基于三層結(jié)構(gòu)模型的類模型分析

摘 要： 類的構(gòu)造是面向?qū)ο笙到y(tǒng)分析的難點(diǎn)，類的構(gòu)造合理與否很大程度上決定了系統(tǒng)的成敗。因此，在面向?qū)ο笙到y(tǒng)分析和設(shè)計(jì)過程中，類模型的分析是復(fù)雜的、重要的且容易重復(fù)勞動(dòng)。為了降低設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性，減少重復(fù)性勞動(dòng)，高效率且高質(zhì)量地完成系統(tǒng)建模與設(shè)計(jì)，提出一種基于層次結(jié)構(gòu)模型的類模型分析方法，并闡述了這種方法的機(jī)理；結(jié)合“移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的學(xué)生選課子系統(tǒng)”的開發(fā)實(shí)例，深入探討了從類模型到層次結(jié)構(gòu)模型的映射過程。

關(guān)鍵詞： 類構(gòu)造； 層次結(jié)構(gòu)模型； 類模型； 三層結(jié)構(gòu)模型

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）11-01-03

0 引言

在傳統(tǒng)的面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)過程中，類的構(gòu)造和軟件架構(gòu)是相互獨(dú)立的，然而類必將映射到軟件架構(gòu)中，這一過程是復(fù)雜且較困難的。類構(gòu)造的合理性以及類與軟件層次結(jié)構(gòu)的相互適應(yīng)性必將影響到系統(tǒng)完成的效率與質(zhì)量。

系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的“軀體”，主要是定義和說明包（子系統(tǒng)），以及包與包之間的相互依賴與通信機(jī)制[1]。類構(gòu)造是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的“大腦”，主要是定義系統(tǒng)的運(yùn)作過程，與實(shí)現(xiàn)方法、技術(shù)無關(guān)。因此，基于層次結(jié)構(gòu)模型的類模型分析的優(yōu)點(diǎn)有：①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰；②降低設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性；③開發(fā)人員的思路更清晰易懂；④開發(fā)效率高。層次結(jié)構(gòu)模型可以劃分為若干層，目前流行的三層結(jié)構(gòu)模型。

本文選用目前流行的層次結(jié)構(gòu)模型——三層結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合“移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)”的子系統(tǒng)“學(xué)生選課系統(tǒng)”分析設(shè)計(jì)過程，探究如何實(shí)現(xiàn)類模型到層次結(jié)構(gòu)模型的映射。

1 層次結(jié)構(gòu)模型

層次結(jié)構(gòu)（hierarchy）是一種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的構(gòu)成方法。它是根據(jù)信息的類型、級(jí)別、優(yōu)先級(jí)等一組特定的規(guī)則排列的一組硬件或軟件項(xiàng)目。這種結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)就是將一個(gè)大型、復(fù)雜的系統(tǒng)分解成若干單向依賴的層次。該結(jié)構(gòu)通過分解問題來降低問題的復(fù)雜性，從而確保程序的可靠性和易讀性，也便于人們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行局部修改。UNIX操作系統(tǒng)就是采用層次結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。

層次結(jié)構(gòu)模型也被廣泛用于應(yīng)用軟件的構(gòu)成。層次結(jié)構(gòu)模型的建立，是在深入分析實(shí)際問題的基礎(chǔ)上，將相關(guān)的各個(gè)因素按照不同屬性自上而下地分解成若干層次，同一層的諸因素從屬于上一層的因素或?qū)ι蠈右蛩赜杏绊懀瑫r(shí)又支配下一層的因素或受到下層因素的作用。

目前流行的層次結(jié)構(gòu)模型是三層結(jié)構(gòu)模型，它是在由Buschmann等提出的“層模式”基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。三層結(jié)構(gòu)是根據(jù)用戶與軟件系統(tǒng)的交互過程，將系統(tǒng)劃分為由上層到底層的的模型。層次的劃分按照高內(nèi)聚松耦合的原則進(jìn)行劃分。三層結(jié)構(gòu)分別為：用戶表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層。各層的功能如下：將實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的所有表單和組件放在表示層，將所有業(yè)務(wù)規(guī)則和邏輯的實(shí)現(xiàn)封裝在負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯組件中，將所有和數(shù)據(jù)庫的交互封裝在數(shù)據(jù)訪問組件中，如圖1所示。

三層結(jié)構(gòu)是一種嚴(yán)格分層方法，各層只能調(diào)用下一層，且不能越界調(diào)用。用戶通過表示層將請(qǐng)求傳送給業(yè)務(wù)邏輯層，業(yè)務(wù)邏輯層完成相關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)則和邏輯，并通過數(shù)據(jù)訪問層訪問數(shù)據(jù)庫獲得數(shù)據(jù)，然后按照預(yù)想的順序依次返回，并將數(shù)據(jù)顯示在表示層。

2 類的分析構(gòu)造

類的構(gòu)造與分析，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，用于處理功能性的需求。在面向?qū)ο蟮姆治鲞^程中，通常從三個(gè)緯度對(duì)系統(tǒng)的類進(jìn)行分析，分別為邊界類、控制類和實(shí)體類[2]，如圖2所示。

邊界類表示系統(tǒng)內(nèi)部工作方式與其周圍環(huán)境之間的各種交互作用，用于陳述和收集系統(tǒng)的邊界需求。邊界類包括：通過圖形化用戶界面與用戶交互；與其他參與者交互（如代表其他系統(tǒng)的參與者）；與設(shè)備通信等。

控制類用于系統(tǒng)內(nèi)的控制邏輯與模型行為，用于對(duì)某一個(gè)具體的用例相關(guān)的控制或者其他業(yè)務(wù)邏輯建模。通常將協(xié)調(diào)、排序等事物處理或者涉及多個(gè)對(duì)象的復(fù)雜事務(wù)邏輯隔離在一個(gè)或多個(gè)控制類中。

