软件工程软件工程软件工程 (11).ppt

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1、2023/3/302023/3/301 1 1 1第第11 11章章 面向对象设计面向对象设计l 11.1 11.1 面向对象设计的准则面向对象设计的准则l 11.2 11.2 启发规则启发规则l 11.3 11.3 软件重用软件重用l 11.4 11.4 系统分解系统分解l 11.5 11.5 设计问题域子系统设计问题域子系统l 11.6 11.6 设计人机交互子系统设计人机交互子系统l 11.7 11.7 设计任务管理子系统设计任务管理子系统l 11.8 11.8 设计数据管理子系统设计数据管理子系统l 11.9 11.9 设计类中的服务设计类中的服务l 11.10 11.10 设计关联设

2、计关联l 11.11 11.11设计优化设计优化2023/3/302023/3/302 2 2 21.1.模块化模块化 模块化是软件设计的重要准则。在面向对象开发方法中，将对象定义为模块。对象把数据结构和作用在数据上的操作封装起来构成模块。对象是组成系统的基本模块。11.111.1面向对象设计的准则面向对象设计的准则11.1 11.1 11.1 11.1 面向对象设计的准则面向对象设计的准则面向对象设计的准则面向对象设计的准则2023/3/302023/3/303 3 3 32.2.抽象抽象 类是一种抽象数据类型，在该数据类型之上，可以创建对象(类的成员)。类包含相似对象的共同属性和服务，它对

3、外定义了公共接口，构成了类的规格说明(即协议)，供外界合法访问。通过这种接口访问类实例中的数据。通常把这类抽象称为规格说明抽象规格说明抽象。3.3.信息隐藏信息隐藏 在面向对象方法中，对象是属性和服务的封装体对象是属性和服务的封装体，这就实现了信息隐藏。类结构分离了接口与实现，类的属性的表示方法和操作的实现算法，对于类的用户来说，都应该是隐藏的，用户只能通过公共接口访问类中的属性。11.111.1面向对象设计的准则面向对象设计的准则2023/3/302023/3/304 4 4 44.4.弱耦合弱耦合 所谓耦合，是指一个软件结构内不同模块之间互连的依赖关系。依赖关系越多耦合度越强，依赖关系越少

4、耦合度越弱。在面向对象方法中，对象是最基本的模块，不同对象之间相互关联的依赖关系表示了耦合度。衡量设计优良的一个重要标准就是弱耦合，弱耦合的设计中某个对象的改变不会或很少影响到其他对象。这样给理解、测试或修改带来很大的方便。反之，强耦合会给理解、测试或修改带来很大的难度，并且还降低了该类的可重用性和可移植性。不同对象之间耦合是不可避免的。两个对象必须相互联系相互依赖时，应该通过类的协议(即公共接口)实现两个对象相互依赖(耦合)，而不是通过类的具体实现细节来描述。11.111.1面向对象设计的准则面向对象设计的准则2023/3/302023/3/305 5 5 5 一般说来，对象之间的耦合可分为

5、两大类，下面分别讨论一般说来，对象之间的耦合可分为两大类，下面分别讨论这两类耦合：这两类耦合：(1)(1)交互耦合交互耦合交互耦合交互耦合：如果对象之间的耦合通过消息连接来实现，则：如果对象之间的耦合通过消息连接来实现，则这种耦合就是交互耦合。为使交互耦合尽可能松散，应该遵守这种耦合就是交互耦合。为使交互耦合尽可能松散，应该遵守下述准则：下述准则：uu尽量降低消息连接的复杂程度。应该尽量减少消息中包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，降低参数的复杂程度。含的参数个数，降低参数的复杂程度。uu减少对象发送减少对象发送(或接收或接收)的消息数。的消息数。(2)(2)继承

6、耦合继承耦合继承耦合继承耦合：与交互耦合相反，应该提高继承耦合程度。继：与交互耦合相反，应该提高继承耦合程度。继承是一般化类与特殊类之间耦合的一种形式。从本质上看，通承是一般化类与特殊类之间耦合的一种形式。从本质上看，通过继承关系结合起来的基类和派生类，构成了系统中粒度更大过继承关系结合起来的基类和派生类，构成了系统中粒度更大的模块。因此，它们彼此之间应该结合得越紧密越好。的模块。因此，它们彼此之间应该结合得越紧密越好。为获得紧密的继承耦合，为获得紧密的继承耦合，特殊类应该确实是对它的一般化特殊类应该确实是对它的一般化特殊类应该确实是对它的一般化特殊类应该确实是对它的一般化类的一种具体化类的一

