利用權(quán)重優(yōu)化類圖的主題

張森森

（桂林航天工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541000）

0 引言

隨著軟件工程技術(shù)的成熟與發(fā)展，采用工程化的方法進(jìn)行軟件開發(fā)已成必然。在進(jìn)行面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)開發(fā)時(shí)，軟件設(shè)計(jì)起到了至關(guān)重要的作用，只有好的設(shè)計(jì)才能保證編碼階段不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。因此，對大型的軟件進(jìn)行開發(fā)，必須按照不同的主題來進(jìn)行對象模型的設(shè)計(jì)。這樣即可以降低設(shè)計(jì)階段錯(cuò)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(jìn)行劃分，然后由具體的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人員對項(xiàng)目逐步進(jìn)行深入了解后，再進(jìn)行進(jìn)一步的修改。所采用的技術(shù)大都是按著問題域來進(jìn)行主題的確認(rèn)，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(biāo)準(zhǔn)。

一般在研究問題時(shí)得到的原始類圖中，類之間的相互連接因?yàn)橛袛?shù)據(jù)的傳送，僅僅按著問題域進(jìn)行劃分并不是很好的選擇。由于前期設(shè)計(jì)階段得到的結(jié)果對后期的實(shí)現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因此，在進(jìn)行類圖主題劃分時(shí)，也應(yīng)該將得到的類之間的數(shù)據(jù)傳送考慮進(jìn)去。如果類圖中存在兩個(gè)類之間有密集的數(shù)據(jù)交流，但并不在同一個(gè)問題域中，也應(yīng)該在實(shí)際的設(shè)計(jì)階段將其放到同一個(gè)主題中。那么依據(jù)什么來進(jìn)行這些類的移動(dòng)，如何將這些放到一個(gè)合適的主題中，是一個(gè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 軟件重構(gòu)技術(shù)

軟件重構(gòu)應(yīng)用于軟件開發(fā)的各個(gè)階段，主要目的是為了優(yōu)化軟件的結(jié)構(gòu)，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(yù)防性維護(hù)階段，主要采用的軟件重構(gòu)技術(shù)來進(jìn)行。軟件重構(gòu)最主要的意義在于軟件重構(gòu)前后軟件的功能不會(huì)發(fā)生改變，僅僅改變軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在類圖主題劃分階段應(yīng)用過程中，必須保證軟件重構(gòu)前后類圖的整體設(shè)計(jì)不會(huì)發(fā)生改變，即系統(tǒng)對外顯示的功能不會(huì)發(fā)生改變［2-3］。

1.2 軟件重構(gòu)權(quán)重計(jì)算法簡述

權(quán)重計(jì)算法是為了解決上述問題，優(yōu)化類圖主題而提出的。權(quán)重計(jì)算的原理是根據(jù)類圖中類的相互依賴關(guān)系，確定一個(gè)數(shù)值，定量得到某個(gè)類與對應(yīng)主題以及相關(guān)主題之間的依賴關(guān)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(shè)b 主題中還有C、D 兩個(gè)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(rèn)為主題a 與類A 的權(quán)重值為1，主題b 與類A 的權(quán)重值為3，在不影響軟件整體功能的前提下，可以認(rèn)為將類A 移動(dòng)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(jié)構(gòu)。

圖1 權(quán)重圖形化Fig.1 Weight graphing

2 實(shí)例運(yùn)用

研究對象自動(dòng)取款機(jī)（ATM）系統(tǒng)，銀行擬開發(fā)一個(gè)對應(yīng)的ATM 系統(tǒng)。按照對應(yīng)的軟件工程開發(fā)步驟先得到所需的類，建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)，然后按照主題劃分為3 個(gè)常見的主題，即總行、分行、ATM，如圖2 所示。總行主要包含總行類與ATM 類；分行主要包含分行類、分行計(jì)算機(jī)類、柜員終端類等等；ATM主要包含ATM 類、遠(yuǎn)程事務(wù)類以及銀行卡類以及儲(chǔ)戶相關(guān)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(guān)的信息，將里面的類進(jìn)行抽象化得到圖3。圖3 具體記錄了ATM 系統(tǒng)中各個(gè)類之間的關(guān)聯(lián)。此類連接主要分為二種情況，一是每個(gè)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(jì)算機(jī)類、柜員類與柜員事務(wù)類等都屬于這類的關(guān)系。通過相應(yīng)的分析，也可以得到主題總行以及主題ATM 的內(nèi)部各個(gè)類之間相應(yīng)的連接情況。另一種連接方式則是各個(gè)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(chǔ)戶類的抽象化的類之間建立相應(yīng)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(jì)算機(jī)類與主題總行中的中央計(jì)算機(jī)類等等。為了能夠利用軟件重構(gòu)的權(quán)重計(jì)算法來進(jìn)行研究，本文粗略的將各個(gè)有關(guān)聯(lián)類之間的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)定量為1。在進(jìn)行研究時(shí)，研究的對象應(yīng)該是那些與其他主題具有直接關(guān)聯(lián)的類，也就是能夠滿足第二種條件的類。