實(shí)體對(duì)象表示對(duì)系統(tǒng)的重要信息。它們通常是持久的，并能在一個(gè)延續(xù)的時(shí)期內(nèi)存在。它們的主要的目的是表示和管理系統(tǒng)內(nèi)的信息。實(shí)體類通常表示為一種邏輯的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

3 類與三層結(jié)構(gòu)模型的映射

統(tǒng)一軟件開發(fā)過程RUP中定義了四個(gè)模型：用例模型、分析模型、設(shè)計(jì)模型和實(shí)現(xiàn)模型[2]。類模型的分析屬于分析階段，三層結(jié)構(gòu)架構(gòu)模型屬于設(shè)計(jì)階段。類模型的分析是與具體實(shí)現(xiàn)無關(guān)的，而三層結(jié)構(gòu)架構(gòu)模型是與具體實(shí)現(xiàn)有關(guān)的。基于設(shè)計(jì)的分析，有助于開發(fā)人員更容易理解系統(tǒng)，更容易開發(fā)系統(tǒng)。

通過對(duì)三層結(jié)構(gòu)架構(gòu)模型與類模型的分析，得到如下結(jié)論：邊界類和表示層從不同角度處理與外界的交互，控制類與業(yè)務(wù)邏輯層從不同角度處理服務(wù)行為與動(dòng)作行為，實(shí)體類與數(shù)據(jù)層從不同角度處理持久性數(shù)據(jù)。這樣，在分析類模型的同時(shí)，進(jìn)行層次分析。具體類模型到三層結(jié)構(gòu)架構(gòu)模型的映射過程如圖3所示。

4 實(shí)例說明

我們以“學(xué)生選課系統(tǒng)”為例來說明。

4.1 數(shù)據(jù)層的設(shè)計(jì)

4.1.1 實(shí)體類的獲取

對(duì)“學(xué)生選課系統(tǒng)”，采用領(lǐng)域建模的方法，獲取該系統(tǒng)的實(shí)體類。所謂領(lǐng)域建模，就是對(duì)領(lǐng)域內(nèi)的概念類或現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象進(jìn)行可視化表示，它注重分析問題概念本身，發(fā)掘重要的業(yè)務(wù)領(lǐng)域概念，并建立業(yè)務(wù)領(lǐng)域概念之間的關(guān)系[3]。

領(lǐng)域模型的一個(gè)對(duì)象往往就與一個(gè)實(shí)體類對(duì)應(yīng)，它們之間存在著各種關(guān)系，例如，一對(duì)多、多對(duì)多、一對(duì)一、繼承等關(guān)系。根據(jù)“學(xué)生選課”子系統(tǒng)的功能，應(yīng)該創(chuàng)建如下一些領(lǐng)域模型類，即實(shí)體類，如圖4所示。

4.1.2 創(chuàng)建實(shí)體類

通過領(lǐng)域模型分析，得到三個(gè)實(shí)體類，具體如下：

⑴ 學(xué)生實(shí)體類（Student）：表示一個(gè)學(xué)生，負(fù)責(zé)進(jìn)行選課。

⑵ 課程實(shí)體類（Course）：表示一門課程，可以被學(xué)生選中放入選課信息中。

⑶ 學(xué)生課程實(shí)體類（Scourse）：表示屬于學(xué)生的所有所選課程。

4.2 業(yè)務(wù)邏輯層的設(shè)計(jì)

4.2.1 控制類的獲取

業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)中最核心的部分，它關(guān)系到整個(gè)軟件系統(tǒng)的邏輯是怎么執(zhí)行的，功能是怎樣實(shí)現(xiàn)的，完全由用戶的需求來決定，是最靈活的一層。我們通常采用構(gòu)建用例模型，分析業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系。

業(yè)務(wù)邏輯的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)系統(tǒng)提供的功能而定的，也就是說，系統(tǒng)提供給用戶多少個(gè)功能，就對(duì)應(yīng)著多少個(gè)業(yè)務(wù)邏輯。根據(jù)“學(xué)生選課”子系統(tǒng)的功能，給出該系統(tǒng)的用例模型，如圖5所示。

4.2.2 創(chuàng)建控制類

⑴ 學(xué)生登錄類（StudentLogin）。

⑵ 學(xué)生退出類（StudentCheckout）。

⑶ 學(xué)生選課類（SelectCourse）。

4.3 表示層的設(shè)計(jì)

4.3.1 表示層的設(shè)計(jì)

表示層的作用表示系統(tǒng)內(nèi)部工作方式與其周圍環(huán)境之間的各種交互作用，它們可以把系統(tǒng)的其余部分與外界環(huán)境隔離和屏蔽起來。根據(jù)用戶與系統(tǒng)交互的需求，確定邊界類。

4.3.2 創(chuàng)建邊界類

⑴ 用戶主登錄界面（LogAction）：用于登錄，將引用一個(gè)StudentLogin類。

⑵ 選課主界面（ListCourseAction）：用于展示課程信息。

⑶ 學(xué)生所選課程界面（StudentCourse）：用于顯示學(xué)生所選的課程信息。

5 結(jié)束語

層次結(jié)構(gòu)模型廣泛應(yīng)用于面向?qū)ο笙到y(tǒng)架構(gòu)，而在面向?qū)ο笙到y(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)過程中，類模型的建立是關(guān)鍵且復(fù)雜的。通過不斷編程實(shí)踐和總結(jié)出的，基于層次結(jié)構(gòu)模型（三層結(jié)構(gòu)模型）的類模型分析方法在軟件開發(fā)過程中很實(shí)用，能顯著降低程序開發(fā)困難，提高開發(fā)效率。

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