第九章 面向复用的软件构造技术

第九章 面向复用的软件构造技术

什么是软件复用

• 软件重用是使用现有软件组件实现或更新软件系统的过程。

• 软件复用的两个方面

  • 面向复用编程：开发出可复用的软件
  • 基于复用编程：利用已有的可复用软件搭建应用系统

特点

• 很大的适应性

• 降低成本和开发时间

• 充分的测试->高可靠

• 标准化、一致化

  • GUI 库的重用会在应用程序中产生一致的外观。

• 针对性不强->性能差

• 往往无法拿来就用,需要适配

• 可靠性建立在外部基础上

• 面向复用编程代价高

  • 可重用的组件应该以明确定义的、开放的方式设计和构建，具有简洁的界面规范、易于理解的文档，并着眼于未来的使用。

• 基于复用编程的前期代价也高

  • 它涉及跨组织、技术和流程的变更，以及支持这些变更的工具成本，以及培训人员使用新工具和变更的成本。
  • 

如何使用已有软件进行开发

• 

• 建立可复用软件库，对其进行有效管理

• 选择需要的软件

• 进行适配

  • 可能必须向组件添加额外的功能。 添加后，新组件可以重新使用
  • 可以从组件中删除不需要的功能以提高其性能或减少其空间要求
  • 可能必须修改某些组件操作的实现

怎样评测可复用性

• 复用的场合有多少

• 复用的机会有多频繁

• 复用的代价有多大

  • 搜索、获取
  • 适配、扩展
  • 实例化
  • 与软件其他部分的互连的难度

好的可复用性软件应该

• 小、简单
• 与标准兼容
• 灵活可变
• 可扩展
• 泛型、参数化
• 模块化
• 变化的局部性
• 在改变需求时稳定
• 丰富的文档和帮助

可复用代码来源

• – Internal (corporate) code libraries 组织的内部代码库（Guava）
• – Third party libraries 第三方提供的库（Apache）
• – Built-in language libraries 语言自身提供的库（JDK）
• – Code samples from tutorials, examples, books, etc. 代码示例
• – Local code guru or knowledgeable colleague 来自同事
• – Existing system code 已有系统内的代码
• – Open source products (be sure to follow any licensing agree 开源软件的代码

复用的级别和形态

复用的级别

• 源代码（方法和具体语句）

  • 复制粘贴到自己的程序

  • 存在维护问题

    • 需要在多个地方更正代码
    • 有太多的代码需要处理（很多版本）

  • 查找需要代码的网站

    • grepcode.com
    • github.com/search
    • searchcode.com

• 模块（类和接口）

  • 类是复用的最小单元

    • 源代码不重要，可以直接打包成jar包
    • 文档很重要
    • 封装有助于重用
    • 更少的代码需要管理
    • 版本管理、向后兼容仍是问题
    • 需要将相关的类打包在一起 – 静态链接

  • 两种复用方式

    • 继承

      • 要有严格的父子关系
      • 不能取消属性或方法
      • 需要仔细设计继承层次

    • 委托

      • 当一个对象依靠另一个对象来实现它的某些子集的功能时（一个实体将某些东西传递给另一个实体），委托是简单的。

      • 委托可以被描述为实体之间共享代码和数据的低级机制。

      • 显式和隐式

        • 显式委托

          • A use B
          • 类A和B之间没有什么关联，当A中某个功能需要借助B实现时，将方法参数设置为B类型，通过传入B的对象，调用B的方法来完成。
          • 

        • 隐式委托

          • A has B

          • 在类A中维护着一个类B的对象作为A的成员变量，从而可以调用B的方法，实现复用。

          • 类型

            • 组合

              • 不对外提供改变B类型的成员变量的方法，B类型的成员变量伴随A类型对象创建而创建，A类型对象消失而消失，具有相同的生命周期。
              • 

            • 聚合

              • 在A类型对象创建时并不为B类型对象进行赋值，可随时由外部传入进行赋值，需要调用B中方法时再调用
              • 

            • 联系

              • 先和组合类似，在初始新建B的对象，但同时也像聚合一样提供变值函数
              • 

• 库（API）

  • 一组提供可重用功能的类和方法 (API)

