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1、第五章第五章总总 体体 设设 计计 可行性分析可行性分析-Why?Who?Why?Who?需求分析需求分析 -What?What?设计设计 -How do?How do?总体设计总体设计(概要设计概要设计)确定软件的结构以及确定软件的结构以及 各组成成分各组成成分(子系统或模块子系统或模块)之间的相互关系之间的相互关系 设计设计 详细设计确定模块内部的算法和数据结构，详细设计确定模块内部的算法和数据结构，产生描述各模块程序过程的详细文档。产生描述各模块程序过程的详细文档。总体设计的任务v划分出组成系统的物理元素划分出组成系统的物理元素程序、文程序、文件、数据库、人工过程和文档等，但是件、数据库
2、、人工过程和文档等，但是每个物理元素仍然处于黑盒子级，这些每个物理元素仍然处于黑盒子级，这些黑盒子里的具体内容将在以后仔细设计。黑盒子里的具体内容将在以后仔细设计。v设计软件的结构设计软件的结构，也就是要确定系统中，也就是要确定系统中每个程序是由哪些模块组成的，以及这每个程序是由哪些模块组成的，以及这些模块相互间的关系。些模块相互间的关系。v总体设计的必要性：可以站在全局高度上，花较少成本，从较抽象的层次上分析对比多种可能的系统实现方案和软件结构，从中选出最佳方案和最合理的软件结构，从而用较低成本开发出较高质量的软件系统。5.1 设计过程v总体设计过程通常由两个主要阶段组成：总体设计过程通常由
3、两个主要阶段组成：-系统设计阶段，确定系统的具体实系统设计阶段，确定系统的具体实现方案；现方案；-结构设计阶段，确定软件结构。结构设计阶段，确定软件结构。v典型的总体设计过程包括典型的总体设计过程包括:1.设想供选择的方案设想供选择的方案 2.选择合理的方案选择合理的方案 对每个合理的方案要提供：对每个合理的方案要提供：A系统流程图系统流程图 B组成系统的物理元素清单组成系统的物理元素清单 C成本成本/效益分析效益分析 D实现这个系统的进度计划实现这个系统的进度计划 3.推荐最佳方案推荐最佳方案4.功能分解功能分解5.设计软件结构设计软件结构6.数据库设计数据库设计 A模式设计模式设计 B子模
4、式设计子模式设计 C完整性和安全性设计完整性和安全性设计 D优化优化 7.制定测试计划制定测试计划8.书写文档书写文档 A系系统统说说明明:包包括括用用系系统统流流程程图图描描绘绘的的系系统统构构成成方方案案，组组成成系系统统的的物物理理元元素素清清单单，成成本本/效效益益分分析析；对对最最佳佳方方案案的的概概括括描描述述，精精化化的的数数据据流流图图，用用层层次次图图或或结结构构图图描描绘绘的的软软件件结结构构，用用IPOIPO图图或或其其他他工工具具简简要要描描述述的的各各个个模模块块的的算算法法，模模块块间间的的接接口口关关系系，以以及及需需求求、功功能能和和模模块块三三者者之之间间的的
5、交交叉参照关系等等。叉参照关系等等。B B用用户户手手册册:根根据据总总体体设设计计阶阶段段的的结结果果，修修改改更更正正在在需需求分析阶段产生的初步的用户手册。求分析阶段产生的初步的用户手册。C C测测试试计计划划:包包括括测测试试策策略略，测测试试方方案案，预预期期的的测测试试结结果，测试进度计划等等。果，测试进度计划等等。D详细的实现计划详细的实现计划 E数据库设计结果数据库设计结果9.审查和复审审查和复审 5.2 设计原理v 模块化模块化v 抽抽 象象v 逐步求精逐步求精v 信息隐藏和局部化信息隐藏和局部化v 模块独立模块独立5.2.1 模块化v模块模块是由边界元素限定的相邻程序元素（
6、例是由边界元素限定的相邻程序元素（例如，数据说明，可执行的语句）的序列，而如，数据说明，可执行的语句）的序列，而且有一个总体标识符代表它。且有一个总体标识符代表它。-如：过程、函数、子程序、宏、对象等，都可作为模块。如：过程、函数、子程序、宏、对象等，都可作为模块。v模块化模块化就是把程序划分成独立命名且可独立就是把程序划分成独立命名且可独立访问的模块，每个模块完成一个子功能，把访问的模块，每个模块完成一个子功能，把这些模块集成起来构成一个整体，可以完成这些模块集成起来构成一个整体，可以完成指定的功能满足用户的需求。指定的功能满足用户的需求。v这个不等式导致这个不等式导致“各个击破各个击破”的