圖3 ATM 權(quán)重圖Fig.3 ATM weight diagram

3 結(jié)果分析

在研究的ATM 系統(tǒng)中，中央計(jì)算機(jī)類、賬戶類、分行類、遠(yuǎn)程事務(wù)類、現(xiàn)金卡類、儲(chǔ)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?yàn)樾枰玫皆戎黝}以及可能需要移動(dòng)主題之間的關(guān)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(yīng)主題之間的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)。對表1 分析可見，中央計(jì)算機(jī)類、分行類、儲(chǔ)戶類與其它主題類的交流權(quán)重值等于與其對應(yīng)主題的交流權(quán)重值，遠(yuǎn)程事務(wù)、現(xiàn)金卡類與其它主題類的交流權(quán)重值小于與其對應(yīng)主題的交流權(quán)重值。因此，這些類在原主體中應(yīng)保持不變。分析賬戶類明顯看出，此類在分行主題中的權(quán)重值要小于ATM 主題中的權(quán)重值，因此可以進(jìn)行移動(dòng)。

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(quán)重計(jì)算法能夠定量的分析出主題間需要移動(dòng)的類，保證了主題結(jié)構(gòu)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(shí)間，優(yōu)化了軟件的結(jié)構(gòu)。在實(shí)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(gè)類之間的關(guān)聯(lián)值。而開發(fā)者需要做的，就是利用這些關(guān)聯(lián)去得到需要進(jìn)行比較的類，然后根據(jù)權(quán)重值來判斷類是否需要移動(dòng)。對軟件重構(gòu)來說，還有一點(diǎn)至關(guān)重要，就是主題之間類移動(dòng)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(dòng)的賬戶類設(shè)計(jì)較小，可以通過簡單的結(jié)構(gòu)分析得到結(jié)論，保證軟件重構(gòu)。但在大型的軟件開發(fā)時(shí)，特別對于那些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軟件，在利用權(quán)重進(jìn)行分析時(shí)必須要進(jìn)行軟件重構(gòu)分析，必要時(shí)需要進(jìn)行相應(yīng)的測試，來保證軟件重構(gòu)前后軟件的功能不會(huì)發(fā)生變化。在實(shí)際的運(yùn)用過程中，沒有必要去統(tǒng)計(jì)原有主題或者目標(biāo)主題中的權(quán)重值，可以引進(jìn)一個(gè)新的變量Q。Q 代表的是某個(gè)類在主題之間移動(dòng)之后權(quán)重值的差值，引進(jìn)這個(gè)變量就可以直接通過其的正負(fù)值來得到需要移動(dòng)的類。通過上訴分析可知，Q 值為正時(shí)需要進(jìn)行此類的移動(dòng)，這在進(jìn)行一些大型的軟件開發(fā)過程中能夠節(jié)省時(shí)間減少操作步驟。

5 總結(jié)與展望

本文雖然應(yīng)用于一個(gè)小型的ATM 系統(tǒng)開發(fā)，但軟件開發(fā)的步驟以及原則結(jié)構(gòu)都非常的詳盡，將此技術(shù)應(yīng)用于主題間類的移動(dòng)，能夠明顯的改善原始類圖中主題的結(jié)構(gòu)幫助，對整個(gè)軟件開發(fā)過程都具有深遠(yuǎn)的影響。但是此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用范圍比較局限，沒有得到更多的驗(yàn)證，僅僅本文中的例子是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，希望今后能夠在更多的軟件開發(fā)過程中得到運(yùn)用。