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談?dòng)?jì)算機(jī)信息隱蔽性設(shè)計(jì)
摘要：包含在計(jì)算機(jī)模塊內(nèi)的信息對(duì)于無需這些信．g-的其他模塊是不可存取的，即將不需要的信息都隱藏起來，只允許其他模塊知道其本身所需的信息。這樣可以使問題求解簡(jiǎn)單化，從而達(dá)到好理解、好實(shí)現(xiàn)、好驗(yàn)證、好重用的目標(biāo)。它可以從整體上保證計(jì)算機(jī)軟件的質(zhì)量，降低計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)成本。關(guān)鍵詞：隱蔽原則；抽象原則；關(guān)系；對(duì)象；黑盒
有關(guān)計(jì)算機(jī)軟件工程的隱蔽原則一般是這樣描述的：包含在模塊內(nèi)的信息對(duì)于無需這些信息的其他模塊是不可存取的，即將不需要的信息都隱藏起來，只允許其他模塊知道其本身所需的信息。
如果說最簡(jiǎn)單的就是最好的，那么計(jì)算機(jī)信息隱蔽性最強(qiáng)的就是最簡(jiǎn)單的。從方法學(xué)的總結(jié)到推廣，從軟件設(shè)計(jì)到軟件實(shí)現(xiàn)，從手工開發(fā)到工具輔助，信息隱蔽原則無時(shí)無處不發(fā)揮著極有效的指導(dǎo)作用。
l 計(jì)算機(jī)隱蔽原則與其他原則的統(tǒng)一
1．1 方法學(xué)都基于軟件工程基本原則
基本原則是行為所依據(jù)的法則和規(guī)范。無論什么方法學(xué)從知識(shí)工程角度來說，都是運(yùn)用軟件工程方法學(xué)基本原則的規(guī)則、策略及工具的集合。其中抽象原則是最重要的，它給出軟件工程問題求解全過程的最基本原則，其他原則是對(duì)抽象原則的補(bǔ)充。
指導(dǎo)如何抽象的基本原則大體上可以分為體系規(guī)范原則和模塊規(guī)范原則兩類。前者是規(guī)范整體解題思路及解得驗(yàn)證，包括形式化原則、分割原則、層次原則、概念完整性原則、完備性原則；后者則是與子問題有關(guān)的原則，包括隱蔽原則、局部化原則、邏輯獨(dú)立性原則。面向?qū)ο蟮摹瓣P(guān)系”抽象較多受前者規(guī)范，“對(duì)象”抽象較多受后者規(guī)范。
1．2 基本原則間的相互關(guān)聯(lián)
雖然可以做“體系規(guī)范”和“模塊規(guī)范”的大體分類，但基本原則之間并不是無關(guān)的，而是整體與局部間的相互制約，形成一個(gè)統(tǒng)一體。
要求將信息最大限度地隱蔽在計(jì)算機(jī)模塊內(nèi)的隱蔽原則，使模塊內(nèi)部信息封裝化、模塊的外部形象黑盒化，與外部的關(guān)系最少，所以使?jié)M足體系抽象原則的抽象過程和驗(yàn)證工作簡(jiǎn)單化，同時(shí)也很容易滿足模塊規(guī)范的其他原則，如局部化原則和邏輯獨(dú)立性原則。
例如將具有多重關(guān)聯(lián)的多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表的條件組合查詢，
由一個(gè)駐在服務(wù)器端的存儲(chǔ)過程來統(tǒng)一完成�？蛻舳擞脩艨梢栽谕粋�(gè)窗口上對(duì)數(shù)十項(xiàng)多層交叉的查詢條件任意選擇組合，將選定條件送給相應(yīng)存儲(chǔ)過程。從外部來看，存儲(chǔ)過程的任務(wù)極為單純，即根據(jù)指定條件找出所有符合條件的記錄，將結(jié)果寫到一個(gè)有共享結(jié)構(gòu)的工作表中，然后把查詢正常與否的消息通報(bào)給客戶端的調(diào)用程序。該程序接到正常查詢結(jié)束消息后，到指定暫時(shí)存放查詢結(jié)果的工作表中，按一定格式取出結(jié)果并報(bào)告給用戶。
