軟件的復(fù)用技術(shù)及開(kāi)發(fā)方法
軟件的復(fù)用技術(shù)及開(kāi)發(fā)方法
2.1軟件的復(fù)用技術(shù)
軟件復(fù)用是指在開(kāi)發(fā)新的軟件系統(tǒng)時(shí)，對(duì)已有的軟件或軟件模塊重新使用，該軟件可以是己經(jīng)存在的軟件，也可以是專門的可復(fù)用組件〔8〕。軟件可復(fù)用性的高低影響到生產(chǎn)效率的高低、軟件質(zhì)量的好壞和系統(tǒng)可維護(hù)性的好壞。在軟件工程中面臨的問(wèn)題不是缺乏復(fù)用，而是缺乏廣泛的、系統(tǒng)的復(fù)用。軟件復(fù)用包括構(gòu)造可復(fù)用軟件和用可復(fù)用軟件進(jìn)行構(gòu)造。構(gòu)造可復(fù)用軟件，一方面可以從現(xiàn)存的軟件系統(tǒng)中抽取，另一方面通過(guò)改寫或重新設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)施。
Jones將軟件復(fù)用的對(duì)象分為4種數(shù)據(jù)復(fù)用、體系結(jié)構(gòu)復(fù)用、設(shè)計(jì)復(fù)用和程序復(fù)用。這樣，軟件復(fù)用可在實(shí)現(xiàn)層、設(shè)計(jì)層和體系結(jié)構(gòu)層三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)層軟件復(fù)用是指對(duì)己有的程序代碼進(jìn)行復(fù)用，它包括源代碼組件形式。設(shè)計(jì)層軟件復(fù)用是指對(duì)已有的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行復(fù)用。而體系結(jié)構(gòu)層軟件復(fù)用是最有效的軟件復(fù)用，它主要是軟件體系結(jié)構(gòu)形式化的復(fù)用，即將軟件的框架組織，全局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為復(fù)用對(duì)象。可復(fù)用的軟件體系結(jié)構(gòu)則通常是顯式地復(fù)用軟件體系結(jié)構(gòu)，并通過(guò)集成其他軟件體系結(jié)構(gòu)，建立新的更高層次的體系結(jié)構(gòu)。
面向?qū)ο蟮能浖䦶?fù)用機(jī)制主要有兩種:繼承和對(duì)象組合。
（1）繼承
繼承是指子類可以從父類中直接獲得某些特征和行為的能力，繼承可作為代碼復(fù)用和概念復(fù)用的手段。作為代碼復(fù)用的手段是指:子類通過(guò)繼承父類的行為，一些代碼就不必重寫;作為概念復(fù)用的手段是指:子類共享父類的方法定義。作為代碼復(fù)用和概念復(fù)用手段的繼承機(jī)制，在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，通過(guò)面向?qū)ο蠹夹g(shù)的一些主要機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)“支持可維護(hù)性的可復(fù)用性”的支持。這些面向?qū)ο蟮闹饕獧C(jī)制是:數(shù)據(jù)的抽象化、封裝和多態(tài)性。通過(guò)運(yùn)用這些機(jī)制，繼承可以在高層次上提供(相對(duì)于傳統(tǒng)的低層次復(fù)用)可復(fù)用性:數(shù)據(jù)的抽象化和繼承關(guān)系使得概念或定義可以復(fù)用;多態(tài)性使得實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用可以復(fù)用;而抽象化和封裝可以保持和促進(jìn)系統(tǒng)的可維護(hù)性。這樣一來(lái)，復(fù)用的焦點(diǎn)不再集中在函數(shù)和算法等具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上，而是集中在最重要的含有宏觀商業(yè)邏輯的抽象層次上。換言之，復(fù)用的焦點(diǎn)發(fā)生了“倒轉(zhuǎn)”。發(fā)生復(fù)用焦點(diǎn)的倒轉(zhuǎn)并不是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的復(fù)用并不重要，而是因?yàn)檫@些細(xì)節(jié)上的復(fù)用己經(jīng)做的很好了，并且這種復(fù)用在提高復(fù)用性的同時(shí)提高了軟件的可維護(hù)性。由于繼承關(guān)系直接繼承的是接口，同時(shí)也繼承實(shí)現(xiàn)，因而實(shí)際上父類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)子類而言是可見(jiàn)的，屬于白盒復(fù)用方式。
（2）對(duì)象的組合