7、结论的结论把复杂的问把复杂的问题分解成许多容易解决的小问题，原来的问题也就题分解成许多容易解决的小问题，原来的问题也就容易解决了。这就是模块化的根据。容易解决了。这就是模块化的根据。如果一个大型程序仅由一个模块组成，很难被如果一个大型程序仅由一个模块组成，很难被人理解。人理解。设函数设函数C(x)定义问题定义问题x的复杂程度，函数的复杂程度，函数E(x)定义解决问题定义解决问题x需要的工作量（时间）。需要的工作量（时间）。对于两个问题对于两个问题P1和和P2，如果：，如果：C(P1)C(P2)那么那么 E(P1)E(P2)根据解决问题的经验，有一个规律是：根据解决问题的经验，有一个规律是：C(
8、P1+P2)C(P1)+C(P2)于是有于是有 E(P1+P2)E(P1)+E(P2)模块数目模块数目接口成本接口成本成本成本/模块模块软件总成本软件总成本M最小成本区最小成本区成成本本图图5.1 模块化与软件成本模块化与软件成本5.2.2 抽象v人类在认识复杂现象的过程中使用的最强有力的思维工具是抽象。-就是抽出事物的本质特性（共性），而暂时不考虑它们的细节。v处理复杂系统的惟一有效的方法是用层次的方式构造和分析它。-在抽象的最高层次使用问题环境的语言，以概括的方式叙述问题的解法；在较低抽象层次采用更过程化的方法，把面向问题的术语和面向实现的术语结合起来叙述问题的解法；最后在最低的抽象层次用
9、可直接实现的方式叙述问题的解法。v软件工程过程的每一步都是对软件解法的抽象层次的一次精化。在可行性研究阶段，软件作为系统的一个完整部件；在需求分析期间，软件解法是使用在问题环境内熟悉的方式描述的；当由总体设计向详细设计过渡时，抽象的程度也就随之减少了；最后，当源程序写出来以后，也就达到了抽象的最低层。5.2.3 逐步求精逐步求精是人类解决复杂问题时采用的基逐步求精是人类解决复杂问题时采用的基本方法，也是许多软件工程技术（例如，本方法，也是许多软件工程技术（例如，规格说明技术，设计和实现技术）的基础。规格说明技术，设计和实现技术）的基础。逐步求精定义为：逐步求精定义为：“为了能集中精力解决为了能
10、集中精力解决主要问题而尽量推迟对问题细节的考虑。主要问题而尽量推迟对问题细节的考虑。”5.2.4 信息隐藏和局部化v信息隐藏原理指出：设计和确定模块，使得一个模信息隐藏原理指出：设计和确定模块，使得一个模块内包含的信息块内包含的信息(过程和数据过程和数据)对于不需要这些信息对于不需要这些信息的模块来说，是不能访问的。的模块来说，是不能访问的。v局部化的概念和信息隐藏概念是密切相关的。局部化的概念和信息隐藏概念是密切相关的。v所谓局部化：是指把一些关系密切的软件元素物理所谓局部化：是指把一些关系密切的软件元素物理地放得彼此靠近。地放得彼此靠近。-在模块中使用局部数据元素是局部化的一个例在模块中使
11、用局部数据元素是局部化的一个例子。显然，局部化有助于实现信息隐藏。子。显然，局部化有助于实现信息隐藏。v如果在测试期间和以后的软件维护期间需要修改软如果在测试期间和以后的软件维护期间需要修改软件，那么使用信息隐藏原理作为模块化系统设计的件，那么使用信息隐藏原理作为模块化系统设计的标准就会带来极大好处。标准就会带来极大好处。5.2.5 模块独立耦合耦合耦合耦合 模块之间的模块之间的模块之间的模块之间的相对独立性相对独立性相对独立性相对独立性的度量的度量的度量的度量 内聚内聚内聚内聚模块功能强模块功能强模块功能强模块功能强度的度量度的度量度的度量度的度量 模块的独立程度可以由两个定性标准度量模块的
12、独立程度可以由两个定性标准度量模块的独立性模块的独立性是指软件系统中每个模块只涉及软是指软件系统中每个模块只涉及软件要求的具体的子功能，而和软件系统中其他模件要求的具体的子功能，而和软件系统中其他模块的接口是简单的。块的接口是简单的。1.耦合 耦合性是程序结构中各个模块之间相互关联的度量耦合性是程序结构中各个模块之间相互关联的度量它取决于各个模块之间接口的复杂程度、调用模块的方它取决于各个模块之间接口的复杂程度、调用模块的方式以及哪些信息通过接口。式以及哪些信息通过接口。低低非直接非直接耦合耦合数据数据耦合耦合标记标记耦合耦合控制控制耦合耦合外部外部耦合耦合公共公共耦合耦合内容内容耦合耦合 高
