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淺談計算機信息隱蔽性設計
摘要：包含在計算機模塊內的信息對于無需這些信．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單化，從而達到好理解、好實現(xiàn)、好驗證、好重用的目標。它可以從整體上保證計算機軟件的質量，降低計算機軟件的開發(fā)和維護成本。
關鍵詞：隱蔽原則；抽象原則；關系；對象；黑盒
有關計算機軟件工程的隱蔽原則一般是這樣描述的：包含在模塊內的信息對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。
如果說最簡單的就是最好的，那么計算機信息隱蔽性最強的就是最簡單的。從方法學的總結到推廣，從軟件設計到軟件實現(xiàn)，從手工開發(fā)到工具輔助，信息隱蔽原則無時無處不發(fā)揮著極有效的指導作用。
l 計算機隱蔽原則與其他原則的統(tǒng)一
1．1 方法學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。無論什么方法學從知識工程角度來說，都是運用軟件工程方法學基本原則的規(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，其他原則是對抽象原則的補充。
指導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的原則，包括隱蔽原則、局部化原則、邏輯獨立性原則。面向對象的“關系”抽象較多受前者規(guī)范，“對象”抽象較多受后者規(guī)范。
1．2 基本原則間的相互關聯(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的，而是整體與局部間的相互制約，形成一個統(tǒng)一體。
要求將信息最大限度地隱蔽在計算機模塊內的隱蔽原則，使模塊內部信息封裝化、模塊的外部形象黑盒化，與外部的關系最少，所以使?jié)M足體系抽象原則的抽象過程和驗證工作簡單化，同時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立性原則。
例如將具有多重關聯(lián)的多個數(shù)據(jù)庫表的條件組合查詢，
由一個駐在服務器端的存儲過程來統(tǒng)一完成。客戶端用戶可以在同一個窗口上對數(shù)十項多層交叉的查詢條件任意選擇組合，將選定條件送給相應存儲過程。從外部來看，存儲過程的任務極為單純，即根據(jù)指定條件找出所有符合條件的記錄，將結果寫到一個有共享結構的工作表中，然后把查詢正常與否的消息通報給客戶端的調用程序。該程序接到正常查詢結束消息后，到指定暫時存放查詢結果的工作表中，按一定格式取出結果并報告給用戶。
我認為，這是一個全面符合軟件工程基本原則的設計典范，而其關鍵技術是信息隱蔽設計。首先是遵循隱蔽原則將具有復雜關系結構的多個數(shù)據(jù)庫表的操作和庫表結構封裝在一起，實現(xiàn)了完全的信息隱蔽。由于高度信息隱蔽的實現(xiàn)使這一組相關庫表的所有多層交叉組合結構有可能在一個對象中完成，高度滿足了局部化原則。由于它的功能單純、明確，數(shù)據(jù)庫表間接口通過對相應存儲過程傳遞參數(shù)來完成，屬于內聚性最強的功能內聚和耦合性最弱的數(shù)據(jù)耦合，因而具有很好的邏輯獨立性。
不難想象，幾十項查詢條件的組合，查詢結果顯示方式達三四十種是很正常的。由于在局部化、功能獨立化原則下應用對象只是抽象成一個超類窗口對象，在信息隱蔽設計支持下，這三四十種結果顯示功能可以全部相互獨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 信息隱蔽性設計的目的和優(yōu)越性
2．1 目的
探討信息隱蔽性設計的目的是：分析將信息隱蔽起來有什么好處，以便使問題求解簡單化。
2．1．1 好理解
