軟件工程總體設(shè)計(jì)

軟件工程總體設(shè)計(jì)第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三15.1設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段：確定系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段：確定軟件結(jié)構(gòu)第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三2典型的總體設(shè)計(jì)過程（一）1.設(shè)想供選擇的方案綜合考慮各種可能的實(shí)現(xiàn)方案，并且力求從中選出最佳方案。需求分析階段得到的數(shù)據(jù)流圖是極好的出發(fā)點(diǎn)。2.選取合理的方案參考需求分析階段確定的工程規(guī)模和目標(biāo)，從可選方案中選擇若干個(gè)合理的方案，通常至少選擇低成本、中等成本、高成本三種方案。對(duì)于每種方案應(yīng)準(zhǔn)備：系統(tǒng)流程圖、組成系統(tǒng)的物理元素清單、成本/效益分析、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)度計(jì)劃。3.推薦最佳方案綜合分析、對(duì)比各種合理方案的利弊，推薦一個(gè)最佳的方案，并為推薦的最佳方案制定一個(gè)詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)計(jì)劃。用戶和有關(guān)人員評(píng)審所推薦的最佳方案。第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三3典型的總體設(shè)計(jì)過程（二）4.功能分解確定系統(tǒng)有哪些模塊構(gòu)成，以及這些模塊之間的關(guān)系。對(duì)于復(fù)雜的功能或模塊，結(jié)合數(shù)據(jù)流圖，進(jìn)一步分解。5.設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件是由實(shí)現(xiàn)各個(gè)子功能的模塊構(gòu)成，軟件結(jié)構(gòu)是指模塊組成的層次關(guān)系。軟件結(jié)構(gòu)用層次圖或結(jié)構(gòu)圖表示。數(shù)據(jù)流圖細(xì)化到適當(dāng)?shù)膶哟?，可以映射出軟件結(jié)構(gòu)。6.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫結(jié)合需求分析階段所確定的系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求，進(jìn)一步設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫。第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三4典型的總體設(shè)計(jì)過程（三）7.制定測(cè)試計(jì)劃開發(fā)早期考慮并制定測(cè)試計(jì)劃，有助于在設(shè)計(jì)時(shí)注意提高軟件的可測(cè)試性。8.書寫文檔系統(tǒng)說明：主要包括用系統(tǒng)流程圖描繪的系統(tǒng)構(gòu)成方案，組成系統(tǒng)的物理元素清單，成本/效益分析；對(duì)最佳方案的概括描述，精化的數(shù)據(jù)流圖，用層次圖或結(jié)構(gòu)圖描繪的軟件結(jié)構(gòu)，用IPO圖或其他工具簡(jiǎn)要描述的各個(gè)模塊的算法，模塊間的接口關(guān)系，以及需求、功能和模塊三者之間的交叉參照關(guān)系等。用戶手冊(cè)：根據(jù)總體設(shè)計(jì)階段的結(jié)果，更正在需求分析階段產(chǎn)生的用戶手冊(cè)。測(cè)試計(jì)劃：包括測(cè)試策略，測(cè)試方案，預(yù)期的測(cè)試結(jié)果，測(cè)試進(jìn)度計(jì)劃等。詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)計(jì)劃數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)9.審查和復(fù)審技術(shù)審查－－系統(tǒng)開發(fā)方管理復(fù)審－－系統(tǒng)使用者第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三55.2設(shè)計(jì)原理模塊化抽象逐步求精信息隱藏和局部化模塊獨(dú)立第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三6模塊化（一）定義：是指能夠相對(duì)獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)一定功能的程序代碼。簡(jiǎn)單的講，模塊化就是把程序劃分成獨(dú)立命名且可獨(dú)立訪問的模塊，每個(gè)模塊完成一個(gè)子功能，把這些模塊集成起來構(gòu)成一個(gè)整體，可以完成指定的功能滿足用戶的需求?！皬?fù)雜的問題分解成許多容易解決的小問題”。表現(xiàn)形式：過程、函數(shù)、子程序、宏；面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中的對(duì)象、對(duì)象內(nèi)的方法。優(yōu)點(diǎn)：軟件結(jié)構(gòu)清晰，便于設(shè)計(jì)、交流容易測(cè)試、調(diào)試，有助于提高軟件的可靠性提高軟件的可修改性有助于軟件開發(fā)項(xiàng)目的組織與管理第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三7模塊化（二）缺點(diǎn)：當(dāng)模塊數(shù)目增加時(shí)每個(gè)模塊的規(guī)模將減小，開發(fā)單個(gè)模塊需要的成本(工作量)減少了；但是，隨著模塊數(shù)目增加，設(shè)計(jì)模塊間接口所需要的工作量將增加，并且在模塊交互時(shí)易發(fā)生錯(cuò)誤。圖5.1模塊化和軟件成本