對(duì)象組合是指新的復(fù)雜功能可以通過(guò)組裝或組合對(duì)象來(lái)獲得。這種復(fù)雜的功能由對(duì)象組合來(lái)獲得的設(shè)計(jì)思想與過(guò)程化程序設(shè)計(jì)思想是相似的，在過(guò)程化程序設(shè)計(jì)中，一個(gè)復(fù)雜的功能模塊可以分解為更細(xì)小的和更簡(jiǎn)單的功能模塊，整體功能是各個(gè)局部功能的聚集。在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，系統(tǒng)是由對(duì)象構(gòu)成，因此復(fù)雜的功能或者說(shuō)能完成更復(fù)雜功能的對(duì)象，可以通過(guò)功能較簡(jiǎn)單的對(duì)象的組裝或組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)象組合方式是從整體與局部的角度來(lái)考慮軟件復(fù)用思想的。
對(duì)象組合要求對(duì)象具有良好的接口定義，使用對(duì)象的接口來(lái)使用對(duì)象的功能，并往往運(yùn)用賦值多態(tài)來(lái)獲得具體對(duì)象，對(duì)象的內(nèi)部功能是不可見(jiàn)的，對(duì)象只以“黑盒”的形式出現(xiàn)，屬于黑盒復(fù)用方式。
面向?qū)ο蟮能浖䦶?fù)用過(guò)程有以下步驟:
①抽象:對(duì)軟件制品進(jìn)行抽象，抽象層次越高，復(fù)用的機(jī)會(huì)就越大;
②選擇:一般通過(guò)分類和編目方案組織和檢索可復(fù)用的軟件制品;
③特殊化:即將上步選定了的一個(gè)一般化的軟件制品進(jìn)行特殊化，以滿足特定領(lǐng)域的要求;
④集成:集成需要在軟件體系結(jié)構(gòu)或框架的指導(dǎo)下，將選定的、特殊化了的模塊集合組成一個(gè)完整的軟件系統(tǒng)。要有效地將可復(fù)用制品集成為一個(gè)軟件系統(tǒng)，使用者必須清楚地理解該模塊的接口。
而從復(fù)用的使用角度上看，軟件復(fù)用的使用行為可能發(fā)生在三個(gè)維上。
①平臺(tái)維:以某平臺(tái)上的軟件為基礎(chǔ)，修改它與運(yùn)行平臺(tái)相關(guān)的部分，使其能夠運(yùn)行在新的平臺(tái)，即軟件移植;
②時(shí)間維:使用以前的軟件版本作為新版本的基礎(chǔ)，加入新功能，適應(yīng)新需求，即軟件維護(hù);
③應(yīng)用維:將某軟件或其中構(gòu)件用于其他系統(tǒng)中，新系統(tǒng)具有不同功能和用途，即真正的軟件復(fù)用。
這三種行為中都重復(fù)使用了現(xiàn)有的軟件，但是真正意義的軟件復(fù)用指的是應(yīng)用維上的軟件復(fù)用，即“使用為復(fù)用而開(kāi)發(fā)的軟件”來(lái)更快更好地開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用系統(tǒng)。通過(guò)軟件復(fù)用，消除了許多重復(fù)勞動(dòng)，降低了軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)間。同時(shí)，復(fù)用高質(zhì)量的己有開(kāi)發(fā)成果，避免了重新開(kāi)發(fā)可能引入的錯(cuò)誤，從而提高了軟件的質(zhì)量。
2.2軟件的開(kāi)發(fā)方法
2.2.1結(jié)構(gòu)化開(kāi)發(fā)方法
結(jié)構(gòu)化方法是把現(xiàn)實(shí)世界描繪為數(shù)據(jù)在信息系統(tǒng)中的流動(dòng)，以及在數(shù)據(jù)流動(dòng)的過(guò)程中數(shù)據(jù)向信息的轉(zhuǎn)化。其基本思想為:基于功能分解設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)把復(fù)雜的問(wèn)題逐層分解，進(jìn)行簡(jiǎn)化(即自頂向下，逐層細(xì)化)，將整個(gè)程序結(jié)構(gòu)劃分成若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的子模塊直至最簡(jiǎn)，并且每個(gè)模塊最終都可使用順序、選擇、循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它是從系統(tǒng)內(nèi)部功能上模擬客觀世界。
