基于軟件體系結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)及構(gòu)造

劉永慶（海軍計(jì)算技術(shù)研究所,北京 100841）

基于軟件體系結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)及構(gòu)造

劉永慶
（海軍計(jì)算技術(shù)研究所,北京 100841）

軟件的設(shè)計(jì)存在著很多種方式，比如，傳統(tǒng)的基于程序語(yǔ)言的軟件設(shè)計(jì)等等。現(xiàn)在又出現(xiàn)了兩種不同于傳統(tǒng)方法的設(shè)計(jì)新技術(shù)，它們是軟件體系結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)模式。這兩種技術(shù)的關(guān)鍵之處就是在于將傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)針對(duì)的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向整個(gè)軟件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)性能表現(xiàn)。其中我們要提到的是軟件體系結(jié)構(gòu)，它包括了構(gòu)件的處理、由數(shù)據(jù)組成的構(gòu)件和構(gòu)件的連接這三個(gè)部分。構(gòu)件連接的作用是把結(jié)構(gòu)體系中的不同數(shù)據(jù)部分組合并且連接起來(lái)；由數(shù)據(jù)組成的構(gòu)件是已經(jīng)加工了處理過(guò)的信息。各個(gè)有機(jī)組成成分及其關(guān)連作用和語(yǔ)義模式是軟件體系結(jié)構(gòu)的研究重點(diǎn)。

軟件體系的結(jié)構(gòu)；軟件設(shè)計(jì)及其相關(guān)構(gòu)造；軟件體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景與軟件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的介紹

軟件的體系結(jié)構(gòu)是軟件的整體結(jié)構(gòu)，它包括了構(gòu)件、連接件和約束構(gòu)成的軟件，當(dāng)然這是從整個(gè)系統(tǒng)上來(lái)看的。除此之外，它還應(yīng)該包括了軟件需要完成的業(yè)務(wù)、執(zhí)行這些業(yè)務(wù)的組織、組織在整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)應(yīng)的位置、軟件技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施方面和運(yùn)行軟件所需要的信息的內(nèi)容。軟件是具有一定結(jié)構(gòu)的，而不僅僅只是單個(gè)的算法或者數(shù)據(jù)的拼湊，我們常常提到的軟件開(kāi)發(fā)只是這其中很小的一部分。這些部分具有一些相同的地方，比如軟件對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)、基于這些操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件、實(shí)現(xiàn)計(jì)算邏輯主體的應(yīng)用程序、方便使用的用戶界面程序等等。從細(xì)節(jié)來(lái)看，它們每個(gè)程序并不是完全獨(dú)立的，它們本身也具有一定的結(jié)構(gòu)。早期的結(jié)構(gòu)化程序就僅僅是以語(yǔ)句來(lái)組成模塊，通過(guò)模塊的聚集和嵌套最終形成了可以層層調(diào)用的程序結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)化程序的程序規(guī)模比較小，通過(guò)強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法去學(xué)習(xí)，自頂向下一步一步的精心設(shè)計(jì)并同時(shí)注意兩個(gè)模塊之間的耦合性一般就會(huì)得到一個(gè)比較良好的軟件結(jié)構(gòu)，最終就會(huì)得到自己想要的運(yùn)算結(jié)果，所以在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程其實(shí)并沒(méi)有那么注重體系結(jié)構(gòu)的。

對(duì)面向?qū)ο蠹夹g(shù)和抽象數(shù)據(jù)類型這兩項(xiàng)新型技術(shù)的研究，加快了對(duì)軟件體系的研究。因?yàn)槌橄髷?shù)據(jù)類型和面向?qū)ο蠹夹g(shù)需要自頂向下，是從底向上構(gòu)造軟件，所以可以大量應(yīng)用已使用過(guò)的構(gòu)件。所以，軟件的規(guī)模變得更大同時(shí)軟件的開(kāi)發(fā)速度變得更加快，從而滿足了人們對(duì)復(fù)雜軟件高效率的需求。

1 軟件設(shè)計(jì)的一般性原則

1.1 模塊化

模塊是一種可以單獨(dú)命名的并且可用名字來(lái)訪問(wèn)的結(jié)構(gòu)。子程序、函數(shù)、過(guò)程、宏等可以作為一個(gè)簡(jiǎn)單的模塊。模塊化就是將一些程序分成若干個(gè)模塊，然后每個(gè)模塊單獨(dú)去完成一個(gè)個(gè)小的功能，最后把這些模塊所完成的小的功能集合起來(lái)組成一個(gè)整體，最終就可以完成指定的要求。

