《软件设计》课件2

《软件设计》课程概述本课程将深入探讨软件设计的基本原理和最佳实践我们将学习如何将复杂的需求转化为清晰、可维护的软件架构软件工程概述团队合作规范流程质量控制项目管理软件工程需要多个专业人员协软件工程采用规范化的流程，软件工程强调质量控制，通过软件工程需要有效的项目管同工作团队成员必须具备良例如需求分析、设计、编码、严格的测试和评审流程，确保理，包括计划、资源分配、进好的沟通和协作能力，共同完测试和维护，确保软件质量和软件符合预期要求和标准度跟踪和风险控制，确保项目成软件开发任务可维护性按时完成软件设计的基本原则模块化抽象信息隐藏接口设计将软件系统分解成独立的模隐藏实现细节，只暴露必要将数据和方法封装在模块内定义模块之间交互的规范，块，每个模块具有明确的功的接口抽象简化了软件系部，只暴露必要的接口信保证模块之间能够正常通能模块化提高了代码的可统的复杂度，方便开发人员息隐藏提高了代码的安全信良好的接口设计提高了读性、可维护性和可复用理解和使用性，减少了代码耦合度代码的可扩展性和可维护性性面向对象分析与设计分析阶段1分析问题域，确定系统需求，建立领域模型例如，识别用户角色、业务规则和数据结构设计阶段2将分析结果转化为软件设计，定义系统结构、类、接口和交互关系例如，设计数据库模型、用户界面和系统架构编码阶段3将设计转换为可执行代码，实现系统功能例如，使用编程语言编写代码，并进行单元测试建模基础UML统一建模语言面向对象方法12是一种标准化的图形化采用面向对象的思想，UML UML建模语言，用于可视化和文档使用图形符号来表示类、对化软件系统象、关系和行为模型类型建模工具34包含多种模型类型，包许多软件工具支持建UML UML括用例图、类图、顺序图、状模，例如Enterprise态图、活动图等、和Architect StarUMLVisualParadigm用例建模识别用例1明确用户目标描述用例2编写用例描述绘制用例图3展示用例交互用例分析4验证用例完整性用例建模是软件设计的重要环节，它以用户视角描述系统功能通过识别和描述用例，我们可以明确用户需求并将其转化为可实现的系统功能用例图则以图形化的方式展示了系统与用户的交互关系，方便理解和沟通类建模识别类分析系统需求，识别出系统中需要用到的各种对象，这些对象将作为类模型的基础确定属性为每个类定义属性，这些属性描述了类的特征，例如姓名、年龄、地址等定义方法为每个类定义方法，这些方法描述了类的行为，例如创建、修改、删除等操作建立关系分析类之间的关系，例如继承、关联、聚合等，建立类之间的联系交互建模用户界面1用户与软件交互的界面交互流程2用户操作软件的过程交互模式3不同用户交互方式交互建模是软件设计的重要组成部分，它描述了用户如何与软件进行交互它包含了用户界面设计、交互流程设计和交互模式设计状态建模状态机图状态机图用于描述对象在不同状态下执行的行为它包含状态、转换、事件和操作状态状态表示对象在执行过程中的一个特定阶段它可以是对象的生命周期中的一个状态，例如打开、关闭、运行转换转换是对象从一个状态转移到另一个状态的过程它通常由一个事件触发事件事件是导致对象状态发生改变的外部刺激，例如用户点击按钮、网络连接断开操作操作是在特定状态下执行的特定行为，例如保存文件、连接数据库部署建模物理架构1硬件配置，网络连接，数据库部署软件架构2软件模块，组件之间的交互部署环境3操作系统，网络环境，数据库版本部署流程4部署步骤，测试策略，回滚计划部署建模用于规划和设计软件系统的部署方式，包含物理架构，软件架构，部署环境和部署流程通过部署建模，可以明确软件系统如何部署，保证软件系统安全，稳定和高效运行设计模式概述可复用解决方案提高代码质量促进团队协作设计模式提供可复用的解决方案，解设计模式促使代码更易于理解、维护设计模式为团队成员提供共同语言，决常见软件设计问题模式描述了在和扩展它们提供清晰的结构和一致简化沟通模式确保代码库的一致性特定情况下如何解决问题性，减少重复代码和可读性单例模式保证唯一性资源控制配置管理单例模式确保一个类只有一个实例，并提单例模式可以用于管理共享资源，防止多例如，可以用来管理数据库连接池或日志供一个全局访问点来获取该实例个对象同时访问同一资源文件工厂模式定义优点12定义一个创建对象的接口，让解耦创建过程，降低代码耦合子类决定实例化哪一个类度，提高代码可维护性和可扩展性分类3简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式观察者模式定义应用场景优势观察者模式定义了一种一对多的依赖关在软件设计中，观察者模式常用于事件驱观察者模式可以解耦主题对象和观察者对系，让多个观察者对象同时监听一个主题动系统、数据同步、消息广播等场景，例象，使它们之间松散耦合，提高代码的可对象当主题对象状态发生变化时，所有如天气预报应用、股票行情更新、社交扩展性和维护性观察者对象都会得到通知并自动更新媒体消息推送等命令模式命令模式命令模式将请求封装成对象，从而使您可以参数化客户请求队列命令模式可以将请求排队或记录在日志中，以便稍后执行或回滚撤销操作通过将命令存储在历史记录中，可以轻松实现撤销和重做操作策略模式定义优点策略模式定义了一系列算法，并提高代码灵活性和可扩展性，便将每个算法封装起来，使它们可于维护和修改以相互替换应用适用于多种算法可供选择的场景，例如排序算法、支付方式、数据压缩等等模板方法模式定义优点模板方法模式定义了一个算法骨架，将模板方法模式能够在不改变算法结构的一些步骤延迟到子类中实现它允许子情况下，让子类自定义算法的具体步类在不改变算法结构的情况下，重新定骤它提高了代码的可复用性和可扩展义算法中的一些步骤性适配器模式目的作用应用将一个类的接口转换成客户期望的另消除接口不兼容性，让原本无法直接例如将旧的数据库系统与新系统整一个接口，使原本因接口不兼容而不合作的类可以协同工作，提高代码复合，或者将第三方库的接口与现有代能一起工作的类可以一起工作用率码进行适配装饰器模式动态添加功能灵活扩展12装饰器模式通过在运行时为对可以通过组合不同的装饰器来象添加额外的职责，无需修改实现不同的功能，提高代码的原始类灵活性和可扩展性保持代码简洁遵循开闭原则34通过将功能分离到装饰器类装饰器模式允许扩展功能，而中，可以保持原始类的代码简无需修改原始类，符合开闭原洁则门面模式简化接口松耦合增强灵活性门面模式提供一个统一的接口，简化复杂门面模式解耦了客户端和子系统之间的依门面模式允许在不影响客户端的情况下修子系统的使用它隐藏子系统内部的复杂赖关系，降低了系统维护成本改子系统，提高系统可扩展性和可维护性，为客户端提供更简洁的调用方式性组合模式定义优点组合模式是一种结构型设计模式它允组合模式可以使代码更简洁、易于维许你将对象组合成树形结构，从而表示护它可以减少代码重复，提高代码的部分整体层次结构它为客户端提供可扩展性此外，组合模式还可以更方“-”统一的接口来访问单个对象和组合对便地遍历树形结构象迭代器模式遍历集合提供一种统一的接口遍历不同数据结构的元素解耦合将遍历算法与具体的数据结构分离，提高代码可维护性应用场景适合于需要遍历不同集合对象，而无需关心其内部实现的情况代理模式定义优点代理模式为其他对象提供一种代理以控代理模式可以简化程序设计，提高程序制对该对象的访问代理模式可以实现的可扩展性和安全性它可以将复杂的一些功能，例如远程代理、虚拟代理和逻辑隐藏在代理对象中，从而使客户代安全代理码更加简洁桥接模式分离抽象与实现将抽象部分与实现部分分离，通过桥接类将两者连接起来增强灵活性方便修改和扩展，无需修改原有代码即可实现新的功能提高复用性通过桥接类实现不同抽象和实现的组合，提高代码复用性访问者模式分离算法和数据结构添加新操作操作数据结构访问者模式通过将算法与数据结构分访问者模式为现有数据结构添加新操访问者模式允许定义在特定数据结构离，使算法可以独立于数据结构演作提供了一种灵活机制，无需修改数上的操作，而无需知道数据结构的具变，而数据结构也无需依赖特定算据结构本身体类型法中介者模式

