簡析面向?qū)ο笤O(shè)計準(zhǔn)則

張茵

摘要：面向?qū)ο笤O(shè)計就是用面向?qū)ο笥^點建立求解空間模型的過程。通過面向?qū)ο蠓治龅贸龅膯栴}域模型為建立求解空間模型奠定了堅實基礎(chǔ)，分析與設(shè)計本質(zhì)上是_個多次反復(fù)迭代的過程，面向?qū)ο蠓治龊兔嫦驅(qū)ο笤O(shè)計的界限尤其模糊。文章主要介紹了為獲得優(yōu)秀設(shè)計結(jié)果應(yīng)該遵循的基本準(zhǔn)則和通過經(jīng)驗得出的幾條有助于提高設(shè)計質(zhì)量的啟發(fā)式規(guī)則。有助于讀者更加清楚的了解面向?qū)ο笤O(shè)計的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο笤O(shè)計；準(zhǔn)則；啟發(fā)式規(guī)則

0 引言

所謂優(yōu)秀設(shè)計，就是權(quán)衡了各種因素，從而使得系統(tǒng)在其整個生命周期中的總開銷最小的設(shè)計。指導(dǎo)軟件設(shè)計的基本原理在進(jìn)行面向?qū)ο笤O(shè)計時仍然成立，但是增加了一些與面向?qū)ο蠓椒芮邢嚓P(guān)的新特點，從而具體化為下列面向?qū)ο笤O(shè)計準(zhǔn)則。

1 面向?qū)ο笤O(shè)計準(zhǔn)則

1.1 模塊化

面向?qū)ο筌浖_發(fā)模式，很自然地支持了把系統(tǒng)分解成模塊的設(shè)計原理：對象就是模塊。它是把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作這些數(shù)據(jù)的方法緊密的結(jié)合在一起所構(gòu)成的模塊。

1.2 抽象

面向?qū)ο蠓椒ú粌H支持過程抽象，而且支持?jǐn)?shù)據(jù)抽象。類實際上是一種抽象數(shù)據(jù)類型，它對外開放的公共接口構(gòu)成了類的規(guī)格說明，這種接口規(guī)定了外界可以使用的合法操作符，利用這些操作符可以對類實例中包含的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。使用者無須知道這些操作符的實現(xiàn)算法和類中數(shù)據(jù)元素的具體表示方法，就可以通過這些操作符使用類中定義的數(shù)據(jù)。通常這類抽象稱為規(guī)格說明抽象。

某些面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言還支持參數(shù)化抽象。所謂參數(shù)化抽象，是指當(dāng)描述類的規(guī)格說明時不具體制定所要操作的數(shù)據(jù)類型，而是把數(shù)據(jù)類型作為參數(shù)。這使類的抽象程度更高，應(yīng)用范圍更廣，可重用性更高。

1.3 信息隱藏

在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，信息隱藏通過對象的封裝性實現(xiàn)：類結(jié)構(gòu)分離了接口和實現(xiàn)，從而支持了信息隱藏。對于類的用戶來說，屬性的表示方法和操作的實現(xiàn)算法都應(yīng)該是隱藏的。

1.4 弱耦合

耦合是指一個軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊之間互連的緊密程度。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，對象是最基本的模塊，耦合主要指不同對象之間互相關(guān)聯(lián)的緊密程度。弱耦合是優(yōu)秀設(shè)計的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，因為這有助于使得系統(tǒng)中某一部分的變化對其他部分的影響降到最低程度。

如果一類對象過多依賴其他類對象完成自己的工作，不僅給理解、測試或修改這個類帶來很大困難，而且還將大大降低該類的可重用性和可移植性。類之間的這種相互依賴關(guān)系是緊耦合。對象不可能是完全孤立的，當(dāng)兩個對象必須相互聯(lián)系相互依賴時，應(yīng)該通過類的協(xié)議實現(xiàn)耦合，不應(yīng)該依賴于類的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)。