7、种具体化类的一种具体化类的一种具体化。因此，如果一个派生类放弃了它基类的许多。因此，如果一个派生类放弃了它基类的许多属性，则它们之间是松耦合的。在设计时应该使特殊类尽量多属性，则它们之间是松耦合的。在设计时应该使特殊类尽量多继承并使用其一般化类的属性和服务，从而更紧密地耦合到其继承并使用其一般化类的属性和服务，从而更紧密地耦合到其一般化类。一般化类。11.111.1面向对象设计的准则面向对象设计的准则2023/3/302023/3/306 6 6 65.5.强内聚强内聚 所谓内聚，是一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度。结合得越紧密内聚越强，结合得越不紧密内聚越弱。强内聚也是衡量设计优良的一个

8、重要标准。在面向对象设计中，内聚可分为下述三类：(1)服务内聚。一个服务应该是单一的，即只完成一个任务。(2)类内聚。类内聚要求类的属性和服务应该是高内聚的，而且它们应该是系统任务所必需的。一个类应该只有一个功能，如果某个类有多个功能，通常应该把它分解成多个专用的类。11.111.1面向对象设计的准则面向对象设计的准则2023/3/302023/3/307 7 7 7 (3)一般-特殊内聚。一般-特殊内聚表示：一般-特殊结构符合领域知识的表示形式，也就是说，特殊类应该尽量地继承一般类的属性和服务。这样的一般-特殊结构是高内聚的。例如，虽然表面看来飞机与汽车有相似的地方(都用发动机驱动，都有轮子

9、，)，但是，如果把飞机和汽车都作为“机动车”类的子类，则不符合领域知识的表示形式，这样的一般-特殊结构是低内聚的。高内聚的一般-特殊结构应该是，设置一个抽象类“交通工具”，把飞机和机动车作为交通工具类的子类，而汽车又是机动车类的子类。11.111.1面向对象设计的准则面向对象设计的准则2023/3/302023/3/308 8 8 86.6.可重用可重用 在面向对象设计中，一个类的设计应该具有通用性，为开发相似的系统提供软件重用可能。软件重用可以提高软件开发生产率，确保目标系统质量。可重用是面向对象开发方法的一可重用是面向对象开发方法的一个重要特性个重要特性，也就是说，用面向对象的概念和方法比

10、较容易实现重用。因此，在软件开发过程中，为了实现重用，既要尽量在软件开发过程中，为了实现重用，既要尽量重用已有的类，又要创建可重用的新类重用已有的类，又要创建可重用的新类。11.111.1面向对象设计的准则面向对象设计的准则2023/3/302023/3/309 9 9 91.1.设计结果应该清晰易懂设计结果应该清晰易懂 良好的设计结果应该是清晰易懂的，它能提高软件的可维护性和可重用性。如果一个设计结构不清楚，并且难以理解，是不会被人们接受的。设计时采用以下几个策略能使结果清晰易懂。(1)命名一致。命名应该与专业领域中的名字一致，并且要是符合人们习惯的名字。不同类中相似服务的名字应该相同。11

11、.211.2启发规则启发规则11.2 11.2 11.2 11.2 启发规则启发规则启发规则启发规则2023/3/302023/3/3010101010 (2)重用协议(公共接口)。在设计中应该使用已经建立了类的协议，避免重复劳动或重复定义带来的差异(不统一)。这些协议可能是其他设计人员已经建立了类的协议，或是在类库中已有的协议。(3)减少消息连接。尽量采用已有标准的消息连接，去掉不必要的消息连接。采用统一模式建立自己需要的消息连接，以便理解和使用，增强可理解性和可使用性。(4)避免模糊的定义。应该定义具有明确、有限用途的类，避免那些模糊的、不准确的类定义。11.211.2启发规则启发规则20

12、23/3/302023/3/30111111112.2.一般一般 -特殊结构的深度应适当特殊结构的深度应适当 从基类派生子类，再从子类派生下一层子类，这样的一般-特殊结构的类层次数应该适当，不必过于细化，层次的深度应该是有限的。一般来说，在一个中等规模(大约包含100个类)的系统中，类层次数应保持为72。11.211.2启发规则启发规则2023/3/302023/3/30121212123.3.设计简单的类设计简单的类 类设计应该尽量小而简单，便于开发和管理。定义很大的类，它所包含的属性和服务相对就多，会给开发和使用带来困难。实践表明，简单类一个类的定义在50行左右(或两屏)。简单类可按照下列

