《軟件設(shè)計》課件2

《軟件設(shè)計》課程概述本課程將深入探討軟件設(shè)計的基本原理和最佳實踐。我們將學(xué)習(xí)如何將復(fù)雜的需求轉(zhuǎn)化為清晰、可維護的軟件架構(gòu)。軟件工程概述團隊合作軟件工程需要多個專業(yè)人員協(xié)同工作。團隊成員必須具備良好的溝通和協(xié)作能力，共同完成軟件開發(fā)任務(wù)。規(guī)范流程軟件工程采用規(guī)范化的流程，例如需求分析、設(shè)計、編碼、測試和維護，確保軟件質(zhì)量和可維護性。質(zhì)量控制軟件工程強調(diào)質(zhì)量控制，通過嚴(yán)格的測試和評審流程，確保軟件符合預(yù)期要求和標(biāo)準(zhǔn)。項目管理軟件工程需要有效的項目管理，包括計劃、資源分配、進度跟蹤和風(fēng)險控制，確保項目按時完成。軟件設(shè)計的基本原則模塊化將軟件系統(tǒng)分解成獨立的模塊，每個模塊具有明確的功能。模塊化提高了代碼的可讀性、可維護性和可復(fù)用性。抽象隱藏實現(xiàn)細(xì)節(jié)，只暴露必要的接口。抽象簡化了軟件系統(tǒng)的復(fù)雜度，方便開發(fā)人員理解和使用。信息隱藏將數(shù)據(jù)和方法封裝在模塊內(nèi)部，只暴露必要的接口。信息隱藏提高了代碼的安全性，減少了代碼耦合度。接口設(shè)計定義模塊之間交互的規(guī)范，保證模塊之間能夠正常通信。良好的接口設(shè)計提高了代碼的可擴展性和可維護性。面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計1分析階段分析問題域，確定系統(tǒng)需求，建立領(lǐng)域模型。例如，識別用戶角色、業(yè)務(wù)規(guī)則和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2設(shè)計階段將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為軟件設(shè)計，定義系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、類、接口和交互關(guān)系。例如，設(shè)計數(shù)據(jù)庫模型、用戶界面和系統(tǒng)架構(gòu)。3編碼階段將設(shè)計轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行代碼，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。例如，使用編程語言編寫代碼，并進行單元測試。UML建?；A(chǔ)1統(tǒng)一建模語言UML是一種標(biāo)準(zhǔn)化的圖形化建模語言，用于可視化和文檔化軟件系統(tǒng)。2面向?qū)ο蠓椒║ML采用面向?qū)ο蟮乃枷?，使用圖形符號來表示類、對象、關(guān)系和行為。3模型類型UML包含多種模型類型，包括用例圖、類圖、順序圖、狀態(tài)圖、活動圖等。4建模工具許多軟件工具支持UML建模，例如EnterpriseArchitect、StarUML和VisualParadigm。用例建模1識別用例明確用戶目標(biāo)2描述用例編寫用例描述3繪制用例圖展示用例交互4用例分析驗證用例完整性用例建模是軟件設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，它以用戶視角描述系統(tǒng)功能。通過識別和描述用例，我們可以明確用戶需求并將其轉(zhuǎn)化為可實現(xiàn)的系統(tǒng)功能。用例圖則以圖形化的方式展示了系統(tǒng)與用戶的交互關(guān)系，方便理解和溝通。類建模識別類分析系統(tǒng)需求，識別出系統(tǒng)中需要用到的各種對象，這些對象將作為類模型的基礎(chǔ)。確定屬性為每個類定義屬性，這些屬性描述了類的特征，例如姓名、年齡、地址等。定義方法為每個類定義方法，這些方法描述了類的行為，例如創(chuàng)建、修改、刪除等操作。建立關(guān)系分析類之間的關(guān)系，例如繼承、關(guān)聯(lián)、聚合等，建立類之間的聯(lián)系。交互建模1用戶界面用戶與軟件交互的界面2交互流程用戶操作軟件的過程3交互模式不同用戶交互方式交互建模是軟件設(shè)計的重要組成部分，它描述了用戶如何與軟件進行交互。它包含了用戶界面設(shè)計、交互流程設(shè)計和交互模式設(shè)計。狀態(tài)建模狀態(tài)機圖狀態(tài)機圖用于描述對象在不同狀態(tài)下執(zhí)行的行為。它包含狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、事件和操作。