結(jié)構(gòu)化方法強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程的整體性和全局性，強(qiáng)調(diào)在整體優(yōu)化的前提下來(lái)考慮具體的分析設(shè)計(jì)問(wèn)題。結(jié)構(gòu)化方法嚴(yán)格地區(qū)分開(kāi)發(fā)階段，強(qiáng)調(diào)一步一步地嚴(yán)格地進(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，每一步工作都及時(shí)地總結(jié)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而避免了開(kāi)發(fā)過(guò)程的混亂狀態(tài)。
結(jié)構(gòu)化方法是目前被廣泛采用的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法之一，但是結(jié)構(gòu)化方法也存在的許多問(wèn)題，其局限性有以下幾點(diǎn):
（1）難以解決軟件重用問(wèn)題。結(jié)構(gòu)化方法從功能抽象出發(fā)進(jìn)行模塊劃分，所劃分出的模塊千差萬(wàn)別，模塊共用的程度不高。
（2）結(jié)構(gòu)化方法在需求分析中對(duì)問(wèn)題域的認(rèn)識(shí)和描述不是以問(wèn)題域中固有的事物作為基本單位，而是打破了各項(xiàng)事物之間的界限，在全局范圍內(nèi)以數(shù)據(jù)流為中心進(jìn)行分析，所以分析結(jié)果不能直接反映問(wèn)題域。同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)較復(fù)雜時(shí)，很難檢驗(yàn)分析的正確性。因此，結(jié)構(gòu)化分析方法容易隱藏一些對(duì)問(wèn)題域的理解偏差，與后繼開(kāi)發(fā)階段的銜接也比較困難。
（3）結(jié)構(gòu)化方法對(duì)需求變化的適應(yīng)能力比較弱，軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)功能的變化十分敏感，功能的變化會(huì)引起相關(guān)聯(lián)的許多數(shù)據(jù)流的修改，同時(shí)設(shè)計(jì)出的軟件難以重用，延緩了開(kāi)發(fā)的過(guò)程。
（4）結(jié)構(gòu)化方法中設(shè)計(jì)文檔很難與分析文檔對(duì)應(yīng)，因?yàn)槎叩谋硎倔w系不一致。結(jié)構(gòu)化方法的結(jié)果-數(shù)據(jù)流圖(DFD)和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)結(jié)果-模塊結(jié)構(gòu)圖(MSD)是兩種不同的表示體系，從分析到設(shè)計(jì)的“轉(zhuǎn)換”使得設(shè)計(jì)文檔與問(wèn)題域的本來(lái)面貌相差甚遠(yuǎn)。
2.2.2面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)方法
面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法采用從特殊到一般的歸納方法，它是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體進(jìn)行分類，然后區(qū)分對(duì)象及其屬性，整理對(duì)象及其組成部分，并劃分成不同的對(duì)象類，從而得到現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中對(duì)象及其關(guān)系，進(jìn)而分析并掌握系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)律。OOA的重點(diǎn)是使用面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)解決現(xiàn)實(shí)世界模型的建立問(wèn)題，是利用從問(wèn)題域中抽象出的類和對(duì)象來(lái)研究系統(tǒng)實(shí)際需求的一種分析方法。
這種方法是以對(duì)象作為分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的核心，對(duì)問(wèn)題空間進(jìn)行直接映射，使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的對(duì)象與真實(shí)世界具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以自然符合人類認(rèn)識(shí)規(guī)律，有效地解決了需求分析模型和軟件設(shè)計(jì)模型的不匹配現(xiàn)象，它同時(shí)也易于適應(yīng)系統(tǒng)的變化處理。面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)基本過(guò)程一般包括:問(wèn)題域分析、發(fā)現(xiàn)和定義對(duì)象類、識(shí)別對(duì)象的外部聯(lián)系、建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型、以及建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為模型。