一般的復雜問題有兩個特征，一是解題要參照的接口太多、太復雜，二是解題的方法太復雜。那么要想使之簡化，無非是從問題接口和問題解法上人手。將復雜的接口信息與復雜算法隱蔽起來，剩下的自然是簡單的。換句話說就是實現(xiàn)對象的外部數(shù)據(jù)結構與算法的封裝。
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用戶需求的理解，到設計人員對需求規(guī)格的理解，直至編程人員對軟件設計的理解，是一個理解傳遞的過程。每一級開發(fā)人員的目的都應是將經(jīng)過自己加工后的、更簡單的抽象結果更抽象、更好理解。因此好的設計人員就是經(jīng)其加工后傳給下級開發(fā)人員的設計最容易理解，即給出的問題定義越簡單、接口越少越好。
2．1．2 好實現(xiàn)
有時好理解卻不好實現(xiàn)，即實現(xiàn)算法復雜。但是，如果把復雜算法做成一個封裝的模塊對象，使實現(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果，而無須知道模塊內部的具體實現(xiàn)，因此實現(xiàn)的問題就可以得到簡化。
2．1．3 好驗證
復雜問題也不好驗證。有些設計看起來好理解，也不難實現(xiàn)，但驗證起來卻很難。例如如果設計了相當多的功能熱鍵用戶接口。對于輸入數(shù)據(jù)窗口和數(shù)據(jù)項較多的應用程序，測試起來十分困難。多個功能熱鍵、多種激活方式、多個輸入數(shù)據(jù)窗口和數(shù)據(jù)項之間前后控制跳轉，這些都是黑盒測試的出發(fā)點，而每個控制節(jié)點都以2以上的指數(shù)方式遞增著測試用例數(shù)目。即使一般復雜的應用，其測試用例也超過200類。
由于采用了這種多控制、多轉移的復雜輸入方式設計，算法復雜是不可避免的。簡化的辦法還是信息隱蔽性設計，將每個熱鍵的多種激活方式觸發(fā)的內部處理都寫成公共對象且封裝起來，供各應用程序繼承調用。顯然這種隱蔽技術直接簡化了理解和實現(xiàn)。由于公共父類對象已經(jīng)做過全面集中測試，下層程序繼承后的有關測試絕大部分可以“免檢”，所以間接簡化了驗證，達到“好驗證”的目的。
2．1．4 好重用
好驗證的設計方法是把算法復雜的對象泛化為超類對象，進行集中實現(xiàn)和集中測試，使多個下層子類共享父類的實現(xiàn)和測試，所以它也是一種重用方案。好重用往往是好理解、好實現(xiàn)、好驗證的必然結果。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
由于信息隱蔽性設計重用性高，因此可以大大降低開發(fā)和維護成本。具體可以從兩方面來看其優(yōu)越性。
1)由于將復雜內容都隱蔽到公共超類之中，可以集中優(yōu)勢兵力對公共超類對象統(tǒng)一進行設計攻關、設計優(yōu)化和代碼優(yōu)化及測試和修改，所以不僅利于保證設計和實現(xiàn)的正確性，而且利于提高可維護性、保證數(shù)據(jù)安全性�？傊�，有利于從整體上保證軟件的基本質量，降低維護成本。
2)由于簡化了編程難度，避免了重復勞動，降低了對程序員技術經(jīng)驗水平的要求，減少了設計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。
倘若前述的軟件設計不是采用信息隱蔽性設計，倘若我們只有對復雜的庫表結構了如指掌之后才能進行多層交叉組合查詢程序的實現(xiàn)，這不僅將需要許多時間理解庫表結構，還需要構筑同樣的數(shù)據(jù)庫，錄入能體現(xiàn)復雜數(shù)據(jù)關系的各種測試數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)關系映射著應用對象的關系，為此我們還必須了解滿足各種組合查詢的數(shù)據(jù)與應用業(yè)務處理間的對應關系，因為稍有理解偏差，取出的用于統(tǒng)計的數(shù)據(jù)就會全面失去意義。所以信息隱蔽性設計對于大型軟件開發(fā)，特別是分式的異地開發(fā)，是不可或缺的。