13、的策略定义。(1)避免包含太多的属性。一个类包含的属性多少将决定类的复杂程度。一个类包含太多的属性表明该类过于复杂了，因此，就可能有过多的作用在这些属性上的服务。(2)避免提供太多服务。一个类包含的服务多少也是决定类的复杂程度的一个重要因素。太复杂的类所提供的服务肯定太多。一般来说，一个类提供的公共服务不要超过七个。11.211.2启发规则启发规则2023/3/302023/3/3013131313 (3)明确精练的定义。如果一个类的任务简单了，则它的定义就明确精练了，通常任务简单的类可用几个简单语句描述。(4)简化对象间的合作（通信）。每个对象应该独立完成任务。也就是说，对象在完成任务时，尽

14、量不要依赖于其他对象的配合(帮助)，对象之间过多的依赖会破坏类的简明性和清晰性。虽然，遵循上述设计策略能设计出明确精练的较小的类，但在开发大型软件系统中，必定会有大量较小的类设计出来，这将会导致类间的通信变复杂。采用划分“主题”的方法，可以解决这个问题。11.211.2启发规则启发规则2023/3/302023/3/30141414144.4.设计简单的协议设计简单的协议 消息中的参数越多表示对象之间传递的消息越复杂，同样表明对象之间的依赖关系越复杂，即对象间的耦合度越高。一般来说，简单消息中的参数不要超过三个。过多的参数会导致对象的修改较复杂，因为对一个对象的修改往往导致其他对象的修改。11

15、.211.2启发规则启发规则2023/3/302023/3/30151515155.5.设计简单的服务设计简单的服务 类中的服务应该设计得既简单又小，用35行源程序代码比较适合。服务的源程序中不要包含过多的语句行，或者复杂的语句控制结构，如分支嵌套、循环嵌套和函数调用等。如果一个服务非常复杂，则应该检查该服务的控制结构，并进行分解和简化，尽量避免设计复杂的服务。11.211.2启发规则启发规则2023/3/302023/3/30161616166.6.减少设计变动减少设计变动 随着设计方案逐渐成熟，改动也应该越来越小，这样才能设计出优良的结果。优良的设计能保证软件质量，并能提高软件的可重用性。

16、因此，在设计中尽可能少改动，或者尽可能缩小修改的范围。图图11.1 理想的设计变动情况理想的设计变动情况11.211.2启发规则启发规则2023/3/302023/3/301717171711.3.1 11.3.1 概述概述 1.1.重用重用 重用也叫再用或复用，是指同一事物不作修改或稍加改重用也叫再用或复用，是指同一事物不作修改或稍加改动就多次重复使用动就多次重复使用。广义地说，软件重用可分为以下。广义地说，软件重用可分为以下3 3个层次：个层次：11.311.3软件重用软件重用11.3 11.3 11.3 11.3 软件重用软件重用软件重用软件重用2023/3/302023/3/30181

17、81818(1)(1)知识重用知识重用(例如，软件工程知识的重用例如，软件工程知识的重用)。(2)(2)方法和标准的重用方法和标准的重用(例如，面向对象方法或国家制定的软例如，面向对象方法或国家制定的软件开发规范的重用件开发规范的重用)。(3)(3)软件成分的重用。软件成分的重用。前两个重用层次属于知识工程研究的范畴，本节仅讨论前两个重用层次属于知识工程研究的范畴，本节仅讨论软件成分重用问题。软件成分重用问题。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/30191919192.2.软件成分的重用级别软件成分的重用级别软件成分的重用可以进一步划分成以下软件成分的重用可以进一步

18、划分成以下3 3个级别：个级别：(1)(1)代码重用：代码重用：人们谈论得最多的是代码重用，通常把它理解为调人们谈论得最多的是代码重用，通常把它理解为调用库中的模块。实际上，代码重用也可以采用下列几种形式中的任何一种：用库中的模块。实际上，代码重用也可以采用下列几种形式中的任何一种：uu源代码剪贴源代码剪贴：这是最原始的重用形式。这种重用方式的缺点，是复制或：这是最原始的重用形式。这种重用方式的缺点，是复制或修改原有代码时可能出错，更糟糕的是，存在严重的配置管理问题，人们修改原有代码时可能出错，更糟糕的是，存在严重的配置管理问题，人们几乎无法跟踪原始代码块多次修改重用的过程。几乎无法跟踪原始代

