第三部分-軟件設(shè)計與建模(8軟件設(shè)計)課件

軟件工程方法與實踐（機(jī)械工業(yè)出版社）高等院校計算機(jī)課程案例教程系列竇萬峰編著主講：李淑sz013@1.現(xiàn)代軟件工程(國家示范性軟件學(xué)院系列教材)張家浩/東南大學(xué) 機(jī)械工業(yè)出版社

2009.12.軟件工程

— 理論與實踐許家珆 曾翎 彭德中 編著 高等教育出版社2004.7機(jī)械工業(yè)出軟件工程-實踐者的研究方法（美）Roger

S.

Pressman著 鄭人杰等譯版社

2008.6Software

Engineering,

6th

EditionSommerville.I.

(影印版) 機(jī)械工業(yè)出版社

2003.4主要參考書：總

目

錄第1章 軟件工程學(xué)概述（2學(xué)時）第2章 軟件過程（2學(xué)時）第3章 軟件過程模型（4學(xué)時）第4章 案例研究（2學(xué)時）第5章 軟件需求分析過程（4學(xué)時）第6章 結(jié)構(gòu)化分析建模（4學(xué)時）第7章 面向?qū)ο蠓治觯?學(xué)時）第8章 軟件設(shè)計（4學(xué)時）第9章 結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法（4學(xué)時）總

目

錄第10章第11章第12章第13章第14章第15章第16章面向?qū)ο笤O(shè)計（4學(xué)時）軟件實現(xiàn)（2學(xué)時）軟件測試（4學(xué)時）軟件維護(hù)（2學(xué)時）軟件項目管理（2學(xué)時）軟件項目估算（1學(xué)時）軟件項目計劃與管理（1學(xué)時）第8章 軟件設(shè)計軟件設(shè)計概述軟件模塊化設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型體系結(jié)構(gòu)模式習(xí)題8.1軟件設(shè)計概述軟件設(shè)計階段的基本目標(biāo)是構(gòu)造系統(tǒng)“怎么做”的模型描述，它是整個軟件開發(fā)過程的核心問題開發(fā)工作根據(jù)設(shè)計的方案進(jìn)行，軟件的總體設(shè)計決定了系統(tǒng)的質(zhì)量“設(shè)計先于編碼”，這是軟件工程“推遲實現(xiàn)”基本原則軟件系統(tǒng)設(shè)計是把軟件需求“變換”為用于構(gòu)造軟件的藍(lán)圖“輸入”是需求分析各種模型元素“輸出”是軟件設(shè)計模型和表示軟件設(shè)計的目標(biāo)是對將要實現(xiàn)的軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)模塊間的接口，以及所采用的算法給出詳盡的描述總體設(shè)計需求說明書復(fù)審軟件結(jié)構(gòu)修

改詳細(xì)設(shè)計可接受模塊描述復(fù)審修

改設(shè)計說明書軟件設(shè)計工作流程從工程管理的角度看，軟件設(shè)計分兩步完成：總體設(shè)計（概要設(shè)計）和詳細(xì)設(shè)計兩個階段。首先做概要設(shè)計(軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計），將軟件需求轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。然后是詳細(xì)設(shè)計，即過程設(shè)計。通過對結(jié)構(gòu)表示進(jìn)行細(xì)化，得到軟件詳細(xì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。通過軟件設(shè)計階段的工作將劃分出組成系統(tǒng)的物理元素：—程序—文件—數(shù)據(jù)庫—人工過程—文檔等但是每個物理元素仍然處于黑盒子級，這些黑盒子里的具體內(nèi)容將在以后詳細(xì)設(shè)計?？傮w設(shè)計階段的另一項重要任務(wù)是設(shè)計軟件的結(jié)構(gòu)，也就是要確定系統(tǒng)中每個程序是由哪些模塊組成的，以及這些模塊相互間的關(guān)系。設(shè)計過程的一般模型需求描述體系結(jié)構(gòu)設(shè)計抽象描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)軟件描述接口描述組件描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述算法描述算法設(shè)計設(shè)計活動接口設(shè)計

組件設(shè)計設(shè)計產(chǎn)品軟件設(shè)計功能與性能需求編碼軟件測試程序模塊已測試軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計信息域需求開發(fā)階段信息流總體設(shè)計通常由兩個主要階段組成：(1)系統(tǒng)設(shè)計階段：確定系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案；

