第八章 分析與設計階段 – 物件導向設計(OOD) 軟體工程 -物件導向程式設計與UML系統分析實作 By 林錦陽 (Chin-Yang Lin) 2004/9/22

綱要 前言 類別的規劃 物件導向設計階段 (OOD) 建立動態模型 建立設計模型 總結

前言 OOD目標： 手段： 將OOA階段的分析模型，繼續透過反覆的修正與演進，使得整個模型能更趨於完備。(即：足以拿來實作之完整類別模型) 以圖7-4為藍圖，繼續以各種基於好的物件導向設計原則進行檢視。

物件導向之分析設計程序 (圖7-4)

主要任務 建構互動圖(Interaction Diagram) 建構狀態圖(Statechart Diagram) 建構詳細的類別模型(Detailed Class Diagram) 撰寫虛擬程式碼(Pseudo-Code)

在這之前…類別的規劃 問題： 人機介面(Human Interface)： 在OOA階段，「使用者與系統的互動媒介」似乎並不明顯？ ATM(自動提款機)的輸入裝置 圖形使用者介面(Graphical User Interfaces)

範例探討(1) 一般商務系統至少具備了… 核心類別：”訂單” 功能：顯示訂單明細 假設以GUI為人機介面

(Cont.) 就物件設計的角度來看，顯示訂單明細的功能由”訂單”物件自己來負責，似乎是理所當然！不過… 考慮以下的狀況： 若系統中存在上百個有需要跟使用者直接做輸入輸出的類別，一旦使用者與系統互動的介面需求有所變更時，套用此設計方法將有何影響？ Note: 介面需求變更常發生在文字模式(Console-based Mode)與視窗模式(Window-based Mode)之間的轉換，或是更換不同的視窗工具組/函示庫(Windows Toolkit/ Library)。

(Cont.) 主要影響： 問題根源： 此時會有很多的類別需要跟著修改(如：上例中的”訂單”) 。 核心類別與使用者介面之間的過度耦合 (核心類別被使用者介面綁住了！)

典型解法 隔離核心類別與使用者介面 邊界類別(Boundary Class) 實體類別(Entity Class) 注意圖中的相依關係 專司使用者介面 實體類別(Entity Class) 即核心類別 (通常為永續物件(Persistent Object)) 注意圖中的相依關係 理論上，核心類別對邊界類別一無所悉。

(Cont.) 變更訂單介面等邊界類別(如：Form/Frame、Edit、 Button)，並不用跟著修改”訂單”類別。

範例探討(2) 基於上例，考慮另一個需求： 假設透過邊界類別需要完成的是 - ”替某顧客建立訂單的程序” 可能之類別結構以及物件合作關係如下…

(Cont.) 部分流程控制的工作將落到邊界類別 考慮同樣的狀況：當使用者介面需求有所變更時… 邊界類別需協調多個實體類別(如”顧客”、”訂單”以及”訂購明細”)來完成登錄程序。 考慮同樣的狀況：當使用者介面需求有所變更時… 儘管實體類別不需修改，但邊界類別中的部分商務邏輯(控制流程)卻還是得重新撰寫!

再次隔離… 在實體類別與邊界類別間加上控制類別(Control Class) 由控制類別包辦商務邏輯相關的控制流程

(Cont.) 此時邊界物件便不需涉及特定之控制流程，就算邊界物件有所變更時，嵌在控制物件中的控制流程仍可被保留下來。 此外，許多錯誤處理的相關動作，也可由控制物件集中處理，不需分散在邊界物件中。

小結 對類別作如此細膩的切割動作固然需要不少時間成本，但將有利於系統日後的擴充與維護。 依照類別(物件)的性質可區分成： 邊界類別(Boundary Class)： 負責使用者介面 實體類別(Entity Class)： 負責問題領域的核心資料 控制類別(Control Class)： 負責邊界物件與實體物件的協調(流程控制)

(Cont.) 其他應用： 資料庫存取 (更換不同的資料庫系統也是很常見的事情) Note：此概念源自於MVC (Model-View-Controller) Pattern。

物件導向設計階段 (OOD) 主要執行步驟，細分如下： 加入邊界類別與控制類別 建構互動圖(Interaction Diagram) 建構狀態圖(Statechart Diagram) 建構詳細的類別模型(Detailed Class Diagram) 決定類別行為(Operation) 加入設計階段的類別 決定可見度(Visibility) 決定資料型態 撰寫虛擬程式碼(Pseudo-Code)

Case-Study： 加入邊界類別與控制類別 考量是否需要控制類別 被協調的兩端在性質上是否有明顯分野 例如：邊界類別與實體類別之間 被協調的兩端是否有需求變更之虞 例如：軟體元件或(類別)函示庫 通常… 使用者(Actor)與Use Case之間，會是置入控制類別的適當位置

以訂房程序為例 訂房邊界類別 資料庫控制類別 泛指所有相關的視窗元件 (為簡化起見) 專司資料庫存取動作 降低實體類別與資料庫介面之間的耦合性

(Cont.) Note: “訂房控制類別”與”資料庫控制類別”均有機會指涉到許多實體類別，這跟實際運作的流程有關，在此暫時省略這些關係。

Case-Study：建構互動圖 參考來源 類別圖(模型) 取得物件(類別)互動時的主角 Use-Case腳本 取得物件的互動流程

(Cont.) 是否物件間所有的互動都要畫出？ 畫出的互動情形越多，將有利於決定詳細類別模型時的精確度。 基本要求： 其他考量因素： 至少要描繪出每個Use Case腳本的主要流程 原則上夠用就好! 其他考量因素： 時間、成本、軟體系統種類以及是否有透過輔助工具(CASE Tools)…等

