정보처리기사 - 소프트웨어 설계(3장) 정리

애플리케이션 설계

 

소프트웨어 아키텍처

 

상위 설계와 하위 설계

	상위설계	하위설계
별칭	아키텍처 설계, 예비 설계	모듈 설계, 상세 설계
설계 대상	시스템의 전체적인 구조	시스템의 내부 구조 및 행위
세부 목록	구조, DB, 인터페이스	컴포넌트, 자료구조, 알고리즘

 

모듈화

• 소프트웨어의 성능을 향상시키거나 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 시스템의 기능들을 모듈 단위로 나누는 것을 의미한다.
• 모듈화를 통해 기능의 분리가 가능하여 인터페이스가 단순해진다.
• 모듈화를 통해 프로그램의 효율적인 관리가 가능하고 오류를 최소화 할수있다.
• 모듈의 크기는 적절하게 설정해야 한다.(크기↓ 통합비용↑, 크기↑ 모듈당 개발비용↑)

 

추상화의 유형

• 과정 추상화
• 데이터(자료) 추상화
• 제어 추상화

 

정보 은닉

• 한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법
• 어떤 모듈이 소프트웨어 기능을 수행하는데 반드시 필요한 기능이 있어 정보 은닉된 모듈과 커뮤니케이션할 필요가 있을 때는 필요한 정보만 인터페이스를 통해 주고 받는다
• 정보 은닉을 통해 모듈을 독립적으로 수행할 수 있고, 하나의 모듈이 변경되더라도 다른 모듈에 영향을 주지 않으므로 수정, 시험, 유지보수가 용이하다.

 

소프트웨어 아키텍처의 설계 과정
설계 목표 설정 → 시스템 타입 결정 → 아키텍처 패턴 적용 → 서브시스템 구체화 → 검토

 

아키텍처 패턴

 

파이프-필터 패턴

• 데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터 컴포넌트로 갭슐화하여 파이프를 통해 데이터를 전송하는 패턴
• 필터 간 데이터 이동 시 데이터 변환으로 인한 오버헤드가 발생

 

MVC 패턴

• 모델 : 서브시스템의 핵심 기능과 데이터를 보관
• 뷰 : 사용자에게 정보를 표시함
• 컨트롤러 : 사용자로부터 입력된 변경 요청을 처리하기 위해 모델에게 명령을 보냄

 

마스터-슬레이브 패턴

• 동일한 구조의 슬레이브 컴포넌트로 작업을 분할한 후, 슬레이브 컴포넌트에서 처리된 결과물을 다시 돌려받는 방식으로 작업을 수행하는 패턴
• 마스터 컴포넌트는 모든 작업의 주체이고, 슬레이브 컴포넌트는 마스터 컴포넌트의 지시에 따라 작업을 수행하여 결과 반환
• 장애 허용 시스템과 병렬 컴퓨팅 시스템에서 주로 활용

 

객체지향

 

객체
데이터와 데이터를 처리하는 함수를 묶어놓은 하나의 소프트웨어 모듈

 

메시지
객체들 간에 상호작용을 하는 데 사용되는 수단

 

클래스

• 공통된 속성과 연산을 갖는 객체의 집합으로 객체의 일반적인 타입을 의미한다.
• 클래스에 속한 각각의 객체를 인스턴스라 한다.

 

캡슐화

• 데이터와 데이터를 처리하는 함수를 하나로 묶는것을 의미한다.
• 캡슐화된 객체는 외부 모듈의 변경으로 인한 영향을 적게 받는다.
• 캡슐화를 수행하면 인터페이스가 단순화된다.
• 캡슐화된 객체들은 재사용이 용이하다.