1.4.1 交互耦合

如果對象之間的耦合通過消息連接來實現(xiàn)，這種耦合叫交互耦合。為使交互耦合盡可能松散，應(yīng)遵循下述準(zhǔn)則：

（1）盡量降低消息連接的復(fù)雜程度。應(yīng)該盡量減少消息中包含的參數(shù)個數(shù)，降低參數(shù)的復(fù)雜程度。

（2）減少對象發(fā)送的消息數(shù)。

1.4.2 繼承耦合

與交互耦合相反，應(yīng)該提高繼承耦合程度。繼承是一般化類與特殊類之間耦合的一種形式。從本質(zhì)上看，通過繼承關(guān)系結(jié)合起來的基類和派生類，構(gòu)成了系統(tǒng)中粒度更大的模塊。因此它們彼此之間應(yīng)該結(jié)合的越緊密越好。

為獲得緊密的繼承耦合，特殊類應(yīng)該確實是對它的一般化類的一種具體化。如果一個派生類擯棄了它基類的許多屬性，他們之間是松耦合。

1.5 強(qiáng)內(nèi)聚

內(nèi)聚衡量一個模塊內(nèi)各個元素彼此結(jié)合的緊密程度。也可以把內(nèi)聚定義為：設(shè)計中使用的一個構(gòu)件內(nèi)的各個元素，對完成一個定義明確的目的所作出的貢獻(xiàn)程度。在設(shè)計時應(yīng)該力求做到高內(nèi)聚。在面向?qū)ο笤O(shè)計中存在3種內(nèi)聚：

（1）服務(wù)內(nèi)聚。一個服務(wù)應(yīng)該完成一個且僅完成一個功能。

（2）類內(nèi)聚。設(shè)計類的原則是，一個類應(yīng)該只有一個用途，它的屬性和服務(wù)應(yīng)該是高內(nèi)聚的，類的屬性和服務(wù)應(yīng)該全都是完成該類對象的任務(wù)所必需的，其中不包括無用的屬性或服務(wù)。如果某個類有多個用途，通常應(yīng)該把它分解成多個專用的類。

（3）一般特殊內(nèi)聚。設(shè)計出的一般特殊結(jié)構(gòu)，應(yīng)該符合多數(shù)人的概念，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)該是對相應(yīng)的領(lǐng)域知識的正確抽取。

緊密的繼承耦合與高度的一般特殊內(nèi)聚是一致的。

1.6 可重用性

軟件重用是提高軟件開發(fā)生產(chǎn)率和目標(biāo)系統(tǒng)質(zhì)量的重要途徑。重用基本上從設(shè)計階段開始。重用有兩方面的含義：盡量使用已有的類；如果確實需要創(chuàng)建新類，則在設(shè)計這些新類的協(xié)議時，應(yīng)該考慮將來的可重復(fù)使用性。

2 啟發(fā)規(guī)則

人們使用面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)開發(fā)軟件歷史雖然不長，但也積累了一些經(jīng)驗。總結(jié)這些經(jīng)驗得出了幾條啟發(fā)規(guī)則，它們往往能幫助軟件開發(fā)人員提高面向?qū)ο笤O(shè)計的質(zhì)量。

2.1 設(shè)計結(jié)果應(yīng)該清晰易懂

使設(shè)計結(jié)構(gòu)清晰、易讀、易懂，是提高軟件可維護(hù)性和可重用性的重要措施。保證設(shè)計結(jié)果清晰易懂的主要因素如下：

（1）用詞一致。名字與它所代表的事物一致，應(yīng)該盡量使用人們習(xí)慣的名字。

（2）使用已有的協(xié)議。如果開發(fā)同一軟件的其他設(shè)計人員已經(jīng)建立了類的協(xié)議，應(yīng)該使用這些已有的協(xié)議。

（3）減少消息模式數(shù)目。如果已有標(biāo)準(zhǔn)的消息協(xié)議，設(shè)計人員應(yīng)該遵循這些協(xié)議。如果確需自己建立消息協(xié)議，應(yīng)該盡量減少消息模式的數(shù)目，只要可能，就使消息具有一致的模式。

（4）避免模糊的定義。一個類的用途應(yīng)該是有限的，而且應(yīng)該從類名可以較容易的推想它的用途。

2.2 一般一特殊結(jié)構(gòu)的深度應(yīng)適當(dāng)

