高级软件设计-期末复习

摘要

本文是 2024Fall-高级软件设计 的期末复习提纲，根据复习课录音整理，以供复习参考。

课程详细内容可参考 分类: 2023Spring-软件系统设计 | EagleBear2002 的博客 中的“软件详细设计”部分，这部分内容的授课教师和授课内容与本课程完全相同。

这份复习资料内容更加全面：南京大学软件学院-2023-高级软件设计（研究生）期末复习参考 - 知乎。

考试为英文题目，12 道简答题，1 道场景设计题。

设计原则

对于面向对象的软件系统设计来说，在支持可维护性的同时，需要提高系统的可复用性。

软件的复用可以提高软件的开发效率，提高软件质量，节约开发成本，恰当的复用还可以改善系统的可维护性。

1. 开闭原则（可变性封装原则）：要求一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭，即在不修改源代码的基础上扩展一个系统的行为。
2. 迪米特法则：要求一个软件实体应当尽可能少的与其他实体发生相互作用。
3. 单一职责原则：要求在软件系统中，一个类只负责一个功能领域中的相应职责。
4. 里氏代换原则：可以通俗表述为在软件中如果能够使用基类对象，那么一定能够使用其子类对象。
5. 依赖倒置原则：要求抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象；要针对接口编程，不要针对实现编程。
6. 接口隔离原则：要求客户端不应该依赖那些它不需要的接口，即将一些大的接口细化成一些小的接口供客户端使用。
7. 合成复用原则：要求复用时尽量使用对象组合，而不使用继承。

设计原则之间的关系

• 目标：开闭原则
• 指导：迪米特法则（最小知识原则）
• 基础设计层面：单一职责原则、可变性封装原则
• 代码实现层面：依赖倒置原则、合成复用原则、里氏代换原则、接口隔离原则

设计模式

1. 根据其目的（模式是用来做什么的）可分为创建型（Creational），结构型（Structural）和行为型（Behavioral）三种：
   1. 创建型模式主要用于创建对象。
   2. 结构型模式主要用于处理类或对象的组合。
   3. 行为型模式主要用于描述对类或对象怎样交互和怎样分配职责。
2. 根据范围，即模式主要是用于处理类之间关系还是处理对象之间的关系，可分为类模式和对象模式两种：
   1. 类模式处理类和子类之间的关系，这些关系通过继承建立，在编译时刻就被确定下来，是属于静态的。
   2. 对象模式处理对象间的关系，这些关系在运行时刻变化，更具动态性。

范围/目的	创建型模式	结构型模式	行为型模式
常用原则		里氏代换原则、可变性封装原则、合成复用原则	单一职责原则、依赖倒置原则、接口隔离原则
类模式	工厂方法模式	（类）适配器模式	模板方法模式
对象模式	抽象工厂模式、单例模式	（对象）适配器模式、组合模式、装饰模式、外观模式、代理模式	命令模式、迭代器模式、观察者模式、状态模式、策略模式

具体设计模式的优点、缺点、应用场景，请参考 分类: 2023Spring-软件系统设计 | EagleBear2002 的博客。

设计模式和设计原则

所有的设计模式目标都是实现开闭原则，基本思想是使用迪米特法则。表中只展示具体实现使用的最主要的设计原则。

模式一般都会有的缺点：

1. 增加设计的复杂度和增加类的个数（增加辅助类）
2. 增加隔阂、方法调用，降低软件运行的效率，但是已经不是目前主要的问题了

模式名称	相关的设计原则	示例	缺点
策略模式	可变性封装原则、依赖倒置原则	不同叫声的鸭子	客户端需要了解所有策略类的作用，增加使用复杂性
状态模式	可变性封装原则、依赖倒置原则	论坛用户等级	状态类数量增加，导致系统复杂度上升
观察者模式	单一职责原则、依赖倒置原则	天气预报推送	可能引起链式反应，增加系统复杂度
单例模式	/		可能导致过多依赖，全局状态增加系统耦合度
装饰模式	里氏代换原则、可变性封装原则、合成复用原则	变形金刚	可能生成大量小对象，增加系统复杂性
工厂方法模式	依赖倒置原则、可变性封装原则	日志记录器	增加类的数量，系统复杂度增加
抽象工厂模式	依赖倒置原则、可变性封装原则	电器工厂	新增产品族时需要修改工厂接口，违反开闭原则
适配器模式	里氏代换原则、合成复用原则	仿生机器人	可能导致系统过于复杂，引入不必要的类
外观模式	迪米特法则、接口隔离原则（存疑）	电源总开关	不能很好地限制客户端直接访问子系统
模板方法模式	单一职责原则、开闭原则	银行业务办理流程	子类实现复杂，导致系统可读性降低
命令模式	依赖倒置原则、单一职责原则	电视机遥控器	增加类的数量，系统复杂度增加
迭代器模式	单一职责原则、开闭原则	C++ 容器 set	增加了类的数量，可能导致系统复杂性增加
组合模式	里氏代换原则	文件系统	复杂性较高，调试和维护难度较大
代理模式	迪米特法则、合成复用原则、依赖倒置原则（存疑）	论坛权限控制代理	增加类的数量，系统复杂度增加

策略模式 vs. 状态模式

两者的类结构完全相同。

• 状态切换是自动的，由状态类或上下文类决定。
• 策略切换由客户端决定，且切换通常是明确的。