 

상속
이미 정의된 상위 클래스의 모든 속성과 연산을 하위 클래스가 물려받는 것

 

다형성
메시지에 의해 객체가 연산을 수행하게 될 때 하나의 메시지에 대해 각각의 객체가 가지고 있는 고유한 방법으로 응답할 수 있는 능력을 의미한다. ( EX 오버로딩, 오버라이딩)

 

집단화

• 관련 있는 객체들을 묶어 하나의 상위 객체를 구성하는 것
• 클래스들 사이의 '부분-전체' 관계 또는 '부분' 의 관계로 설명되는 연간성의 한종류

 

객체지향 분석 및 설계

 

객체지향 분석 방법론 - Coad와 Yourdon 방법
E-R 다이어그램을 사용하여 객체의 행위를 모델링하며, 객체 식별, 구조 식별, 주제 정의, 속성과 인스턴스 연결 정의, 연산과 메시지 연결 정의 등의 과정으로 구성하는 기법

 

럼바우의 분석 기법

• 객체 모델링 : 정보 모델링이라고도 하며, 시스템에서 요구되는 객체를 찾아내어 속성과 연산 식별 및 객체들 간의 관계를 규정하여 객체 다이어그램으로 표시하는 것
• 동적 모델링 : 상태 다이어그램을 이용하여 시간의 흐름에 따른 객체들 간의 제어 흐름, 상호 작용, 동작 순서 등의 동적인 행위를 표현하는 모델링
• 기능 모델링 : 자료 흐름도를 이용하여 다수의 프로세스들 간의 자료 흐름을 중심으로 처리 과정을 표현한 모델링

 

객체지향 설계 원칙(SOLID 원칙)

• 단일 책임 원칙 : 객체는 단 하나의 책임만 가져야 한다는 원칙(응집도↑ 결합도↓)
• 개방-패쇄 원칙 : 기존의 코드를 변경하지 않고 기능을 추가할 수 있도록 설계해야 한다는 원칙(EX 공통 인터페이스를 하나의 인터페이스로 묶어 캡슐화)
• 리스코프 치환 원칙 : 자식 클래스는 최소한 자신의 부모 클래스에서 가능한 행위는 수행할 수 있어야 한다는 설계 원칙
• 인터페이스 분리 원칙 : 자신이 사용하지 않는 인터페이스와 의존 관계를 맺거나 영향을 받지 않아야 한다는 원칙
• 의존 역전 원칙 : 각 객체들 간의 의존 관계가 성립될 때, 추상성이 낮은 클래스보다 추상성이 높은 클래스와 의존 관계를 맺어야 한다는 원칙

 

모듈

 

모듈의 개요

• 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능들로, 서브루틴, 서브시스템, 소프트웨어 내의 프로그램, 작업 단위 등과 같은 의미로 사용된다.
• 모듈은 단독으로 컴파일 가능하며, 재사용 할 수 있다.
• 모듈은 다른 모듈에서의 접근이 가능하다.

 

결합도의 종류

• 자료 결합도 : 모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도
• 스탬프 결합도 : 모듈 간의 인터페이스로 배열이나 레코드 등의 자료 구조가 전달될 때의 결합도
• 제어 결합도 : 어떤 모듈이 다른 모듈 내부의 논리적인 흐름을 제어하기 위해 제어 신호를 이용하여 통신하거나 제어 요소를 전달하는 결합도
• 외부 결합도 : 어떤 모듈에서 선언한 데이터를 외부의 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도
• 공통 결합도 : 공유되는 공통 데이터 영역을 여러 모듈이 사용할 때의 결합도
• 내용 결합도 : 한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 직접 참조하거나 수정할 때의 결합도

 

결합도의 정도(약함 → 강함)
자료 결합도 → 스탬프 결합도 → 제어 결합도 → 외부 결합도 → 공통 결합도 → 내용 결합도

 

응집도
명령어나 호출문 등 모듈의 내부 요소들의 서로 관련되어 있는 정도(모듈이 독립적인 기능으로 정의되어 있는 정도)

 