19、码块多次修改重用的过程。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3020202020uu源代码包含源代码包含：许多程序设计语言都提供包含：许多程序设计语言都提供包含(include)(include)库中库中源代码的机制。使用这种重用形式时，配置管理问题有所缓源代码的机制。使用这种重用形式时，配置管理问题有所缓解，因为修改了库中源代码之后，所有包含它的程序自然都解，因为修改了库中源代码之后，所有包含它的程序自然都必须重新编译。必须重新编译。uu继承继承：利用继承机制重用类库中的类时，无须修改已有的：利用继承机制重用类库中的类时，无须修改已有的代码，就可以扩充或具体化在库

20、中找出的类，因此，基本上代码，就可以扩充或具体化在库中找出的类，因此，基本上不存在配置管理问题。不存在配置管理问题。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3021212121(2)(2)设计结果重用设计结果重用 设计结果重用指的是，设计结果重用指的是，重用某个软件系统的设计模型重用某个软件系统的设计模型(即即求解域模型求解域模型)。这个级别的重用有助于把一个应用系统移植到。这个级别的重用有助于把一个应用系统移植到完全不同的软硬件平台上。完全不同的软硬件平台上。(3)(3)分析结果重用分析结果重用 这是一种更高级别的重用，即这是一种更高级别的重用，即重用某个系统的分析模

21、型重用某个系统的分析模型。这种重用特别这种重用特别适用于用户需求未改变适用于用户需求未改变，但系统体系结构发生但系统体系结构发生了根本变化的场合了根本变化的场合。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/30222222223.3.典型的可重用软件成分典型的可重用软件成分更具体地说，可能被重用的软件成分主要有以下更具体地说，可能被重用的软件成分主要有以下1010种：种：（1 1）项目计划项目计划。软件项目计划的基本结构和许多内容（例如，软件质量。软件项目计划的基本结构和许多内容（例如，软件质量保证计划）都是可以跨项目重用的。这样做减少了用于制定计划的时间，保证计划）都是可

22、以跨项目重用的。这样做减少了用于制定计划的时间，也降低了与建立进度表和进行风险分析等活动相关联的不确定性。也降低了与建立进度表和进行风险分析等活动相关联的不确定性。（2 2）成本估计成本估计。因为在不同项目中经常含有类似的功能，所以有可能在。因为在不同项目中经常含有类似的功能，所以有可能在只做极少修改或根本不做修改的情况下，重用对该功能的成本估计结果。只做极少修改或根本不做修改的情况下，重用对该功能的成本估计结果。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3023232323（3 3）体系结构体系结构。即使在考虑不同的应用领域时，也很少有。即使在考虑不同的应用领域时，也很

23、少有截然不同的程序和数据体系结构。因此，有可能创建一组类截然不同的程序和数据体系结构。因此，有可能创建一组类属的体系结构模板（例如，事务处理体系结构），并把那些属的体系结构模板（例如，事务处理体系结构），并把那些模板作为可重用的设计框架。通常把类属的体系结构模板称模板作为可重用的设计框架。通常把类属的体系结构模板称为领域体系结构。为领域体系结构。（4 4）需求模型和规格说明需求模型和规格说明。类和对象的模型及规格说明是。类和对象的模型及规格说明是明显的重用的候选者，此外，用传统软件工程方法开发的分明显的重用的候选者，此外，用传统软件工程方法开发的分析模型（例如，数据流图），也是可重用的。析模型

24、（例如，数据流图），也是可重用的。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3024242424（5 5）设计设计。用传统方法开发的体系结构、数据、接口和过。用传统方法开发的体系结构、数据、接口和过程设计结果，是重用的候选者，更常见的是，系统和对象设程设计结果，是重用的候选者，更常见的是，系统和对象设计是可重用的。计是可重用的。（6 6）源代码源代码。用兼容的程序设计语言书写的、经过验证的。用兼容的程序设计语言书写的、经过验证的程序构件，是重用的候选者。程序构件，是重用的候选者。（7 7）用户文档和技术文档用户文档和技术文档。即使针对的应用是不同的，也。即使针对的应用是不

25、同的，也经常有可能重用用户文档和技术文档的大部分。经常有可能重用用户文档和技术文档的大部分。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3025252525（8 8）用户界面用户界面。这可能是最广泛被重用的软件成分，。这可能是最广泛被重用的软件成分，GUIGUI（图形用户界面）软件经常被重用。因为它可占到一个应用（图形用户界面）软件经常被重用。因为它可占到一个应用程序的程序的60%60%代码量，因此，重用的效果非常显著。代码量，因此，重用的效果非常显著。（9 9）数据数据。在大多数经常被重用的软件成分中，被重用的。在大多数经常被重用的软件成分中，被重用的数据包括：数据包括：

