第5章面向對象軟件設計－－時尚而主流的方法內容概覽面向對象設計概述系統設計對象設計“學生成績管理信息系統”分析設計模型

5.1面向對象設計概述

面向對象的分析是一個對問題領域進行分類的活動，確定在解決目標領域的問題時可以應用的類對象，同時確定對象的關系和行為。面向對象設計則主要考慮“如何實現”的問題，那么此階段的焦點是從“問題空間”轉移到“解空間”，著重完成各種不同層次的模塊設計。面向對象設計不僅要說明為實現需求必須引入的類、對象及它們之間是如何關聯的，描述對象間如何傳遞消息，和對象行為如何實現，還必須從提高軟件設計質量和效率方面考慮如何改進類結構和可復用類庫中的類。5.1.1面向對象設計任務依據對象建模技術，面向對象設計過程主要由以下步驟組成：系統設計：主要完成系統整體結構的設計，及所包含的每個子系統的設計，這些子系統是使軟件能夠滿足客戶定義的需求，并實現支持客戶需求的技術基礎設施；類及對象設計：對面向對象分析模型中的類對象模型具體化、詳細化，包括用傳統設計方法中的過程設計方法設計對象的每個操作即算法設計，定義實現系統所需的內部類，為類屬性設計內部數據結構等。消息設計：使每個對象能夠和其協作者通信的設計細節，設計系統的外部和內部接口。復審設計模型：設計過程是迭代深入的，從需求和實現兩個角度對設計模型進行復審。5.1.2面向對象設計模型

面向對象的設計模型是從分析模型導出的，如圖所示,描述出了面向對象分析模型和將從其導出的設計模型之間的關系。

5.2系統設計系統設計過程主要是：劃分子系統；確定需要并行運行的子系統并為它們分配處理器；描述子系統之間的通信；確定系統資源的管理和控制；確定人機交互（用戶界面）構件；選擇實現數據管理和任務管理的基本策略。

系統設計的首要任務就是從面向對象分析的各個模型導出相應的子系統。確定子系統時應當注意以下這些重要問題。每個子系統負責什么用戶需求？在分析中定義的對象被分配到哪個子系統中？哪些子系統必須并發運行，以及由什么系統構件協調和控制它們？全局資源如何被子系統管理？

5.2.1子系統設計

5.2.1子系統設計

1．劃分子系統當子系統被定義和設計時，應該遵從下面的設計標準：子系統應具有定義良好的接口，通過接口和整個系統的其他部分進行通信；除了少數的“通信類”，在某個子系統中的類應只和該子系統中的其他類協作；子系統的數量不應太多。5.2.1子系統設計目前在大型軟件系統的設計中，應用分層技術是一種很重要而可行的方法，下面給出了進行分層設計方法的過程。建立分層標準。也就是決定子系統將如何被組合成層次的體系結構。確定層的數量。設計層數要盡量適合系統應用，太多將引入不必要的復雜性，太少則可能有害功能獨立性。命名層并將子系統分配到某個層。定義每層的接口。進一步細化子系統以建立每個層的類結構。定義層與層之間的消息模型。評審層設計以保證層間的低耦合度。迭代進行分層設計。5.2.1子系統設計

2．子系統的并發處理

在面向對象分析模型中，對象－行為模型包含了存在于子系統或對象之間的并發事件的相關信息。對于同時活動的子系統（或對象），可以在同一個處理器硬件上執行實現，不需要并發處理。當某些子系統（或對象）可能同步作用于事件，它們被稱為并發的子系統（或對象），必須考慮同步措施。這時可采用兩種解決方案：將并發子系統分配到不同的處理器；將并發子系統分配到相同的處理器并由系統提供同步控制。5.2.1子系統設計

3．子系統間通信

一旦每個子系統被定義，就有必要定義子系統之間的協作，可以使用“對象到對象協作”應用于子系統間通信模型。5.2.2人機交互（用戶界面）設計

如今已有許多可視化開發工具，能夠提供大量可復用的基礎圖形（如窗口、菜單、按鈕、對話框等）類庫，幫助設計用戶界面，但是要設計出令用戶滿意的人機交互界面卻不是一件很容易的事情。5.2.2人機交互（用戶界面）設計

1．對用戶特點分類分析，設計不同界面（1）一致性（2）減少操作，提供在線幫助（3）避免用戶的大量記憶內容5.2.2人機交互（用戶界面）設計2．增加用戶界面專用的類與對象

用戶界面專用類的設計通常與所選用的圖形用戶界面有關。3．利用快速原型演示，改進界面設計

為人機交互部分構造原型，是界面設計的基本技術之一。應當盡可能開發用戶界面原型，讓用戶直觀感受界面的設計，從而評判系統是否功能齊全，方便好用。5.2.3任務管理設計任務管理設計一般遵循如下的步驟和策略。（1）識別是由事件驅動，還是時鐘驅動的任務（2）識別關鍵性任務、任務的優先級（3）定義具體任務5.2.4數據管理設計1．定義數據格式