我認(rèn)為，這是一個(gè)全面符合軟件工程基本原則的設(shè)計(jì)典范，而其關(guān)鍵技術(shù)是信息隱蔽設(shè)計(jì)。首先是遵循隱蔽原則將具有復(fù)雜關(guān)系結(jié)構(gòu)的多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表的操作和庫(kù)表結(jié)構(gòu)封裝在一起，實(shí)現(xiàn)了完全的信息隱蔽。由于高度信息隱蔽的實(shí)現(xiàn)使這一組相關(guān)庫(kù)表的所有多層交叉組合結(jié)構(gòu)有可能在一個(gè)對(duì)象中完成，高度滿足了局部化原則。由于它的功能單純、明確，數(shù)據(jù)庫(kù)表間接口通過對(duì)相應(yīng)存儲(chǔ)過程傳遞參數(shù)來完成，屬于內(nèi)聚性最強(qiáng)的功能內(nèi)聚和耦合性最弱的數(shù)據(jù)耦合，因而具有很好的邏輯獨(dú)立性。
不難想象，幾十項(xiàng)查詢條件的組合，查詢結(jié)果顯示方式達(dá)三四十種是很正常的。由于在局部化、功能獨(dú)立化原則下應(yīng)用對(duì)象只是抽象成一個(gè)超類窗口對(duì)象，在信息隱蔽設(shè)計(jì)支持下，這三四十種結(jié)果顯示功能可以全部相互獨(dú)立地掛在查詢父窗口下，自然地滿足了分割原則、層次原則、概念完整性原則等體系規(guī)范原則。
2 信息隱蔽性設(shè)計(jì)的目的和優(yōu)越性
2．1 目的
探討信息隱蔽性設(shè)計(jì)的目的是：分析將信息隱蔽起來有什么好處，以便使問題求解簡(jiǎn)單化。
2．1．1 好理解
一般的復(fù)雜問題有兩個(gè)特征，一是解題要參照的接口太多、太復(fù)雜，二是解題的方法太復(fù)雜。那么要想使之簡(jiǎn)化，無非是從問題接口和問題解法上人手。將復(fù)雜的接口信息與復(fù)雜算法隱蔽起來，剩下的自然是簡(jiǎn)單的。換句話說就是實(shí)現(xiàn)對(duì)象的外部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的封裝。
需要知道的東西越少越好理解。在軟件工程中，理解是最繁重的工作之一。開發(fā)過程中從分析人員對(duì)用戶需求的理解，到設(shè)計(jì)人員對(duì)需求規(guī)格的理解，直至編程人員對(duì)軟件設(shè)計(jì)的理解，是一個(gè)理解傳遞的過程。每一級(jí)開發(fā)人員的目的都應(yīng)是將經(jīng)過自己加工后的、更簡(jiǎn)單的抽象結(jié)果更抽象、更好理解。因此好的設(shè)計(jì)人員就是經(jīng)其加工后傳給下級(jí)開發(fā)人員的設(shè)計(jì)最容易理解，即給出的問題定義越簡(jiǎn)單、接口越少越好。
2．1．2 好實(shí)現(xiàn)
有時(shí)好理解卻不好實(shí)現(xiàn)，即實(shí)現(xiàn)算法復(fù)雜。但是，如果把復(fù)雜算法做成一個(gè)封裝的模塊對(duì)象，使實(shí)現(xiàn)者只需知道模塊的作用和使用方法就可以得到所期待的輸出結(jié)果，而無須知道模塊內(nèi)部的具體實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)現(xiàn)的問題就可以得到簡(jiǎn)化。
2．1．3 好驗(yàn)證
復(fù)雜問題也不好驗(yàn)證。有些設(shè)計(jì)看起來好理解，也不難實(shí)現(xiàn)，但驗(yàn)證起來卻很難。例如如果設(shè)計(jì)了相當(dāng)多的功能熱鍵用戶接口。對(duì)于輸入數(shù)據(jù)窗口和數(shù)據(jù)項(xiàng)較多的應(yīng)用程序，測(cè)試起來十分困難。多個(gè)功能熱鍵、多種激活方式、多個(gè)輸入數(shù)據(jù)窗口和數(shù)據(jù)項(xiàng)之間前后控制跳轉(zhuǎn)，這些都是黑盒測(cè)試的出發(fā)點(diǎn)，而每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)都以2以上的指數(shù)方式遞增著測(cè)試用例數(shù)目。即使一般復(fù)雜的應(yīng)用，其測(cè)試用例也超過200類。
