《面向对象的设计》PPT课件

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1、第4章 面向对象的设计,面向分析,面向设计,做什么?需求及领域的调查,如何做?确定逻辑的解决方案,1,4.1 面向对象设计概述 4.2 软件设计的体系结构 4.3 面向对象设计的软件体系结构 4.4 对象设计 4.5 数据管理的设计 4.6 人机交互的设计 4.7 任务管理的设计,内容,2,4.1 面向对象设计概述,4.1.1 面向对象设计内容,4.1.2 面向对象分析与设计的制品,4.1.3 面向对象的设计方法,3,在已建立概念类图(对象分析模型)的基础上，进一步 优化类图,确定实现的逻辑模型。,面向对象的设计包括: 体系结构的设计 对象的设计 数据管理的设计 人机交互的设计 任务管理的设计

2、,4.1.1 面向对象设计内容,4,分析阶段的制品,要回答的问题,用例、活动图,对象(概念)模型,动态模型,功能模型,领域过程是什么,领域中的概念和术语是什么,系统事件和操作是什么,系统操作做了什么,设计阶段的制品,要回答的问题,设计类图,设计软件实现的类图,4.1.2 面向对象分析与设计的制品,5,Dialer拨号器,digits nDigits,概念记号,一个Dialer代表了一次拨号的事件,它有digits,概念的内涵,Dialer1,Dialer 2,Dialer3,Dialer 4,概念的外延,分析,概念应 用的一 组实例,图4-1 分析的类图,6,public class Dial

3、er private Vector digits; int nDigits; public void digit(int n); protected boolean recordDigit(int n); ,类名,属性/ 成员 变量,操作/ 方法,图4-2 设计的类图,Dialer拨号器,- digits:Vector - nDigits:int,+ digit(n:int) # recordDigit( n:int):boolean,软件类, 不是概念的一部分,设计,7,4.1.3 面向对象的两种设计方法,问题域部分,数据管理部分,人机交互部分,任务管理部分,(1) Coad public

4、void poll () if ( /* some condition */ ) itsLamp.turnOn(); ,高层没有和低层分离；抽象没有和具体细节分离。,Button对象感知外部环境变化。收到poll消息，判断是否被用户按下。,Button对象控制Lamp对象的一个模型,Lamp对象会影响外部环境。,图4-27 不成熟的Button和Lamp模型,49,找出潜在的抽象,Button +poll(), ButtonServer +turnOff() +turnOn(),Lamp,图4-28 对Lamp应用依赖倒置原则,Lamp实现了Button接口， Lamp依赖ButtonServ

5、er， 但ButtonServer没有依赖于 Button，是名字上的依赖，任 何知道去操纵ButtonServer 接口的对象都能控制Lamp。,接口没有所有者,可以被许多不同的客户、服户者使用。 这样接口需要放一个单独的组(group)中。C+中把接口放在一单独 的namespace和库中。在Java中把接口放在一单独的package中。,50,(3) 包的引入与访问关系,引入（import） 允许一个包中的元素可以单向访问另一包中的元素 输出（export） 包的公共部分 引入和访问依赖 不是可传递的,package1,+D,package2,+B1 -B2,package3,+C1 #

6、C2,package4,图4-29 包的引入与访问关系,+A,51,(4) 包图的设计,对概念和语义上相互接近的元素所定义的组块放到一个包中,对每一个包找出可以在包外访问的元素，将这些元素标记为公有的，把其他的元素标记为受保护的或私有的。如果不确定时，就隐藏该元素。,确定包与包之间的依赖关系，特别是引入依赖。包之间的依赖关系展现了应用程序的高层组织结构，应该对这些关系进行管理。,52,前3个原则,包的内聚性原则: 是用来指导如何把类划分到包中的。 重用发布等价原则、 共同重用原则、 共同封闭原则。 后3个原则,包的耦合性原则: 是用来处理包之间的相互关系的。 无环依赖原则、 稳定依赖原则、 稳

7、定抽象原则。,53,现介绍包的6个设计原则，涉及包的创建、相互关系的管理以及包的使用。,由于重用性必须是基于包的，所以可重用的包必须包含可重用的类。 重用的粒度就是发布的粒度,重用发布等价原则 REP(Reuse-Release Equivalence Principles),54,共同重用原则,一个包中的所有类应该是共同重用的。 如果重用了包中的一个类，那么就要重用包中的所有类。这个原则规定了趋向于共同重用的类应该属于同一个包。,例:容器类以及与它关联的迭代器类。 这些类彼此之间紧密耦合在一起，因此必须共同重用。所以它们应该在同一个包中。,CRP (Common-Reuse Principl

8、e),55,共同封闭原则,包中的所有类对于同一类性质的变化应该是共同封闭的。一个变化若对一个包产生影响，则将对该包中的所有类产生影响，而对于其他的包不造成任何影响。 这条原则规定了: 一个包不应该包含多个引起变化的原因。,CCP (Common-Closure Principle),如果从可维护性的角度,一个应用中的代码必须更改，应把更改都集中在一个包中。,56,如果两个类之间有非常紧密的绑定关系，不管是物理上的还是概念上的，它们总是会一同进行变化,它们应该属于同一个包中。 这样做会减少软件的发布、重新验证、重新发布、重新发行的工作量。,值得注意的是包的划分可能会动态的改变,如当项目的重心从可