(Cont.) 互動圖要詳細到什麼程度？ 基本原則 - ”盡量保持簡單” 把複雜的互動情況拆解成多張互動圖

基本流程-順序圖

基本流程-合作圖

由基本流程(Basic Flow)可知，此時已確定該房間在該時間範圍內為空房。當”資料庫控制類別”要取回時間範圍物件時，如果發現該物件不存在資料庫中，便會自動新增一個時間範圍物件於資料庫，之後再進行回傳。 訂房操作細節-順序圖

訂房操作細節-合作圖

Case-Study：建構狀態圖 狀態圖只針對單一物件來描述 狀態圖非絕對必要： 除非… ”某類別的行為與狀態有相當程度的關連性” 例如：”電話連線類別”，該類別”撥電話”、”掛電話”等基本行為都跟電話的狀態有關(如：連線狀態、響鈴狀態) 。

資料庫控制類別 - 狀態圖

Case-Study：建構詳細的類別模型 決定類別行為 加入設計階段的類別 決定可見度(Visibility) 決定資料型態

決定類別行為 責任導向設計(Responsibility-Driven Design) 訊息接收端(服務端)負責提供該訊息的服務

(Cont.) 互動圖提供了大部分的訊息資訊 通常直接把互動圖中的訊息當成類別行為 互動圖愈精密，捕捉到的類別行為也就愈多

訂房程序相關類別圖(1)

(Cont.) 資訊隱藏(Information Hiding) 保護物件內部資料(屬性) 為資料提供公開的存取介面(方法) Java/C++之private修飾子 為資料提供公開的存取介面(方法) Java/C++之public修飾子 例如：訂房資訊類別(訂房程序相關類別圖(1))中的訂房日期應該受到保護，並提供一組存取方法，分別是”設定訂房日期”以及”取出訂房日期” 。

(Cont.) 基於“資訊隱藏”的概念，可再次捕捉到許多行為! 如下圖-訂房程序相關類別圖(2) Note：訂房程序相關類別圖(2)中，只列出部分屬性對應的方法。

訂房程序相關類別圖(2)

加入設計階段的類別 設計階段的容器類別 例如： 如：Array、List、Vector... 必須在OOD階段被考慮進來

(Cont.) 對於這類的結構，在此一律以List來表示 List所包含的資料項目通常是物件參考或識別碼 加入容器類別

(Cont.) 考慮應用程式的起始點： 在此補上一邊界類別-”訂房系統應用程式”，該類別為應用程式的起始點 以Java而言，此類別中包含了main方法

加入系統起始類別

(Cont.) 考慮多重性(Multiplicity) 例如：”顧客”可以有多筆”訂房資訊”，而每筆”訂房資訊”則只歸屬於一個”顧客”。此時通常讓顧客保有一份”訂房資訊清單”，而訂房資訊則保有可參考到顧客的屬性 。

決定可見度(Visibility) 軟體組成(單元)： 某個軟體組成之可見度，決定了該軟體組成是否可被其他軟體組成所存取。 屬性、行為、類別、套件…等 某個軟體組成之可見度，決定了該軟體組成是否可被其他軟體組成所存取。

常見的可見度分類(以Java為例) private public protected friendly/package 只能被相同套件中的其他成員存取

公開(public)等級以’+’來表示，’-’則為私有(private)等級 加入可見度後的類別圖

決定資料型態 目的： 決定屬性資料型態 決定行為的原型定義 (Note：若屬性具有初始值，此時可一併設定) 例如：整數(integer)、字串(String) 決定行為的原型定義 傳入的參數列(Parameter List)以及回傳值型態 (Note：若屬性具有初始值，此時可一併設定)

加入資料型態後的類別圖

撰寫虛擬程式碼 目的：讓後續的實作更有所依據 通常只挑選具代表性的或是比較複雜的程序來撰寫。 撰寫語言： 自然語言 程式描述語言(Program Description Language) (Note：應避免直接用特定的程式語言)

類別名稱：訂房控制類別 方法(操作)：訂房 輸入：name:String, id:String, roomNumber:Integer, startDate:Date, endDate:Date 輸出：None (Void) 功能描述：完成單筆訂房資訊登錄的動作，而相關的資訊會反應到資料庫中。 void order (name:String, id:String, roomNumber:Integer, startDate:Date, endDate:Date) { 房間 room = 資料庫控制類別.取回房間(roomNumber); 時間範圍 timeInterval = 資料庫控制類別.取回時間範圍(roomNumber, startDate, endDate); room.加入時間範圍(timeInterval); timeInterval.設定狀態(訂房狀態); //訂房狀態的型態為Integer 顧客 customer =資料庫控制類別.取回顧客(name, id); if (customer exists) //not null 訂房資訊 orderInfo = new 訂房資訊(); orderInfo.加入房間(room); customer.加入訂房資訊(orderInfo); 資料庫控制類別.完成預定(customer, orderInfo); } else //進入顧客建檔程序 (略)

總結 本章簡單呈現了OOD時期常見的工作，從類別的規劃、動態模型的建構(互動圖、狀態圖)、詳細類別模型(設計模型)的成形，到虛擬程式碼的撰寫…等。 Note：使用者介面以及資料庫的相關塑模技巧屬於專門技術，而且通常跟特定的函式庫或系統介面相關，並不在本課程涵蓋範圍內。

(Cont.) 最後要再重複強調的是： 不管分析或設計，免不了重覆往返的過程。 適度的往返修改，是軟體發展過程中的常態(尤其是針對中大型的軟體系統) 如何讓往返修改的錯誤與負擔達到最低，這跟個人經驗有關，同時也是學方法(論)的目的。

The End