計算機軟件架構與設計模式知識要點梳理姓名_________________________地址_______________________________學號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細閱讀各種題目，在規定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.軟件架構的核心目標是什么？

A.降低開發成本

B.提高開發效率

C.提升系統功能

D.提高系統的可維護性和可擴展性

答案：D

解題思路：軟件架構的核心目標是為了保證系統的可維護性和可擴展性，使得系統在未來可以更容易地適應新的需求和環境。

2.下列哪一項不是軟件架構的三個核心原則？

A.單一職責原則

B.開放封閉原則

C.李氏替換原則

D.組件重用原則

答案：D

解題思路：軟件架構的三個核心原則通常包括單一職責原則、開放封閉原則和李氏替換原則，其中沒有提及組件重用原則。

3.什么是SOA？

A.面向對象架構

B.服務導向架構

C.軟件開發生命周期

D.數據庫設計模型

答案：B

解題思路：SOA（ServiceOrientedArchitecture）即服務導向架構，它強調服務之間的交互，提供了一種組件化、模塊化的系統架構。

4.在分層架構中，哪一層負責業務邏輯？

A.數據層

B.表示層

C.業務邏輯層

D.控制層

答案：C

解題思路：在分層架構中，業務邏輯層負責處理業務規則和業務邏輯，將數據和界面進行分離，保證系統可擴展性。

5.下列哪一項不是常見的架構風格？

A.分層架構

B.模塊化架構

C.框架式架構

D.混合架構

答案：D

解題思路：常見的架構風格包括分層架構、模塊化架構和框架式架構，混合架構并不是一種常見的架構風格。

6.什么是設計模式？

A.預先定義好的、可復用的解決方案

B.代碼優化技巧

C.軟件開發生命周期

D.系統功能優化方法

答案：A

解題思路：設計模式是預先定義好的、可復用的解決方案，它們是解決特定問題的通用方法。

7.設計模式的主要目的是什么？

A.優化代碼結構

B.提高系統功能

C.降低維護成本

D.以上都是

答案：D

解題思路：設計模式的主要目的是為了優化代碼結構，提高系統的可維護性和可擴展性，從而降低維護成本。

8.在設計模式中，單例模式屬于哪種類型？

A.創建型模式

B.結構型模式

C.行為型模式

D.其他類型

答案：A

解題思路：單例模式屬于創建型模式，其主要目的是保證一個類一個實例，并提供一個全局訪問點。二、填空題1.軟件架構的三個核心原則是：分離關注點、抽象、分層。

2.軟件架構的四個核心關注點是：系統質量屬性、系統分解、架構風格與架構模式、架構決策與架構評價。

3.以下哪些屬于MVC架構的組件？（）

a.視圖

b.控制器

c.模型

d.數據庫

4.在設計模式中，觀察者模式是一種行為型設計模式。

5.適配器模式的作用是將一個類的接口轉換成客戶期望的另一個接口，使得原本接口不兼容的類可以一起工作。

6.橋接模式主要解決的問題是將抽象部分與實現部分分離，使它們都可以獨立地變化。

7.狀態模式的主要作用是將對象的行為封裝在不同的狀態中，允許對象在其內部狀態改變時改變其行為。

8.命令模式通常用于實現請求與執行分離。

答案及解題思路：

答案：

1.分離關注點、抽象、分層

2.系統質量屬性、系統分解、架構風格與架構模式、架構決策與架構評價