9、开发性向可重用性转变时，包的组成很可能会变动并随时间而演化。,57,ADP (Acyclic-Dependencies Principle),无环依赖原则,在包的依赖关系图中不允许存在环。,包是节点（node），依赖关系是有向边directed edge）。,58,图4-30 包结构是有向无环图,无论从哪个包开始，都无法沿着依赖关系而绕回到这个包。该结构中没有环。它是一个有向无环图DAG 。,59,图4-31 具有依赖环的包图,如果依赖关系图中存在环，就很难确定包构建的顺序。,60,解除依赖环,把包的依赖环恢复为一个DAG。有两个主要的方法：,# 使用依赖倒置原则,图4-32 使用依赖倒置解除

10、依赖环,61,# 新创建一个MyDialogs和MyApplication都依赖的包 把MyDialogs和MyApplication都依赖的类移到这个新包中。,创建新的包，致使依赖关系结构增长。当需求改变时这个包的结构是不稳定的。,62,稳定依赖原则,稳定性，如果某物“不容易被移动” 就认为它是稳定的(韦伯斯特) 。 使软件包难以更改的因素有许多：它的规模、复杂性、清晰程度等等。 要使一个软件包难以改变，一个肯定可行的方法是让许多其他的软件包依赖于它。 如,具有很多输入依赖关系的包是非常稳定的，它的包能够相容于对它所做的更改。,朝着稳定的方向进行依赖。,SDP (Stable-Depende

11、ncies Principle),63,X不依赖于任何包，X是无依赖性的。,Y,图4-35 Y：一个不稳定的包,没有任何其他的包依赖于Y；Y是不承担责任的，称Y是有依赖性的。,64,并非所有的包都应该是稳定的,如果一个系统中所有的包都是最大程度稳定的，那么该系统就是不能改变的,这不是所希望。希望所设计出来的包结构中，一些包是不稳定的,而另外一些是稳定的。,图4-36 理想的包配置,65,图4-37展示了违反稳 定依赖原则SDP的做法。 必须要以某种方式解 除Stable对Flexible 的依赖。 为什么会存在这个依 赖关系呢？,图4-37 违反了SDP,66,图4-38 糟糕依赖关系,假设F

12、lexible中有 一个类C被另一个 Stable中的类U使 用（参见图4-38）,U,67,图4-39 使用DIP修正稳定性违规,可以使用DIP(Dependency-Inversion Principles) 依赖倒置原则来修正这个问题。,稳定,保持它必需 的不稳定性,接口IU中,声明了U要使用的所有方法,68,稳定抽象原则,包的抽象程度应该和其稳定程度一致。,SAP (Stable-Abstractions Principle),该原则把包的稳定性和抽象性联系起来。,它规定，一个稳定的包应该也是抽象的，这样它的稳定性就不会使其无法扩展。,另一方面，它规定，一个不稳定的包应该是具体的，因此

13、它的不稳定性使得其内部的具体代码易于更改。,69,* 重用发布等价原则 REP (Reuse-Release Equivalence Principles) 重用的粒度就是发布的粒度。,小结：,* 共同封闭原则 CCP (Common-Closure Principle) 包中的所有类对于同一类性质的变化应该是共同封闭的。,* 无环依赖原则 ADP (Acyclic-Dependencies Principle) 在包的依赖关系图中不允许存在环。,70,* 共同重用原则 CRP (Common-Reuse Principle) 一个包中的所有类应该是共同重用的。如果重用了包 中的一个类，那么就

14、要重用包中的所有类。,* 稳定抽象原则 SAP (Stable-Abstractions Principle) 包的抽象程度与其稳定程度一致。,* 稳定依赖原则 SDP (Stable-Dependencies Principle) 朝着稳定的方向依赖。,71,小结：,不能自顶向下设计包的结构。,结论：,包的依赖关系图和描绘应用程序的功能之间几乎没有关系。相反，它们是应用程序可构建性的映射图。这就是为何不在项目开始时设计它们的原因。,包结构不是设计系统时,首先考虑的事情。,包结构应该是随着系统的增长、 变化而逐步演化的。,随着实现和设计的深入, 累积的类越来越多，对依赖关系进行管理,72,随着

15、应用程序的不断增长，开始关注创建可重用的元素。于是，就开始使用CRP (共同重用原则)来指导包的组合。最后，当环出现时，就会使用ADP(无环依赖原则) 。,包的依赖关系结构是和系统的逻辑设计一起增长和演化的。,73,结论：,回答问题：,1.列出抽象视窗工具(Abstract Windowing Toolkit) 包装(即java.awt)中的抽象类型,Component(部件), Container(容器), MenuComponent(菜单部件),74,2.java.awt包主要依赖哪几个包?画出包图。,图4-40 java.awt包的依赖包,75,3.Java包的含义?哪两种包比较重要?,