13、高弱弱 强强耦合性耦合性模块独立性模块独立性(1)非直接耦合两个模块没有直接关系两个模块没有直接关系(模块模块1和模块和模块2)，模块独立性最强。模块独立性最强。模块模块1 1模块模块2 2模块模块3 3模块模块4 4(2)数据耦合 一模块调用另一一模块调用另一模块时，被调用模块时，被调用模块的输入、输模块的输入、输出都是简单的数出都是简单的数据据(若干参数若干参数)。属松散耦合。属松散耦合。开发票开发票计算水费计算水费单价单价数量数量金金额额(3)标记耦合(特征耦合)如两个模块通过传如两个模块通过传递递数据结构数据结构(不是简不是简单数据，而是记录、单数据，而是记录、数组等数组等)加以联系，
14、加以联系，或都与一个或都与一个数据结数据结构构有关系有关系,则称这则称这两个模块间存在标两个模块间存在标记偶合。记偶合。“住户情况住户情况”是一个数据结构是一个数据结构,图中模块都与此数据结构有关图中模块都与此数据结构有关.“.“计算水费计算水费”和和“计算电费计算电费”本无关本无关,由于引用了此数据结构由于引用了此数据结构产生依赖关系产生依赖关系,它们之间也是标它们之间也是标记偶合记偶合.计算电费计算电费计算水费计算水费住户情况住户情况水费水费 电费电费住户情况住户情况计算水电费计算水电费(4)控制耦合A 模块flagf1Bf2fn 如果一个模块通过传送开关、标志、名字如果一个模块通过传送开
15、关、标志、名字 等等控制信息，明显地控制选择另一模块的功能，控制信息，明显地控制选择另一模块的功能，就是控制耦合。就是控制耦合。控制耦合增加了理解和编程的复杂性，调控制耦合增加了理解和编程的复杂性，调用模块必须知道被调模块的内部逻辑，增用模块必须知道被调模块的内部逻辑，增加了相互依赖。加了相互依赖。去除模块间控制耦合的方法：去除模块间控制耦合的方法：将被调用模块内的判定移到调用模块中进行将被调用模块内的判定移到调用模块中进行被调用模块分解成若干单一功能模块被调用模块分解成若干单一功能模块(5)外部耦合v一组模块均与同一外部环境关联一组模块均与同一外部环境关联(例如例如,I/OI/O模块与特定的
16、设备、格式和通信协模块与特定的设备、格式和通信协议相关联议相关联),),它们之间便存在外部耦合。它们之间便存在外部耦合。v外部偶合必不可少外部偶合必不可少,但这种模块数目应但这种模块数目应尽量少。尽量少。(6)公共环境耦合(公共数据区耦合)一组模块引用同一一组模块引用同一个公用数据区个公用数据区(也称也称全局数据区、公共全局数据区、公共数据环境数据环境)。公共数据区指：公共数据区指：v 全局数据结构全局数据结构v 共享通讯区共享通讯区v 内存公共覆盖区等内存公共覆盖区等 ABC公共数据区公共数据区 公共耦合存在的问题：公共耦合存在的问题：(1)软件可理解性降低软件可理解性降低 (2)诊断错误困
17、难诊断错误困难 (3)软件可维护性差，软件可维护性差，(4)软件可靠性差软件可靠性差(公共数据区公共数据区及全程变量无保护措施及全程变量无保护措施)慎用公共数据区和全程变量慎用公共数据区和全程变量!(7)内容耦合A B一模块直接访一模块直接访问另一模块的问另一模块的内部信息内部信息(程程序代码或数据）序代码或数据）A B 模模块块代代码码重重叠叠Entry1 Entry2 多多入入口口模模块块不不正正常常转转入入另另一一模模块块最不好的耦合形式！最不好的耦合形式！以上给出了以上给出了 7 7种耦合类型，这只是从耦合的机制种耦合类型，这只是从耦合的机制上所做的分类，按耦合的强弱程度的排列只是相上
18、所做的分类，按耦合的强弱程度的排列只是相对的关系。但它给设计人员在设计程序结构时提对的关系。但它给设计人员在设计程序结构时提供了一决策准则。实际上，开始时两个模块之间供了一决策准则。实际上，开始时两个模块之间的耦合不只是一种类型，而是多种类型的混合。的耦合不只是一种类型，而是多种类型的混合。这就要求设计人员按照实际情况进行分析比较，这就要求设计人员按照实际情况进行分析比较，逐步加以改进，以提高模块的独立性。逐步加以改进，以提高模块的独立性。总之，耦合是影响软件复杂程度的一个重要因素。总之，耦合是影响软件复杂程度的一个重要因素。应该采取下述设计原则：应该采取下述设计原则：尽量使用数据耦合，少用控
19、制耦合和标记耦合，尽量使用数据耦合，少用控制耦合和标记耦合，限制公共环境耦合的范围，完全不用内容耦合。限制公共环境耦合的范围，完全不用内容耦合。2.内 聚 v一个模块内部元素在功能上相互关联的强度一个模块内部元素在功能上相互关联的强度设计目标：高内聚，模块在软件过程中完成单一的设计目标：高内聚，模块在软件过程中完成单一的任务任务(1)功能内聚(Functional Cohesion)v一个模块中各个部分都是一个模块中各个部分都是完成某一完成某一具体功能具体功能必不可少的组成部分，或必不可少的组成部分，或者说该模块中所有部分都是为了完者说该模块中所有部分都是为了完成一项具体功能而协同工作，紧密成