(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計階段：確定軟件結(jié)構(gòu)。典型的總體設(shè)計過程包括下述9個步驟：1.設(shè)想供選擇的方案需求分析階段得出的數(shù)據(jù)流圖是總體設(shè)計的極好的出發(fā)點。一旦選出了邊界劃分(分組)最佳的方案，將能大大提高系統(tǒng)的性能/價格比。2.選取合理的方案通常至少選取低成本、中等成本和高成本的三種方案。在判斷哪些方案合理時應(yīng)該考慮在問題定義和可行性研究階段確定的工程規(guī)模和目標(biāo)，有時可能還需要進(jìn)一步征求用戶的意見。對每個合理的方案分析員都應(yīng)該準(zhǔn)備下列4份資料：系統(tǒng)流程圖；組成系統(tǒng)的物理元素清單；成本/效益分析；實現(xiàn)這個系統(tǒng)的進(jìn)度計劃。3.推薦最佳方案分析員綜合分析對比各種合理方案的利弊，推薦一個最佳的方案。用工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為推薦的方案制定詳細(xì)的實現(xiàn)計劃。用戶和有關(guān)的技術(shù)專家認(rèn)真審查分析員所推薦的最佳系統(tǒng)，如果該系統(tǒng)確實符合用戶的需要，并且是在現(xiàn)有條件下完全能夠?qū)崿F(xiàn)的，則應(yīng)該提請使用部門負(fù)責(zé)人進(jìn)一步審批。在使用部門的負(fù)責(zé)人也接受了分析員所推薦的方案之后，將進(jìn)入總體設(shè)計過程的下一個重要階段——結(jié)構(gòu)設(shè)計。功能分解為了最終實現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)，必須設(shè)計出組成這個系統(tǒng)的所有程序和文件(或數(shù)據(jù)庫)。對程序(特別是復(fù)雜的大型程序)的設(shè)計，通常分為兩個階段完成：結(jié)構(gòu)設(shè)計：確定程序由哪些模塊組成，以及這些模塊之間的關(guān)系；過程設(shè)計：確定每個模塊的處理過程，這是詳細(xì)設(shè)計階段的任務(wù)。為確定軟件結(jié)構(gòu)，首先需要從實現(xiàn)角度把復(fù)雜的功能進(jìn)一步分解。分析員結(jié)合算法描述仔細(xì)分析數(shù)據(jù)流圖中的每個處理，如果一個處理的功能過分復(fù)雜，必須把它的功能適當(dāng)?shù)胤纸獬梢幌盗斜容^簡單的功能。一般說來，經(jīng)過分解之后應(yīng)該使每個功能對大多數(shù)程序員而言都是明顯易懂的。功能分解導(dǎo)致數(shù)據(jù)流圖的進(jìn)一步細(xì)化，同時還應(yīng)該用IPO圖或其他適當(dāng)?shù)墓ぞ吆喴枋黾?xì)化后每個處理的算法。5.設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)通常程序中的一個模塊完成一個適當(dāng)?shù)淖庸δ?。軟件結(jié)構(gòu)(即由模塊組成的層次系統(tǒng))表示軟件系統(tǒng)的構(gòu)成，是軟件模塊間關(guān)系的表示，可以用層次圖或結(jié)構(gòu)圖來描繪。如果數(shù)據(jù)流圖已經(jīng)細(xì)化到適當(dāng)?shù)膶哟?，則可以直接從數(shù)據(jù)流圖映射出軟件結(jié)構(gòu)，這就是面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法。ABCDEFGHJKLIM軟件結(jié)構(gòu)圖設(shè)計數(shù)據(jù)庫（確定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）對于需要使用數(shù)據(jù)庫的那些應(yīng)用系統(tǒng)，軟件工程師應(yīng)該在需求分析階段所確定的系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計數(shù)據(jù)庫。設(shè)計用戶界面作為人機(jī)接口的用戶界面起著越來越重要的作用，它直接影響到軟件的可用性及使用壽命。制定軟件設(shè)計測試計劃在軟件開發(fā)的早期階段考慮測試問題，能促使軟件設(shè)計人員在設(shè)計時注意提高軟件的可測試性。9.書寫文檔在這個階段應(yīng)該完成的文檔通常有下述幾種：系統(tǒng)說明主要內(nèi)容：系統(tǒng)流程圖描繪的系統(tǒng)構(gòu)成方案，物理元素清單，成本/效益分析，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圖或其他工具簡要描述的各個模塊的算法，模塊間的接口關(guān)系等。用戶手冊：根據(jù)總體設(shè)計階段的結(jié)果，修改更正在需求分析階段產(chǎn)生的初步的用戶手冊。測試計劃：測試策略，測試方案，預(yù)期的測試結(jié)果，測試進(jìn)度計劃等。詳細(xì)的實現(xiàn)計劃。數(shù)據(jù)庫設(shè)計結(jié)果。10.審查和復(fù)審最后對總體設(shè)計的結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)審查，在技術(shù)審查通過之后再由使用部門的負(fù)責(zé)人從管理角度進(jìn)行復(fù)審。軟件設(shè)計質(zhì)量原則設(shè)計過程不應(yīng)該受“隧道視野”的限制設(shè)計對于分析模型應(yīng)該是可跟蹤的設(shè)計不應(yīng)該從頭做起設(shè)計應(yīng)該縮短軟件和現(xiàn)實問題的“智力距離”設(shè)計應(yīng)該表現(xiàn)出一致性和集成性設(shè)計應(yīng)該能夠適應(yīng)修改設(shè)計不是編碼在創(chuàng)建設(shè)計時，就應(yīng)該考慮能夠評估其質(zhì)量應(yīng)該復(fù)審每一步設(shè)計，以減少語義性錯誤概要設(shè)計說明書范圍系統(tǒng)目標(biāo)主要軟件需求軟件設(shè)計約束、限制數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)對象和形成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文件和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)外部文件結(jié)構(gòu)①邏輯結(jié)構(gòu)②邏輯記錄描述③訪問方法全局?jǐn)?shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)交叉索引體系結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)和控制流復(fù)審得出的程序結(jié)構(gòu)接口設(shè)計人機(jī)界面規(guī)約人機(jī)界面設(shè)計規(guī)約外部接口設(shè)計外部數(shù)據(jù)接口外部系統(tǒng)或設(shè)備接口內(nèi)部接口設(shè)計規(guī)約（每個模塊）過程設(shè)計處理說明接口描述設(shè)計語言描述使用的模塊內(nèi)部設(shè)計結(jié)構(gòu)注釋/約束/限制需求交叉索引測試部分測試方針集成策略特殊考慮8 附錄（包括特殊注解）詳細(xì)設(shè)計說明書1引言2總體設(shè)計編寫目的：闡明編寫詳細(xì)設(shè)計說明書的目的，指明讀者對象。需求概述軟件結(jié)構(gòu)：如給出軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。1.2

