第十章 面向对象设计

第十章面向对象设计面向对象的概念和原理面向对象的分析面向对象的设计面向对象的实现和测试第十章面向对象设计面向对象设计(OOD)问题论域部分设计用户界面部分设计任务管理部分设计数据管理部分设计类的设计第十章面向对象设计第一节面向对象设计(OOD)面向对象设计继续做面向对象分析阶段的工作，建立软件的结构。主要工作分为两个阶段：高层设计类设计第十章面向对象设计高层设计高层设计阶段开发系统的结构，即构造应用软件的总体模型。高层设计阶段标识在计算机环境中进行问题解决工作所需要的概念，并增加了一批需要的类。这些类包括那些可使应用软件与系统的外部世界交互的类。此阶段的输出是适合应用软件要求的类、类间的关系、应用的子系统视图规格说明。高层设计模型第十章面向对象设计高层设计的特点高层设计可以表征为标识和定义模块的过程。模块可以是一个单个的类，也可以是由一些类组合成的子系统。定义过程是职责驱动的。类接口的协议如同“合同”：需方提出的请求必须列在协议表中，供方则必须提供所有协议的服务。第十章面向对象设计高层设计应遵循的原则应使得在子系统的各个高层部件之间的通信量达到最小；子系统应当把那些成组的类打包，形成高度的内聚；逻辑功能分组，提供一个一个单元，识别并定位问题事件；第十章面向对象设计类设计类与具有概念封装的子系统十分类似。每个子系统都可以被当做一个类来实现，这个类聚集它的部件，提供了一组操作。类和子系统的结构是正交的，一个单个类的实例可能是不止一个子系统的一部分。第十章面向对象设计高层设计和类设计这两个阶段是相对封闭的。应用软件中的每一个事物都是一个对象，包括应用软件自身在内!两个阶段是连接的。应用软件的设计是大类的设计，这种类设计考察应用软件所期望的每一个行为，并利用这些行为形成应用类的界面。类设计第十章面向对象设计Coad与Yourdon高层设计方法Coad与Yourdon在设计阶段中继续采用分析阶段中提到的五个层次。在设计阶段中，这五个层次用于建立系统的四个组成成份。问题论域部分人机交互部分任务管理部分数据管理部分第十章面向对象设计问题论域部分包括与应用问题直接有关的所有类和对象。识别和定义这些类和对象的工作在OOA中已经开始，在OOA阶段得到的有关应用的概念模型描述了我们要解决的问题。在OOD阶段，应当继续OOA阶段的工作，对在OOA中得到的结果进行改进和增补。第二节问题论域部分的设计第十章面向对象设计问题论域部分的设计在OOA阶段得到的概念模型描述了要解决的问题在OOD阶段，继续OOA阶段的工作，对在OOA中得到的结果进行改进和增补。对OOA模型中的某些类与对象、结构、属性、操作进行组合与分解。要考虑对时间与空间的折衷、内存管理、开发人员的变更、以及类的调整等。第十章面向对象设计1.复用设计根据问题解决的需要，把从类库或其它来源得到的既存类增加到问题解决方案中去。标明既存类中不需要的属性和操作，增加从既存类到应用类之间的一般化-特殊化的关系。把应用类中因继承既存类而成为多余的属性和操作标出。修改应用类的结构和连接。第十章面向对象设计2.把问题论域相关的类关联起来在设计时，从类库中引进一个根类，做为包容类，把所有与问题论域有关的类关联到一起，建立类的层次。把同一问题论域的一些类集合起来，存于类库中。第十章面向对象设计3.加入一般化类以建立类间协议有时，某些特殊类要求一组类似的服务。此时，应加入一个一般化的类，定义为所有这些特殊类共用的一组服务名，这些服务都是虚函数。在特殊类中定义其实现。第十章面向对象设计4.调整继承支持级别在OOA阶段建立的对象模型中可能包括有多继承关系，但实现时使用的程序设计语言可能只有单继承，甚至没有继承机制，这样就需对分析的结果进行修改。多继承模式有两种：狭义的菱形广义的菱形第十章面向对象设计第十章面向对象设计针对单继承语言的调整把特殊类的对象看做是一个一般类对象所扮演的角色，通过实例连接把多继承的层次结构转换为单继承的层次结构。