20、一项具体功能而协同工作，紧密联系，不可分割的。则称该模块为联系，不可分割的。则称该模块为功能内聚模块。功能内聚模块。内聚性最强内聚性最强(2)信息内聚(Informational Cohesion)v这种模块完成多个功能，这种模块完成多个功能，各个功能都在同一数据各个功能都在同一数据结构上操作，每一项功结构上操作，每一项功能有一个唯一的入口点。能有一个唯一的入口点。模块将根据不同的要求，模块将根据不同的要求，确定该执行哪一个功能。确定该执行哪一个功能。由于模块的所有功能都由于模块的所有功能都是基于同一数据结构是基于同一数据结构（符号表），因此，它（符号表），因此，它是一个信息内聚的模块。是一个
21、信息内聚的模块。信息内聚模块可以看成是多个信息内聚模块可以看成是多个功能内聚模块的组合，并且达功能内聚模块的组合，并且达到信息的隐蔽。即把某个数据到信息的隐蔽。即把某个数据结构、资源或设备隐蔽在一个结构、资源或设备隐蔽在一个模块内，不为别的模块所知晓模块内，不为别的模块所知晓(3)通信内聚(Communication Cohesion)v如果一个模块内各如果一个模块内各功能部分都使用了功能部分都使用了相同的输入数据，相同的输入数据，或产生了相同的输或产生了相同的输出数据，则称之为出数据，则称之为通信内聚模块。通通信内聚模块。通常，通信内聚模块常，通信内聚模块是通过数据流图来是通过数据流图来定义
22、的。定义的。(4)过程内聚（Procedural Cohesion）模块内各处理成分相关，且必须以特定模块内各处理成分相关，且必须以特定次序执行次序执行统计统计成绩成绩打印打印成绩成绩统计并打印统计并打印成绩单成绩单读入读入成绩单成绩单审查审查成绩单成绩单读入并审读入并审查成绩单查成绩单(5)时间内聚（Classical Cohesion）时间内聚又称为经典内聚。这种模块大时间内聚又称为经典内聚。这种模块大多为多功能模块，但模块的各个功能的多为多功能模块，但模块的各个功能的执行与时间有关，通常要求所有功能必执行与时间有关，通常要求所有功能必须在同一时间段内执行。须在同一时间段内执行。例如初始化
23、模块和终止模块例如初始化模块和终止模块,系统结束系统结束模块、紧急故障处理模块等均是时间性模块、紧急故障处理模块等均是时间性聚合模块聚合模块 。如如图图，在在“紧紧急急故故障障处处理理模模块块”中中，“关关闭闭文文件件”、“报报警警”、“保保留留现现场场”等等任任务务都都必必须须无无中中断地同时处理。断地同时处理。紧急故障处理紧急故障处理模块模块1关闭文件关闭文件2报警报警3保留现场保留现场时间内聚示例时间内聚示例(6)逻辑内聚（Logical Cohesion）v把几种相关功能（逻辑上相似的功能）组合在把几种相关功能（逻辑上相似的功能）组合在一模块内，每次调用由传给模块的参数确定执一模块内，
24、每次调用由传给模块的参数确定执行哪种功能。行哪种功能。SXYZWABCDSXYZW ABCDX,Y,Z,W分别调用分别调用A,B,C,D,而而模块模块 A,B,C,D确完成的任务相确完成的任务相似（如产生各种类型的全部输似（如产生各种类型的全部输出），则我们把出），则我们把A,B,C,D 合并合并成一个模块成一个模块ABCD，那么我们，那么我们称模块称模块ABCD就是逻辑模块。就是逻辑模块。(7)巧合内聚（Coincidental Cohesion）v当模块内各部分之当模块内各部分之间没有联系，或者间没有联系，或者即使有联系，这种即使有联系，这种联系也很松散，则联系也很松散，则称此模块为巧合内
25、称此模块为巧合内聚模块，它是内聚聚模块，它是内聚程度最低的模块。程度最低的模块。模块模块MM中的三个语句没有任何联系中的三个语句没有任何联系缺点：可理解性差，缺点：可理解性差，可修改性差可修改性差v内聚与耦合密切相关，同其它模块强耦合内聚与耦合密切相关，同其它模块强耦合的模块意味者弱内聚，强内聚模块意味着的模块意味者弱内聚，强内聚模块意味着与其它模块间松散耦合。与其它模块间松散耦合。设计目标：设计目标：力争强内聚、弱耦合力争强内聚、弱耦合耦合、内聚与模块独立性关系：耦合、内聚与模块独立性关系：耦合与内聚都是模块独立性的定性标准，都反耦合与内聚都是模块独立性的定性标准，都反映模块独立性的良好程度