第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三8抽象定義：是指抽出事物的本質(zhì)特性并加以描述，但是不考慮它們的細(xì)節(jié)。應(yīng)用：一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)可以用一些高級(jí)的抽象概念構(gòu)造和理解，這些高級(jí)概念又可以用一些較低級(jí)的概念構(gòu)造和理解，如此進(jìn)行下去，直至最低層次的具體元素。

軟件工程過程的每一步都是對(duì)軟件解法的抽象層次的一次精化。在可行性研究階段，軟件作為系統(tǒng)的一個(gè)完整部件；在需求分析期間，軟件解法是使用在問題環(huán)境內(nèi)熟悉的方式描述；當(dāng)由總體設(shè)計(jì)向詳細(xì)設(shè)計(jì)過渡時(shí)，抽象的程度隨之減少；最后，當(dāng)源程序?qū)崿F(xiàn)，即達(dá)到抽象的最低層。抽象與模塊化的關(guān)系：軟件結(jié)構(gòu)頂層的模塊，控制系統(tǒng)的主要功能并且影響全局；在軟件結(jié)構(gòu)底層的模塊，完成對(duì)數(shù)據(jù)的一個(gè)具體處理，用自頂向下由抽象到具體的方式分配控制，簡(jiǎn)化軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，提高軟件的可理解性和可測(cè)試性，并且使軟件更容易維護(hù)。第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三9逐步求精定義：是一種自頂向下的設(shè)計(jì)策略：通過逐步分解對(duì)功能的宏觀陳述而開發(fā)出層次結(jié)構(gòu)，直至最終得出用程序設(shè)計(jì)語言表達(dá)的程序。實(shí)質(zhì)：求精就是細(xì)化的過程。求精與抽象的關(guān)系：互補(bǔ)性：抽象使設(shè)計(jì)者說明過程和數(shù)據(jù)，但卻忽略低層的細(xì)節(jié)；逐步求精則幫助設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中逐步揭示出低層的細(xì)節(jié)。第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三10信息隱藏與局部化定義：劃分模塊時(shí)，使得一個(gè)模塊內(nèi)包含的信息(過程和數(shù)據(jù))對(duì)于不需要這些信息的模塊來說，是不能訪問的。即隱藏每個(gè)模塊所包含的私有信息。

所謂局部化是指把一些關(guān)系密切的軟件元素物理地放得彼此靠近。局部化有助于實(shí)現(xiàn)信息隱藏。應(yīng)用：在模塊中，隱藏的是模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；模塊之間的交互是為了完成系統(tǒng)功能而必須交換的信息。優(yōu)點(diǎn)：易修改。第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三11模塊獨(dú)立（一）定義：是指每個(gè)模塊完成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的特定子功能，并且和其他模塊之間的關(guān)系很簡(jiǎn)單。優(yōu)點(diǎn)：容易設(shè)計(jì)和開發(fā)。功能分割相對(duì)獨(dú)立，可以簡(jiǎn)化接口，并且便于分工合作開發(fā)。獨(dú)立的模塊比較容易測(cè)試和維護(hù)。度量標(biāo)準(zhǔn)：耦合：衡量不同模塊彼此間互相依賴(連接)的緊密程度。內(nèi)聚：衡量一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度。第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三12模塊獨(dú)立（二）：耦合分類數(shù)據(jù)耦合：兩個(gè)模塊間通過參數(shù)交換的信息僅是必須的數(shù)據(jù)?？刂岂詈希簜鬟f的交換信息中有控制信息，有時(shí)這種控制信息以數(shù)據(jù)的形式出現(xiàn)。特征耦合：整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為參數(shù)傳遞而被調(diào)用的模塊只需要使用其中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)元素。即：被調(diào)用的模塊可以使用的數(shù)據(jù)多于它確實(shí)需要的數(shù)據(jù)，這將導(dǎo)致對(duì)數(shù)據(jù)的訪問失去控制。公共環(huán)境耦合：兩個(gè)或多個(gè)模塊通過一個(gè)公共數(shù)據(jù)環(huán)境相互作用。公共環(huán)境可以是全程變量、共享的通信區(qū)、內(nèi)存的公共覆蓋區(qū)、存儲(chǔ)介質(zhì)上的文件、物理設(shè)備等。內(nèi)容耦合：下列情況之一一個(gè)模塊訪問另一個(gè)模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)一個(gè)模塊不通過正常入口而轉(zhuǎn)到另一個(gè)模塊的內(nèi)部?jī)蓚€(gè)模塊有一部分程序代碼重疊一個(gè)模塊有多個(gè)入口(這意味著一個(gè)模塊有幾種功能)第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三13模塊獨(dú)立（二）（續(xù)）