項目背景：應(yīng)包括項目的來源和主管部門等。程序描述逐個模塊給出以下說明：定義：列出本文檔中所用到的專門術(shù)語的定義和縮寫詞。列出有關(guān)資料的作者、標(biāo)題、編號、發(fā)表日期、出版單位或資料來源性能輸出項目功能文檔所引用的資料、軟件開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。輸入項目3.2算法：模塊所選用的算法。1.4參考資料：項目經(jīng)核準(zhǔn)的計劃任務(wù)書、合同或上級機(jī)關(guān)的批文；3.3

程序邏輯：詳細(xì)描述模塊實現(xiàn)的算法，可采用：標(biāo)準(zhǔn)流程圖；PDL語言；N-S圖；判定表等描述算法的圖表。項目開發(fā)計劃；需求規(guī)格說明書；概要設(shè)計說明書；3.4接口限制條件測試計劃（初稿）；存儲分配用戶操作手冊。3.5測試要點：給出測試模塊的主要測試要求。8.2

軟件模塊化設(shè)計有人說，模塊化是為了使一個復(fù)雜的大型程序能被人的智力所管理，軟件應(yīng)該具備的惟一屬性。模塊是一個獨立命名的，擁有明確定義的輸入、輸出和特性的程序?qū)嶓w。把一個大型軟件系統(tǒng)的全部功能，按照一定的原則合理地劃分為若干個模塊，每個模塊完成一個特定子功能，所有的這些模塊以某種結(jié)構(gòu)形式組成一個整體，這就是軟件的模塊化設(shè)計（Modular

Design）。軟件模塊化設(shè)計可以簡化軟件的設(shè)計和實現(xiàn)，提高軟件的可理解性和可測試性，并使軟件更容易得到維護(hù)。分解、抽象、逐步求精、信息隱蔽和模塊獨立性，是軟件模塊化設(shè)計的指導(dǎo)思想。模塊（構(gòu)件）是程序?qū)ο笥忻值募?。例如，過程、函數(shù)、子程序、宏等，是構(gòu)成軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本元素。面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中的對象是模塊，對象內(nèi)的方法（服務(wù)）也是模塊。模塊是構(gòu)成程序的基本構(gòu)件。模塊化就是將系統(tǒng)劃分為若干個模塊，每個模塊完成一個子功能。模塊化的目的是將系統(tǒng)“分而治之”，模塊化能夠降低問題的復(fù)雜性，使軟件結(jié)構(gòu)清晰，易閱讀、易理解，易于測試和調(diào)試，因而也有助于提高軟件的可靠性。令：C（X）表示問題X的復(fù)雜度函數(shù)，X