26、。映模块独立性的良好程度。5.3 启发规则v人们在开发计算机软件的长期实践中积累了丰富的经验，总结这些经验得出了一些启发式规则。这些启发式规则虽然不像上一节讲述的基本原理和概念那样普遍适用，但是在许多场合仍然能给软件工程师以有益的启示，往往能帮助他们找到改进软件设计提高软件质量的途径。下面介绍几条启发式规则。1.改进软件结构提高模块独立性 设计出软件的初步结构以后，应该审查分析这个结构，通过模块分解或合并，力求降低耦合提高内聚。例如，多个模块公有的一个子功能可以独立成一个模块，由这些模块调用；有时可以通过分解或合并模块以减少控制信息的传递及对全程数据的引用，并且降低接口的复杂程度。2.模块规模
27、应该适中 经验表明，一个模块的规模不应过大，最好能写在一页A4纸内(通常不超过60行语句)。有人从心理学角度研究得知，当一个模块包含的语句数超过30以后，模块的可理解程度迅速下降。v过大的模块往往是由于分解不充分，但是进一步分解必须符合问题结构，一般说来，分解后不应该降低模块独立性。v过小的模块开销大于有效操作，而且模块数目过多将使系统接口复杂。因此过小的模块有时不值得单独存在，特别是只有一个模块调用它时，通常可以把它合并到上级模块中去而不必单独存在。3.深度、宽度、扇出和扇入都应适当v深度深度：软件结构中控制的层数；：软件结构中控制的层数；v宽度宽度：软件结构内同一个层次上的模块总：软件结构
28、内同一个层次上的模块总数的最大值；数的最大值；v扇出扇出：一个模块直接控制（调用）其它模：一个模块直接控制（调用）其它模块的数目；块的数目；v扇入扇入：一个模块被其它模块调用的数目。：一个模块被其它模块调用的数目。v深度往往能粗略地标志一个系统的大小和复杂程度。深度和程序长度之间应该有粗略的对应关系，当然这个对应关系是在一定范围内变化的。如果层数过多则应该考虑是否有许多管理模块过分简单了，能否适当合并。v一般说来，宽度越大系统越复杂。对宽度影响最大的因素是模块的扇出。v扇出过大意味着模块过分复杂，需要控制和协调过多的下级模块；扇出过小(例如总是1)也不好。经验表明，一个设计得好的典型系统的平均
29、扇出通常是3或4(扇出的上限通常是59)。v扇出太大一般是因为缺乏中间层次，应该适当增加中间层次的控制模块。扇出太小时可以把下级模块进一步分解成若干个子功能模块，或者合并到它的上级模块中去。当然分解模块或合并模块必须符合问题结构，不能违背模块独立原理。v扇入越大则共享该模块的上级模块数目越多，这是有好处的，但是，不能违背模块独立原理单纯追求高扇入。v观察大量软件系统后发现，设计得很好的软件结构通常顶层扇出比较高，中层扇出较少，底层扇入到公共的实用模块中去(底层模块有高扇入)。（a）对扇入过大的改进）对扇入过大的改进（b）对扇出过大的改进）对扇出过大的改进4.模块的作用域应该在控制域之内v作用域
30、：受该模块内一个判定影响的所有模块的集合。作用域：受该模块内一个判定影响的所有模块的集合。v控制域：模块本身以及所有从属于它的模块的集合。控制域：模块本身以及所有从属于它的模块的集合。在一个设计得很好的系统中，所有受判定影响的模块应该都从属于做出判定的那个模块，最好局限于做出判定的那个模块本身及它的直属下级模块。MAGBCEDF图图5.2 模块的作用域和控制域模块的作用域和控制域 5.力争降低模块接口的复杂度力争降低模块接口的复杂度模模块块接接口口复复杂杂是是软软件件发发生生错错误误的的一一个个主主要要原原因因。应应该该仔仔细细设设计计模模块块接接口口，使使得得信信息息传传递递简简单单并并且且
31、和和模模块块的的功功能能一致。一致。如：如：QUAD-ROOT（TBL,X）求求一一元元二二次次方方程程的的根根的的模模块块，其其中中TBL，X都都为为数数组，分别代表方程的系数和方程的根。组，分别代表方程的系数和方程的根。应该使接口更简单，如：应该使接口更简单，如：QUAD-ROOT（A,B,C,ROOT1,ROOT2）A、B、C是是方方程程的的系系数数，ROOT1，ROOT2是是方方程的根。程的根。6.设计单入口单出口的模块设计单入口单出口的模块7.模块功能应该可以预测 模块的功能应该能够预测，但也要防止模块功能过分局限。v如果一个模块可以当做一个黑盒子，也就是说，只要输入的数据相同就产生
