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摘要運(yùn)用設(shè)計(jì)模式可有效地提高面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。文中介紹了設(shè)計(jì)模式的思想，并以一個(gè)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)軟件為實(shí)例詳細(xì)介紹了如何在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中靈活使用設(shè)計(jì)模式。
關(guān)鍵詞設(shè)計(jì)模式面向?qū)ο笤诰�監(jiān)測(cè)
1引言
在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，有兩種方法可以使用，即結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法和面向?qū)ο蟮姆椒ā鹘y(tǒng)的程序是采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，用結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，如FORTRAN或C來(lái)編寫的。由于這種方法與現(xiàn)實(shí)生活中人們的認(rèn)知過(guò)程不完全吻合，故而這些程序難以理解且可擴(kuò)展性差，也就是說(shuō)，程序的生命周期較短并且不適于重用性開發(fā)和增補(bǔ)性開發(fā)。
軟件的復(fù)雜性和人類認(rèn)知的基本特點(diǎn)要求出現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)和編程的全新的方法。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生了，因?yàn)槿祟惖睦斫膺^(guò)程大多都是面向?qū)ο蟮摹拿嫦驅(qū)ο蟮慕嵌龋澜绫豢醋魇怯梢恍┫嗷プ饔茫⑹┘臃e極影響的對(duì)象所組成。一些面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，如C＋＋，可以通過(guò)用繼承、聚合、多態(tài)、友元關(guān)系等方法來(lái)開發(fā)面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)，這樣的系統(tǒng)易于理解、修改和擴(kuò)展。
本文主要講述采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，如何運(yùn)用設(shè)計(jì)模式的思想以獲得良好的設(shè)計(jì)，并結(jié)合作者本人實(shí)際設(shè)計(jì)并開發(fā)的一個(gè)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)軟件的實(shí)例來(lái)加以說(shuō)明。
2面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)的難點(diǎn)
面相對(duì)象軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)是靈活的、模塊化的、可復(fù)用的和易理解的軟件。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)，但也比較困難。如果對(duì)面向?qū)ο蟮睦斫獠粔颍敲窗衙嫦驅(qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)僅僅停留在封裝和繼承這些低層次的水平上，而完全沒(méi)有充分利用面向?qū)ο笏N(yùn)含的強(qiáng)大能力，這只能稱為具有面向?qū)ο笸庥^的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。
熟悉一門面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言（如C＋＋）絕不等于一個(gè)好的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)人員。在進(jìn)行面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)難點(diǎn)是去發(fā)現(xiàn)合適的類。要從一個(gè)具體的應(yīng)用項(xiàng)目中去分析和找到合適的類要考慮許多因素：封裝、粒度、依賴關(guān)系、靈活性、演化、復(fù)用等等。特別地，設(shè)計(jì)結(jié)果所得到的類并非都在現(xiàn)實(shí)世界中存在，有很多類是抽象的，而且設(shè)計(jì)中的抽象對(duì)于產(chǎn)生靈活的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，例如，描述過(guò)程和算法的類現(xiàn)實(shí)中并不存在，但它們卻是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分。除了要對(duì)對(duì)象進(jìn)行合理的抽象以形成合適的類外，另一個(gè)難點(diǎn)是確定各個(gè)類之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系（如繼承、多態(tài)等）和由類實(shí)例化而得到的對(duì)象之間的通信和協(xié)作關(guān)系，這些決定了一個(gè)系統(tǒng)的可復(fù)用、可擴(kuò)展和易理解等特性。
3設(shè)計(jì)模式的提出
運(yùn)用設(shè)計(jì)模式可以幫助克服上述難點(diǎn)。設(shè)計(jì)模式描述了已有的設(shè)計(jì)方案，以便于重復(fù)利用已有經(jīng)驗(yàn)；它為設(shè)計(jì)者提供了一套用較抽象的方式表示設(shè)計(jì)方案的方法，以便于設(shè)計(jì)者將自己的設(shè)計(jì)思想清楚地表達(dá)出來(lái)，便于交流。另外，在熟悉了設(shè)計(jì)模式思想并了解了一些模式后，還能在設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用模式思想和方法來(lái)引導(dǎo)設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)效率得到很大提高。
