软件工程第十一章3副本

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1、1,第11章 面向对象设计,11.1 面向对象设计的准则 11.2 启发规则 11.3 软件重用 11.4 系统分解 11.5 设计问题域子系统 11.6 设计人机交互子系统 11.7 设计任务管理子系统 11.8 设计数据管理子系统 11.9 设计类中的服务 11.10 设计关联 11.11 设计优化,2,11.8 设计数据管理子系统 11.8.1 选择数据存储管理模式,1. 文件管理系统 文件管理系统是操作系统的一个组成部分，具有成本低和简单等特点。 缺点： 文件操作的级别低， 为提供适当的抽象级别还必须编写额外的代码。 不同操作系统的文件管理系统往往有明显差异。,3,2. 关系数据库管理

2、系统 关系数据库管理系统的理论基础是关系代数，它不仅理论基础坚实而且有下列一些主要优点： 提供了各种最基本的数据管理功能。 为多种应用提供了一致的接口。 标准化的语言(SQL语言)。 关系数据库管理系统通常都相当复杂，具体缺点： 运行开销大。 不能满足高级应用的需求。 与程序设计语言的连接不自然。,4,3. 面向对象数据库管理系统 面向对象数据库管理系统是一种新技术，主要有两种设计途径： 扩展的关系数据库管理系统，是在关系数据库的基础上，增加了抽象数据类型和继承机制，此外还增加了创建及管理类和对象的通用服务。 例如：（Oracle 8i，DB2） 扩展的面向对象程序设计语言，扩充了面向对象程序

3、设计语言的语法和功能，增加了在数据库中存储和管理对象的机制。,5,11.8.2 设计数据管理子系统,1. 设计数据格式 (1)文件系统 定义第一范式表： 列出每个类的属性表； 把属性表规范成第一范式，从而得到第一范式表的定义。 为每个第一范式表定义一个文件。 测量性能和需要的存储容量。 修改原设计的第一范式，以满足性能和存储需求。,6,1. 设计数据格式 (2)关系数据库管理系统 定义第三范式表： 列出每个类的属性表； 把属性表规范成第三范式，从而得出第三范式表的定义。 为每个第三范式表定义一个数据库表。 测量性能和需要的存储容量。 修改先前设计的第三范式，以满足性能和存储需求。,7,1. 设

4、计数据格式 (3)面向对象数据库管理系统 扩展的关系数据库途径：使用与关系数据库管理系统相同的方法。 扩展的面向对象程序设计语言途径：不需要规范化属性的步骤，因为数据库管理系统本身具有把对象值映射成存储值的功能。,8,2. 设计相应的服务 (1)文件系统 被存储的对象需要知道打开哪个(些)文件 怎样把文件定位到正确的记录上 怎样检索出旧值(如果有的话) 怎样用现有值更新它们,9,2. 设计相应的服务 (1)文件系统 此外，还应该定义一个ObjectServer(对象服务器)类，并创建它的实例。该类提供下列服务： 通知对象保存自身； 检索已存储的对象(查找，读值，创建并初始化对象)，以便把这些对

5、象提供给其他子系统使用。,10,2. 设计相应的服务 (2)关系数据库管理系统 应该知道访问哪些数据库表，怎样访问所需要的行，怎样检索旧值，以及怎样用现有值更新它们。 此外，还应该定义一个ObjectServer类，并声明它的对象。该类提供下列服务： 通知对象保存自身； 检索已存储的对象(查找，读值，创建并初始化对象)，以便由其他子系统使用这些对象。,11,2. 设计相应的服务 (3)面向对象数据库管理系统 扩展的关系数据库途径：与关系数据库管理系统方法相同。 扩展的面向对象程序设计语言途径：无须增加服务，已经给每个对象提供了“存储自己”的行为。,12,11.8.3 例子,为具体说明数据管理子