應(yīng)該使類等級中包含的層次數(shù)適當(dāng)。在一個中等規(guī)模的系統(tǒng)中，類等級層次數(shù)應(yīng)保持為7-2到7+2范圍內(nèi)。不應(yīng)該僅僅從方便編碼的角度出發(fā)隨意創(chuàng)建派生類，應(yīng)該使一般特殊結(jié)構(gòu)與領(lǐng)域知識或常識保持一致。

2.3 設(shè)計簡單的類

盡量設(shè)計小而簡單的類，以便于開發(fā)和管理。當(dāng)類很大的時候，要記住它的所有服務(wù)是非常困難的。如果一個類的定義不超過一頁紙，則使用這個類是比較容易的。為使類保持簡單，應(yīng)該注意以下幾點。

（1）避免包含過多的屬性。屬性過多通常表明這個類過分復(fù)雜，它所完成的功能可能太多了。

（2）有明確的定義。為了使類的定義明確，分配給每個類的任務(wù)應(yīng)該簡單，最好能用一兩個簡單語句描述它的任務(wù)。

（3）盡量簡化對象之間的合作關(guān)系。如果需要多個對象協(xié)同配合才能做好一件事，則破壞了類的簡明性和清晰性。

（4）不要提供太多服務(wù)。一個類提供的服務(wù)過多，表明這個類過分復(fù)雜，一個類提供的服務(wù)不要超過7個。

在開發(fā)大型軟件系統(tǒng)時，遵循上述啟發(fā)規(guī)則也會帶來另一個問題：設(shè)計出大量較小的類，這同樣會帶來一定復(fù)雜性。解決這個問題的辦法，是把系統(tǒng)中的類按邏輯分組，也就是劃分“主題”。

2.4 使用簡單的協(xié)議

消息中的參數(shù)不要超過3個。經(jīng)驗表明，通過復(fù)雜消息相互關(guān)聯(lián)的對象是緊耦合的，對一個對象的修改往往導(dǎo)致其他對象的修改。

2.5 使用簡單的服務(wù)

面向?qū)ο笤O(shè)計出來的類中的服務(wù)通常都很小，一般只有3-5行源程序語句，可以用僅含一個動詞和一個賓語的簡單句子描述它的功能。如果一個服務(wù)中包含了過多的源程序語句，或語句嵌套層次太多，或使用了復(fù)雜的CASE語句，應(yīng)該仔細(xì)檢查這個服務(wù)，設(shè)法分解或簡化它。應(yīng)該盡量避免使用復(fù)雜的服務(wù)。如果需要在服務(wù)中使用CASE語句，通常應(yīng)該考慮用一般特殊結(jié)構(gòu)代替這個類的可能性。

2.6 把設(shè)計變動減至最小

設(shè)計的質(zhì)量越高，設(shè)計結(jié)果保持不變的時間也越長。即使出現(xiàn)必須修改設(shè)計的情況，也應(yīng)該使修改的范圍盡可能小。在設(shè)計的早期階段，變動較大，隨著時間推移，設(shè)計方案日趨成熟，改動也越小。

3 結(jié)語

分析是提取和整理用戶需求，建立問題域精確模型的過程。設(shè)計則是把分析得到的需求轉(zhuǎn)變成符合成本和質(zhì)量要求的、抽象的系統(tǒng)實現(xiàn)方案的過程。系統(tǒng)設(shè)計確定實現(xiàn)系統(tǒng)的策略和目標(biāo)系統(tǒng)的高層結(jié)構(gòu)，對象設(shè)計確定解空間中的類、關(guān)聯(lián)、接口形式以及實現(xiàn)服務(wù)的算法。面向?qū)ο笤O(shè)計就是用面向?qū)ο笥^點建立求解域模型的過程。許多分析結(jié)果可以直接映射成設(shè)計結(jié)果，在設(shè)計過程中又會加深和補(bǔ)充對系統(tǒng)需求的理解，從而進(jìn)一步完善分析結(jié)果。