把多继承的层次结构平铺，成为单继承的层次结构。在这种情况下，有些属性或操作在同层的特殊类中会重复出现。第十章面向对象设计针对单继承语言的调整第十章面向对象设计针对无继承语言的调整当使用无继承的程序设计语言时，必须把具有继承关系的类层次结构平铺开来，成为一组类和对象。一般可利用命名惯例，把这些类或对象关联起来。第十章面向对象设计5.改进性能提高执行效率和速度是系统设计的主要指标之一。有时，必须改变问题论域的结构以提高效率。如果类之间经常需要传送大量消息，可合并相关的类以减少消息传递引起的速度损失。增加某些属性到原来的类中，或增加低层的类，以保存暂时结果，避免每次都要重复计算造成速度损失。第十章面向对象设计6.加入较低层的构件在做面向对象分析时，分析员往往专注于较高层的类和对象，避免考虑太多较低层的实现细节。在做面向对象设计时，设计师在找出高层的类和对象时，必须考虑到底需要用到哪些较低层的类和对象。第十章面向对象设计第三节用户界面部分的设计在OOA阶段给出了所需的属性和操作，在设计阶段必须根据需求把交互细节加入到用户界面设计中，包括人机交互所必需的实际显示和输入。用户界面部分设计主要由以下几个方面组成。第十章面向对象设计1.用户分类按技能层次分类：外行／初学者／熟练者／专家按组织层次分类：行政人员／管理人员／专业技术人员／其它办事员按职能分类：顾客／职员第十章面向对象设计2.描述人及其任务的脚本对以上定义的每一类用户，列出对以下问题做出的考虑：什么人、目的、特点、成功的关键因素、熟练程度以及任务脚本。在OOATOOLTM中有一个例子：什么人──分析员目的──要求一个工具来辅助分析工作(摆脱繁重的画图和检查图的工作)。第十章面向对象设计特点──年龄：42岁；教育水平：大学；限制：不要微型打印。成功的关键因素──工具应当使分析工作顺利进行；工具不应与分析工作冲突；工具应能捕获假设和思想，能适时做出折衷；应能及时给出模型各个部分的文档，这与给出需求同等重要。熟练程度──专家。2.描述人及其任务的脚本第十章面向对象设计任务脚本──主脚本：识别“核心的”类和对象；识别“核心”结构；在发现了新的属性或操作时随时都可以加进模型中去。检验模型：打印模型及其全部文档。2.描述人及其任务的脚本第十章面向对象设计3.设计命令层研究现行的人机交互活动的内容和准则：这些准则可以是非形式的，如“输入时眼睛不易疲劳”，也可以是正式规定的；建立一个初始的命令层：可以有多种形式，如一系列MenuScreens、或一个MenuBar、或一系列Icons.细化命令层：考虑以下几个问题。第十章面向对象设计排列命令层次。把使用最频繁的操作放在前面；按照用户工作步骤排列。通过逐步分解，找到整体－局部模式，以帮助在命令层中对操作分块。根据人们短期记忆的“7±2”或“每次记忆3块／每块3项”的特点，把深度尽量限制在三层之内。减少操作步骤：把点取、拖动和键盘操作减到最少。3.设计命令层第十章面向对象设计4.设计详细的交互用户界面设计有若干原则，包括：一致性：采用一致的术语、一致的步骤和一致的活动。操作步骤少：减少敲键和鼠标点取的次数，减少完成某件事所需的下拉菜单的距离。不要“哑播放”：每当用户等待系统完成一个活动时，要给出一些反馈信息。第十章面向对象设计Undo：在操作出现错误时，要恢复或部分恢复原来的状态。减少人脑的记忆负担：不在一个窗口使用在另一个窗口中记忆或写下的信息；需要人按特定次序记忆的东西应当组织得容易记忆。学习的时间和效果：提供联机的帮助信息。趣味性：采取图形界面，符合人类习惯.4.设计详细的交互第十章面向对象设计5.继续做原型用户界面原型是用户界面设计的重要工作。人需要对提交的人机交互活动进行体验、实地操作，并精炼成一致的模式。