耦合應(yīng)用原則盡量使用數(shù)據(jù)耦合少用控制耦合和特征耦合限制公共環(huán)境耦合的范圍完全不用內(nèi)容耦合。第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三14模塊獨(dú)立（三）：內(nèi)聚低內(nèi)聚偶然內(nèi)聚：一個(gè)模塊完成一組任務(wù)，這些任務(wù)間即使存在關(guān)系，關(guān)系也是很松散的。邏輯內(nèi)聚：一個(gè)模塊完成的任務(wù)在邏輯上是相同或相似的。時(shí)間內(nèi)聚：一個(gè)模塊包含的任務(wù)必須在同一段時(shí)間內(nèi)執(zhí)行。中內(nèi)聚過程內(nèi)聚：模塊內(nèi)的處理元素是相關(guān)的，并且必須以特定的次序執(zhí)行。通信內(nèi)聚：模塊中所有元素都使用同一個(gè)輸入數(shù)據(jù)和(或)產(chǎn)生同一個(gè)輸出數(shù)據(jù)。高內(nèi)聚順序內(nèi)聚：模塊內(nèi)的處理元素和同一個(gè)功能密切相關(guān)，而且這些處理必須順序執(zhí)行，即：一個(gè)處理元素的輸出數(shù)據(jù)作為下一個(gè)處理元素的輸入數(shù)據(jù)。功能內(nèi)聚：模塊內(nèi)所有處理元素屬于一個(gè)整體，完成一個(gè)單一的功能。第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三15模塊獨(dú)立（三）：內(nèi)聚（續(xù)）內(nèi)聚的優(yōu)劣評(píng)分功能內(nèi)聚 10分 時(shí)間內(nèi)聚 3分順序內(nèi)聚 9分 邏輯內(nèi)聚 1分通信內(nèi)聚 7分 偶然內(nèi)聚 0分過程內(nèi)聚 5分應(yīng)用原則設(shè)計(jì)時(shí)不必精確確定內(nèi)聚的級(jí)別，力爭(zhēng)做到高內(nèi)聚。辨認(rèn)低內(nèi)聚的模塊，通過修改設(shè)計(jì)提高模塊的內(nèi)聚程度，降低模塊間的耦合程度，以獲得較高的模塊獨(dú)立性。內(nèi)聚與耦合的關(guān)系模塊內(nèi)的高內(nèi)聚往往意味著模塊間的松耦合是模塊化設(shè)計(jì)的有力工具實(shí)踐表明內(nèi)聚比耦合更重要第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三165.3啟發(fā)規(guī)則（一）1.改進(jìn)軟件結(jié)構(gòu)提高模塊獨(dú)立性

例如：多個(gè)模塊共用的一個(gè)子功能可以獨(dú)立成一個(gè)模塊，由這些模塊調(diào)用；通過分解或合并模塊以減少控制信息的傳遞及對(duì)全程數(shù)據(jù)的引用，并且降低接口的復(fù)雜程度。2.模塊規(guī)模應(yīng)該適中模塊的規(guī)模不應(yīng)過大，不超過60行語句為宜。過大的模塊通常是分解不充分；進(jìn)一步分解必須符合問題結(jié)構(gòu)，并且分解后不應(yīng)該降低模塊獨(dú)立性。過小的模塊開銷可能大于有效操作，而且模塊數(shù)目過多將使系統(tǒng)接口復(fù)雜。第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三175.3啟發(fā)規(guī)則（二）3.深度、寬度、扇入、扇出應(yīng)適當(dāng)