11.解耦

22.降低复杂性中介者模式通过引入一个中介中介者模式将多个对象之间的对象，解耦了多个对象之间的交互集中到中介对象中，简化直接交互，降低了对象之间的了对象之间的交互逻辑，降低耦合度了系统复杂度

33.易于维护

44.灵活扩展中介者模式将交互逻辑集中到中介者模式可以方便地添加新中介对象中，方便维护和修改的对象，而无需修改其他对代码，提高代码的可维护性象，提高系统的可扩展性备忘录模式保存对象状态恢复对象状态应用场景备忘录模式用于在不破坏对象内部状态的可以随时使用备忘录恢复对象到之前保存游戏中的存档功能、文本编辑器中的撤销情况下，保存对象状态的快照的状态，例如撤销操作功能，都需要使用备忘录模式解释器模式语法解析解释器模式用于定义一个语言的文法，并提供一个解释器来解析该语言的句子结构定义解释器模式将语言定义为一个语法树，每个节点代表一个语法规则代码生成解释器模式可用于生成代码，将语言解释为另一种语言总结与展望本课程介绍了软件设计的基本原则、面向对象设计方法、建模工具以及UML常用设计模式希望通过本课程的学习，能够帮助同学们掌握软件设计的理论知识和实践技能，为未来的软件开发工作打下坚实的基础。