软件设计美学之道第2回──软件的美丽元素──设计思维

请注意,本文编写于 5082 天前,最后修改于 5081 天前,其中某些信息可能已经过时。

世界上大大小小的事件、每个人的想法、做法,只要不是具象的事物,就都是抽象的,而软件设计的思维亦是如此。

在软件设计的领域中,对象导向的设计方式是个抽象的分析思考法,很适合在虚拟世界里面表达出真实世界的需求。虽然对象导向的技术已经行之有年了,但是真正了解其观念,并且能将其思维放到实际设计与实作上的人并不多,可能是因为受到现实环境的影响。

以Java来说,笔者就看过许多使用Java写出C程序风格的例子,以应用面来看,这样实在谈不上有设计思维,只能说是透过程序撰写一行行地列出工作而已。然而也许是因为这样的观念不清,导致利用Java开发的系统效率不张或者幽灵问题不断,而让人误解Java系统的好坏。

对象导向的关键哲理-抽象
对象导向是一种很有趣的分析「哲学」,它试图从人们对真实世界的看法及感受来解释属于虚拟世界的软件。从分析问题领域,进而转成相对应的程序代码,都是在模拟真实世界里的自然过程。

真实世界的事物是瞬息万变的,而软件开发也是如此,唯一不变的,就是恒变的需求。因而,「抽象」则是描述「瞬息万变」的一个重要并且安全的方法。

抽象的观念也是大部分的人在学习或运用对象导向观念时,比较容易遇到的瓶颈。所谓的抽象,简单来说,就是「萃取」出的概念,而且和实作无关,因为真实问题背后所隐含的意义,往往无法从直接的实作中得知。抽象的焦点是事物的本质特性,不同的观点可以对同一事物抽离出不同的元素来,若是将抽象结果对映到真实世界中,有可能是一个具体的东西,也可能是一个看不见的概念。

抽象有助概念与实作的再利用
想象一个简单的例子,在人声鼎沸的世贸计算机展里,你能够抽象出什么呢?是某计算机公司的摊位、辣妹跳舞、某个品牌的计算机,还是拆解成摊位、辣妹、表演、消费者、产品、销售、交易?若是后者,那么将这些元素套用到家具展上,其实也没问题。因此,抽象有助于「概念的再利用」,同样也有助于「实作的再利用」及稳定。

如果我们要设计一个展览馆的软件平台,起码,当计算机展要改成家具展时,只要重新实作产品内容,不用重新设计整个平台,因为交易模式及展埸运作模式都是类似的。

大家在此应先建立一个观念,对象导向的分析方法是由特殊到一般,由实体到抽象。抽象的观念还可以在经过一般化(generalization)或者特殊化(specialization)的分析后,衍生出阶层的结构,这一层一层的抽象结构,可以像一层一层的防火墙一样,挡住一级一级需求变异的风浪。

以黑客任务说明对象导向
对对象导向技术有初步认识人都会读到不少技术名词,例如接口(Interface)、讯息(Message)、类别(Class)、抽象(Abstraction)、具象(Concrete)或者Pattern、IoC(Inversion of Control)、Dependency Injection、MVC(Model View Controller)等等,这些名词都和对象导向的设计思维习习相关。我很喜欢的一部电影──黑客任务(Matrix),可以套用来说明这些名词的观念及对象导向设计的思维。

在黑客任务的电影情节里,人类被所谓的「母体」控制在一个虚拟的计算机世界里,在那个虚拟世界里面的所有事物,例如行道树、食物、味觉,甚至物理或化学反应,不管是看得到、感觉得到还是所谓的自然定律,都是计算机程序所创造出来的,而真实的人类却浑然不知地被「饲养」在一座座充满连接管线的生态槽里。

看完电影后我不禁思考:如果我是那母体(Matrix)的架构师(architect),该怎么设计那套系统?

我大概会利用复合技术(composition)的方法,再配合连结器(adapter)机制和真实世界生态槽里收集人体各项模拟讯号的生物接口连接,再转化成数字讯号,然后将人类的类别(class)具现(instantiate)到数字世界里时,利用dependency injection的方式,将经转化的数字讯号注入人类实例(instance),并和那里的所有事物建立对象关系,然后人类就可以在那个世界里生活着。

这么酷的想象,透过对象导向的技术来形容似乎就不难理解,它可以容易地传递设计的思维。然而,光是了解对象导向的原理,还不足以让你变成一位好的设计师,好的设计作品应该是容易地再利用、扩充及维护的,因此除了抽象、封装、继承与多型的基础概念之外,有经验的老手可能还知道许多对象导向的设计原则,像是「封装变异」、使用复合技术代替继承、针对接口写而不是实作。

设计思维的传达与再利用
当你在利用上述这些设计思维来塑造软件时,出现的另一个问题是:大部分的软件开发不会是只由你一个人负责,而是团队作业,然而在一个团队中,要如何让伙伴了解你根据这些对象导向基础或原则所做的美妙设计呢?设计思维的传达,变成了下一个问题,而这也意味着一个很重要的概念,那就是设计思维应该是可以再利用的。

对象导向的重要概念-接口
在对象导向的设计里,表达抽象的一个重要设计概念就是「接口」,它也是对象导向的基石。这里所指的界面有2种意义:Java语言上的接口(interface),以及概念上的接口,此处我们所谈论的是后者──概念上的界面。

对象的接口界定出「外界」能送给它的讯息信息,也可以说是「限制」了外界对该对象所能影响的范围,对每个对象来说,接口也是了解另一个对象的唯一方法。以汽车的例子来说,我们看得到汽车的外观,也看得到汽车移动的方式,因此汽车的外观及移动方式,都是属于汽车的接口。

至于汽车是何以能如此移动,是利用什样的动力驱动-汽油引擎、柴油引擎或油电混合引擎,是采用什么样的传动机制-前轮驱动、后轮驱动或四轮驱动,以上这些则属于实作。

有趣的是,一个对象可以有一个以上的接口,这就是多形(polymorphism)的应用。举个例子来说,台湾之光-王建民,他是洋基队的球员,他也是台湾人,更是他父母的儿子,因此,以球队的观点来看,他可以帮洋基队投球,以台湾的观点来看,他有国民的义务,以家庭的观点来看,他必须尽到做儿子的责任,但是他都是王建民。所以,接口有点像是对象所扮演的角色,而角色当然就伴随着「责任」,对象导向设计时的重点之一就是在做对象的「责任分配」。

有许多的Pattern或者Framework都要靠稳定的接口为其发展的基础的,例如,DI(Dependency Injection)、MVC(Model View Controller)、Spring、Struts、JUnit等等,不胜枚举。

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