使用快速原型工具或应用构造器，对各种命令方式，如菜单、弹出、填充以及快捷命令，做出原型让用户使用，通过用户反馈、修改、演示的迭代，使界面越来越有效。第十章面向对象设计6.设计HIC(人机交互)类窗口需要进一步细化，通常包括：类窗口、条件窗口、检查窗口、文档窗口、画图窗口、过滤器窗口、模型控制窗口、运行策略窗口、模板窗口等。设计HIC类，首先从组织窗口和部件的用户界面界面的设计开始。第十章面向对象设计每个类包括窗口的菜单条、下拉菜单、弹出菜单的定义。还要定义用于创建菜单、加亮选择项、引用相应的响应的操作。每个类负责窗口的实际显示。所有有关物理对话的处理都封装在类的内部。必要时，要增加在窗口中画图形图符的类、在窗口中选择项目的类、字体控制类、支持剪切和粘贴的类等。与机器有关的操作实现应隐蔽在这些类中。6.设计HIC(人机交互)类第十章面向对象设计7.根据图形用户界面进行设计图形用户界面区分为字型、坐标系统和事件。字型是字体、字号、样式和颜色的组合。坐标系统主要因素有原点(基准点)、显示分辨率、显示维数等。事件则是图形用户界面程序的核心，操作将对事件做出响应。第十章面向对象设计第四节任务管理部分的设计任务，是进程的别称，是执行一系列活动的一段程序。当系统中有许多并发行为时，需要依照各个行为的协调和通信关系，划分各种任务，以简化并发行为的设计和编码。任务管理主要包括任务的选择和调整，它的工作有以下几种。第十章面向对象设计识别事件驱动任务:一些负责与硬件设备通信的任务是事件驱动的，也就是说，这种任务可由事件来激发。识别时钟驱动任务:以固定的时间间隔激发这种事件，以执行某些处理。某些人机界面、子系统、任务、处理机或与其它系统需要周期性的通信，因此时钟驱动任务应运而生。第四节任务管理部分的设计第十章面向对象设计识别优先任务和关键任务：根据处理的优先级别来安排各个任务。识别协调者：当有三个或更多的任务时，应当增加一个追加任务，起协调者的作用。它的行为可以用状态转换矩阵来描述。评审各个任务：对各任务进行评审，确保它能满足选择任务的工程标准─事件驱动？时钟驱动？优先级/关键任务？协调者？第四节任务管理部分的设计第十章面向对象设计定义各个任务定义任务的工作主要包括：它是什么任务、如何协调工作及如何通信。(1)它是什么任务──为任务命名，并简要说明这个任务。(2)如何协调工作──定义各个任务如何协调工作。指出它是事件驱动还是时钟驱动。第十章面向对象设计(3)如何通信──定义各个任务之间如何通信。任务从哪里取值，结果送往何方。(4)一个模版──任务的定义如下：Name(任务名)Description(描述)Priority(优先级)Servicesincluded(包含的操作)、CommunicationVia(经由谁通信)。定义各个任务第十章面向对象设计第五节数据管理部分的设计数据管理部分提供了在数据管理系统中存储和检索对象的基本结构，包括对永久性数据的访问和管理。它分离数据管理机构所关心的事项，包括文件、关系型DBMS或面向对象DBMS等。第十章面向对象设计数据管理方法数据管理方法主要有3种：文件管理、关系数据库管理和面向对象库数据管理。文件管理──提供基本的文件处理能力。关系数据库管理系统──关系数据库管理系统使用若干表格来管理数据。第十章面向对象设计面向对象数据库管理系统──通常，面向对象的数据库管理系统以两种方法实现：一是扩充的RDBMS，二是扩充的面向对象程序设计语言。扩充的RDBMS主要对RDBMS扩充了抽象数据类型和继承性，再加一些一般用途的操作创建和操纵类与对象。扩充的OOPL在面向对象设计语言中嵌入了在数据库中长期管理存储对象的语法和功能。数据管理方法第十章面向对象设计程序设计语言的影响详细的面向对象设计与语言有关。一般地，所有的语言都可以完成面向对象实现，但某些语言能够提供更丰富的语法，能够显式地描绘在面向对象分析和面向对象设计