所需工作量E

（

X

）表示解決問題的復(fù)雜度函數(shù)；若：有問題P1，P2，C（P1）>C（P2）；顯然：E（P1）>E（P2）由經(jīng)驗：C（P1+P2）>C（P1）+C（P2）于是：E（P1+P2）>E（P1）+E（P2）將問題（P1+P2）劃分為兩個問題P1和P2后，其工作量和復(fù)雜度都降低。軟件總成本模塊化與軟件成本的關(guān)系成本模塊成本模塊數(shù)目接口成本}最小成本區(qū)M結(jié)論：并非模塊分得越小越好，因為模塊之間接口的復(fù)雜度和工作量會增加。顯然，每個軟件系統(tǒng)都有一個最佳模塊數(shù)M，注意選擇分解的最佳模塊數(shù)。模塊化降低軟件復(fù)雜度的簡單證明：采用模塊化原理可以使軟件結(jié)構(gòu)清晰，不僅容易設(shè)計也容易閱讀和理解。因為程序錯誤通常局限在有關(guān)的模塊及它們之間的接口中，所以模塊化使軟件容易測試和調(diào)試，因而有助于提高軟件的可靠性。因為變動往往只涉及少數(shù)幾個模塊，所以模塊化能夠提高軟件的可修改性。模塊化的主要優(yōu)點是：模塊化設(shè)計降低了軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得系統(tǒng)容易修改，同時使得系統(tǒng)各個部分可以并行開發(fā)，從而提高了軟件的生產(chǎn)率。抽象人類在認(rèn)識復(fù)雜現(xiàn)象的過程中使用的最強(qiáng)有力的思維工具是抽象。人們在實踐中認(rèn)識到，在現(xiàn)實世界中一定事物、狀態(tài)或過程之間總存在著某些相似的方面(共性)。把這些相似的方面集中和概括起來，暫時忽略它們之間的差異，這就是抽象?；蛘哒f抽象就是抽出事物的本質(zhì)特性而暫時不考慮它們的細(xì)節(jié)。處理復(fù)雜系統(tǒng)的惟一有效的方法是用層次的方式構(gòu)造和分析它。軟件工程過程的每一步都是對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)熟悉的方式描述的；當(dāng)由總體設(shè)計向詳細(xì)設(shè)計過渡時，抽象的程度也就隨之減少了；最后，當(dāng)源程序?qū)懗鰜硪院螅簿瓦_(dá)到了抽象的最低層。軟件體系結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)是指軟件的整體結(jié)構(gòu)和這種結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)提供概念上完整性的方式。體系結(jié)構(gòu)可以是程序構(gòu)件或模塊的結(jié)構(gòu)或組織，這些構(gòu)件或模塊交互的形式以及這些構(gòu)件所用數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使用大量的模型來表達(dá)。信息隱藏和局部化信息隱藏原理指出：應(yīng)該這樣設(shè)計和確定模塊，使得一個模塊內(nèi)包含的信息(過程和數(shù)據(jù))對于不需要這些信息的模塊來說，是不能訪問的。實際上，應(yīng)該隱藏的不是有關(guān)模塊的一切信息，而是模塊的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。獨立的構(gòu)件或模塊之間的“接口”簡單而清晰。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。在模塊中使用局部數(shù)據(jù)元素是局部化的一個例子。顯然，局部化有助于實現(xiàn)信息隱藏。模塊獨立模塊獨立的概念是模塊化、抽象、信息隱藏和局部化概念的直接結(jié)果。希望這樣設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)，使得每個模塊完成一個相對獨立的特定子功能，并且和其他模塊之間的關(guān)系很簡單。模塊的獨立性很重要，主要有兩條理由：第一，有效的模塊化的軟件比較容易開發(fā)出來。第二，獨立的模塊比較容易測試和維護(hù)。總之，模塊獨立是好設(shè)計的關(guān)鍵，而設(shè)計又是決定軟件質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模塊獨立性的度量標(biāo)準(zhǔn)是兩個定性準(zhǔn)則：耦合性：描述模塊之間聯(lián)系的緊密程度；內(nèi)聚性：描述模塊內(nèi)部聯(lián)系的緊密程度。模塊獨立性比較強(qiáng)的模塊應(yīng)該具有高內(nèi)聚性和低耦合度。模塊獨立性愈高，則塊內(nèi)聯(lián)系越強(qiáng)，塊間聯(lián)系越弱。低非直接 數(shù)據(jù) 控制

特征 公共 內(nèi)容耦合 耦合 耦合

耦合 耦合 耦合高弱強(qiáng)耦合性模塊獨立性1.