由于采用了這種多控制、多轉(zhuǎn)移的復(fù)雜輸入方式設(shè)計(jì)，算法復(fù)雜是不可避免的。簡(jiǎn)化的辦法還是信息隱蔽性設(shè)計(jì)，將每個(gè)熱鍵的多種激活方式觸發(fā)的內(nèi)部處理都寫成公共對(duì)象且封裝起來，供各應(yīng)用程序繼承調(diào)用。顯然這種隱蔽技術(shù)直接簡(jiǎn)化了理解和實(shí)現(xiàn)。由于公共父類對(duì)象已經(jīng)做過全面集中測(cè)試，下層程序繼承后的有關(guān)測(cè)試絕大部分可以“免檢”，所以間接簡(jiǎn)化了驗(yàn)證，達(dá)到“好驗(yàn)證”的目的。
2．1．4 好重用
好驗(yàn)證的設(shè)計(jì)方法是把算法復(fù)雜的對(duì)象泛化為超類對(duì)象，進(jìn)行集中實(shí)現(xiàn)和集中測(cè)試，使多個(gè)下層子類共享父類的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試，所以它也是一種重用方案。好重用往往是好理解、好實(shí)現(xiàn)、好驗(yàn)證的必然結(jié)果。不過它是從更高層次上審視信息隱蔽性的目的。
2．2 優(yōu)越性
由于信息隱蔽性設(shè)計(jì)重用性高，因此可以大大降低開發(fā)和維護(hù)成本。具體可以從兩方面來看其優(yōu)越性。
1)由于將復(fù)雜內(nèi)容都隱蔽到公共超類之中，可以集中優(yōu)勢(shì)兵力對(duì)公共超類對(duì)象統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計(jì)攻關(guān)、設(shè)計(jì)優(yōu)化和代碼優(yōu)化及測(cè)試和修改，所以不僅利于保證設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的正確性，而且利于提高可維護(hù)性、保證數(shù)據(jù)安全性�？傊欣趶恼w上保證軟件的基本質(zhì)量，降低維護(hù)成本。
2)由于簡(jiǎn)化了編程難度，避免了重復(fù)勞動(dòng)，降低了對(duì)程序員技術(shù)經(jīng)驗(yàn)水平的要求，減少了設(shè)計(jì)說明和理解交流及編輯的工作量，因而利于減少開發(fā)成本。
倘若前述的軟件設(shè)計(jì)不是采用信息隱蔽性設(shè)計(jì)，倘若我們只有對(duì)復(fù)雜的庫(kù)表結(jié)構(gòu)了如指掌之后才能進(jìn)行多層交叉組合查詢程序的實(shí)現(xiàn)，這不僅將需要許多時(shí)間理解庫(kù)表結(jié)構(gòu)，還需要構(gòu)筑同樣的數(shù)據(jù)庫(kù)，錄入能體現(xiàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)關(guān)系的各種測(cè)試數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)關(guān)系映射著應(yīng)用對(duì)象的關(guān)系，為此我們還必須了解滿足各種組合查詢的數(shù)據(jù)與應(yīng)用業(yè)務(wù)處理間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因?yàn)樯杂欣斫馄�，取出的用于統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)就會(huì)全面失去意義。所以信息隱蔽性設(shè)計(jì)對(duì)于大型軟件開發(fā)，特別是分式的異地開發(fā)，是
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