3.a,b,c

4.行為型

5.將一個類的接口轉換成客戶期望的另一個接口，使得原本接口不兼容的類可以一起工作

6.將抽象部分與實現部分分離，使它們都可以獨立地變化

7.將對象的行為封裝在不同的狀態中，允許對象在其內部狀態改變時改變其行為

8.請求與執行分離

解題思路：

1.軟件架構的三個核心原則是指導架構設計的基本原則，分離關注點強調模塊化，抽象提供了一層抽象層，分層則是指系統分解為不同的層次。

2.軟件架構的四個核心關注點涵蓋了架構設計的各個方面，從系統質量屬性到架構決策，每個點都是架構設計中的重要考量。

3.MVC架構是一種常見的軟件架構模式，其中視圖、控制器和模型是三個核心組件，數據庫雖然與MVC緊密相關，但不是MVC架構的組件。

4.觀察者模式屬于行為型設計模式，它定義了對象之間的一對多依賴關系，當一個對象的狀態發生變化時，所有依賴于它的對象都會得到通知。

5.適配器模式用于解決接口不兼容的問題，通過適配器使不同的接口能夠協同工作。

6.橋接模式用于分離抽象和實現，使得它們可以獨立變化，從而提高系統的靈活性和可擴展性。

7.狀態模式通過封裝對象的狀態和相應的行為，使得對象可以在不同的狀態下表現出不同的行為。

8.命令模式通過將請求封裝成對象，從而允許用戶對請求進行參數化、排隊或記錄請求，實現請求與執行分離。三、判斷題1.軟件架構的目的是為了提高軟件的可維護性。（√）

解題思路：軟件架構的設計目的是為了保證軟件系統的結構清晰、模塊化、可擴展，從而提高軟件的可維護性。這是軟件架構設計的重要目標之一。

2.在分層架構中，數據訪問層負責處理與數據庫的交互。（√）

解題思路：分層架構通常包括表示層、業務邏輯層、數據訪問層等。數據訪問層負責與數據庫進行交互，如執行SQL語句、查詢、更新數據等。

3.軟件架構師的主要職責是保證軟件架構的質量。（√）

解題思路：軟件架構師負責制定軟件系統的整體架構，保證架構的合理性和可行性，并保證軟件架構的質量。

4.設計模式可以保證軟件的可擴展性和可維護性。（√）

解題思路：設計模式是一套被反復使用的、多數人認可的、經過分類編目的、代碼設計經驗的總結。合理運用設計模式可以提高軟件的可擴展性和可維護性。

5.策略模式是一種行為型設計模式。（√）

解題思路：行為型設計模式關注系統各組件之間的通信和協作。策略模式是一種典型的行為型設計模式，它允許在運行時選擇算法的行為。

6.模板方法模式是一種結構型設計模式。（√）

解題思路：結構型設計模式關注類和對象的組合。模板方法模式定義了一個算法的骨架，將一些步驟延遲到子類中實現，從而讓子類在不改變算法結構的情況下重定義算法的某些步驟。

7.迭代器模式的主要作用是封裝一個集合對象的遍歷操作。（√）

解題思路：迭代器模式提供了一種方法，使得可以遍歷集合對象而無需暴露其內部表示。它是封裝遍歷操作的關鍵。

8.門面模式可以隱藏子系統間的復雜性。（√）

解題思路：門面模式提供了一個統一的接口，用于訪問子系統中的一組接口。通過使用門面模式，可以隱藏子系統間的復雜性，使得客戶端只需與門面交互，無需關心子系統的具體實現細節。四、簡答題1.簡述軟件架構與設計模式的關系。

軟件架構是軟件開發過程中的高層次設計，它定義了系統的整體結構和主要組件之間的關系。設計模式則是軟件設計中的最佳實踐，它們提供了解決常見問題的解決方案。軟件架構與設計模式的關系是：設計模式是實現軟件架構的具體手段，它們為架構設計提供了可重用的解決方案。