32、同样的输出，这个模块的功能就是可以预测的。带有内部“存储器”的模块的功能可能是不可预测的，因为它的输出可能取决于内部存储器(例如某个标记)的状态。由于内部存储器对于上级模块而言是不可见的，所以这样的模块既不易理解又难于测试和维护。v如果一个模块只完成一个单独的子功能，则呈现高内聚；但是，如果一个模块任意限制局部数据结构的大小，过分限制在控制流中可以做出的选择或者外部接口的模式，那么这种模块的功能就过分局限，使用范围也就过分狭窄了。在使用过程中将不可避免地需要修改功能过分局限的模块，以提高模块的灵活性，扩大它的使用范围；但是，在使用现场修改软件的代价是很高的。以上列出的启发式规则多数是经验规律，
33、对改进设计，提高软件质量，往往有重要的参考价值；但是，它们既不是设计的目标也不是设计时应该普遍遵循的原理。5.4 软件设计过程1.1.制定规范制定规范v在进入软件开发阶段之初，首先应为软件开发组制定在设计时应该共同遵守的标准，以便协调组内各成员的工作。-确定设计的目标，以及它们的优先顺序-根据目标确定最合适的设计方法-规定设计文档的编制标准-规定编码的信息形式，与硬件，操作系统的接口规约，命名规则2.2.软件系统结构的总体设计软件系统结构的总体设计v基于功能层次结构建立系统 -采用某种设计方法，将系统按功能划分成模块的层次结构 -确定每个模块的功能 -建立与已确定的软件需求的 对应关系 -确定
34、模块间的调用关系 -确定模块间的接口 -评估模块划分的质量3.3.处理方式设计处理方式设计v确定为实现系统的功能需求所必需的算法，评估算法的性能v确定为满足系统的性能需求所必需的算法和模块间的控制方式 周转时间 响应时间 吞吐量 精度v确定外部信号的接收发送形式4.4.数据结构设计数据结构设计v确定软件涉及的文件系统的结构以及数据库的模式、子模式，进行数据完整性和安全性的设计v确定输入，输出文件的详细的数据结构v结合算法设计，确定算法所必需的逻辑数据结构及其操作v确定对逻辑数据结构所必需的那些操作的程序模块(软件包)4.4.数据结构设计（续）数据结构设计（续）v限制和确定各个数据设计决策的影响
35、范围v若需要与操作系统或调度程序接口所必须的控制表等数据时，确定其详细的数据结构和使用规则v数据的保护性设计防卫性设计：在软件设计中插入自动检错、报错和纠错的功能v一致性设计：保证软件运行过程中所使用的数据的类型和取值范围不变在并发处理过程中使用封锁和解除封锁机制保持数据不被破坏v冗余性设计：针对同一问题，由两个开发者采用不同的程序设计风格和不同的算法设计软件，当两者运行结果之差不在允许范围内时，利用检错系统予以纠正，或使用表决技术决定一个正确结果。5.5.可靠性设计可靠性设计v可靠性设计也叫做质量设计v在运行过程中，为了适应环境的变化和用户新的要求，需经常对软件进行改造和修正。在软件开发的一
36、开始就要确定软件可靠性和其它质量指标，考虑相应措施，以使得软件易于修改和易于维护。6.6.编写概要设计阶段的文档编写概要设计阶段的文档v概要设计阶段完成时应编写以下文档：概要设计说明书 数据库设计说明书 用户手册 制定初步的测试计划7.7.概要设计评审概要设计评审v可追溯性：确认该设计是否复盖了所有已确定的软件需求，软件每一成份是否可追溯到某一项需求v接口：确认该软件的内部接口与外部接口是否已经明确定义。模块是否满足高内聚和低耦合的要求。模块作用范围是否在其控制范围之内v风险：确认该设计在现有技术条件下和预算范围内是否能按时实现v实用性：确认该设计对于需求的解决方案是否实用v技术清晰度：确认该
37、设计是否以一种易于翻译成代码的形式表达v可维护性：确认该设计是否考虑了方便未来的维护v质量：确认该设计是否表现出良好的质量特征v各种选择方案：看是否考虑过其它方案，比较各种选择方案的标准是什么v限制：评估对该软件的限制是否现实，是否与需求一致v其它具体问题：对于文档、可测试性、设计过程等进行评估5.5 描绘软件结构的图形工具描绘软件结构的图形工具 1.层次图和层次图和HIPO图图 正文加工正文加工系统系统输入输入输出输出编辑编辑加标题加标题存储存储检索检索编目录编目录格式化格式化添加添加删除删除插入插入修改修改合并合并列表列表图图5.3 正文加工系统的层次图正文加工系统的层次图正文加工正文加工