深度：表示軟件結(jié)構(gòu)中控制的層數(shù)，能粗略地標(biāo)志一個(gè)系統(tǒng)的大小和復(fù)雜程度。寬度：軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)同一層次上的模塊總數(shù)的最大值。扇出：一個(gè)模塊直接調(diào)用的下級(jí)模塊數(shù)目扇入：一個(gè)模塊直接被調(diào)用的上級(jí)模塊數(shù)目。4.模塊的作用域應(yīng)該在控制域之內(nèi)

模塊的作用域：模塊內(nèi)一個(gè)判定所影響到的所有模塊的集合。模塊的控制域：模塊本身以及所有直接或間接從屬于它的模塊的集合。設(shè)計(jì)原則：模塊的作用域不超出模塊的控制域。第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三18圖5.2模塊的控制域與作用域第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三195.3啟發(fā)規(guī)則（三）5.力爭(zhēng)降低模塊接口的復(fù)雜程度：仔細(xì)設(shè)計(jì)模塊接口，使得信息傳遞簡(jiǎn)單，并且和模塊的功能一致。6.設(shè)計(jì)單入口單出口的模塊：防止模塊間的內(nèi)容耦合。7.模塊功能應(yīng)該可以預(yù)測(cè)，同時(shí)防止模塊功能過于局限。第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三20層次圖HIPO圖結(jié)構(gòu)圖5.4描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形化工具第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三21圖5.3層次圖

層次圖用來描繪軟件的層次結(jié)構(gòu)：一個(gè)矩形框代表一個(gè)模塊，方框間的連線表示調(diào)用關(guān)系。第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三22圖5.4帶編號(hào)的層次圖（H圖）添加編號(hào)，最頂層除外。每個(gè)方框（模塊）對(duì)應(yīng)一張IPO圖，描繪模塊的處理過程。第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三23圖5.5結(jié)構(gòu)圖的例子方框之間的箭頭或直線表示模塊的調(diào)用關(guān)系；帶注釋的箭頭表示模塊調(diào)用過程中來回傳遞的信息：箭頭尾部是空心圓表示傳遞的是數(shù)據(jù)，實(shí)心圓表示傳遞的是控制信息。第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三24

圖5.6選擇判定圖5.7模塊M循環(huán)調(diào)用模塊A、B、C第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三25層次圖和結(jié)構(gòu)圖的應(yīng)用小結(jié)描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形化工具。沒有嚴(yán)格表示模塊的調(diào)用次序。沒有指明什么時(shí)候調(diào)用下層模塊。即：沒有確定調(diào)用時(shí)機(jī)。只表明一個(gè)模塊調(diào)用哪些模塊，至于模塊內(nèi)還有沒有其他成分則完全沒有表示。層次圖通常用來描繪軟件結(jié)構(gòu)的文檔；結(jié)構(gòu)圖檢查設(shè)計(jì)的正確性和評(píng)價(jià)模塊的獨(dú)立性。第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三26基于數(shù)據(jù)流圖描繪的數(shù)據(jù)信息流在系統(tǒng)中加工和流動(dòng)情況，映射出軟件體系結(jié)構(gòu)。信息流的類型：變換流事務(wù)流5.5面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三27圖5.8變換流

信息沿輸入通路進(jìn)入系統(tǒng)，同時(shí)由外部形式變換成內(nèi)部形式，進(jìn)入系統(tǒng)的信息通過變換中心，經(jīng)加工處理以后再沿輸出通路變換成外部形式離開軟件系統(tǒng)。第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三28圖5.9事務(wù)流數(shù)據(jù)（事務(wù)）沿輸入通路到達(dá)一個(gè)處理T，這個(gè)處理根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型在若干個(gè)動(dòng)作序列中選出一個(gè)來執(zhí)行。第二十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三29圖5.10面向數(shù)據(jù)流方法的設(shè)計(jì)過程第三十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三30總體設(shè)計(jì)階段的基本目的：用比較抽象概括的方式確定系統(tǒng)如何完成預(yù)定的任務(wù)，即：應(yīng)該確定系統(tǒng)的物理配