26、内部表、列表和记录结构，以及文件和完整的数内部表、列表和记录结构，以及文件和完整的数据库。据库。（1010）测试用例测试用例。一旦设计或代码构件将被重用，相关的测。一旦设计或代码构件将被重用，相关的测试用例应该试用例应该“附属于附属于”它们也被重用。它们也被重用。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/302626262611.3.2 11.3.2 类构件类构件 利用面向对象技术，可以更方便更有效地实现软件重用。利用面向对象技术，可以更方便更有效地实现软件重用。面向对象技术中的面向对象技术中的“类类”，是比较理想的可重用软构件，不，是比较理想的可重用软构件，不妨称之为类

27、构件。类构件有妨称之为类构件。类构件有3 3种重用方式，分别是种重用方式，分别是实例重用实例重用、继承重用继承重用和和多态重用多态重用。下面进一步讲述与类构件有关的内容。下面进一步讲述与类构件有关的内容。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/30272727271.1.可重用软构件应具备的特点可重用软构件应具备的特点 为使软构件也像硬件集成电路那样，能在构造各种各样为使软构件也像硬件集成电路那样，能在构造各种各样的软件系统时方便地重复使用，就必须使它们满足下列要求。的软件系统时方便地重复使用，就必须使它们满足下列要求。(1)(1)模块独立性强模块独立性强。具有单一、完

28、整的功能，且经过反复测。具有单一、完整的功能，且经过反复测试被确认是正确的。它应该是一个不受或很少受外界干扰的试被确认是正确的。它应该是一个不受或很少受外界干扰的封装体，其内部实现在外面是不可见的。封装体，其内部实现在外面是不可见的。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3028282828(2)(2)具有高度可塑性具有高度可塑性。软构件的应用环境比集成电路更广阔、更。软构件的应用环境比集成电路更广阔、更复杂。显然，要求一个软构件能满足任何一个系统的设计需求是复杂。显然，要求一个软构件能满足任何一个系统的设计需求是不现实的。因此，可重用的软构件必须具有高度可裁剪性，也

29、就不现实的。因此，可重用的软构件必须具有高度可裁剪性，也就是说，是说，必须提供为适应特定需求而扩充或修改已有构件的机制必须提供为适应特定需求而扩充或修改已有构件的机制，而且所提供的机制必须使用起来非常简单方便。而且所提供的机制必须使用起来非常简单方便。(3)(3)接口清晰、简明、可靠接口清晰、简明、可靠。软构件应该提供清晰、简明、可靠。软构件应该提供清晰、简明、可靠的对外接口，而且还应该有详尽的文档说明，以方便用户使用。的对外接口，而且还应该有详尽的文档说明，以方便用户使用。精心设计的精心设计的“类类”基本上能满足上述要求，可以认为它是可重用基本上能满足上述要求，可以认为它是可重用软构件的雏形

30、软构件的雏形。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/30292929292.2.2.2.类构件的重用方式类构件的重用方式类构件的重用方式类构件的重用方式(1)(1)实例重用实例重用 由于类的封装性，使用者无须了解实现细节就可以使用由于类的封装性，使用者无须了解实现细节就可以使用适当的构造函数，按照需要创建类的实例适当的构造函数，按照需要创建类的实例。然后向所创建的。然后向所创建的实例发送适当的消息，启动相应的服务，完成需要完成的工实例发送适当的消息，启动相应的服务，完成需要完成的工作。这是最基本的重用方式。此外，还可以用几个简单的对作。这是最基本的重用方式。此外，还可

31、以用几个简单的对象作为类的成员创建出一个更复杂的类，这是实例重用的另象作为类的成员创建出一个更复杂的类，这是实例重用的另一种形式。一种形式。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3030303030 虽然实例重用是最基本的重用方式，但是，设计出一个虽然实例重用是最基本的重用方式，但是，设计出一个理想的类构件并不是一件容易的事情。例如，决定一个类对理想的类构件并不是一件容易的事情。例如，决定一个类对外提供多少服务就是一件相当困难的事。提供的服务过多，外提供多少服务就是一件相当困难的事。提供的服务过多，会增加接口复杂度，也会使类构件变得难于理解；提供的服会增加接口复杂度，