38、系统系统输入输入1.0输出输出2.0编辑编辑3.0加标题加标题4.0存储存储5.0检索检索6.0编目录编目录7.0格式化格式化8.0添加添加3.1删除删除3.2插入插入3.3修改修改3.4合并合并3.5列表列表3.6图图5.4 带编号的层次图（带编号的层次图（H图）图）HIPO图是：图是：“层次图输入层次图输入/处理处理/输出图输出图”2.结构图（SC-Structure Chart）vYourdonYourdon提出的结构图是进行软件结构设提出的结构图是进行软件结构设计的另一个有力工具。结构图和层次图类计的另一个有力工具。结构图和层次图类似，也是描绘软件结构的图形工具。似，也是描绘软件结构的
39、图形工具。v结构图反映程序中模块之间的层次调用关结构图反映程序中模块之间的层次调用关系和联系：它以特定的符号表示模块、模系和联系：它以特定的符号表示模块、模块间的调用关系和模块间信息的传递。块间的调用关系和模块间信息的传递。模块：模块用矩形框表示，并用模块：模块用矩形框表示，并用模块的名字标记它。模块的名字标记它。模块的调用关系和接口：模块之间用单向箭模块的调用关系和接口：模块之间用单向箭头联结，箭头从调用模块指向被调用模块头联结，箭头从调用模块指向被调用模块 模块间的信息传递：当一个模块调用另一个模块时，调模块间的信息传递：当一个模块调用另一个模块时，调用模块把数据或控制信息传送给被调用模块
40、，以使被调用用模块把数据或控制信息传送给被调用模块，以使被调用模块能够运行。而被调用模块在执行过程中又把它产生的模块能够运行。而被调用模块在执行过程中又把它产生的数据或控制信息回送给调用模块。数据或控制信息回送给调用模块。在模块在模块M的箭头尾部标以一个菱形符号，表的箭头尾部标以一个菱形符号，表示模块示模块M有条件地调用模块有条件地调用模块A、B。当一个在。当一个在调用箭头尾部标以一个弧形符号，表示模块调用箭头尾部标以一个弧形符号，表示模块M反复调用模块反复调用模块A、B和模块和模块C。MAB图图5.6 判定为真时调用判定为真时调用A，为假时调用，为假时调用BMABC图图5.7 模块模块M循环
41、调循环调用模块用模块A、B、C5.6 面向数据流的设计方法-结构化设计（SD-Structured Design）v面向数据流设计（面向数据流设计（Data Flow-Oriented Design，DFOD）是与数据流分析（）是与数据流分析（DFA）对应的结构）对应的结构化软件设计技术。化软件设计技术。v面向数据流的设计要解决的任务，就是在需求分面向数据流的设计要解决的任务，就是在需求分析的基础上，将表示系统逻辑模型的析的基础上，将表示系统逻辑模型的DFD图映射图映射（Mapping）成软件系统结构的初始设计描述。）成软件系统结构的初始设计描述。目标系统的DFD SD目标系统的SC结构化设计
42、方法（SD）1)首先研究、分析和审首先研究、分析和审查数据流图。查数据流图。从软件从软件的需求规格说明中弄的需求规格说明中弄清数据流加工的过程，清数据流加工的过程，对于发现的问题及时对于发现的问题及时解决。解决。2)然后根据数据流图决然后根据数据流图决定问题的类型。数据定问题的类型。数据处理问题典型的类型处理问题典型的类型有两种：有两种：变换型和事变换型和事务型务型。针对两种不同。针对两种不同的类型分别进行分析的类型分别进行分析处理。处理。3)由数据流图推导出系由数据流图推导出系统的初始结构图。统的初始结构图。4)利用一些启发式原则利用一些启发式原则来改进系统的初始结来改进系统的初始结构图，直
43、到得到符合构图，直到得到符合要求的结构图为止。要求的结构图为止。5)修改和补充数据词典修改和补充数据词典6)制定测试计划。制定测试计划。面向数据流的设计方法把信息流映射成软件结构，信息流的类型决定了映射的方法。信息流有下述两种类型。1.变换型数据流 2.事务型数据流1、变换流、变换流 具有较明确的输入、变换（或称主加工）和输具有较明确的输入、变换（或称主加工）和输出界面的数据流图称为变换型数据流图。出界面的数据流图称为变换型数据流图。如图所示，该变换中心可以理解为数据的加工如图所示，该变换中心可以理解为数据的加工和处理程序。和处理程序。读入原读入原始数据始数据校验原校验原始数据始数据计算最计算
44、最优结果优结果编辑打印编辑打印最优结果最优结果输入输入变换中心变换中心输出输出 事事务务型型数数据据流流图图中中存存在在一一个个事事务务中中心心（也也就就是是数数据据处处理理、加加工工中中心心），它它将将输输入入分分离离成成若若干干个个发发散散的的数数据据流流，形形成成许多活动路径，并根据输入值选择其中一条路径。许多活动路径，并根据输入值选择其中一条路径。要求类要求类别处理别处理分房处理分房处理调房处理调房处理退房处理退房处理住房要求住房要求事务中心事务中心活动路径活动路径 2、事务流、事务流v 通常，一个实际系统的数据流图是变换型和事务型通常，一个实际系统的数据流图是变换型和事务型两种类型的