（1）問(wèn)題域分析:分析應(yīng)用領(lǐng)域的業(yè)務(wù)范圍、業(yè)務(wù)規(guī)則和業(yè)務(wù)處理過(guò)程，確定系統(tǒng)的責(zé)任、范圍和邊界，確定系統(tǒng)的需求;
（2）發(fā)現(xiàn)和定義對(duì)象類:識(shí)別對(duì)象和類，確定它們的內(nèi)部特征:屬性和服務(wù)操作;
（3）識(shí)別對(duì)象的外部聯(lián)系:在發(fā)現(xiàn)和定義對(duì)象與類的過(guò)程中，需要同時(shí)識(shí)別對(duì)象與對(duì)象、類與類之間的各種外部聯(lián)系，包括結(jié)構(gòu)性的靜態(tài)聯(lián)系和行為性的動(dòng)態(tài)聯(lián)系;
（4）建立系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型:分析系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，建立系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型，并且把它們用圖形和文字說(shuō)明表達(dá)出來(lái);
（5）建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為模型:分析系統(tǒng)的行為，建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為模型，并且把它們用圖形和文字說(shuō)明表達(dá)出來(lái)。
面向?qū)ο竽Ｐ捅纫酝哪Ｐ陀辛撕艽蟮倪M(jìn)步，但仍有不足。首先面向?qū)ο蠓椒ㄖ袑?duì)象的確定有時(shí)會(huì)因客觀邊界模糊而難以確定，這樣很難保證軟件描述的正確性。其次面向?qū)ο蠓椒ㄔ诿枋鰡?wèn)題域方面存在不足。在問(wèn)題域中，面向?qū)ο蠓椒ò丫唧w或抽象的問(wèn)題現(xiàn)象直接表述為對(duì)象，同時(shí)把現(xiàn)象類型直接表述為類。大多數(shù)OOA方法支持多視角模型，即對(duì)同一問(wèn)題域現(xiàn)象，不同的主體可以將它表述為同一對(duì)象或類型。但系統(tǒng)的描述在應(yīng)用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行建模時(shí)常遇到這樣的困惑，描述者力圖通過(guò)面向?qū)ο蟮谋硎鰧?duì)存在的問(wèn)題現(xiàn)象達(dá)成一致，然而結(jié)果得到的對(duì)象或類并不適合于某個(gè)描述者對(duì)對(duì)象的獨(dú)自表述，即在面向?qū)ο竽Ｐ椭校茈y把不同描述者對(duì)現(xiàn)象的描述正確的統(tǒng)一起來(lái)。
2.2.3基于設(shè)計(jì)模式的開(kāi)發(fā)方法
設(shè)計(jì)面向?qū)ο筌浖容^困難，而設(shè)計(jì)可復(fù)用的面向?qū)ο筌浖透永щy。設(shè)計(jì)應(yīng)該對(duì)手頭的問(wèn)題有針對(duì)性，同時(shí)對(duì)將來(lái)的問(wèn)題和需求也要有足夠的通用性。希望避免重復(fù)設(shè)計(jì)或盡可能少做重復(fù)設(shè)計(jì)。而模式是針對(duì)一個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的問(wèn)題優(yōu)秀的解決方案，它的方法就是發(fā)現(xiàn)變化、封裝變化〔2‘，。模式本身已經(jīng)充分考慮了變化的情況，并且采用了一種特殊的對(duì)待變化的方法，它不是預(yù)先考慮會(huì)如何變化，而是考慮哪里可能會(huì)變化，然后隔離，所以當(dāng)變化發(fā)生時(shí)不會(huì)帶來(lái)全局性的破壞。
有經(jīng)驗(yàn)的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)者能做出良好的設(shè)計(jì)，他們知道:不是解決任何問(wèn)題都要從頭做起。他們更愿意復(fù)用以前用過(guò)的好的解決方案。這些經(jīng)驗(yàn)是他們成為內(nèi)行的部分原因。實(shí)際上，在許多面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)中，都存在諸多的類和相互通信的對(duì)象的重復(fù)模式。這些模式幫助設(shè)計(jì)者將新的設(shè)計(jì)建立在以往工作的基礎(chǔ)上，復(fù)用以往成功的設(shè)計(jì)方案。一個(gè)熟悉這些模式的設(shè)計(jì)者不需要再去發(fā)現(xiàn)它們，就能夠立即將它們應(yīng)用于設(shè)計(jì)問(wèn)題中。使得面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)更靈活、優(yōu)雅，最終復(fù)用性更好。
