利用權重優(yōu)化類圖的主題

張森森

（桂林航天工業(yè)學院 計算機科學與工程學院，廣西 桂林 541000）

0 引言

隨著軟件工程技術的成熟與發(fā)展，采用工程化的方法進行軟件開發(fā)已成必然。在進行面向對象方法學開發(fā)時，軟件設計起到了至關重要的作用，只有好的設計才能保證編碼階段不會產(chǎn)生錯誤。因此，對大型的軟件進行開發(fā)，必須按照不同的主題來進行對象模型的設計。這樣即可以降低設計階段錯誤的引入，也能減少后期編碼階段的難度［1］。目前，常規(guī)的主題劃分方法，一般先由高級的軟件開發(fā)人員根據(jù)前期得到的類圖來進行劃分，然后由具體的項目負責人員對項目逐步進行深入了解后，再進行進一步的修改。所采用的技術大都是按著問題域來進行主題的確認，而此方法未將功能或者是對象之間的耦合性作為參考的標準。

一般在研究問題時得到的原始類圖中，類之間的相互連接因為有數(shù)據(jù)的傳送，僅僅按著問題域進行劃分并不是很好的選擇。由于前期設計階段得到的結果對后期的實現(xiàn)會產(chǎn)生深遠的影響。因此，在進行類圖主題劃分時，也應該將得到的類之間的數(shù)據(jù)傳送考慮進去。如果類圖中存在兩個類之間有密集的數(shù)據(jù)交流，但并不在同一個問題域中，也應該在實際的設計階段將其放到同一個主題中。那么依據(jù)什么來進行這些類的移動，如何將這些放到一個合適的主題中，是一個優(yōu)秀設計的關鍵。

1 相關技術

1.1 軟件重構技術

軟件重構應用于軟件開發(fā)的各個階段，主要目的是為了優(yōu)化軟件的結構，提高軟件的可讀性。在軟件開發(fā)過程中占據(jù)的地位也是越來越大，例如軟件開發(fā)的預防性維護階段，主要采用的軟件重構技術來進行。軟件重構最主要的意義在于軟件重構前后軟件的功能不會發(fā)生改變，僅僅改變軟件的內(nèi)部結構。在類圖主題劃分階段應用過程中，必須保證軟件重構前后類圖的整體設計不會發(fā)生改變，即系統(tǒng)對外顯示的功能不會發(fā)生改變［2-3］。

1.2 軟件重構權重計算法簡述

權重計算法是為了解決上述問題，優(yōu)化類圖主題而提出的。權重計算的原理是根據(jù)類圖中類的相互依賴關系，確定一個數(shù)值，定量得到某個類與對應主題以及相關主題之間的依賴關系［4］。如圖1 所示：類A 按問題域劃分到a 主題中，類B 按問題域劃分到b 主題中，A 與B 之間有數(shù)據(jù)交流給其定值為1。假設b 主題中還有C、D 兩個類，C、D 都與類A 有數(shù)據(jù)交流。但是主題a 中的其它類與類A 并沒有據(jù)交流，可以粗略的認為主題a 與類A 的權重值為1，主題b 與類A 的權重值為3，在不影響軟件整體功能的前提下，可以認為將類A 移動到主題b 中能夠減少主題之間的依賴性，提高軟件的質(zhì)量，以及優(yōu)化軟件的結構。

圖1 權重圖形化Fig.1 Weight graphing

2 實例運用

研究對象自動取款機（ATM）系統(tǒng)，銀行擬開發(fā)一個對應的ATM 系統(tǒng)。按照對應的軟件工程開發(fā)步驟先得到所需的類，建立相應的關聯(lián)，然后按照主題劃分為3 個常見的主題，即總行、分行、ATM，如圖2 所示?？傂兄饕傂蓄惻cATM 類；分行主要包含分行類、分行計算機類、柜員終端類等等；ATM主要包含ATM 類、遠程事務類以及銀行卡類以及儲戶相關類等。