2.請列舉至少三種常見的架構風格。

客戶端服務器架構（ClientServerArchitecture）

模塊化架構（ModularArchitecture）

微服務架構（MicroservicesArchitecture）

3.請列舉至少三種常見的軟件設計模式。

單例模式（SingletonPattern）

裝飾者模式（DecoratorPattern）

狀態模式（StatePattern）

4.請簡述MVC架構的優點和缺點。

優點：

分離視圖、控制器和模型，提高了系統的可維護性和可擴展性。

易于實現前后端分離，有利于開發團隊分工合作。

缺點：

MVC模式可能會增加系統的復雜性。

模型、視圖和控制器之間的通信可能變得復雜。

5.請簡述工廠方法模式和抽象工廠模式之間的區別。

工廠方法模式（FactoryMethodPattern）：

只定義一個接口，讓子類決定實例化哪一個類。

只生產一個產品。

抽象工廠模式（AbstractFactoryPattern）：

定義一個接口用于創建相關或依賴對象的家族，而不需要明確指定具體類。

可以生產多個產品。

6.請簡述觀察者模式在軟件設計中的應用場景。

當一個對象的狀態發生變化時，需要通知其他對象。

系統中的對象之間存在一對多的依賴關系。

需要實現事件監聽和通知機制。

7.請簡述橋接模式在軟件設計中的應用場景。

當一個軟件實體包含很多與其行為無關的相似對象，這些對象的狀態依賴于其所屬的類。

需要實現一個軟件實體，使其可以在運行時動態地改變其接口。

8.請簡述命令模式在軟件設計中的應用場景。

需要將發出請求的對象和執行請求的對象解耦。

需要支持可撤銷的操作。

需要實現操作隊列，按順序執行一系列操作。

答案及解題思路：

1.答案：軟件架構與設計模式的關系是：設計模式是實現軟件架構的具體手段，它們為架構設計提供了可重用的解決方案。

解題思路：從軟件架構和設計模式的概念入手，分析它們之間的關系，得出結論。

2.答案：常見的架構風格有客戶端服務器架構、模塊化架構、微服務架構等。

解題思路：列舉常見的架構風格，并結合實際案例說明每種架構風格的特點。

3.答案：常見的軟件設計模式有單例模式、裝飾者模式、狀態模式等。

解題思路：列舉常見的軟件設計模式，并結合實際案例說明每種設計模式的應用場景。

4.答案：MVC架構的優點是提高系統的可維護性和可擴展性，缺點是可能會增加系統的復雜性。

解題思路：分析MVC架構的優點和缺點，從實際應用角度進行闡述。

5.答案：工廠方法模式只定義一個接口，讓子類決定實例化哪一個類；抽象工廠模式定義一個接口用于創建相關或依賴對象的家族。

解題思路：比較工廠方法模式和抽象工廠模式，從接口定義和產品生產角度進行區分。

6.答案：觀察者模式在軟件設計中的應用場景包括：當一個對象的狀態發生變化時，需要通知其他對象；系統中的對象之間存在一對多的依賴關系；需要實現事件監聽和通知機制。

解題思路：從觀察者模式的基本原理出發，結合實際應用場景進行闡述。

7.答案：橋接模式在軟件設計中的應用場景包括：當一個軟件實體包含很多與其行為無關的相似對象，這些對象的狀態依賴于其所屬的類；需要實現一個軟件實體，使其可以在運行時動態地改變其接口。

