### 5.4.1 層次化體系結構 層次化設計是構造復雜系統的一個基本方法，按此方法設計出的系統具有層次化體系結構。現實世界中這種層次化結構俯拾皆是。例如，一幢高樓總是從最底層打基礎開始，一層 一層地加高。又如，我國的行政組織具有街道、區、市、省、中央這樣的層次化結構。 計算機軟件的各個構件也經常組織成這樣的層次體系結構。在層次體系中，下層構件為 上層構件提供服務，上層構件使用下層構件的服務，上層和下層之間形成一種類似“調用－ 返回”的關系。為了正確地調用和返回，每一層都需要提供一個界面（接口）給上層，以便 與之交互。層次體系頂層為程序員或最終用戶提供界面。 我們在自頂向下逐步求精設計方法中也使用了層次化的設計，只不過那里的層次體現的 是功能的分解，即一個函數用更加細化的函數來實現，上下層之間就是函數的調用－返回關 系。而在這里討論的是用于不同目的的層次化體系結構，其中上下層之間并非功能分解的關 系，分層是為了建立不同的界面。打個比方，假設有一種多功能電視機，其面板上有許多功 能按鈕，然而多數老年人既不明白也不需要使用那些先進的功能，復雜的面板只會讓老人連 簡單的頻道和音量按鈕也搞不清。這時我們可以在原面板上覆蓋一層新面板，其上只留下頻 道和音量按鈕，現在老人看到的電視機就有了簡單易用的界面（圖 5.22）。  圖 5.22 為電視機加一層面板 采用層次化設計的計算機軟件的構件分成若干層，先有低層構件，然后在其上架設高層 構件。高層構件的功能依賴于低層構件的功能，但高層構件一般更容易理解，程序員或用戶 使用起來更方便。典型的層次化軟件體系結構的例子包括數據庫的 ANSI-SPARC 三層模式、 網絡技術的 ISO/OSI 七層模型、Web 應用開發中的三層體系結構等等。 層次化體系結構的主要優點包括重用和標準化。重用是指同樣的構件可以用在任何具有 相同界面要求的地方；同樣，只要層次間界面不變，一個構件也可以換用以不同方式實現的 其他同類構件。還以圖 5.22 例打比方，我們自制的面板可以用于同品牌型號的所有電視機， 并且木質的面板可以換用塑料面板，黑色面板可以換用彩色面板，等等。標準化是指由標準 化組織為某一類軟件構件定義標準界面，而各軟件廠商可以采取不同的低層實現技術來實現 高層的標準界面。就好比家電協會規定所有電視機的面板都必須包括電源開關，而各廠商可 以用按鈕來實現電源開關，也可以使用紅外遙控來開關。 層次化體系結構的主要缺點是效率不如整體式結構，這是因為當程序員或用戶面對頂層 構件請求某項服務時，這個請求需要從高層到低層逐層下傳，最終由底層構件來實現功能， 再將結果逐層上傳，直至頂層用戶。這個逐層轉換的過程顯然很耗費時間。假如用戶能直接 與底層打交道，功能的實現就會高效的多。