耦合耦合是對一個軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊之間互連程度的度量。耦合強(qiáng)弱取決于模塊間接口的復(fù)雜程度，進(jìn)入或訪問一個模塊的點，以及通過接口的數(shù)據(jù)。模塊間的耦合程度強(qiáng)烈影響系統(tǒng)的可理解性、可測試性、可靠性和可維護(hù)性。（1）數(shù)據(jù)耦合：兩個模塊彼此間通過參數(shù)交換信息，而且交換的信息僅僅是數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中至少必須存在數(shù)據(jù)耦合，只有當(dāng)某些模塊的輸出數(shù)據(jù)作為另一些模塊的輸入數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)才能完成有價值的功能。（2）控制耦合：一個模塊通過傳送開關(guān)、標(biāo)志、名字等控制信息，明顯地控制選擇另一模塊的功能。A模塊flagBf1

f2 …

…

fn控制耦合是中等程度的耦合，它增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度?？刂岂詈显诎涯K適當(dāng)分解之后通?？梢杂脭?shù)據(jù)耦合代替它。特征耦合：被調(diào)用的模塊需要使用作為參數(shù)傳遞進(jìn)來的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)元素時，就出現(xiàn)了特征耦合。公共耦合：當(dāng)兩個或多個模塊通過一個公共數(shù)據(jù)環(huán)境相互作用時，它們之間的耦合稱為公共環(huán)境耦合。公共環(huán)境可以是全程變量、介質(zhì)上任何文件物如果兩個模塊共享的數(shù)據(jù)很多，都通過參數(shù)傳遞時可環(huán)境耦合。全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)共享的通信區(qū)、內(nèi)存的公共覆蓋區(qū)、

A

存儲

的可能很不方便，這

B

以利用公共CDE、F

理設(shè)備等。B、C、E 為公共耦合（5）內(nèi)容耦合：是最高程度的耦合。有如下表現(xiàn)：一個模塊直接訪問另一模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)。一個模塊不通過正常入口轉(zhuǎn)到另一模塊的內(nèi)部。

c.一個模塊有多個入口。d.兩個模塊有部分代碼重迭。AB進(jìn)入另一模塊內(nèi)AB部分代碼重迭Entry1….Entry2….多重入口總之，耦合是影響軟件復(fù)雜程度的一個重要因素。應(yīng)該采取下述設(shè)計原則：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。2.

內(nèi)聚內(nèi)聚標(biāo)志一個模塊內(nèi)各個元素彼此結(jié)合的緊

密程度，它是信息隱藏和局部化概念的自然擴(kuò)展。簡單地說，理想內(nèi)聚的模塊只做一件事情。設(shè)計時應(yīng)該力求做到高內(nèi)聚，中等程度的內(nèi)聚也可以采用，不要使用低內(nèi)聚。低功能內(nèi)聚順序內(nèi)聚通信內(nèi)聚過程內(nèi)聚時間內(nèi)聚邏輯內(nèi)聚偶然內(nèi)聚高強(qiáng)弱內(nèi)聚性模塊獨立性低內(nèi)聚有如下幾類：（1）偶然內(nèi)聚——一個模塊完成一組任務(wù)，這些任務(wù)彼此間即使有關(guān)系，關(guān)系也是很松散的。有時在寫完一個程序之后，發(fā)現(xiàn)一組語句在兩處或多處出現(xiàn)，于是把這些語句作為一個模塊以節(jié)省內(nèi)存，這樣就出現(xiàn)了偶然內(nèi)聚的模塊。（2）邏輯內(nèi)聚——一個模塊完成的任務(wù)在邏輯上屬于相同或相似的一類。段時間內(nèi)執(zhí)行。例如：初始化系統(tǒng)模塊、系統(tǒng)結(jié)束模塊障處等均是時間性聚合模塊。調(diào)用模塊（3）時間內(nèi)聚——一個模塊包含的任判務(wù)定必須在同一—個、緊急故記錄讀