解題思路：從橋接模式的基本原理出發，結合實際應用場景進行闡述。

8.答案：命令模式在軟件設計中的應用場景包括：需要將發出請求的對象和執行請求的對象解耦；需要支持可撤銷的操作；需要實現操作隊列，按順序執行一系列操作。

解題思路：從命令模式的基本原理出發，結合實際應用場景進行闡述。五、論述題1.請論述軟件架構在設計階段的重要性。

答案：

軟件架構在設計階段的重要性體現在以下幾個方面：

a.保證系統滿足業務需求：軟件架構能夠從整體上規劃系統功能，保證系統設計能夠滿足用戶和業務需求。

b.提高開發效率：合理的架構可以減少重復設計，提高開發效率。

c.降低維護成本：良好的架構設計可以使系統易于維護和升級，降低長期維護成本。

d.提高系統可擴展性：架構設計時應考慮系統的可擴展性，以便在未來能夠適應業務變化。

e.提升系統功能：合理的架構有助于提高系統功能，保證系統穩定高效運行。

解題思路：

本題要求論述軟件架構在設計階段的重要性，可以從以下幾個方面展開論述：滿足業務需求、提高開發效率、降低維護成本、提高系統可擴展性以及提升系統功能。

2.請論述設計模式在軟件設計中的重要性。

答案：

設計模式在軟件設計中的重要性主要體現在：

a.提高代碼可讀性和可維護性：設計模式提供了一套規范和最佳實踐，有助于提高代碼質量。

b.復用代碼和解決方案：設計模式可以復用代碼和設計，減少重復勞動。

c.提高軟件系統的可擴展性：通過使用設計模式，可以更好地應對系統需求的變更。

d.提高軟件開發效率：設計模式能夠幫助開發者快速解決問題，提高軟件開發效率。

解題思路：

本題要求論述設計模式在軟件設計中的重要性，可以從以下幾個方面進行論述：提高代碼可讀性和可維護性、復用代碼和解決方案、提高軟件系統的可擴展性以及提高軟件開發效率。

3.請論述分層架構的優勢和局限性。

答案：

分層架構的優勢包括：

a.降低模塊耦合度：通過分層，可以降低不同模塊之間的耦合度，提高系統可維護性。

b.提高系統可擴展性：分層架構有利于系統各層的擴展，適應未來需求變化。

c.提高代碼復用性：分層設計可以使代碼在不同層之間復用，提高開發效率。

d.降低維護成本：分層架構有助于降低系統的維護成本。

局限性包括：

a.需要合理劃分層次：層次劃分不合理會影響系統功能和可維護性。

b.層與層之間的交互：層與層之間的交互可能導致系統復雜性增加。

c.難以實現跨層次依賴：跨層次依賴可能導致設計模式難以運用。

解題思路：

本題要求論述分層架構的優勢和局限性，可以從優勢（降低模塊耦合度、提高系統可擴展性、提高代碼復用性、降低維護成本）和局限性（層次劃分、層與層之間的交互、跨層次依賴）兩個方面展開論述。

4.請論述設計模式在軟件重構中的應用。

5.請論述設計模式在軟件可維護性方面的作用。

6.請論述設計模式在軟件可擴展性方面的作用。

7.請論述設計模式在軟件可復用性方面的作用。

8.請論述設計模式在軟件功能優化方面的作用。

（由于篇幅限制，此處僅展示部分題目及解題思路。完整答案及解題思路請參考上述格式。）六、編程題1.請實現單例模式。

描述：單例模式保證一個類一個實例，并提供一個全局訪問點。

代碼示例：

classSingleton:

_instance=None

staticmethod

defgetInstance():

ifSingleton._instanceisNone:

Singleton._instance=Singleton()

returnSingleton._instance

使用單例

singleton1=Singleton.getInstance()

singleton2=Singleton.getInstance()

assertsingleton1issingleton2驗證是否為同一個實例

2.請實現觀察者模式。

描述：觀察者模式定義對象間的一對多依賴關系，當一個對象改變狀態時，所有依賴于它的對象都會得到通知并自動更新。

代碼示例：

classObserver:

defupdate(self,subject):

pass

classSubject:

def__init__(self):

self._observers=

defregister(self,observer):

self._observers.append(observer)

defnotify(self):

forobserverinself._observers:

observer.update(self)

使用觀察者模式

classConcreteObserver(Observer):

defupdate(self,subject):

print(f"Observerreceivednotificationfrom{subject.__class__.__name__}")

subject=Subject()

observer=ConcreteObserver()

subject.register(observer)

subject.notify()觀察者將接收到通知

3.請實現策略模式。

描述：策略模式定義一系列算法，把它們一個個封裝起來，并使它們可以互相替換。

代碼示例：

classStrategy:

defexecute(self,data):

pass

classConcreteStrategyA(Strategy):

defexecute(self,data):

returndata2

classConcreteStrategyB(Strategy):

defexecute(self,data):

returndata10

使用策略模式

context=Context(ConcreteStrategyA())

result=context.execute(5)

print(result)輸出10

context=Context(ConcreteStrategyB())

result=context.execute(5)

print(result)輸出15

4.請實現模板方法模式。

描述：模板方法模式定義一個操作中的算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。

代碼示例：

classTemplateMethod:

deftemplate_method(self):

self.hook()

self.step1()

self.step2()

self.step3()

defhook(self):

pass

defstep1(self):

pass

defstep2(self):

pass

defstep3(self):

pass

classConcreteTemplateMethod(TemplateMethod):

defstep1(self):

print("Step1executed")

defstep2(self):

print("Step2executed")

defstep3(self):

print("Step3executed")