응집도의 종류

• 우연적 응집도 : 모듈 내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소로만 구성된 겨웅의 응집도
• 논리적 응집도 : 유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도
• 시간적 응집도 : 특정 시간에 처리되는 몇 개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우의 응집도
• 절차적 응집도 : 모듈이 다수의 관련 기능을 가질 때 모듈 안의 구성 요소들이 그 기능을 순차적으로 수행할 경우의 응집도
• 교환적 응집도 : 동일한 입력과 출력을 사용하여 서로 다른 기능을 수행하는 구성 요소들이 모였을 경우의 응집도
• 순차적 응집도 : 모듈 내 하나의 활동으로부터 나온 출력 데이터를 그 다음 활동의 입력 데이터롤 사용할 경우의 응집도
• 기능적 응집도 : 모듈 내부의 모든 기능 요소들이 단일 문제와 연관되어 수행될 경우의 응집도

 

응집도의 정도(약함 → 강함)
우연적 응집도 → 논리적 응집도 → 시간적 응집도 → 절차적 응집도 → 교환적 응집도 → 순차적 응집도 → 기능적 응집도

 

팬인 / 팬아웃

• 팬인 : 어떤 모듈을 제어하는 모듈의 수
• 팬아웃 : 어떤 모듈에 의해 제어되는 모듈의 수

 

N-S 차트

• 논리의 기술에 중점을 둔 도형을 이용한 표현 방법(박스 다이어그램, Chapin Chart)
• 연속, 선택 및 다중 선택, 반복 등의 제어 논리 구조를 표현
• GOTO나 화살표를 사용하지 않는다
• 조건이 복합되어 있는 곳의 처리를 시각적으로 명확히 식별하는데 적합하다.
• 이해하기 쉽고, 코드 변황이 용이
  
  출처 https://many258.github.io/study/software-engineering-sw-design/

 

공통 모듈

 

명확성
해당 기능을 이해할 때 중의적으로 해석되지 않도록 명확하게 작성하는 원칙

 

재사용

• 이미 개발된 기능을 새로운 시스템이나 기능 개발에 사용할 수 있는 정도
• 재사용 규모에 따른 분류 : 함수와 객체, 컴포넌트, 애플리케이션

 

컴포넌트

• 독립적인 업무 또는 기능을 수행하는 실행 코드 기반으로 작성된 모듈
• 컴포넌트 자체에 대한 수정 없이 인터페이스를 통해 통신하는 방식으로 재사용

 

효과적인 모듈 설계 방안

• 결합도는 줄이고 응집도는 높여서 모듈의 독립성과 재사용성을 높인다.
• 모듈의 제어 영역 안에서 그 모듈의 영향 영역을 유지시킨다.
• 복잡도와 중복성을 줄이고 일관성을 유지시킨다.
• 모듈의 기능은 예측이 가능해야 하며 지나치게 제한적이면 안된다.
• 유지보수가 용이해야 한다.

 

코드

 

순차 코드
자료의 발생 순서, 크기 순서 등 일정 기준에 따라 최초의 자료부터 차례로 일련번호를 부여하는 방법

 

표의 숫자코드
코드화 대상 항목의 성질, 즉 질이, 넓이, 부피, 지름, 높이 등의 물리적 수치를 그대로 코드에 적용시키는 방법(유효 숫자 코드)

 

디자인 패턴

 

디자인 패턴

• 각 모듈의 세분화된 역할이나 모듈들 간의 인터페이스와 같은 코드를 작성하는 수준의 세부적인 구현 방안을 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제
• 디자인 패턴 유형 : 생성 패턴, 구조 패턴, 행위 패턴

 

디자인 패턴 사용의 장●단점

• 범용적인 코딩 스타일로 인해 구조 파악이 용이하다.
• 객체지향 설계 및 구현의 생산성을 높이는 데 적합하다.
• 검증된 구조의 재사용을 통해 개발 시간과 비용이 절약된다.
• 개발자 간의 원활한 의사소통이 가능하다.