32、也会使类构件变得难于理解；提供的服务过少，则会因为过分一般化而失去重用价值。每个类构件务过少，则会因为过分一般化而失去重用价值。每个类构件的合理服务数都与具体应用环境密切相关，因此找到一个合的合理服务数都与具体应用环境密切相关，因此找到一个合理的折衷值是相当困难的。理的折衷值是相当困难的。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3031313131(2)(2)继承重用继承重用 面向对象方法特有的继承性提供了一种对已有的类构件面向对象方法特有的继承性提供了一种对已有的类构件进行裁剪的机制。当已有的类构件不能通过实例重用完全满进行裁剪的机制。当已有的类构件不能通过实例重用完

33、全满足当前系统需求时，继承重用提供了一种安全地修改已有类足当前系统需求时，继承重用提供了一种安全地修改已有类构件，以便在当前系统中重用的手段。构件，以便在当前系统中重用的手段。为提高继承重用的效果，为提高继承重用的效果，关键是设计一个合理的、具有关键是设计一个合理的、具有一定深度的类构件继承层次结构一定深度的类构件继承层次结构。这样做有下述两个好处：。这样做有下述两个好处：11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3032323232uu每个子类在继承父类的属性和服务的基础上，只加入少量每个子类在继承父类的属性和服务的基础上，只加入少量新属性和新服务，这就不仅降低了每个类

34、构件的接口复杂度，新属性和新服务，这就不仅降低了每个类构件的接口复杂度，表现出一个清晰的进化过程，提高了每个子类的可理解性，表现出一个清晰的进化过程，提高了每个子类的可理解性，而且为软件开发人员提供了更多可重用的类构件。因此，在而且为软件开发人员提供了更多可重用的类构件。因此，在软件开发过程中，应该时刻注意提取这种潜在的可重用构件，软件开发过程中，应该时刻注意提取这种潜在的可重用构件，必要时应在领域专家帮助下，建立符合领域知识的继承层次。必要时应在领域专家帮助下，建立符合领域知识的继承层次。uu为多态重用奠定了良好基础。为多态重用奠定了良好基础。11.311.3软件重用软件重用2023/3/3

35、02023/3/3033333333(3)(3)多态重用多态重用 利用多态性不仅可以使对象的对外接口更加一般化利用多态性不仅可以使对象的对外接口更加一般化(基类基类与派生类的许多对外接口是相同的与派生类的许多对外接口是相同的)，从而降低了消息连接的，从而降低了消息连接的复杂程度，而且还提供了一种简便可靠的软构件组合机制。复杂程度，而且还提供了一种简便可靠的软构件组合机制。系统运行时，根据接收消息的对象类型，由多态性机制启动系统运行时，根据接收消息的对象类型，由多态性机制启动正确的方法，去响应一个一般化的消息，从而简化了消息界正确的方法，去响应一个一般化的消息，从而简化了消息界面和软构件连接过程

36、。面和软构件连接过程。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3034343434 为充分实现多态重用，在设计类构件时，应该把注意力集中为充分实现多态重用，在设计类构件时，应该把注意力集中在下列一些可能影响重用性的操作上：在下列一些可能影响重用性的操作上：uu与表示方法有关的操作。例如，不同实例的比较、显示、擦除与表示方法有关的操作。例如，不同实例的比较、显示、擦除等等。等等。uu与数据结构、数据大小等有关的操作。与数据结构、数据大小等有关的操作。uu与外部设备有关的操作。例如，设备控制。与外部设备有关的操作。例如，设备控制。uu实现算法在将来可能会改进实现算法在将来可

37、能会改进(或改变或改变)的核心操作。的核心操作。如果不预先采取适当措施，上述这些操作会妨碍类构件的重用。如果不预先采取适当措施，上述这些操作会妨碍类构件的重用。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3035353535uu转换接口转换接口，是为了克服与表示方法、数据结构或硬件特点，是为了克服与表示方法、数据结构或硬件特点相关的操作给重用带来的困难而设计的，相关的操作给重用带来的困难而设计的，这类接口是每个类这类接口是每个类构件在重用时都必须重新定义的服务的集合构件在重用时都必须重新定义的服务的集合。当使用。当使用C+C+语言语言编程时，应该在根类编程时，应该在根类(或