• 架构层面（框架）

  • 一组具体类、抽象类、及其之间的连接关系

  • 开发者根据 framework的规约，填充自己的代码进去，形成完整系统

  • 将framework看作是更大规模的API复用，除了提供可复用的API，还将这些模块之间的关系都确定下来，形成了整体应用的领域复用

  • 

  • 框架不同于应用程序

    • 抽象程度不同，因为框架为一系列相关问题提供了解决方案，而不是单一问题
    • 为了适应一系列的问题，框架是不完整的，允许定制。

  • 与库的区别：调用关系不同

    • 开发者构造可运行软件实体，其中涉及到对可复用库的调用
    • Framework作为主程序加以执行，执行过程中调用开发者所写的程序

  • 按照扩展的技术划分

    • 黑盒框架

      • 通过实现特定接口/委派进行框架扩展

      • 通过为可插入框架的组件定义接口来实现可扩展性

      • 通过定义符合特定接口的组件来重用现有功能

      • 这些组件通过委托与框架集成

      • 特点

        • – 允许扩展暴露在接口中的功能
        • – 只需要了解接口
        • – 多个插件
        • – 通常提供更多的模块化
        • – 可以单独部署（.jar、.dll、…）
        • – 通常是所谓的最终用户框架、平台

      • 

    • 白盒框架

      • 通过代码层面的继承进行框架扩展

      • 通过继承和动态绑定实现可扩展性

      • 特点

        • – 允许扩展每个非私有方法
        • – 需要理解超类的实现
        • – 一次只能扩展一个
        • – 一起编译
        • – 通常是所谓的开发者框架

      • 

复用的形态

• 白盒复用

  • 源代码可见，可修改和扩展

  • 复制已有代码到正在开发的系统，进行修改

  • 优点

    • 可定制化程度高

  • 缺点

    • 对其修改增加了软件的复杂度，且需要对其内部充分的了解

• 黑盒复用

  • 源代码不可见，不能修改

  • 只能通过API接口来使用，无法修改代码

  • 优点

    • 简单，清晰

  • 缺点

    • 适应性差些

设计可复用的类

行为子类型和LSP原则

• 子类型多态

  • 客户端可用统一的方式处理不同类型的对象

• 行为子类型

  • Java 中的编译器强制规则（静态类型检查）

    • 子类型可以增加方法，但不可删除方法
    • 子类型需要实现抽象类型中的所有未实现方法
    • 子类型必须返回相同类型或者子类型（协变）
    • 子类型必须接受相同类型（Java中不支持逆变）
    • 子类型中重写的方法不能抛出额外的异常

  • 也适用于指定的方法

    • 更强的不变量

      • 
        不要改父类RI（否则可能行为不一致），可以增加自己的RI，增加自己的RI后要保证父类中没有方法破坏自己的RI，如果有要重写

    • 更弱的前置条件

      • 

    • 更强的后置条件

  • LSP原则（强行为子类型化）

    • 前置条件不能强化
    • 后置条件不能弱化
    • 不变量要保持
    • 子类型方法参数：逆变
    • 子类型方法的返回值：协变
    • 异常类型：协变

  • 协变和逆变

    • 协变

      • 父类型->子类型：越来越具体specific

    • 逆变

      • 子类型->夫类型：越来越抽象abstract

    • 
      会调用valueOf（），无法接收

  • 泛型中的LSP

    • 泛型的继承关系

      • 

      • 
        只有尖括号中存在包含关系时才是父子关系（静态检测）

      • 

    • 类型擦除

      • 类型参数的类型信息在代码编译完成后被编译器丢弃，因此这些类型信息在运行时是不可用的。
      • 在通用类型中用它们的边界或Object（如果类型参数没有边界）替换所有类型参数。因此，产生的字节码只包含普通的类、接口和方法
      • 

委派

• 实现排序的两种方法

  • 
    实现Comparator接口并override compare()函数
  • 
    让ADT 实现 Comparable 接口，然后 override compareTo() 方法。与使用Comparator的区别：不需要构建新的Comparator类，比较代
    码放在ADT内部。

• 一个类不需要继承另一个类的全部方法，通过委托机制调用部分方法，从而避免大量无用的方法

• “委托”发生在object层面，而“ 继承 ”发生在 class层面

• 

• 

• 

• 委派的三种类型

  • Use（A use B）

    • 临时性的delegation
    • 

  • Association联系 (A has B)

    • 永久性的delegation
    • 子主题 2

  • Composition/aggregation (A owns B)

    • Composition/Aggregation是Association的两种具体形态

    • Composition组合

      • 更强的association，但难以变化
      • 

    • Aggregation聚合

      • 更弱的association，可动态变化
      •