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論面向?qū)ο笤O(shè)計方法及其應(yīng)用

系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，運用系統(tǒng)科學(xué)的思想和方法，設(shè)計出能滿是用戶所要求的目標（或目的）系統(tǒng)的過程。面向?qū)ο笤O(shè)計方法是一種接近現(xiàn)實的系統(tǒng)設(shè)計方法。在該方法中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上定義的操作算法封裝在一個對象之中。

請圍繞“面向?qū)ο笤O(shè)計方法及其應(yīng)用”論題，依次從以下三個方面進行論述。

1.概要敘述你參與管理和開發(fā)的軟件項目以及你在其中所承擔的主要工作。

2.面向?qū)ο笤O(shè)計方法包含多種設(shè)計原則，請簡要描述其中的三種設(shè)計原則。

3.具體闡述你參與管理和開發(fā)的項目是如何遵循這三種設(shè)計原則進行信息系統(tǒng)設(shè)計的。

試題答案：

一、應(yīng)結(jié)合自己參與的信息系統(tǒng)項目，說明在其中所承擔的工作。

二、面向?qū)ο笤O(shè)計的原則：

對于OO系統(tǒng)的設(shè)計而言，在支持可維護性的同時，提高系統(tǒng)的可復(fù)用性是一個至關(guān)重要的問題，如何同時提高系統(tǒng)的可維護性和可復(fù)用性，是OOD需要解決的核心問題之一。在OOD中，可維護性的復(fù)用是以設(shè)計原則為基礎(chǔ)的。常用的OOD原則包括開閉原則、里氏替換原則、依賴倒置原則、組合/聚合復(fù)用原則、接口隔離原則和最少知識原則等。這些設(shè)計原則首先都是面向復(fù)用的原則，遵循這些設(shè)計原則可以有效地提高系統(tǒng)的復(fù)用性，同時提高系統(tǒng)的可維護性。

1. 開閉原則

開閉原則是指軟件實體應(yīng)對擴展開放，而對修改關(guān)閉，即盡量在不修改原有代碼的情況下進行擴展。此處的“實體”可以指一個軟件模塊、一個由多個類組成的局部結(jié)構(gòu)或一個獨立的類。

應(yīng)用開閉原則可擴展已有的系統(tǒng)，并為之提供新的行為，以滿足對軟件的新需求，使變化中的系統(tǒng)具有一定的適應(yīng)性和靈活性。對于已有的軟件模塊，特別是最重要的抽象層模塊不能再修改，這就使變化中的系統(tǒng)有一定的穩(wěn)定性和延續(xù)性，這樣的系統(tǒng)同時滿足了可復(fù)用性與可維護性。在OOD中，開閉原則一般通過在原有模塊中添加抽象層（例如，接口或抽象類）來實現(xiàn)，它也是其他OOD原則的基礎(chǔ)，而其他原則是實現(xiàn)開閉原則的具體措施。

2. 里氏替換原則

里氏替換原則由Barbara Liskov提出，其基本思想是，一個軟件實體如果使用的是一個基類對象，那么一定適用于其子類對象，而且覺察不出基類對象和子類對象的區(qū)別，即把基類都替換成它的子類，程序的行為沒有變化。反過來則不一定成立，如果一個軟件實體使用的是一個子類對象，那么它不一定適用于基類對象。

在運用里氏替換原則時，盡量將一些需要擴展的類或者存在變化的類設(shè)計為抽象類或者接口，并將其作為基類，在程序中盡量使用基類對象進行編程。由于子類繼承基類并實現(xiàn)其中的方法，程序運行時，子類對象可以替換基類對象，如果需要對類的行為進行修改，可以擴展基類，增加新的子類，而無需修改調(diào)用該基類對象的代碼。