45、混合体。两种类型的混合体。如图所示，中间的子块属事务型数据流，如果把中间如图所示，中间的子块属事务型数据流，如果把中间子块视为一个处理整体的话，整个程序属变换型程序。子块视为一个处理整体的话，整个程序属变换型程序。A（事务型，（事务型，A为事务中心）为事务中心）变换中心变换中心输入输入输出输出混合型数据流图混合型数据流图复查、精化数据流图复查、精化数据流图类型类型找出事务中心找出事务中心找出变换中心找出变换中心映射成事务结构映射成事务结构映射成变换结构映射成变换结构优化软件模块结构优化软件模块结构导出模块结构导出模块结构复查复查不满意不满意变换变换事务事务变换设计变换设计事务设计事务设计面向数
46、据流的设计过程面向数据流的设计过程v变变换换设设计计就就是是从从变变换换型型数数据据流流图图映映射射出出软软件件模块结构的过程，也称以变换为中心的设计。模块结构的过程，也称以变换为中心的设计。v变换型数据处理问题的工作过程大致分为三变换型数据处理问题的工作过程大致分为三步，即取得数据，变换数据和给出数据。步，即取得数据，变换数据和给出数据。v相应于取得数据、变换数据、给出数据，相应于取得数据、变换数据、给出数据，变变换型系统结构图由输入、中心变换和输出等换型系统结构图由输入、中心变换和输出等三部分组成。三部分组成。n 变换设计变换设计变换分析方法由以下四步组成：变换分析方法由以下四步组成：1
47、1）重画数据流图；重画数据流图；2 2）区分有效区分有效(逻辑逻辑)输入、有效输入、有效(逻辑逻辑)输出和中输出和中心变换部分；心变换部分；3 3）进行一级分解，设计上层模块。进行一级分解，设计上层模块。把整个变把整个变换分解成输入控制模块换分解成输入控制模块CiCi、输出控制模块、输出控制模块CoCo和变换中心控制模块和变换中心控制模块CtCt，由主控模块控制，由主控模块控制；4 4）进行二级分解，设计输入、输出和中心变进行二级分解，设计输入、输出和中心变换部分的中、下层模块。换部分的中、下层模块。主控模块主控模块输出控制模块输出控制模块Co变换中心控制模块变换中心控制模块Ct输入控制模块输
48、入控制模块Ci(1)(1)(1)(1)在在 DFDDFD 图上标出逻辑输入、逻辑输出和变换中心的分界图上标出逻辑输入、逻辑输出和变换中心的分界A Ae eB BaC CbD Dc cE EdP PQQR Rwwu uv vwwu uvrp变换中心变换中心c,e 逻逻辑输入辑输入w,u 逻逻辑输出辑输出-具有变换型数据具有变换型数据流图流图(2)(2)(2)(2)完成第一级分解完成第一级分解A Aabc cP Pwwu uvrpB BC CD DdeE EQQR RWWU UV VMcMAMTMEC,eC,eU,wU,w变换中心变换中心 顶顶 层层第一层第一层 第一级分解后的第一级分解后的 SC
49、 图（含协调、传入、变换、传出模块）图（含协调、传入、变换、传出模块）第一级分解后的 SC 图(另一种画法)McMA1ME1C eU MA2QPRME2e c,p pr r w,uwA Aabc cP Pwwu uvrpB BC CD DdeE EQQR RWWU UV V变换中心变换中心MA对逻辑输入的分解CEBADabdecA Aabc cP Pwwu uvrpB BC CD DdeE EQQR RWWU UV V变换中心变换中心ME对输出的分解WUVvuwMTQPR eC,prU,w对变换中心加工的分解 prw,u(3)(3)完成第二级分解MACBAEDMTQPR从变换分析导出的初始 S
50、C 图MEWUVMCc,eW,uW,uC,e(4)(4)(4)(4)获得完整的获得完整的 SCSCSCSC 图图v 事事务务设设计计就就是是从从事事务务型型数数据据流流图图映映射射出出软软件件模模块块结结构构的的过过程程，也也称称为为以以事事务务为为中中心心的的设设计。计。v它接受一项事务，它接受一项事务，根据事务处理根据事务处理的特点和性的特点和性质，质，选择分派选择分派一个适当的处理单元，然后给出一个适当的处理单元，然后给出结果。结果。v在事务型系统结构图中，在事务型系统结构图中，事务中心事务中心模块按所模块按所接受的事务的类型，选择某一事务处理模块执接受的事务的类型，选择某一事务处理模块