类之间的继承耦合。2022-7-28J.Yu,计算机学院314 OOD应遵循的原则应遵循的原则耦合耦合交互耦合：低度交互耦合是理想的。基本准则是：交互耦合：低度交互耦合是理想的。基本准则是：（1）把

17、消息连接的复杂性保持到尽可能低的程度。一）把消息连接的复杂性保持到尽可能低的程度。一般来说，如果一个消息连接涉及三个以上的参数，就考般来说，如果一个消息连接涉及三个以上的参数，就考虑是否可以把它简化。当然三个参数决不是绝对的上限，虑是否可以把它简化。当然三个参数决不是绝对的上限，不过实践经验告诉我们，通过过分复杂的消息相连接的不过实践经验告诉我们，通过过分复杂的消息相连接的对象是紧密耦合的；对其中一个对象作了改动总是要引对象是紧密耦合的；对其中一个对象作了改动总是要引发波及到其它对象的发波及到其它对象的“波动效应波动效应”。（2）除了降低单个消息连接的复杂性，还应该减少由）除了降低单个消息连接

18、的复杂性，还应该减少由一个对象发送和接收的消息的数目。一个对象发送和接收的消息的数目。（3）避免）避免“消息穿越消息穿越”：对象：对象A简单把把从简单把把从P接收的消接收的消息直接传给息直接传给Q，并不使用此消息中的任何信息，也不直，并不使用此消息中的任何信息，也不直接对它做出反应。这种设计是高度可疑的。接对它做出反应。这种设计是高度可疑的。2022-7-28J.Yu,计算机学院324 OOD应遵循的原则应遵循的原则耦合耦合继承耦合：高度的继承是理想的。继承是我继承耦合：高度的继承是理想的。继承是我们在们在OOD中力求达到的一种在一般类和特中力求达到的一种在一般类和特殊类之间的耦合形式殊类之间

19、的耦合形式 一个类通过它所继承的属性和服务而与它的一一个类通过它所继承的属性和服务而与它的一般类耦合。般类耦合。为了在系统中达到高度的继承耦合，每个特殊为了在系统中达到高度的继承耦合，每个特殊类应该真正是其一般类的一个特殊类。它应该类应该真正是其一般类的一个特殊类。它应该设定严格定义的职责；同时，这也意味着它不设定严格定义的职责；同时，这也意味着它不应该有许多无关的、不必要的应该有许多无关的、不必要的“水分水分”。2022-7-28J.Yu,计算机学院334 OOD应遵循的原则应遵循的原则继承耦合：如果一个类出现以下两种情况：继承耦合：如果一个类出现以下两种情况：（1）一个类明显地拒绝了它的一

20、般类中的许多）一个类明显地拒绝了它的一般类中的许多属性和服务，它和它的一般类之间就不是强耦属性和服务，它和它的一般类之间就不是强耦合的。合的。（2）特殊类从它的一般类中继承了许多属性，）特殊类从它的一般类中继承了许多属性，但是完全没有使用它们。但是完全没有使用它们。在这样两种情况下设计者都应寻找另外的一在这样两种情况下设计者都应寻找另外的一般特殊结构，使每个特殊类都继承并使用般特殊结构，使每个特殊类都继承并使用其一般类中的属性和服务，使之高耦合。其一般类中的属性和服务，使之高耦合。2022-7-28J.Yu,计算机学院344 OOD应遵循的原则应遵循的原则降低交互耦合降低交互耦合 1.尽量降低

21、消息连接的复杂程度。应该尽量降低消息连接的复杂程度。应该尽量减少消息中包含的参数个数，降低尽量减少消息中包含的参数个数，降低参数的复杂程度。参数的复杂程度。2.减少对象发送（或接收）的消息数。减少对象发送（或接收）的消息数。提高继承耦合提高继承耦合2022-7-28J.Yu,计算机学院354 OOD应遵循的原则应遵循的原则l服务内聚服务内聚l类内聚类内聚l一般一般-特殊内聚特殊内聚2022-7-28J.Yu,计算机学院364 OOD应遵循的原则应遵循的原则内聚内聚 在在OOD中内聚表示一组中内聚表示一组OOD成分相互关系的紧成分相互关系的紧密程度。存在以下几种内聚：服务内聚、类内密程度。存在以