狀態(tài)狀態(tài)表示對象在執(zhí)行過程中的一個特定階段。它可以是對象的生命周期中的一個狀態(tài)，例如：打開、關(guān)閉、運行。轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是對象從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個狀態(tài)的過程。它通常由一個事件觸發(fā)。事件事件是導(dǎo)致對象狀態(tài)發(fā)生改變的外部刺激，例如：用戶點擊按鈕、網(wǎng)絡(luò)連接斷開。操作操作是在特定狀態(tài)下執(zhí)行的特定行為，例如：保存文件、連接數(shù)據(jù)庫。部署建模1物理架構(gòu)硬件配置，網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)庫部署2軟件架構(gòu)軟件模塊，組件之間的交互3部署環(huán)境操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，數(shù)據(jù)庫版本4部署流程部署步驟，測試策略，回滾計劃部署建模用于規(guī)劃和設(shè)計軟件系統(tǒng)的部署方式，包含物理架構(gòu)，軟件架構(gòu)，部署環(huán)境和部署流程。通過部署建模，可以明確軟件系統(tǒng)如何部署，保證軟件系統(tǒng)安全，穩(wěn)定和高效運行。設(shè)計模式概述可復(fù)用解決方案設(shè)計模式提供可復(fù)用的解決方案，解決常見軟件設(shè)計問題。模式描述了在特定情況下如何解決問題。提高代碼質(zhì)量設(shè)計模式促使代碼更易于理解、維護和擴展。它們提供清晰的結(jié)構(gòu)和一致性，減少重復(fù)代碼。促進團隊協(xié)作設(shè)計模式為團隊成員提供共同語言，簡化溝通。模式確保代碼庫的一致性和可讀性。單例模式保證唯一性單例模式確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點來獲取該實例。資源控制單例模式可以用于管理共享資源，防止多個對象同時訪問同一資源。配置管理例如，可以用來管理數(shù)據(jù)庫連接池或日志文件。工廠模式1定義定義一個創(chuàng)建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個類。2優(yōu)點解耦創(chuàng)建過程，降低代碼耦合度，提高代碼可維護性和可擴展性。3分類簡單工廠模式、工廠方法模式、抽象工廠模式。觀察者模式定義觀察者模式定義了一種一對多的依賴關(guān)系，讓多個觀察者對象同時監(jiān)聽一個主題對象。當(dāng)主題對象狀態(tài)發(fā)生變化時，所有觀察者對象都會得到通知并自動更新。應(yīng)用場景在軟件設(shè)計中，觀察者模式常用于事件驅(qū)動系統(tǒng)、數(shù)據(jù)同步、消息廣播等場景，例如：天氣預(yù)報應(yīng)用、股票行情更新、社交媒體消息推送等。優(yōu)勢觀察者模式可以解耦主題對象和觀察者對象，使它們之間松散耦合，提高代碼的可擴展性和維護性。命令模式命令模式命令模式將請求封裝成對象，從而使您可以參數(shù)化客戶。請求隊列命令模式可以將請求排隊或記錄在日志中，以便稍后執(zhí)行或回滾。撤銷操作通過將命令存儲在歷史記錄中，可以輕松實現(xiàn)撤銷和重做操作。策略模式定義策略模式定義了一系列算法，并將每個算法封裝起來，使它們可以相互替換。優(yōu)點提高代碼靈活性和可擴展性，便于維護和修改。應(yīng)用適用于多種算法可供選擇的場景，例如排序算法、支付方式、數(shù)據(jù)壓縮等等。模板方法模式定義模板方法模式定義了一個算法骨架，將一些步驟延遲到子類中實現(xiàn)。它允許子類在不改變算法結(jié)構(gòu)的情況下，重新定義算法中的一些步驟。優(yōu)點模板方法模式能夠在不改變算法結(jié)構(gòu)的情況下，讓子類自定義算法的具體步驟。它提高了代碼的可復(fù)用性和可擴展性。適配器模式目的將一個類的接口轉(zhuǎn)換成客戶期望的另一個接口，使原本因接口不兼容而不能一起工作的類可以一起工作。作用消除接口不兼容性，讓原本無法直接合作的類可以協(xié)同工作，提高代碼復(fù)用率。應(yīng)用例如將舊的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與新系統(tǒng)整合，或者將第三方庫的接口與現(xiàn)有代碼進行適配。裝飾器模式1動態(tài)添加功能裝飾器模式通過在運行時為對象添加額外的職責(zé)，無需修改原始類。