38、适当的基类或适当的基类)中，把属于转换接口的中，把属于转换接口的服务定义为服务定义为纯虚函数纯虚函数。uu如果如果某个服务有多种可能的实现算法某个服务有多种可能的实现算法，则应该把它当作，则应该把它当作扩扩充接口充接口。扩充接口与转换接口不同，并不需要强迫用户在派。扩充接口与转换接口不同，并不需要强迫用户在派生类中重新定义它们，相反，如果在派生类中没有给出扩充生类中重新定义它们，相反，如果在派生类中没有给出扩充接口的新算法，则将继承父类中的算法。当用接口的新算法，则将继承父类中的算法。当用C+C+语言实现时，语言实现时，在基类中把这类服务定义为普通的虚函数。在基类中把这类服务定义为普通的虚函数

39、。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/303636363611.3.3 11.3.3 软件重用的效益软件重用的效益1.1.质量质量 理想情况下，为了重用而开发的软件构件已被证明是正理想情况下，为了重用而开发的软件构件已被证明是正确的，且没有缺陷。事实上，由于不能定期进行形式化验证，确的，且没有缺陷。事实上，由于不能定期进行形式化验证，错误可能而且也确实存在。但是，随着每一次重用，都会有错误可能而且也确实存在。但是，随着每一次重用，都会有一些错误被发现并被清除，构件的质量也会随之改善。随着一些错误被发现并被清除，构件的质量也会随之改善。随着时间的推移，时间的推移，构件

40、将变成实质上无错误的构件将变成实质上无错误的。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/30373737372.2.生产率生产率uu 当把可重用的软件成分应用于软件开发的全过程时，创建当把可重用的软件成分应用于软件开发的全过程时，创建计划、模型、文档、代码和数据所需花费的时间将减少，从计划、模型、文档、代码和数据所需花费的时间将减少，从而将用较少的投入给客户提供相同级别的产品，因此，生产而将用较少的投入给客户提供相同级别的产品，因此，生产率得到了提高。率得到了提高。uu由于应用领域、问题复杂程度、项目组的结构和大小、项由于应用领域、问题复杂程度、项目组的结构和大小、项目期

41、限、可应用的技术等许多因素都对项目组的生产率有影目期限、可应用的技术等许多因素都对项目组的生产率有影响，因此，不同开发组织对软件重用带来生产率提高的数字响，因此，不同开发组织对软件重用带来生产率提高的数字的报告并不相同，但基本上的报告并不相同，但基本上30%50%30%50%的重用大约可以导致生产的重用大约可以导致生产率提高率提高25%40%25%40%。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/30383838383.3.成本成本uu软件重用带来的净成本节省可以用下式估算：软件重用带来的净成本节省可以用下式估算：C=Cs-Cr-CdC=Cs-Cr-Cd其中，其中，CsC

42、s是项目从头开发（没有重用）时所需要的成本；是项目从头开发（没有重用）时所需要的成本；CrCr是与重用相关联的成本；是与重用相关联的成本；CdCd是交付给客户的软件的实际成本。是交付给客户的软件的实际成本。uu可以使用本书第可以使用本书第1313章讲述的技术来估算章讲述的技术来估算CsCs，而与重用相关，而与重用相关联的成本联的成本CrCr主要如（主要如（P267P267页）所述。页）所述。11.311.3软件重用软件重用2023/3/302023/3/3039393939 面向对象设计同过程设计一样，自顶向下进行功能分解。在设计比较复杂的应用系统时，将系统分解成若干个比较小的部分，再分别设计

43、每个部分。这样既简化了应用系统，又降低了设计的难度，并有利于实现和维护。11.411.4软件重用软件重用11.4 11.4 11.4 11.4 系统分解系统分解系统分解系统分解2023/3/302023/3/3040404040 系统是根据功能来分解的，我们将系统分解的各个部分(即系统的主要组成部分)称为子系统。例如，编译系统可划分成词法分析、语法分析、中间代码生成、优化、目标代码生成和出错处理等子系统。子系统不是单一的对象或功能，而是面向对象分析模型的五个层次的集合。子系统的划分不能太多，要与系统规模相匹配，最底层的子系统成为模块。子系统间交互的形式和交互的信息由接口确定，因此，接口应该简单

44、、明确，以便设计出相对独立的子系统，减少子系统的依赖性。11.411.4系统分解系统分解2023/3/302023/3/30414141411.1.面向对象设计的五个层次、四个部分面向对象设计的五个层次、四个部分 面向对象设计是在面向对象分析模型的基础上建立对象模型的过程。两个阶段同样是建立对象模型，只是面向对象分析建立了问题域的对象模型，而面向对象设计建立的是求解域的对象模型。因此，面向对象设计模型同样由主题、类面向对象设计模型同样由主题、类-对象、对象、结构、属性和服务等五个层次组成结构、属性和服务等五个层次组成，并且又扩充了问题域问题域(PDC)(PDC)、人机交互、人机交互(HIC)(