6、系统的设计方法，让我们再看看图11.7所示的ATM系统。,13,11.8.3 例子,从图中可以看出，惟一的永久性数据存储放在分行计算机中。 因为必须保持数据的一致性和完整性，而且常常有多个并发事务同时访问这些数据，因此，采用成熟的商品化关系数据库管理系统存储数据。 应该把每个事务作为一个不可分割的批操作来处理，由事务封锁账户直到该事务结束为止。,14,11.8.3 例子,在这个例子中，需要存储的对象主要是账户类的对象。为了支持数据管理子系统的实现，账户类对象必须知道自己是怎样存储的，有两种方法可以达到这个目的。 （1） 每个对象自己保存自己 账户类对象在接到“存储自己”的通知后，知道怎样把自身

7、存储起来(需要增加一个属性和一个服务来定义上述行为)。,15,11.8.3 例子,（2）由数据管理子系统负责存储对象 账户类对象在接到“存储自己”的通知后，知道应该向数据管理子系统发送什么消息，以便由数据管理子系统把它的状态保存起来，为此也需要增加属性和服务来定义上述行为。使用这种方法的优点，是无须修改问题域子系统。,16,11.8.3 例子,如上一小节所述，应该定义一个数据管理类ObjectServer，并声明它的对象。这个类提供下列服务： 通知对象保存自身或保存需长期存储的对象的状态； 检索已存储的对象并使之“复活”。,17,11.9 设计类中的服务 11.9.1 确定类中应有的服务,需要

8、综合考虑对象模型、动态模型和功能模型，才能正确确定类中应有的服务。 对象模型，通常只在每个类中列出很少几个最核心的服务。设计者必须把动态模型中对象的行为以及功能模型中的数据处理，转换成由适当的类所提供的服务。,18,11.9.1 确定类中应有的服务,一张状态图描绘了一类对象的生命周期，图中的状态转换是执行对象服务的结果。 对象的许多服务都与对象接收到的事件密切相关，事实上，事件就表现为消息，接收消息的对象必然有由消息选择符指定的服务。 功能模型指明了系统必须提供的服务。数据流图中的某些处理可能与对象提供的服务对应。,19,11.9.1 确定类中应有的服务,下列规则有助于确定操作的目标对象： 如

9、果某个处理的功能是从输入流中抽取一个值，则该输入流就是目标对象。 如果某个处理具有类型相同的输入流和输出流，而且输出流实质上是输入流的另一种形式，则该输入输出流就是目标对象。 如果某个处理从多个输入流得出输出值，则该处理是输出类中定义的一个服务。 如果某个处理把对输入流处理的结果输出给数据存储或动作对象，则该数据存储或动作对象就是目标对象。,20,11.9.1 确定类中应有的服务,当一个处理涉及多个对象时，为确定把它作为哪个对象的服务，设计者必须判断哪个对象在这个处理中起主要作用。通常在起主要作用的对象类中定义这个服务。下面两条规则有助于确定处理的归属： 如果处理影响或修改了一个对象，则最好把

10、该处理与处理的目标(而不是触发者)联系在一起。 考察处理涉及的对象类及这些类之间的关联，从中找出处于中心地位的类。如果其他类和关联围绕这个中心类构成星形，则这个中心类就是处理的目标。,21,11.9.2 设计实现服务的方法,1. 设计实现服务的算法 设计实现服务的算法时，应该考虑下列几个因素： 算法复杂度。 容易理解与容易实现。 易修改。,22,11.9.2 设计实现服务的方法,2. 选择数据结构 在面向对象设计过程中，需要选择能够方便、有效地实现算法的物理数据结构。,23,11.9.2 设计实现服务的方法,3. 定义内部类和内部操作 在面向对象设计过程中，可能需要增添一些在需求陈述中没有提到

11、的类，这些新增加的类，主要用来存放在执行算法过程中所得出的某些中间结果。,24,11.10 设计关联,1. 关联的遍历 使用关联有两种可能的方式： 单向遍历 双向遍历 单向遍历实现起来比较简单，双向遍历实现起来稍微麻烦一些。,25,11.10 设计关联,2. 实现单向关联 用指针可以方便地实现单向关联。如果关联的重数是一元的，则实现关联的指针是一个简单指针；如果重数是多元的，则需要用一个指针集合实现关联。,26,用指针实现单向关联,27,用指针集合实现双向关联,28,3. 实现双向关联 许多关联都需要双向遍历，当然，两个方向遍历的频度往往并不相同。实现双向关联有下列3种方法： 只用属性实现一个