22、下几种内聚：服务内聚、类内聚、一般聚、一般-特殊内聚。特殊内聚。服务内聚：一个服务应该实现一个并且只实现服务内聚：一个服务应该实现一个并且只实现一个功能。一个服务如果实现多项功能，或者一个功能。一个服务如果实现多项功能，或者只实现一个功能的部分，则这个服务是不理想。只实现一个功能的部分，则这个服务是不理想。类内聚：属性和服务应该是高内聚类内聚：属性和服务应该是高内聚-没有多余的没有多余的（无用的）属性，没有多余的（无用的）服务，（无用的）属性，没有多余的（无用的）服务，而且全部是描述类的对象责任的。而且全部是描述类的对象责任的。一般一般-特殊内聚：第三种内聚是一般特殊内聚：第三种内聚是一般-特

23、殊内聚。特殊内聚。2022-7-28J.Yu,计算机学院37在面向对象设计中，从三个层次来考察内在面向对象设计中，从三个层次来考察内聚性。聚性。1.1.单个方法的内聚性：方法是指操作的实单个方法的内聚性：方法是指操作的实现过程，一个操作由一个或多个方法实现。现过程，一个操作由一个或多个方法实现。对方法的内聚性的评价与结构化设计中的相对方法的内聚性的评价与结构化设计中的相同，具有高内聚的方法应当只执行一个功能。同，具有高内聚的方法应当只执行一个功能。4 OOD遵循的原则遵循的原则2022-7-28J.Yu,计算机学院382.2.类的内聚性：设计类的原则是，一个类的内聚性：设计类的原则是，一个类应

24、该只有一个用途，类中的属性和操作应类应该只有一个用途，类中的属性和操作应该全都是完成该类的任务所必需的，其中不该全都是完成该类的任务所必需的，其中不包括无用的属性和操作。如果某个类有多个包括无用的属性和操作。如果某个类有多个用途，通常应该把它分解成多个专用的类。用途，通常应该把它分解成多个专用的类。3.3.层次结构的内聚性：对象之间通过继承层次结构的内聚性：对象之间通过继承关系而构成的层次结构，特殊类应该确实是关系而构成的层次结构，特殊类应该确实是对它的一般化类的一种具体化。如果一个派对它的一般化类的一种具体化。如果一个派生类生类摒摒弃了它基类的许多属性和服务，那就弃了它基类的许多属性和服务，

25、那就是一个低内聚的。是一个低内聚的。4 OOD遵循的原则遵循的原则2022-7-28J.Yu,计算机学院394 OOD应遵循的原则应遵循的原则尽量使用已有的类尽量使用已有的类包括开发环境提供的类库，以及以往开包括开发环境提供的类库，以及以往开发类似系统是创建的类发类似系统是创建的类创建新类时，考虑将来的可重用性创建新类时，考虑将来的可重用性2022-7-28J.Yu,计算机学院404 第十章第十章 面向对象设计面向对象设计设计用例实现方案设计用例实现方案设计技术支撑方案设计技术支撑方案设计用户界面设计用户界面精化设计模型精化设计模型2022-7-28J.Yu,计算机学院414 第第1010章章

26、 面向对象设计面向对象设计 面向对象的分析模型主要由顶层架构图、用例与用例面向对象的分析模型主要由顶层架构图、用例与用例图、领域概念模型构成；设计模型则包含以包图表示图、领域概念模型构成；设计模型则包含以包图表示的软件体系结构图、以交互图表示的用例实现图、完的软件体系结构图、以交互图表示的用例实现图、完整精确的类图、针对复杂对象的状态图和用以描述流整精确的类图、针对复杂对象的状态图和用以描述流程化处理过程的活动图等。程化处理过程的活动图等。为了完成这些转换设计人为了完成这些转换设计人员必须处理好下列问题：员必须处理好下列问题：（1 1）针对分析模型中的用例，设计实现方案，针对分析模型中的用例，

