软件构造课程总结（五、六）

5 Designing Specification

1. 定义和目的：

• 定义：
  • 设计规范是一个详细的文档，用于描述系统或项目的功能、设计和实现细节。
• 目的：
  • 提供清晰的项目蓝图，确保所有利益相关者对项目目标和实现方法有一致的理解。
  • 作为开发、测试和维护的基础。

2. 设计规范的内容：

• 标题页：
  • 包含项目名称、日期、作者、版本号等基本信息。
• 目录：
  • 详细列出文档的章节和子章节，便于查找。
• 简介：
  • 描述项目的背景、动机、范围和预期成果。
  • 阐明项目的重要性和主要目标。
• 目标：
  • 明确项目的具体目标，包括短期和长期目标。
• 要求：
  • 功能性要求：系统必须具备的功能和特性。
  • 非功能性要求：性能、安全性、可用性等方面的要求。
• 设计约束：
  • 列出技术、资源、时间等方面的限制和约束。
• 方法论：
  • 描述用于设计和开发的过程和方法。
  • 包括选择的方法论（如瀑布模型、敏捷开发等）及其适用原因。
• 实施计划：
  • 详细说明实施步骤、时间表、资源需求和负责人员。
  • 包括里程碑和关键交付物。
• 测试和验证：
  • 描述测试策略、测试计划、测试用例和验证标准。
  • 确保系统满足所有要求并正确实现。
• 维护和支持：
  • 提供系统部署后的维护和支持计划。
  • 包括升级、修复和用户支持等方面的安排。
• 术语表和参考文献：
  • 定义文档中使用的技术术语。
  • 列出所有参考资料、文献和相关标准。

3. 设计原则：

• 清晰性：
  • 设计规范应当简明扼要，避免模棱两可的描述。
• 一致性：
  • 保持文档在术语、格式和详细程度上的一致性。
• 模块化：
  • 将设计分解为独立的模块，以便于理解、实现和维护。
• 可扩展性：
  • 考虑未来的扩展和变化，确保设计具有灵活性。
• 安全性：
  • 包括必要的安全措施，确保数据和系统的安全。

4. 审查和批准：

• 审查：
  • 设计规范应当经过多次审查，以确保准确性和完整性。
  • 包括技术审查、同行评审和利益相关者的反馈。
• 批准：
  • 在实施之前，设计规范应当获得所有关键利益相关者的批准。
  • 记录所有审查和批准的过程和结果。

6 Abstract Data Type (ADT)

1. ADT 的定义和目的：

• 定义：
  • 抽象数据类型（ADT）是通过其可执行的操作来定义的数据类型，而不是其具体实现。
• 目的：
  • 隐藏实现细节，提供一个简洁的接口。
  • 允许用户在不知道具体实现的情况下使用数据类型。

2. 核心概念：

• 不变量：
  • 数据结构在其生命周期内必须始终满足的条件。
• 表示不变量（RI）：
  • 描述数据结构有效状态的属性，确保数据的正确性。
• 抽象函数（AF）：
  • 将数据结构的具体表示映射到其抽象值，帮助理解其行为。
• 表示暴露：
  • 当数据结构的内部表示被外部访问或修改时，可能导致错误和不一致。

3. 操作分类：

• 创建者：
  • 操作：创建 ADT 实例的操作。
  • 示例：create()
• 生产者：
  • 操作：从一个或多个现有值创建一个新值。
  • 示例：combine(a, b)
• 观察者：
  • 操作：获取数据结构信息而不修改其状态。
  • 示例：size(), isEmpty()
• 修改者：
  • 操作：修改数据结构的状态。
  • 示例：insert(element), remove(element)

4. ADT 的设计原则：

• 封装：
  • 隐藏实现细节，仅暴露操作接口。
• 模块化：
  • 将系统分解为独立的模块，每个模块只负责特定功能。
• 简洁性：
  • 保持接口和实现的简单性，便于理解和使用。
• 一致性：
  • 确保数据类型的所有部分能够逻辑一致地协同工作。

5. 测试和验证：

• 测试：
  • 为每个操作设计单元测试，确保其正确性。
  • 验证不变量在所有操作后仍然成立。
• 验证：
  • 使用抽象函数验证具体表示与抽象值之间的一致性。
  • 确保所有操作都能正确地维护数据结构的不变量。

6. ADT 的优点：

• 减少错误：
  • 通过强制不变量减少错误发生的可能性。
• 易于理解：
  • 将复杂实现隐藏在简单接口后，使用户更容易理解和使用。
• 变更准备性：
  • 可以在不影响用户的情况下更改具体实现，增强系统的灵活性和可维护性。