設(shè)計(jì)模式就是記錄面向?qū)ο筌浖脑O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè)設(shè)計(jì)模式系統(tǒng)地命名、解釋和評(píng)價(jià)了面向?qū)ο笙到y(tǒng)中一個(gè)重要和重復(fù)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)。它是對(duì)被用來(lái)在特定場(chǎng)景下解決一般設(shè)計(jì)問(wèn)題的類和相互通信的對(duì)象的描述。它確定了所包含的類和對(duì)象，它們的角色、協(xié)作方式以及職責(zé)分配。它不只針對(duì)某個(gè)具體應(yīng)用問(wèn)題，而是某類問(wèn)題解決方案的抽象描述。
在過(guò)去的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法中，算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)起到十分重要的作用，而在面向?qū)ο笙到y(tǒng)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)模式也具有很重要的作用，可以幫助設(shè)計(jì)者去分析要解決的問(wèn)題。
描述一個(gè)模式包含下面幾個(gè)方面：
（1）模式名：簡(jiǎn)潔地描述模式的本質(zhì)。
（2）意圖：該模式適用于什么特定的問(wèn)題。
（3）結(jié)構(gòu)：用基于對(duì)象建模技術(shù)（OMT）的表示法對(duì)模式中的類進(jìn)行圖形描述。
（4）參與者：指模式中的類和對(duì)象以及它們各自的職責(zé)。
（5）協(xié)作：模式的參與者怎樣協(xié)作以實(shí)現(xiàn)它們的職責(zé)。
總的來(lái)講，設(shè)計(jì)模式有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）清晰地將設(shè)計(jì)方案表達(dá)出來(lái)，利于學(xué)習(xí)；（2）便于復(fù)用已有的方案；（3）有助于分析具體設(shè)計(jì)問(wèn)題；（4）便于文檔管理，經(jīng)驗(yàn)交流。
4一個(gè)實(shí)例——電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)軟件的設(shè)計(jì)
4．1電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)介
本軟件的任務(wù)是對(duì)電力設(shè)備由于內(nèi)部絕緣缺陷而造成的有害放電進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。基本過(guò)程是首先利用電流和超聲傳感器采集到可提供設(shè)備狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)，然后用FFT（快速傅立葉變換）分析出頻譜，以觀察頻率成分。接下來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，以便將采集到的數(shù)據(jù)中的有用信號(hào)提取出來(lái)。這里的有用信號(hào)即指放電信號(hào)。經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)要進(jìn)行兩種分析，一是通過(guò)電流信號(hào)計(jì)算放電量，二是利用超聲信號(hào)估計(jì)時(shí)延和放電點(diǎn)的定位計(jì)算。這在需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)可幫助確定故障位置。采集和經(jīng)過(guò)信號(hào)處理的數(shù)據(jù)都將之放到文件中，以便用示波器來(lái)顯示和供下一步使用。
圖1是該軟件的數(shù)據(jù)流圖：
參考圖1，可從中發(fā)現(xiàn)幾個(gè)重要的組成部分，如示波器、數(shù)據(jù)采集過(guò)程、信號(hào)處理算法、定位算法等。此時(shí)如何從中找出合適的類，以及這些類的對(duì)象之間如何協(xié)作是問(wèn)題的關(guān)鍵。
根據(jù)數(shù)據(jù)流圖分析，可定義如下幾個(gè)類：
（1）示波器類：示波器主要是用來(lái)將數(shù)據(jù)用波形方式靈活的顯示在界面上，有時(shí)可能要提供不同的顯示風(fēng)格，因而設(shè)計(jì)一個(gè)示波器類，這時(shí)就可運(yùn)用抽象廠模式或工廠方法模式［1］。
（2）數(shù)據(jù)采集類：數(shù)據(jù)采集過(guò)程比較機(jī)械，可定義為一個(gè)類。但當(dāng)需要提高軟件的通用性時(shí)，可采用橋接模式。
（3）信號(hào)處理算法類：對(duì)于信號(hào)處理算法類，則可采用策略模式。定位算法類的處理也類似。
限于篇幅，無(wú)法一一介紹，下面將結(jié)合信號(hào)處理算法類的構(gòu)造及使用詳細(xì)介紹策略模式。
4．2策略模式簡(jiǎn)介
策略模式的英文名為Strategy，即策略。策略是用來(lái)處理問(wèn)題的方法，面對(duì)不同的問(wèn)題或同樣的問(wèn)題在不同的情況下要根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的策略。類似的，在進(jìn)行面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)時(shí)，策略模式的意圖是定義一系列算法，把它們一個(gè)個(gè)封裝起來(lái)，并且使得可根據(jù)需要方便地選擇某個(gè)算法使用，并使得可獨(dú)立于算法的調(diào)用者而添加或刪除某個(gè)算法。
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