27、设计实现方案，实现方案用实现方案用UMLUML交互交互 图表示图表示 （2 2）设计技术支撑设施）设计技术支撑设施 （3 3）设计用户界面）设计用户界面 （4 4）针对分析模型中的领域概念模型以及第）针对分析模型中的领域概念模型以及第（2 2）、（）、（3 3）两步引用的的新类，完整、精确地确定）两步引用的的新类，完整、精确地确定每个类的属性和操作，并完整地标示类之间的关系。每个类的属性和操作，并完整地标示类之间的关系。2022-7-28J.Yu,计算机学院424 第第1010章章 面向对象设计面向对象设计2022-7-28J.Yu,计算机学院4310.1 10.1 设计用例实现方案设计用例实

28、现方案UMLUML的交互图（顺序图、协作图）适于用例的交互图（顺序图、协作图）适于用例实现方案的表示。实现方案的表示。设计方法包含三步：设计方法包含三步：（1 1）提取边界类、实体类和控制类）提取边界类、实体类和控制类（2 2）构造交互图）构造交互图（3 3）根据交互图精化类图）根据交互图精化类图4 第第1010章章 面向对象设计面向对象设计2022-7-28J.Yu,计算机学院444 第第1010章章 面向对象设计面向对象设计 10.2 设计技术支撑方案设计技术支撑方案技术支撑方案应该为多个用例的软件实现技术支撑方案应该为多个用例的软件实现提供技术服务，所以，它应该成为整个目提供技术服务，所

29、以，它应该成为整个目标软件系统中全局性的公共技术平台。标软件系统中全局性的公共技术平台。数据持久存储服务数据持久存储服务并行与同步控制服务并行与同步控制服务技术支撑方案与用例实现方案的融合技术支撑方案与用例实现方案的融合 2022-7-28J.Yu,计算机学院4510.3 10.3 设计用户界面设计用户界面需求分析和软件设计阶段都必须考虑人机交互问题。在需求需求分析和软件设计阶段都必须考虑人机交互问题。在需求分析阶段要确定人机交互的属性和外部服务，而在设计阶段分析阶段要确定人机交互的属性和外部服务，而在设计阶段要给出有关人机交互的所有系统成份，包括用户如何操作系要给出有关人机交互的所有系统成份

30、，包括用户如何操作系统、系统如何响应命令和系统显示信息的报表格式等。统、系统如何响应命令和系统显示信息的报表格式等。用户界面设计策略与步骤如下：用户界面设计策略与步骤如下：（1 1）熟悉用户并对用户分类）熟悉用户并对用户分类 （2 2）按用户类别分析用户的工作流程和习惯）按用户类别分析用户的工作流程和习惯 （3 3）设计命令系统并进行优化）设计命令系统并进行优化 （4 4）设计用户界面的各种细节）设计用户界面的各种细节 （5 5）增加用户界面专用的类与对象）增加用户界面专用的类与对象 （6 6）利用快速原型法改进界面设计）利用快速原型法改进界面设计 4 第第1010章章 面向对象设计面向对象设

31、计2022-7-28J.Yu,计算机学院4610.4 10.4 精化设计模型精化设计模型 对设计模型精化需要考虑以下任务：对设计模型精化需要考虑以下任务：（1 1）以顶层架构图为基础，精化目标软件系统的）以顶层架构图为基础，精化目标软件系统的体系结构；体系结构；（2 2）精化类之间的关系；）精化类之间的关系；（3 3）精化类的属性和操作；）精化类的属性和操作；（4 4）针对具有明显状态转换特征的类，设计状态）针对具有明显状态转换特征的类，设计状态图；图；（5 5）针对比较复杂的类图方法，设计活动图。）针对比较复杂的类图方法，设计活动图。4 第第1010章章 面向对象设计面向对象设计2022-7-28J.Yu,计算机学院474 面向对象设计面向对象设计面向对象设计面向对象设计 设计原则：模块化、内聚、耦合、复用设计原则：模块化、内聚、耦合、复用系统设计系统设计 识别设计元素、数据存储策略、部署子系统识别设计元素、数据存储策略、部署子系统对象设计对象设计 方法建模、属性建模、状态建模、关系建模方法建模、属性建模、状态建模、关系建模数据库设计数据库设计 将对象映射到关系数据库将对象映射到关系数据库用户界面设计用户界面设计 设计原则、交互方式、信息表示、用户支持设计原则、交互方式、信息表示、用户支持2022-7-28J.Yu,计算机学院484 Thank You！