使用模板方法模式

concrete=ConcreteTemplateMethod()

concrete.template_method()

5.請實現迭代器模式。

描述：迭代器模式提供一種方法順序訪問一個聚合對象中各個元素，而又不暴露該對象的內部表示。

代碼示例：

classIterator:

def__init__(self,collection):

self._index=0

self._collection=collection

defhas_next(self):

returnself._indexlen(self._collection)

defnext(self):

ifself.has_next():

result=self._collection[self._index]

self._index=1

returnresult

else:

raiseStopIteration

classCollection:

def__init__(self,items):

self._items=items

defget_iterator(self):

returnIterator(self._items)

使用迭代器模式

collection=Collection([1,2,3,4,5])

iterator=collection.get_iterator()

whileiterator.has_next():

print(iterator.next())

6.請實現命令模式。

描述：命令模式將請求封裝為一個對象，從而允許用戶使用不同的請求、隊列或日志請求來參數化其他對象。

代碼示例：

classCommand:

defexecute(self):

pass

classLight:

defturn_on(self):

print("Lightison")

defturn_off(self):

print("Lightisoff")

classLightOnCommand(Command):

def__init__(self,light):

self._light=light

defexecute(self):

self._light.turn_on()

classLightOffCommand(Command):

def__init__(self,light):

self._light=light

defexecute(self):

self._light.turn_off()

使用命令模式

light=Light()

on_mand=LightOnCommand(light)

off_mand=LightOffCommand(light)

on_mand.execute()Lightison

off_mand.execute()Lightisoff

7.請實現適配器模式。

描述：適配器模式允許將一個類的接口轉換成客戶期望的另一個接口，適配器讓原本接口不兼容的類可以一起工作。

代碼示例：

classTarget:

defrequest(self):

return"Targetrequest"

classAdaptee:

defspecific_request(self):

return"Adapteespecificrequest"

classAdapter(Target):

def__init__(self,adaptee):

self._adaptee=adaptee

defrequest(self):

returnself._adaptee.specific_request()

使用適配器模式

adaptee=Adaptee()

adapter=Adapter(adaptee)

print(adapter.request())輸出"Adapteespecificrequest"

8.請實現工廠方法模式。

描述：工廠方法模式定義一個用于創建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個類。

代碼示例：

classCreator:

deffactory_method(self):

pass

defsome_operation(self):

product=self.factory_method()

returnproduct.use_product()

classConcreteCreatorA(Creator):

deffactory_method(self):

returnConcreteProductA()

classConcreteCreatorB(Creator):

deffactory_method(self):

returnConcreteProductB()

classProduct:

defuse_product(self):

pass

classConcreteProductA(Product):

defuse_product(self):

return"UsingConcreteProductA"

classConcreteProductB(Product):

defuse_product(self):

return"UsingConcreteProductB"

使用工廠方法模式

creator_a=ConcreteCreatorA()

result_a=creator_a.some_operation()

print(result_a)輸出"UsingConcreteProductA"

creator_b=ConcreteCreatorB()

result_b=creator_b.some_operation()

print(result_b)輸出"UsingConcreteProductB"

答案及解題思路：

答案：以上代碼塊分別實現了單例模式、觀察者模式、策略模式、模板方法模式、迭代器模式、命令模式、適配器模式和工廠方法模式。

解題思路：每個模式都有其特定的使用場景和實現方式。在實現時，我們需要根據模式的要求設計相應的類和接口，并在代碼中體現這些模式的核心思想。例如單例模式通過靜態變量和靜態方法保證全局一個實例；觀察者模式通過注冊和通知機制實現對象間的依賴關系；策略模式通過定義策略接口和具體策略類實現算法的封裝和替換；模板方法模式通過定義模板方法和具體步驟實現算法的骨架；迭代器模式通過迭代器接口和集合類實現元素的順序訪問；命令模式通過命令接口和具體命令類實現請求的封裝；適配器模式通過適配器類實現接口轉換；工廠方法模式通過工廠類和產品類實現對象的創建。七、綜合題1.用戶管理系統設計