3. 依賴倒置原則

依賴倒置原則是指抽象不應(yīng)該依賴于細節(jié)，細節(jié)應(yīng)當依賴于抽象。換言之，要針對接口編程，而不是針對實現(xiàn)編程。在程序代碼中傳遞參數(shù)時或在組合（或聚合）關(guān)系中，盡量引用層次高的抽象層類，即使用接口和抽象類進行變量類型聲明、參數(shù)類型聲明和方法返回類型聲明，以及數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換等，而不要用具體類來做這些事情。為了確保該原則的應(yīng)用，一個具體類應(yīng)當只實現(xiàn)接口和抽象類中聲明過的方法，而不要給出多余的方法，否則，將無法調(diào)用到在子類中增加的新方法。

實現(xiàn)開閉原則的關(guān)鍵是抽象化，并且從抽象化導(dǎo)出具體化實現(xiàn)，如果說開閉原則是OOD的目標的話，那么依賴倒置原則就是OOD的主要機制。有了抽象層，可以使得系統(tǒng)具有很好的靈活性，在程序中盡量使用抽象層進行編程，而將具體類寫在配置文件中，這樣，如果系統(tǒng)行為發(fā)生變化，則只需要擴展抽象層，并修改配置文件，而無需修改原有系統(tǒng)的源代碼，在不修改的情況下來擴展系統(tǒng)功能，滿足開閉原則的要求。依賴倒置原則是COM、CORBA、EJB、Spring等技術(shù)和框架背后的基本原則之一。

4. 組合/聚合復(fù)用原則

組合/聚合復(fù)用原則又稱為合成復(fù)用原則，是在一個新的對象中通過組合關(guān)系或聚合關(guān)系來使用一些已有的對象，使之成為新對象的一部分，新對象通過委派調(diào)用已有對象的方法達到復(fù)用其已有功能的目的。簡單地說，就是要盡量使用組合/聚合關(guān)系，少用繼承。

在OOD中，可以通過兩種基本方法在不同的環(huán)境中復(fù)用已有的設(shè)計和實現(xiàn)，即通過組合/聚合關(guān)系或通過繼承，但首先應(yīng)該考慮使用組合/聚合，組合/聚合可以使系統(tǒng)更加靈活，類與類之間的耦合度降低，一個類的變化對其他類造成的影響相對較少；其次才考慮繼承，在使用繼承時，需要嚴格遵循里氏替換原則，有效使用繼承會有助于對問題的理解，降低復(fù)雜度，而濫用繼承反而會增加系統(tǒng)構(gòu)建和維護的難度，以及系統(tǒng)的復(fù)雜度。

通過繼承來進行復(fù)用的主要問題在于繼承復(fù)用會破壞系統(tǒng)的封裝性，因為繼承會將基類的實現(xiàn)細節(jié)暴露給子類，由于基類的內(nèi)部細節(jié)通常對子類來說是透明的，所以這種復(fù)用是透明的復(fù)用，又稱為白盒復(fù)用。如果基類發(fā)生改變，那么子類的實現(xiàn)也不得不發(fā)生改變；從基類繼承而來的實現(xiàn)是靜態(tài)的，不可能在運行時發(fā)生改變，沒有足夠的靈活性；而且繼承只能在有限的環(huán)境中使用（例如，如果類沒有聲明不能被繼承）。

由于組合或聚合關(guān)系可以將已有的對象（也可稱為成員對象）納入到新對象中，使之成為新對象的一部分，新對象可以調(diào)用已有對象的功能，這樣做可以使得成員對象的內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)對于新對象是不可見的，因此，這種復(fù)用又稱為黑盒復(fù)用。相對繼承關(guān)系而言，其耦合度較低，成員對象的變化對新對象的影響不大，可以在新對象中根據(jù)實際需要有選擇性地調(diào)用成員對象的操作。組合/聚合復(fù)用可以在運行時動態(tài)進行，新對象可以動態(tài)地引用與成員對象類型相同的其他對象。

一般而言，如果兩個類之間是“Has-A”的關(guān)系，則應(yīng)使用組合或聚合；如果是“Is-A”關(guān)系，則可使用繼承?！癐s-A”是嚴格的分類學(xué)意義上的定義，意思是一個類是另一個類的“一種”。而“Has-A”則不同，它表示某一個角色具有某一項責任。