模式可以在軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段被使用，既可以創(chuàng)建一個(gè)解決單一問(wèn)題的模式或者針對(duì)某一用例應(yīng)用的模式，也可以同時(shí)使用多個(gè)模式來(lái)解決復(fù)雜的問(wèn)題。模式的設(shè)計(jì)類型可以包括結(jié)構(gòu)化的、行為化的和條件化的解決方案，因此，模式的應(yīng)用范圍是非常廣闊和靈活的。一旦‘懂得了模式，許多設(shè)計(jì)決策自然而然就產(chǎn)生了。在人們充分認(rèn)識(shí)到模式的重要性后，逐漸將面向?qū)ο筌浖脑O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)作為設(shè)計(jì)模式記錄下來(lái)。每一個(gè)設(shè)計(jì)模式系統(tǒng)地命名、解釋和評(píng)價(jià)了面向?qū)ο笙到y(tǒng)中一個(gè)重要的、重復(fù)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)，能夠被人們有效的利用。
模式和系統(tǒng)架構(gòu)有很大的相似性，都是處理一些抽象概念間的關(guān)系，但是二者還是有很大的不同，模式是領(lǐng)域無(wú)關(guān)的，它是解決一些抽象問(wèn)題的，但是系統(tǒng)架構(gòu)是針對(duì)所要解決的實(shí)際問(wèn)題的，是領(lǐng)域相關(guān)的。模式在應(yīng)用時(shí)可以
通過(guò)下述步驟進(jìn)行設(shè)計(jì):
（1）對(duì)問(wèn)題領(lǐng)域進(jìn)行分析、分解，結(jié)合模式的適用條件找到和待解決的問(wèn)題匹配的模式，對(duì)該模式進(jìn)行定制應(yīng)用到具體系統(tǒng)中來(lái)。
（2）和模式結(jié)合在一起構(gòu)建起整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)。比如:MVC(Model-View-Controller)，它是專門針對(duì)交互系統(tǒng)提出的，如果要構(gòu)建一個(gè)交互系統(tǒng)，那么就可以直接應(yīng)用MVC模式，然后在該模式所搭建的場(chǎng)景啟發(fā)下去發(fā)現(xiàn)Model、View以及Controller，在大的場(chǎng)景的指導(dǎo)下根據(jù)其它的需求(模式)構(gòu)建一些小的場(chǎng)景對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的分化。
2.3 設(shè)計(jì)模式的優(yōu)點(diǎn)
大多數(shù)設(shè)計(jì)模式還能使軟件更容易修改和維護(hù)。因?yàn)樗鼈兌际蔷媒?jīng)考驗(yàn)的解決方案。它們的結(jié)構(gòu)也都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展形成的，比新構(gòu)思的解決方案更善于應(yīng)對(duì)變化。而且，這些模式所用代碼往往更易于理解——從而使代碼更易維護(hù)。
設(shè)計(jì)模式對(duì)優(yōu)秀面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的策略提出了一些建議，其中包括按接口編程、盡量用聚合、找出變化并封裝。這些策略在大多數(shù)設(shè)計(jì)模式中都遵循和使用著。所以用不著學(xué)習(xí)太多設(shè)計(jì)模式，只學(xué)幾個(gè)就能使你理解這些策略的重要性。這種理解將會(huì)成為將策略應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題的一種能力，即使你并不直接使用設(shè)計(jì)模式。
設(shè)計(jì)模式還有一個(gè)好處是，可以在不使用巨型繼承層次結(jié)構(gòu)的情況下，為復(fù)雜問(wèn)題創(chuàng)建出設(shè)計(jì)方案。同樣，即使并不直接使用設(shè)計(jì)模式，不使用巨型繼承層次結(jié)構(gòu)也會(huì)使設(shè)計(jì)質(zhì)量提高。
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