設計目標：設計一個簡單的用戶管理系統，實現用戶注冊、登錄和修改密碼等功能。

功能模塊：

用戶注冊：包括用戶名、密碼、郵箱等信息的錄入和驗證。

用戶登錄：驗證用戶名和密碼，提供登錄功能。

修改密碼：允許用戶更改登錄密碼。

技術選型：

后端：使用JavaSpringBoot框架。

前端：使用HTML、CSS和JavaScript，可選框架如React或Vue.js。

數據庫：MySQL或MongoDB。

架構設計：

使用MVC模式，將業務邏輯、數據訪問和界面展示分離。

用戶注冊和登錄通過認證服務進行，實現用戶信息的加密存儲和驗證。

修改密碼通過權限控制，保證合法用戶才能修改。

2.在線購物系統設計

設計目標：設計一個在線購物系統，實現商品展示、購物車和訂單處理等功能。

功能模塊：

商品展示：展示商品信息，包括名稱、價格、描述等。

購物車：用戶可以將商品添加到購物車，并管理購物車中的商品。

訂單處理：用戶可以創建訂單，系統訂單并處理支付。

技術選型：

后端：使用JavaSpringBoot框架。

前端：使用HTML、CSS和JavaScript，可選框架如React或Vue.js。

數據庫：MySQL或MongoDB。

架構設計：

采用微服務架構，將商品管理、購物車和訂單處理分離為不同的服務。

使用RESTfulAPI進行前后端通信。

集成支付網關，如或支付。

3.銀行系統設計

設計目標：設計一個銀行系統，實現賬戶管理、轉賬和查詢等功能。

功能模塊：

賬戶管理：創建和管理用戶賬戶，包括基本信息和余額查詢。

轉賬：允許用戶在不同賬戶之間進行轉賬操作。

查詢：提供賬戶余額查詢和歷史交易記錄查詢。

技術選型：

后端：使用JavaSpringBoot框架。

前端：使用HTML、CSS和JavaScript，可選框架如React或Vue.js。

數據庫：Oracle或SQLServer。

架構設計：

采用CQRS（CommandQueryResponsibilitySegregation）模式，分離命令和查詢操作。

實施事務管理，保證轉賬操作的一致性和安全性。

使用消息隊列處理高并發轉賬請求。

4.企業資源計劃（ERP）系統設計

設計目標：設計一個企業資源計劃系統，實現財務管理、供應鏈管理和人力資源管理等功能。

功能模塊：

財務管理：處理會計事務，包括賬單、發票和報表。

供應鏈管理：管理采購、庫存和物流。

人力資源管理：處理員工信息、薪資和招聘。

技術選型：

后端：使用JavaSpringBoot框架。

前端：使用HTML、CSS和JavaScript，可選框架如React或Vue.js。

數據庫：Oracle或SQLServer。

架構設計：

采用分層架構，將數據訪問層、業務邏輯層和表示層分離。

使用ORM（ObjectRelationalMapping）框架，如Hibernate。

實施模塊化設計，方便系統擴展和維護。

5.博客系統設計

設計目標：設計一個博客系統，實現文章發布、評論和分類等功能。

功能模塊：

文章發布：用戶可以發布新的文章。

評論：用戶可以在文章下發表評論。

分類：對文章進行分類管理。

技術選型：

后端：使用JavaSpringBoot框架。

前端：使用HTML、CSS和JavaScript，可選框架如React或Vue.js。

數據庫：MySQL或MongoDB。

架構設計：

使用RESTfulAPI實現前后端分離。

實施緩存策略，提高系統功能。

使用或富文本編輯器實現文章編輯。

6.在線教育平臺設計

設計目標：設計一個在線教育平臺，實現課程管理、學習進度跟蹤和在線測試等功能。

功能模塊：

課程管理：創建和管理在線課程。

學習進度跟蹤：跟蹤學生的學習進度。

在線測試：提供在線測試功能，包括題庫管理和考試。

技術選型：

后端：使用JavaSpringBoot框架。

前端：使用HTML、CSS和JavaScript，可選框架如React或Vue.js。

數據庫：MySQL或MongoDB。

架構設計：

采用模塊化設計，每個功能模塊獨立開發。

使用WebSoc