16、Java包是命名空间。在其中可以声明类,这些类的名称不会与别的包同名的类相冲突。,Java的package关键字标识的源代码包。,package consultantScheduler;import calendarUtilities.*;public class consultantCalendarimplements Calendar ,图4-41 包的依赖,76,包适用于对源代码进行分组，但不适用于对二进制代码进行分组。 可将二进制代码打包成 .jar文件形式的组件，然后再部署到运行系统中。,Calendar Renderer,图4-42 二进制组件 .jar文件,Calendar,一个

17、组件可包含一个或多个完整的包,77,描述系统软件、硬件,注重实现,描述硬件结构：节点及节点间连接,4.3.2 物理结构,78,(1) 构件图 (Component diagram),构件：定义了良好接口的物理实现单元,是系统中可 替换部分。 构件图：表示构件类型的组织以及依赖关系的图。,构件和类的不同点,类是逻辑抽象； 构件是物理抽象，即构件可以位于节点（node）上,是类的物理实现。,类可以有属性和操作；构件通常只有操作，而且这些操作只能通过构件的接口才能使用。,80,一般说来，构件就是一个实际文件，可以有以下几种类型: deployment component，如 dll 文件、exe 文

18、件、 COM+ 对象、CORBA 对象、EJB、动态Web 页、数据库表等； work product component，如源代码文件，数据文件等，这些构件可以用来产生deployment component ； execution component，可执行的构件。,软件构件类型,81,窗口处理子程序 (wnnd.cpp),公共处理子程序 (comhnd.cpp),Main类 (main.cpp),窗口处理子程序 (wnnd.obj),公共处理子程序 (comhnd.obj),Main类 (main.obj),图形库 (graphic.dll),客户程序 (client.dll),图4-4

19、3 源、二进制、可执行构件及关系,源代码构件,二进制代码构件,可执行代码构件,82,接口是被软件或硬件所支持的一个操作集。,Updatethread.java,图4-44 带有接口的构件,update,实现(Realization) 接口,使用 依赖(Dependency),display.java,带有接口的构件,83,图4-45 选课系统的组件图,84,图4-46 重要类的关系,开发构件模型,85,第2步: 定义类契约 公有接口,第3步: 简化层次结构 继承和聚合的层次结构,第4步 ：确定可能的领域构件 (domain Component),第5步 :定义领域构件契约 领域构件的公共接口,

20、第1步 : 处理业务/ 领域类,86,(2) 部署图 (展开图),描述处理器、设备、软件组件在运行时的构架,节点:拥有某些计算机资源的物理对象(设备),printer HpLaserJet 5MP,Router Cisco Router X2000,Controller SAAB9-5 Navigator,图4-47 部署图(设备节点和版类),87,情况1:节点间存在通信路径(关联)，可以交换对象和发送 消息。,图4-48 选课系统的布局图,几种情况,88,情况2：构件与节点,图4-49 大学信息系统的部署图之一,http,Client:Browser,Student Administrati

21、on application,appServer： sunsolaris,Student,seminar,schedule,dbServer:AIX,Persistence infrastructure,University DB database,RMI,JDBC,89,情况3 ：节点包含对象实例,图4-50 包含对象的节点,微波炉系统：微波炉控制器,Guard.exe,process supervisor,Thermomeer Controller,90,情况4: 有继承关系的节点,图4-51 有继承关系的节点,Admin PC,AdminPgm,客户PC,NetDrv,ApplClien

22、t,Window xp,连接到,服务器,备份站,1.*,1.2,Backup Medium,1,1,91,资源利用 地理位置 设备访问 安全 性能 可扩展性和可移植性,将组件分配给节点考虑的因素,92,第1步：确定模型范围,第2步：确定分布结构,第3步：确定节点和他们的连接,第4步: 把构件分布到节点,第5步：为不同组件之间的依赖建模,如何开发部署模型,93,图4-52 保险系统包图,例1 保险系统配置图,系统内部,保险单,客户,Oracle界面,数据库界面,保险单填写界面,Sybase界面,94,后台服务器,保险系统配置,配置用户,保险系统,保险对象 数据库,配置 保险政策,保险单填写 界面

23、,(TCP/IP),图4-53 保险系统配置图,95,例2 一个模拟系统的体系结构图,图4-54 一个模拟系统的体系结构,User Interface/Controller,预处理器,后处理器,解题器,System Services,96,例3 自动柜员机系统的体系结构图,图4-55 自动柜员机系统的体系结构图,ATM Clients,可有多个ATM客户机,SessionMgr,Session,ATM Central Sever,ATM中央 服务器,AccountMGR,Account,Bank Server,银行 服务器 (多个),Bank Database Nod,银行数据 库结点,97,系统 构架,逻辑构架,物理构架,显示类和对象及他们之间关系和协作。 可以用:用例、类、序列图、状态图、协 作图、活动图、包图来写逻辑架构文档。,处理代码构件的结构和组成系统的硬件结 构。详细描述逻辑架构中定义的概念的实 现。用构件图、节点图描述。,小 结,98,