設計數據格式的方法與所使用的數據存儲管理模式密切相關。2．設計相應的操作

不同的數據存儲管理模式，設計相應的操作方法也不同。5.3對象設計5.3.1對象設計的內容與原則

對象設計主要包括：對象的描述、算法設計、程序構件及接口。為了更好地進行對象設計，需要遵循以下原則。（1）封裝（2）抽象（3）信息隱藏（4）強內聚（5）弱耦合（6）可復用5.3.2對象描述

面向對象設計階段的對象描述是在分析階段的對象模型基礎上，由對象間的接口（消息）入手，從實現的角度詳細描述對象的各個方面。對象的設計描述通常包括協議描述和實現描述。協議描述為對象提供了接口，是其他調用該對象的對象設計時必須參考的。實現描述提供了對象內部的（隱藏的）細節，是實現對象所必需的。5.3.2對象描述1．協議描述

以第3章面向對象需求分析方法中的“生產監測應用系統的數據采集子系統”為例進行協議描述。“計數器”可能接收3種消息：“清零復位”消息Reset，“計數加1”消息Increment，“傳送數值”消息Sendvalue。該“計數器”對象的協議描述可寫為：MESSAGE（Counter）→Reset：SETSCounter_number；該消息描述對Counter計數器進行清零復位，接收到該消息后所執行的操作是將計數值Counter_number設置為0，此消息由主控機發出。MESSAGE（Counter）→Increment：CALCULATESCounter_number；該消息描述對Counter計數器累加，接收到該消息后所執行的操作是將數值Counter_number加1操作，此消息由采集設備發出。MESSAGE（Counter）→Sendvalue：SENDSCounter_number；該消息描述Counter計數器傳送計數值，接收到該消息后所執行的操作是將計數值傳送給主控機，此消息由定時器發出。5.3.2對象描述2．實現描述試將前面“計數器Counter”對象的協議描述寫出實現描述。對象名：Counter類名：ClassCounter私有數據結構：Counter_ID：string； //生產線上計數器編號 Controller_ID：string； //生產線上主控機編號 Work_line：string； //生產線編號 Index_ID：string； //計數表示的是哪個指標 Counter_number：integer；//計數值操作過程：1）清零復位IFCounter_number≠0 THENIFCounter_number>0 THENCounter_number置0； ELSE發送出錯信息（Counter_ID，Error）到主控機Controller_ID；2）計數累加Counter_number++；3）數值傳送讀取Counter_number的值；發送保存數據消息（Counter_ID，Work_line，Counter_number）到主控機Controller_ID

5.3.3算法和數據結構設計

面向對象設計中，使用與傳統軟件工程所討論的數據設計和過程設計不同的方法來設計對象的算法和數據結構，對象實現的數據結構和算法一般是并行設計的，因為類的操作總是要操作類的屬性，好的數據結構設計對相應的操作算法設計具有重要的意義。

5.3.4程序構件與接口

描述程序的構件可采用PDL（ProgramDesignLanguage）語言實現，語法形式如下：PACKAGEprogram-component-nameIS/構件（對象）的定義

TYPEspecificationofdataobjects/說明數據的定義

… PROCspecificationofrelatedoperations/操作過程的說明PRIVATE datastructuredetailsforobjects/構件（對象）私有部分的說明PACKAGEBODYprogram-component-nameIS/以下為構件（對象）中具體各操作的實現

PROCoperation.1(interfacedescription)IS… END PROCoperation.n(interfacedescription)IS… END ENDprogram-component-name

5.4案例：“學生成績管理信息系統”分析設計模型

學生成績管理信息系統實現了高校教務管理事務中對學生學業的具體管理，系統主要包括學生成績管理、學生成績查詢和系統管理三部分。學生成績管理部分完成課程成績的登記和修改，這部分僅供被授權的教師使用；學生成績查詢部分實現學生個人課程考試成績的查詢，這部分操作供已注冊的學生使用；系統管理部分完成對教師、學生、課程等基礎信息的維護管理，供系統管理員使用。

5.4案例：“學生成績管理信息系統”分析設計模型

1．系統需求分析

5.4案例：“學生成績管理信息系統”分析設計模型

課程成績部分由注冊教師使用，負責學生成績的登記和修改工作，課程成績如圖所示。

5.4案例：“學生成績管理信息系統”分析設計模型

學生成績查詢部分主要由學生使用，負責完成成績的查詢工作，成績查詢活動圖如圖所示。

5.4案例：“學生成績管理信息系統”分析設計模型

在明確了業務需求基礎之上，需要通過用例圖進一步對業務進行描述，用以構建系統的業務模型。學生成績管理信息系統的用例圖，如圖所示。

5.4案例：“學生成績管理信息系統”分析設計模型

5.4案例：“學生成績管理信息系統”分析設計模型

2．系統主要建模（1）類的分析

5.4案例：“學生成績管理信息系統”分析設計模型

2．系統主要建模（2）類的設計小結

面向對象設計也是將分析階段所建立的分析模型轉變為軟件設計模型，應用數據設計（對象屬性設計）、接口設計（消息模型開發）以及過程設計（子系統級設計）。在面向對象設計將分析階段產生的分析模型轉換為軟件編碼實現做準備的設計模型過程中，可主要歸結為3個層次的內容：子系統設計、類和對象設計、消息設計。子系統層次的設計包含子系統及其協作關