45、HIC)、任务管理、任务管理(TMC)(TMC)和数据管理和数据管理(DMC)(DMC)四个四个部分。部分。11.411.4系统分解系统分解2023/3/302023/3/3042424242 这五个层次就像五个透明的图层，而整个模型像是由五个图层(水平切片)合并而成的，五个层次一层比一层描述得更具体、更明确；四大组成部分又可想象成为整个模型的四个垂直切片。不同的应用系统中，这四个子系统的侧重程度和规模都不同，应该根据系统规模的大小确定子系统的数目。在复杂的系统中，子系统可能要继续分解；对于小系统来说，可能要合并小的子系统。典型的面向对象设计模型如图11.2所示。11.411.4系统分解系统分

46、解2023/3/302023/3/304343434311.411.4系统分解系统分解图图11.2 典型的面向对象设计模型典型的面向对象设计模型2023/3/302023/3/30444444442.2.子系统间的交互方式子系统间的交互方式 在应用系统中，子系统之间的关系可分为客户/服务器关系和同等伙伴关系两种。这两种关系对应两种交互的方式，即客户/服务器交互方式和同等伙伴交互方式。(1)客户/服务器交互方式。客户/服务器交互方式也称单向交互方式。在客户/服务器关系中，作为“客户”的子系统调用作为“服务器”的子系统，执行某些服务后并返回结果。在该交互方式中，任何交互行为都是由客户驱动的，因此，

47、作为客户的子系统必须了解作为服务器的子系统的接口，而服务器不必了解客户的接口。11.411.4系统分解系统分解2023/3/302023/3/3045454545 (2)同等伙伴交互方式。同等伙伴交互方式也称双向交互方式。在该交互方式中，每个子系统都可能调用其他子系统，因此，每个子系统都必须了解其他子系统的接口，子系统间必须相互了解接口。与客户/服务器关系比较，同等伙伴交互关系中子系统之间的交互更复杂，而且这种交互方式还可能构成通信环路，会给设计带来难度，并容易出现设计错误。通常，系统使用客户/服务器关系，因为单向交互更容易理解，也更容易设计和修改，而双向交互相对困难些。11.411.4系统分

48、解系统分解2023/3/302023/3/30464646463.3.系统组织系统组织 将子系统组织成完整的系统有两种方式，即水平层次组织和垂直块组织。1)层次组织 层次组织是将子系统按层组织成为一个层次软件系统，每层是一个子系统。上层建立在下层的基础上，下层为上层提供必要的服务。各层内所包含的对象是相互独立的，而不同层次上的对象，相互间有关联。低层子系统提供服务，相当于服务器，上层子系统使用下层提供的服务，相当于客户。这样构成上、下层之间的客户/服务器关系。这种组织方式使软件系统形成层次结构。11.411.4系统分解系统分解2023/3/302023/3/3047474747 层次结构又可分

49、为封闭式和开放式两种。在封闭式结构中，每层子系统只根据相邻下层建立，且仅使用相邻下层提供的服务。这种方式降低了各层次之间的相互依赖性，更容易理解和修改，因为一个层次的接口只影响与其相邻的上一层。在开放式结构中，某层子系统可以使用其下面的任何一层子系统所提供的服务。该方式减少了各层上重新定义的服务的需求，使得整个系统更高效、更紧凑。但是，该方式没有遵守信息隐藏的原则，对任何一个子系统的变更都会影响到更高层次的那些子系统。设计软件系统时应该权衡设计准则的各因素而决定组织系统结构的方式。11.411.4系统分解系统分解2023/3/302023/3/3048484848 通常，在需求陈述中只描述了系

50、统的顶层和底层的内容，顶层就是用户看到的目标系统，底层则是可以使用的资源(如硬件、操作系统、数据库等)。这两层间差异很大，为了减少不同层次之间的概念差异，设计者必须引入一些中间层次来弥补。11.411.4系统分解系统分解2023/3/302023/3/3049494949 2)块组织 块组织将系统垂直地分解成若干个相对独立的、弱耦合的子系统，一个子系统相当于一块，每块提供一种类型的服务。在一个系统中，可利用层次和块的混合组织方式。各种可能的组合结构，可以成功地把多个子系统组成一个完整的、混合结构的软件系统。在混合结构组织中，同一层次可以由若干块组成，而同一块也可以分为若干层。大多数复杂系统组织