2靈活擴展可以通過組合不同的裝飾器來實現(xiàn)不同的功能，提高代碼的靈活性和可擴展性。3保持代碼簡潔通過將功能分離到裝飾器類中，可以保持原始類的代碼簡潔。4遵循開閉原則裝飾器模式允許擴展功能，而無需修改原始類，符合開閉原則。門面模式簡化接口門面模式提供一個統(tǒng)一的接口，簡化復(fù)雜子系統(tǒng)的使用。它隱藏子系統(tǒng)內(nèi)部的復(fù)雜性，為客戶端提供更簡潔的調(diào)用方式。松耦合門面模式解耦了客戶端和子系統(tǒng)之間的依賴關(guān)系，降低了系統(tǒng)維護成本。增強靈活性門面模式允許在不影響客戶端的情況下修改子系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可擴展性和可維護性。組合模式定義組合模式是一種結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式。它允許你將對象組合成樹形結(jié)構(gòu)，從而表示“部分-整體”層次結(jié)構(gòu)。它為客戶端提供統(tǒng)一的接口來訪問單個對象和組合對象。優(yōu)點組合模式可以使代碼更簡潔、易于維護。它可以減少代碼重復(fù)，提高代碼的可擴展性。此外，組合模式還可以更方便地遍歷樹形結(jié)構(gòu)。迭代器模式遍歷集合提供一種統(tǒng)一的接口遍歷不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的元素。解耦合將遍歷算法與具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分離，提高代碼可維護性。應(yīng)用場景適合于需要遍歷不同集合對象，而無需關(guān)心其內(nèi)部實現(xiàn)的情況。代理模式定義代理模式為其他對象提供一種代理以控制對該對象的訪問。代理模式可以實現(xiàn)一些功能，例如遠(yuǎn)程代理、虛擬代理和安全代理。優(yōu)點代理模式可以簡化程序設(shè)計，提高程序的可擴展性和安全性。它可以將復(fù)雜的邏輯隱藏在代理對象中，從而使客戶代碼更加簡潔。橋接模式分離抽象與實現(xiàn)將抽象部分與實現(xiàn)部分分離，通過橋接類將兩者連接起來。增強靈活性方便修改和擴展，無需修改原有代碼即可實現(xiàn)新的功能。提高復(fù)用性通過橋接類實現(xiàn)不同抽象和實現(xiàn)的組合，提高代碼復(fù)用性。訪問者模式分離算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)訪問者模式通過將算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分離，使算法可以獨立于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)演變，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也無需依賴特定算法。添加新操作訪問者模式為現(xiàn)有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)添加新操作提供了一種靈活機制，無需修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身。操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)訪問者模式允許定義在特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作，而無需知道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的具體類型。中介者模式11.解耦中介者模式通過引入一個中介對象，解耦了多個對象之間的直接交互，降低了對象之間的耦合度。22.降低復(fù)雜性中介者模式將多個對象之間的交互集中到中介對象中，簡化了對象之間的交互邏輯，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。33.易于維護中介者模式將交互邏輯集中到中介對象中，方便維護和修改代碼，提高代碼的可維護性。44.靈活擴展中介者模式可以方便地添加新的對象，而無需修改其他對象，提高系統(tǒng)的可擴展性。備忘錄模式保存對象狀態(tài)備忘錄模式用于在不破壞對象內(nèi)部狀態(tài)的情況下，保存對象狀態(tài)的快照?；謴?fù)對象狀態(tài)可以隨時使用備忘錄恢復(fù)對象到之前保存的狀態(tài)，例如撤銷操作。應(yīng)用場景游戲中的存檔功能、文本編輯器中的撤銷功能，都需要使用備忘錄模式。解釋器模式