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• 초기 투자 비용이 부담될 수 있다.

 

생성 패턴

• 추상 팩토리 : 구체적인 클래스에 의존하지 않고, 인터페이스를 통해 서로 연관,의존하는 객체들의 그룹으로 생성하여 추상적으로 표현
• 빌더 : 작게 분리된 인스턴스를 건축 하듯이 조합하여 객체를 생성함
• 팩토리 메소드 : 객체 생성을 서브 블래스에서 처리하도록 분리하여 캡슐화한 패턴으로, 상위 클래스에서 인터페이스만 정의하고 실제 생성은 서브클래스가 담당함( = 가상 생성자 패턴)
• 프로토타입 : 원본 객체를 복제하는 방법으로 객체를 생성하는 패턴
• 싱글톤 : 하나의 객체를 생성하면 생성된 객체를 어디서든 참조할 수 있지만, 여러 프로세스가 동시에 참조할 수는 없음

 

구조 패턴

• 어댑터 : 호환성이 없는 클래스들의 인터페이스를 다른 클래스가 이용할 수 있도록 변환해주는 패턴
• 브리지 : 구현부에서 추상층을 분리하여, 서로가 독립적으로 확장할 수 있도록 구성한 패턴
• 컴포지트 : 여러 객체를 가진 복합 객체와 단일 객체를 구분 없이 다루고자 할 때 사용하는 패턴
• 데코레이터 : 객체 각의 결합을 통해 능동적으로 기능들을 확장할 수 있는 패턴으로, 임의의 객체에 부가적인 기능을 추가하기 위해 다른 객체들을 덧붙이는 방식으로 구현
• 퍼싸드 : 복잡한 서브 클래스들을 피해 더 상위에 인터페이스를 구성함으로써 서브 클래스들의 기능을 간편하게 사용할 수 있도록 하는 패턴
• 플라이웨이트 : 인스턴스가 필요할 때마다 매번 생성하는 것이 아니고 가능한 한 공유에서 사용함으로써 메모리를 절약하는 패턴
• 프록시 : 접근이 어려운 객체와 여기에 연결하려는 객체 사이에서 인터페이스 역할을 수행하는 패턴

 

행위 패턴

• 책임 연쇄 : 요청을 처리할 수 있는 객체가 둘 이상 존재하여 한 객체가 처리하지 못하면 다음 객체로 넘어가는 형태의 패턴
• 커맨드 : 요청을 객체의 형태로 캡슐화하여 재이용하거나 취소할 수 있도록 요청에 필요한 정보를 저장허거나 로그에 남기는 패턴
• 인터프리터 : 언어에 문법 표현을 정의하는 패턴으로, SQL이나 통신 프로토콜과 같은 것을 개발할때 사용
• 반복자 : 자료 구조와 같이 접근이 잦은 객체에 대해 동일한 인터페이스를 사용하도록 하는 패턴
• 중재자 : 수많은 객체들 간의 복잡한 상호작용을 캡슐화하여 객체로 정의하는 패턴
• 메멘토 : 특정 시점에서의 객체 내부 상태를 객체화함으로써 이후 요청에 따라 객체를 해당 시점의 상태로 돌릴 수 있는 기능을 제공하는 패턴
• 옵저버 : 한 객체의 상태가 변화하면 객체에 상속되어 있는 다른 객체들에게 변화된 상태를 전달하는 패턴
• 상태 : 객체의 상태에 따라 동일한 동작을 다르게 처리해야 할 때 사용하는 패턴
• 전략 : 동일한 계열의 알고리즘들을 개별적으로 캡슐화하여 상호 교환할 수 있게 정의하는 패턴
• 템플릿 메소드 : 상위 클래스에서 골격을 정의하고, 하위 클래스에서 세부 처리를 구체화하는 구조의 패턴
• 방문자 : 각 클래스들의 데이터 구조에서 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스로 구성하는 패턴