實際上，前述軟件設計提供給我們的是與復雜數(shù)據(jù)庫結構封裝在一起的組合查詢存儲過程，只是一個樁程序。在我們開發(fā)客戶端組合查詢程序時，它完全是個黑盒子，甚至沒有放到服務器端。但是，它使得組合查詢程序只剩下輸入數(shù)據(jù)檢驗這一單純功能了。
3 信息隱蔽性設計的基本思路與實踐
信息隱蔽是個原則而不是方法，按此原則設計的系統(tǒng)具有信息隱蔽性，這是設計優(yōu)化的一種表現(xiàn)。結構化方法和面向對象方法都追求信息隱蔽性，并且各自具有一套抽象與實現(xiàn)的思路與方法。在此，我們嘗試歸納一下不拘泥于方法學的有關設計思路與方法。
3．1 哪些場合應考慮隱蔽性設計
總的來說，凡是可以用信息隱蔽性設計、使復雜問題簡單化的場合，都應該采用此設計。
首先，可以對共同事件、共同處理采用隱蔽性設計。因為重復是問題復雜化的一個重要原因。例如“輸入數(shù)據(jù)檢驗”、“退出事件”、“打開事件”、“打印處理”、“熱鍵的轉移控制”、“系統(tǒng)信息輸出處理”等，甚至對打印報表的“制表時間與頁號編輯”功能的共同處理。
其次，可以對接口和環(huán)境采用隱蔽性設計。因為接口也是問題復雜化的重要原因之一。例如，可將靜態(tài)數(shù)據(jù)庫表及其查詢操作隱蔽起來，將復雜關系表及其存取操作隱蔽起來，甚至可以將所有數(shù)據(jù)庫都隱蔽起來，使低級開發(fā)人員根本不必意識數(shù)據(jù)庫的存在，以及將特殊輸入輸出裝置接口處理隱蔽起來，將與其他系統(tǒng)的接口處理隱蔽起來等。
此外，還可以把復雜的算法、概念隱蔽起來，也可以把用戶沒有權限的功能隱蔽起來，以保證數(shù)據(jù)的安全性。
3．2 信息隱蔽的實現(xiàn)方法 ．
我們可以把實現(xiàn)信息隱蔽的物理范圍稱為隱蔽黑盒。信息隱蔽實現(xiàn)方法實際上就是隱蔽黑盒的實現(xiàn)方法與調用方法。隱蔽黑盒一般可以用函數(shù)、存儲過程、超類對象、語句系列來實現(xiàn)。使用隱蔽黑盒時，可以用函數(shù)、存儲過程調用、祖先繼承及程序段復制等相應辦法來引用。
3．2．1 服務器端的隱蔽黑盒設計技術
我們使用觸發(fā)器來實現(xiàn)對一些數(shù)據(jù)庫超類表(如流水號表)或共同表操作(如表頭信息寫操作)的盒化。觸發(fā)器是通過將實現(xiàn)方法與調用方法封裝在一起，把調用方法也隱蔽起來，是最徹底的隱蔽黑盒。這除了使復雜問題簡單化以外，還有利于數(shù)據(jù)庫的安全。因為再嚴密的客戶端操作也無法完全排除網(wǎng)絡帶來的不安全因素的影響。而隨著網(wǎng)絡支持性價比的提高，把數(shù)據(jù)庫相關操作集中在服務器端，客戶端只負責輸入數(shù)據(jù)的正確性檢查和結果數(shù)據(jù)的處理，這顯然是一種既講效率又能保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)安全體系結構的方法，是“胖服務器瘦客戶機”發(fā)展方向的必然取舍。
3．2．2 靜態(tài)表的隱蔽黑盒設計
從信息隱蔽的角度看程序中分離出去的靜態(tài)表，對程序來說也是一個隱蔽黑盒，它實現(xiàn)了程序中存在變因的控制數(shù)據(jù)或開關數(shù)據(jù)對程序的隱蔽(隔離)。靜態(tài)表放在服務器端，便于共享和維護。同時，我們用邏輯控制靜態(tài)表解決了面向不同應用對象動態(tài)組合應用功能這個難題，把沒有權限的那一部分功能對用戶隱蔽了起來。
總之，隱藏黑盒就是重用單元，重用單元越多軟件開發(fā)越簡單，與數(shù)據(jù)庫有關的隱蔽黑盒放在服務器端要比放在客戶端好處更多，因此隱藏黑盒有著廣闊的重用前景。
參考文獻
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