寫—個理模塊記錄被調(diào)用模塊中內(nèi)聚主要有兩類：過程內(nèi)聚——一個模塊內(nèi)的處理元素是相關(guān)的，而且必須以特定次序執(zhí)行。通信內(nèi)聚——模塊中所有元素都使用同一個輸入數(shù)據(jù)和(或)產(chǎn)生同一個輸出數(shù)據(jù)。高內(nèi)聚也有兩類：順序內(nèi)聚——一個模塊內(nèi)的處理元素和同一個功能密切相關(guān)，而且這些處理必須順序執(zhí)行。功能內(nèi)聚——模塊內(nèi)所有處理元素屬于一個整體，完成一個單一的功能。功能內(nèi)聚是最高程度的內(nèi)聚。逐步求精逐步求精是人類解決復(fù)雜問題時采用的基本方法，也是許多軟件工程技術(shù)的基礎(chǔ)?？梢园阎鸩角缶x為：“為了能集中精力解決主要問題而盡量推遲對問題細(xì)節(jié)的考慮?！敝鸩角缶匀绱酥匾且驗槿祟惖恼J(rèn)知過程遵守Miller法則：一個人在任何時候都只能把注意力集中在（7±2）個知識塊上。Miller法則是人類智力的基本局限，我們不可能戰(zhàn)勝自己的自然本性，只能接受這個事實，承認(rèn)自身的局限性，并在這個前提下盡我們的最大努力工作。逐步求精，或稱逐步細(xì)化，是一種自頂向下的設(shè)計策略。抽象與求精是一對互補(bǔ)的概念。抽象使得設(shè)計者能夠說明過程和數(shù)據(jù)，同時卻忽略低層細(xì)節(jié)。事實上，可以把抽象看作是一種通過忽略多余的細(xì)節(jié)同時強(qiáng)調(diào)有關(guān)的細(xì)節(jié)，而實現(xiàn)逐步求精的方法。求精則幫助設(shè)計者在設(shè)計過程中逐步揭示出低層細(xì)節(jié)。這兩個概念都有助于設(shè)計者在設(shè)計演化過程中創(chuàng)造出完整的設(shè)計模型。逐步求精和模塊化的概念，與抽象是緊密相關(guān)的。隨著軟件開發(fā)工程的進(jìn)展，在軟件結(jié)構(gòu)每一層中的模塊，表示了對軟件抽象層次的一次精化：事實上，軟件結(jié)構(gòu)頂層的模塊，控制了系統(tǒng)的主要功能并且影響全局；在軟件結(jié)構(gòu)底層的模塊，完成對數(shù)據(jù)的一個具體處理，用自頂向下由抽象到具體的方式分配控制；簡化了軟件的設(shè)計和實現(xiàn)，提高了軟件的可理解性和可測試性，并且使軟件更容易維護(hù)。重構(gòu)重構(gòu)是一種重新組織的技術(shù)，可以簡化構(gòu)件或模塊的設(shè)計或編碼而無需改變其功能或行為。重構(gòu)是一種改進(jìn)程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)但不改變代碼或設(shè)計的外部行為?！跋仁顾D(zhuǎn)起來，再使它快起來”。8.3軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)圖（Structure

Chart, 簡稱SC）是軟件系統(tǒng)的模塊層次結(jié)構(gòu)，反映了整個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。軟件結(jié)構(gòu)以層次表示程序的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即一種控制的層次體系，并不表示軟件的具體過程。軟件結(jié)構(gòu)一般用樹狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圖形來表示。8.3軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)圖的主要元素有：模塊：模塊用帶有名字的方框表示，名稱應(yīng)體現(xiàn)模塊的功能?？刂脐P(guān)系：控制關(guān)系用單向箭頭或直線表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。信息傳遞：用帶注釋的短箭頭表示模塊調(diào)用過程中傳遞的信息。循環(huán)調(diào)用和選擇調(diào)用：在上部模塊底部加一個菱形符號表示選擇調(diào)用，在上部模塊的下方家一個弧形箭頭，表示循環(huán)調(diào)用。層次圖和HIPO圖層次圖用來描繪軟件的層次結(jié)構(gòu)。雖然層次圖的形式和描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的層次方框圖相同，但是表現(xiàn)的內(nèi)容卻完全不同。層次圖中的一個矩形框代表一個模塊，方框間的連線表示調(diào)用關(guān)系而不像層次方框圖那樣表示組成關(guān)系。描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具正文加工系統(tǒng)的層次圖描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具HIPO圖是美國IBM公司發(fā)明的“層次圖加輸入/處理/輸出圖”的英文縮寫。為了能使HIPO圖具有可追蹤性，在H圖(層次圖)里除了最頂層的方框之外，每個方框都加了編號。編號規(guī)則和數(shù)據(jù)流圖的編號規(guī)則相同。和H圖中每個方框相對應(yīng)，應(yīng)該有一張IPO圖描繪這個方框代表的模塊的處理過程。HIPO圖中的每張IPO圖內(nèi)都應(yīng)該明顯地標(biāo)出它所描繪的模塊在H圖中的編號，以便追蹤了解這個模塊在軟件結(jié)構(gòu)中的位置。帶編號的層次圖(H圖)描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具A--