圖2 ATM 系統(tǒng)常見的主題圖Fig.2 Common themes of ATM systems

根據(jù)原始類圖此類相關的信息，將里面的類進行抽象化得到圖3。圖3 具體記錄了ATM 系統(tǒng)中各個類之間的關聯(lián)。此類連接主要分為二種情況，一是每個主題內(nèi)部自身類之間的連接。如：在主題分行中，分行類用來保管賬戶，所以分行類與賬戶類之間具有具體的連接，分行類與柜員類、分行類與分行計算機類、柜員類與柜員事務類等都屬于這類的關系。通過相應的分析，也可以得到主題總行以及主題ATM 的內(nèi)部各個類之間相應的連接情況。另一種連接方式則是各個不同主題之間類的連接。如：在圖3 中，主題ATM 中的現(xiàn)金兌換卡能夠訪問主題分行中的賬戶，則需要在代表現(xiàn)金兌換卡類與代表儲戶類的抽象化的類之間建立相應的連接。同樣在圖3 中也可以找到很多類似此類的連接，如主題分行計算機類與主題總行中的中央計算機類等等。為了能夠利用軟件重構的權重計算法來進行研究，本文粗略的將各個有關聯(lián)類之間的關聯(lián)數(shù)據(jù)定量為1。在進行研究時，研究的對象應該是那些與其他主題具有直接關聯(lián)的類，也就是能夠滿足第二種條件的類。

圖3 ATM 權重圖Fig.3 ATM weight diagram

3 結果分析

在研究的ATM 系統(tǒng)中，中央計算機類、賬戶類、分行類、遠程事務類、現(xiàn)金卡類、儲戶類都是滿足第二種條件的類。因此，這些類作為全部的觀察對象，因為需要得到原先主題以及可能需要移動主題之間的關系，因此還需要得到這些類第一種方法的值，具體的數(shù)據(jù)分析見表1。表1 中記錄的信息主要包括需要研究的這些類與相應主題之間的權重數(shù)據(jù)。對表1 分析可見，中央計算機類、分行類、儲戶類與其它主題類的交流權重值等于與其對應主題的交流權重值，遠程事務、現(xiàn)金卡類與其它主題類的交流權重值小于與其對應主題的交流權重值。因此，這些類在原主體中應保持不變。分析賬戶類明顯看出，此類在分行主題中的權重值要小于ATM 主題中的權重值，因此可以進行移動。

表1 各類在不同主題分布表Tab.1 The categories are distributed in different topics

4 分析延伸

通過利用權重計算法能夠定量的分析出主題間需要移動的類，保證了主題結構的清晰度，減少了主題之間的耦合性，確保在后期代碼編寫過程中軟件的穩(wěn)定性，減少了代碼書寫量，縮短了開發(fā)的時間，優(yōu)化了軟件的結構。在實際開發(fā)大型軟件過程中已有很多的可視化工具能夠幫助人們迅速找到類，以及各個類之間的關聯(lián)值。而開發(fā)者需要做的，就是利用這些關聯(lián)去得到需要進行比較的類，然后根據(jù)權重值來判斷類是否需要移動。對軟件重構來說，還有一點至關重要，就是主題之間類移動前后必須要保證軟件對外的功能沒有發(fā)生變化。由于本例中要移動的賬戶類設計較小，可以通過簡單的結構分析得到結論，保證軟件重構。但在大型的軟件開發(fā)時，特別對于那些結構復雜的軟件，在利用權重進行分析時必須要進行軟件重構分析，必要時需要進行相應的測試，來保證軟件重構前后軟件的功能不會發(fā)生變化。在實際的運用過程中，沒有必要去統(tǒng)計原有主題或者目標主題中的權重值，可以引進一個新的變量Q。Q 代表的是某個類在主題之間移動之后權重值的差值，引進這個變量就可以直接通過其的正負值來得到需要移動的類。通過上訴分析可知，Q 值為正時需要進行此類的移動，這在進行一些大型的軟件開發(fā)過程中能夠節(jié)省時間減少操作步驟。

5 總結與展望

本文雖然應用于一個小型的ATM 系統(tǒng)開發(fā)，但軟件開發(fā)的步驟以及原則結構都非常的詳盡，將此技術應用于主題間類的移動，能夠明顯的改善原始類圖中主題的結構幫助，對整個軟件開發(fā)過程都具有深遠的影響。但是此項技術應用范圍比較局限，沒有得到更多的驗證，僅僅本文中的例子是遠遠不夠的，希望今后能夠在更多的軟件開發(fā)過程中得到運用。