5. 接口隔離原則

接口隔離原則是指使用多個專門的接口，而不使用單一的總接口。每個接口應(yīng)該承擔一種相對獨立的角色，不多不少，不干不該干的事，該干的事都要干。這里的“接口”通常有兩種不同的含義，一種是指一個類型所具有的方法特征的集合，僅僅是一種邏輯上的抽象；另外一種是指某種語言具體的接口定義，有嚴格的定義和結(jié)構(gòu)，例如，Java語言中的interface。對于這兩種不同的含義，接口隔離原則的表達方式和含義都有所不同。

如果將“接口”理解成一個類型所提供的所有方法的特征集合，這就是一種邏輯上的概念，接口的劃分將直接帶來類型的劃分。在這種情況下，可以將接口理解成角色，一個接口就只是代表一個角色，每個角色都有它特定的一個接口，此時，接口隔離原則可以稱為角色隔離原則。

如果將“接口”理解成狹義的特定語言的接口，接口隔離原則表達的意思則是指接口僅僅提供客戶端需要的行為，客戶端不需要的行為則隱藏起來，應(yīng)當為客戶端提供盡可能小的單獨的接口，而不要提供大的總接口。在面向?qū)ο缶幊陶Z言中，如果需要實現(xiàn)一個接口，就需要實現(xiàn)該接口中定義的所有方法，因此，大的總接口使用起來不一定很方便，為了使接口的職責單一，需要將大接口中的方法根據(jù)其職責不同，分別放在不同的小接口中，以確保每個接口使用起來都較為方便，并都承擔單一角色。

6. 最少知識原則

最少知識原則也稱為迪米特法則（Law of Demeter），是指一個軟件實體應(yīng)當盡可能少地與其他實體發(fā)生相互作用。這樣，當一個模塊修改時，就會盡量少的影響其他的模塊，擴展會相對容易。這是對軟件實體之間通信的限制，它要求限制軟件實體之間通信的寬度和深度。

最少知識原則可分為狹義原則和廣義原則。在狹義原則中，如果兩個類之間不必彼此直接通信，那么這兩個類就不應(yīng)當發(fā)生直接的相互作用；如果其中的一個類需要調(diào)用另一個類的某一個方法，可以通過第三者轉(zhuǎn)發(fā)這個調(diào)用。狹義原則可以降低類之間的耦合，但是會在系統(tǒng)中增加大量的小方法并散落在系統(tǒng)的各個角落，它可以使一個系統(tǒng)的局部設(shè)計簡化，因為每個局部都不會和遠距離的對象有直接的關(guān)聯(lián)，但是也會造成系統(tǒng)的不同模塊之間的通信效率降低，使得系統(tǒng)的不同模塊之間不容易協(xié)調(diào)。

廣義原則是指對對象之間的信息流量、流向和信息的影響的控制，主要是對信息隱藏的控制。信息的隱藏可以使各個子系統(tǒng)之間解耦，從而允許它們獨立地被開發(fā)、優(yōu)化、使用和修改，同時可以促進軟件的復(fù)用，由于每個模塊都不依賴于其他模塊而存在，因此，每個模塊都可以獨立地在其他的地方使用。系統(tǒng)的規(guī)模越大，信息的隱藏就越重要，而信息隱藏的重要性也就越明顯。

最少知識原則的主要用途在于控制信息的過載。在將最少知識原則運用到系統(tǒng)設(shè)計中時，要注意以下幾點：

（1）在類的劃分上，應(yīng)當盡量創(chuàng)建松耦合的類，類之間的耦合度越低，就越有利于復(fù)用。一個處在松耦合中的類一旦被修改，不會對關(guān)聯(lián)的類造成太大波動。

（2）在類的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，每個類都應(yīng)當盡量降低其屬性和方法的訪問權(quán)限。

（3）在類的設(shè)計上，只要有可能，一個類型應(yīng)當設(shè)計成不變類。

（4）在對其他類的引用上，一個對象對其他對象的引用應(yīng)當降到最低。

三、第三個問題要根據(jù)項目的實際情況來寫自己是怎么做的，遇到什么樣的問題，如何解決的。