模塊調(diào)用關(guān)系B被調(diào)用模塊SC

圖中的主要內(nèi)容1、模塊--在SC圖中用矩形框表示，并用名字來標(biāo)記它2、模塊的調(diào)用關(guān)系和接口調(diào)用模塊A（查詢學(xué)生）B（查找學(xué)生記錄）數(shù)據(jù)信號控制信號學(xué)號查找成功信號--

模塊間接口的表示描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具例:畫出打印報告的軟件結(jié)構(gòu)圖調(diào)用次序為上層調(diào)用下層； 同層按照數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系確定；一般從左到右執(zhí)行。執(zhí)行過程即按照數(shù)據(jù)流向進(jìn)行。報告計算獲得編輯確認(rèn)數(shù)據(jù)讀入編輯打印報告頭打印報告尾打印輸入EOF輸入已編輯已編輯已編輯已確認(rèn)已確認(rèn)數(shù)據(jù)已確認(rèn)數(shù)據(jù)計算結(jié)果結(jié)果日期總結(jié)果行行行打印報告予以確認(rèn)描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具SC中還有一些附加的符號，可以表示模塊的選擇調(diào)用或循環(huán)調(diào)用。判定為真時調(diào)用A，為假時調(diào)用B注意：1.層次圖和結(jié)構(gòu)圖并不嚴(yán)格表示模塊的調(diào)用次序。通常用層次圖作為描繪軟件結(jié)構(gòu)的文檔。利用IPO圖或數(shù)據(jù)字典中的信息得到模塊調(diào)用時傳遞的信息，由層次圖導(dǎo)出結(jié)構(gòu)圖的過程，作為檢查設(shè)計正確性和評價模塊獨立性的好方法。模塊M循環(huán)調(diào)用模塊A、B、C描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具軟件結(jié)構(gòu)圖的形態(tài)特征：–深度：指結(jié)構(gòu)圖控制的層次，也是模塊的層數(shù)。能粗略表示一個系統(tǒng)的大小和復(fù)雜程度，深度和程序長度之間存在著某種對應(yīng)關(guān)系。–寬度：指一層中最大的模塊個數(shù)。一般來說，結(jié)構(gòu)的寬度越大，則系統(tǒng)就越復(fù)雜。–扇出：指一個模塊直接下屬模塊的個數(shù)。扇出過大，表示模塊過分復(fù)雜，需要控制和協(xié)調(diào)的下級模塊太

多。扇出的上限一般為

5～9，平均一般為3或4。–扇入：指一個模塊直接上屬模塊的個數(shù)。扇入過大，意味著共享該模塊的上級模塊數(shù)目多，這有一定的

益處，但是決不能違背模塊的獨立性原則而片面追

求高扇入。8.3軟件結(jié)構(gòu)有關(guān)指標(biāo)：⑴深度：表示軟件結(jié)構(gòu)中從頂層模塊到最底層模塊的層數(shù)。⑵寬度：表示控制的總分布。⑶扇出數(shù)：指一個模塊直接控制下屬的模塊個數(shù)。⑷扇入數(shù)：指一個模塊的直接上屬模塊個數(shù)。1層2層ABCD

EFGHIJKLM

N扇入為23層扇入為3寬度軟件結(jié)構(gòu)示意圖深度頂層扇出為3一個好的軟件結(jié)構(gòu)的形態(tài)準(zhǔn)則是：頂部寬度小，中部寬度大，底部寬度次之；在結(jié)構(gòu)頂部有較高的扇出數(shù)，在底部有較高的扇入數(shù)。深度、寬度、扇出和扇入都應(yīng)適當(dāng)畫結(jié)構(gòu)圖應(yīng)注意的事項：模塊不能重名。調(diào)用關(guān)系只能從上到下。8.3軟件結(jié)構(gòu)MNOPQGHICDATJKLEFBRS模塊化設(shè)計的優(yōu)化（啟發(fā)規(guī)則）人們在開發(fā)計算機(jī)軟件的長期實踐中積累了豐富的經(jīng)驗，總結(jié)這些經(jīng)驗得出了一些啟發(fā)式規(guī)則。啟發(fā)式規(guī)則能幫助人們找到改進(jìn)軟件設(shè)計提高軟件質(zhì)量的途徑。1.改進(jìn)軟件結(jié)構(gòu)提高模塊獨立性設(shè)計出軟件的初步結(jié)構(gòu)以后，應(yīng)該審查分析這個