12、方向的关联，当需要反向遍历时就执行一次正向查找。如果两个方向遍历的频度相差很大，而且需要尽量减少存储开销和修改时的开销，则这是一种很有效的实现双向关联的方法。,29,3. 实现双向关联 两个方向的关联都用属性实现。当访问次数远远多于修改次数时，这种实现方法很有效。,30,3. 实现双向关联 用独立的关联对象实现双向关联。关联对象不属于相互关联的任何一个类，它是独立的关联类的实例。,用对象实现关联,31,4. 关联对象的实现 可以引入一个关联类来保存描述关联性质的信息，关联中的每个连接对应着关联类的一个对象。 实现关联对象的方法取决于关联的重数。 一对一关联:关联对象可以与参与关联的任一个对象合

13、并。 一对多关联:关联对象可以与“多”端对象合并。 多对多关联:则关联链的性质不可能只与一个参与关联的对象有关，通常用一个独立的关联类来保存描述关联性质的信息，这个类的每个实例表示一条具体的关联链及该链的属性。,32,11.11 设计优化 11.11.1 确定优先级,系统的各项质量指标并不是同等重要的，设计人员必须确定各项质量指标的相对重要性(即确定优先级)，以便在优化设计时制定折衷方案。 最常见的情况，是在效率和清晰性之间寻求适当的折衷方案。,33,11.11.2 提高效率的几项技术,1. 增加冗余关联以提高访问效率 分析阶段确定的关联可能并没有构成效率最高的访问路径。 下面用设计公司雇员技

14、能数据库的例子，说明分析访问路径及提高访问效率的方法。,34,1. 增加冗余关联以提高访问效率 图11.11是从面向对象分析模型中摘取的一部分。公司类中的服务find_skill返回具有指定技能的雇员集合。,图11.11 公司、雇员及技能之间的关联链,35,1. 增加冗余关联以提高访问效率 例如： 用户可能询问公司中会讲日语的雇员有哪些人？ 假设某公司共有2000名雇员，平均每名雇员会10种技能，则简单的嵌套查询将遍历雇员对象2000次，针对每名雇员平均再遍历技能对象10次。如果全公司仅有5名雇员精通日语，则查询命中率仅有1/4000。,36,1. 增加冗余关联以提高访问效率 提高访问效率的一

15、种方法是使用哈希(Hash)表： “具有技能”这个关联不再利用无序表实现，而是改用哈希表实现。只要“会讲日语”是用惟一一个技能对象表示，这样改进后就会使查询次数由20000次减少到2000次。,37,一个权限认证的例子，使用了哈希表作为数据的存储 public class RoleRight private static Hashtable rightList = new Hashtable(); public void init() String accRoleList = “admin“,“manager“,“user“,“guest“; String rightCodeList = “1

16、0001“,“10021“,“20011“,“24011“; for(int i=0;iaccRoleList.length;i+) rightList.put(accRoleListi,rightCodeListi); /*方法说明：获取角色权限代码*/ public String getRight(String accRole) if(rightList.containsKey(accRole) return (String)rightList.get(accRole); else return null; ,38,1. 增加冗余关联以提高访问效率 但是，当仅有极少数对象满足查询条件时，查询命中率仍然很低。 在这种情况下，更有效的提高查询效率的改进方法是，给那些需要经常查询的对象建立索引。,39,1. 增加冗余关联以提高访问效率 例如，针对上述例子，可以增加一个额外的限定关联“精通语言”，用来联系公司与雇员这两类对象，如图11.12所示。,图11.12 为雇员技能数据库建立索引,40,1. 增加冗余关联以提高访问效率 利用适