1.2 抽象

抽象是對(duì)于某一種東西不在乎它的細(xì)節(jié)，對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行隱藏的一種思維方式，即把事物本質(zhì)中的共同性抽出，暫時(shí)不去考慮其他的因素從而對(duì)對(duì)象的一種研究方法。軟件工程在運(yùn)用中，它的每個(gè)部分我們都能把它們看作是一種細(xì)分，是對(duì)軟件抽象層次的一種細(xì)分。在系統(tǒng)的定義階段，我們可以把軟件作為整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)元素來(lái)對(duì)待；在對(duì)軟件的需求階段，我們需要用專業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)解決問(wèn)題；從總體設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，抽象的層次逐步降低，這意味著軟件設(shè)計(jì)時(shí)越到后面越精細(xì)，這樣抽象的層次就會(huì)降低。

1.3 信息隱蔽

通過(guò)抽象這個(gè)方法，我們可以確定什么樣的實(shí)體可以構(gòu)成軟件。而通過(guò)對(duì)部分信息進(jìn)行隱蔽，我們可以定義模塊的細(xì)節(jié)，對(duì)一些相關(guān)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)實(shí)施存取限制。

2 利用軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題

2.1 關(guān)鍵問(wèn)題

通過(guò)使用軟件體系結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)并且進(jìn)行構(gòu)造，這個(gè)新技術(shù)有著不同于傳統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法的三個(gè)典型特點(diǎn)：軟件設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)概念的有效融合、具備開(kāi)放性的精確的系統(tǒng)軟件體系語(yǔ)言及基于領(lǐng)域模型的模式。

2.1.1 過(guò)程介紹

過(guò)程是可以分為三個(gè)階段的，第一個(gè)階段要對(duì)軟件系統(tǒng)特性進(jìn)行了解，需要做的工作與傳統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)差不多，要分析軟件系統(tǒng)的特性，了解系統(tǒng)的構(gòu)成；第二個(gè)階段要對(duì)軟件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行確立，需要建立獨(dú)立與系統(tǒng)軟件實(shí)際的應(yīng)用，也就是說(shuō)要把軟件進(jìn)行抽象，是在忽略軟件程序具體的使用環(huán)境和實(shí)際功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。然后對(duì)軟件系統(tǒng)中的相關(guān)構(gòu)造進(jìn)行描述說(shuō)明，同時(shí)對(duì)軟件整體功能進(jìn)行設(shè)定，來(lái)達(dá)到這個(gè)階段的要求；第三個(gè)階段是對(duì)具體問(wèn)題的應(yīng)用領(lǐng)域所開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)的應(yīng)用框架的構(gòu)建階段，軟件開(kāi)發(fā)人員在進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)之前，就要深入了解軟件設(shè)計(jì)的模式和相關(guān)技術(shù)，利用好軟件系統(tǒng)的特性和相關(guān)內(nèi)容，這樣就會(huì)使軟件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向?qū)ο到y(tǒng)軟件的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，以此來(lái)達(dá)到提高效率的效果。

2.1.2 開(kāi)發(fā)方法的介紹

現(xiàn)在社會(huì)需求的軟件越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)功能的要求也越來(lái)越多，相對(duì)應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)的方法也是種類繁多，如何將這些軟件設(shè)計(jì)方法融合在一起來(lái)滿足復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì)，就需要軟件開(kāi)發(fā)人員想出一種能將不同的軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方法進(jìn)行融合使用的方法，利用各種方法的優(yōu)勢(shì)去進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。這時(shí)就需要以一種抽象的方法，使得每個(gè)階段采用最適合的設(shè)計(jì)方法去進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)計(jì)核心

設(shè)計(jì)核心是軟件的體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)系統(tǒng)抽象和描述。它的優(yōu)勢(shì)就是能對(duì)軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有著很精確的定位，使得軟件體系結(jié)構(gòu)成了發(fā)展最快的軟件設(shè)計(jì)方法。它的缺點(diǎn)就是由于軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)言投入使用的不多，使得它們只能應(yīng)用在比較特殊的范圍內(nèi)，當(dāng)然能夠獲得結(jié)果也是比較固定和有限的。

3 利用軟件體系結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展前景

軟件體系結(jié)構(gòu)在軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)僅使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言去做軟件研究的障礙，將各種軟件設(shè)計(jì)的方法融合在軟件設(shè)計(jì)的同階段使用，在軟件復(fù)雜度越來(lái)越高、追求效率的今天應(yīng)用更加廣泛。但同時(shí)機(jī)遇和挑戰(zhàn)是并存的，比如有限的使用方法需要更多人力來(lái)學(xué)習(xí)。而且傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)雖有局限性，但其現(xiàn)在的應(yīng)用卻是多于使用軟件體系結(jié)構(gòu)的。不過(guò)，雖然面臨著花費(fèi)更多精力和時(shí)間的挑戰(zhàn)，但是其現(xiàn)實(shí)價(jià)值卻是更大的，其應(yīng)用前景也是十分廣闊的。

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