結(jié)構(gòu)，通過模塊分解或合并，力求降低耦合提高內(nèi)聚。例如，多個模塊公有的一個子功能可以獨立成一個模塊，由這些模塊調(diào)用；有時可以通過分解或合并模塊以減少控制信息的傳遞及對全程數(shù)據(jù)的引用，并且降低接口的復(fù)雜程度。XYQ’1Q’2YQ’2QXQ(b)(c)(d)Q重復(fù)部分(a)YXQ1YQ2Xx模塊規(guī)模應(yīng)該適中一般說來，分解后不應(yīng)該降低模塊獨立性。深度、寬度、扇出和扇入都應(yīng)適當(dāng)力爭降低模塊接口的復(fù)雜程度模塊接口復(fù)雜是軟件發(fā)生錯誤的一個主要原因。應(yīng)該仔細(xì)設(shè)計模塊接口，使得信息傳遞簡單并且和模塊的功能一致。設(shè)計單入口單出口的模塊當(dāng)從頂部進(jìn)入模塊并且從底部退出來時，軟件是比較容易理解的，因此也是比較容易維護(hù)的?？刂品秶?/p>

— 結(jié)構(gòu)方面的特點，包括模塊及其所有下屬模塊。作用范圍

— 判斷所涉及到的模塊，是從功能特點考慮的。SD方法認(rèn)為：當(dāng)作用范圍為控制范圍的子集時，才能獲得較低的塊間聯(lián)系。 如下圖中的設(shè)計，判定的作用范圍恰好在判定所在模塊的下一層。TOPXTBAB1B2模塊TOP 的控制范圍是：TOP、X、T、B、A、B1、B2；模塊B 的控制范圍與作用范圍相同模塊A的控制范圍：A、B、C、D、G、E、F則F的的作用范圍：B、E、FABCDGEFBE

F6.模塊的作用域應(yīng)該在控制域之內(nèi)圖3.33控制范圍與作用范圍TOPABCDEF

(a)TOP

ABCDEF(b)TOPAB

CDEF(c)TOPABC

DEF(d)顯然，圖（a）不滿足作用范圍應(yīng)與控制范圍的原則，模塊F的作用范圍不在控制范圍之內(nèi)。圖（b）中模塊TOP和圖（c）中模塊B雖然滿足上述原則，但其作用范圍所涉及到的模塊不是直接的。圖（d）的模塊設(shè)計最合理。應(yīng)用范圍與作用范圍舉例7.模塊功能應(yīng)該可以預(yù)測模塊的功能應(yīng)該能夠預(yù)測，但也要防止模塊功能過分局限。如果一個模塊可以當(dāng)做一個黑盒子，也就是說，只要輸入的數(shù)據(jù)相同就產(chǎn)生同樣的輸出，這個模塊的功能就是可以預(yù)測的。以上列出的啟發(fā)式規(guī)則多數(shù)是經(jīng)驗規(guī)律，對改進(jìn)

設(shè)計，提高軟件質(zhì)量，往往有重要的參考價值；但是，它們既不是設(shè)計的目標(biāo)也不是設(shè)計時應(yīng)該普遍遵循的

原理。8.4軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型軟件體系結(jié)構(gòu)是一種表達(dá)，使軟件工程師能夠分析設(shè)計是否滿足需求、選擇合理的方案和降低風(fēng)險。大型軟件系統(tǒng)總是被分解成一系列子系統(tǒng)，由子系統(tǒng)提供一些相關(guān)的服務(wù)。軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計過程就是識別出這些子系統(tǒng)，并建立子系統(tǒng)控制和通信的框架，最后給出軟件體系結(jié)構(gòu)的一個描述。兩類結(jié)構(gòu)模型：系統(tǒng)構(gòu)成模型系統(tǒng)控制模型概念補(bǔ)充概念補(bǔ)充概念補(bǔ)充概念補(bǔ)充概念補(bǔ)充概念補(bǔ)充概念補(bǔ)充概念補(bǔ)充系統(tǒng)構(gòu)成模型以數(shù)據(jù)為中心的結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)模型客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)模型抽象機(jī)結(jié)構(gòu)模型1.以數(shù)據(jù)為中心的結(jié)構(gòu)模型由一組子系統(tǒng)構(gòu)成，子系統(tǒng)交換信息，協(xié)調(diào)工作有兩種基本方法：全部共享數(shù)據(jù)放在一個中央數(shù)據(jù)庫中，所有子系統(tǒng)都能從中存取數(shù)據(jù)。每個子系統(tǒng)用各自的數(shù)據(jù)庫與其他子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過消息傳遞來實現(xiàn)。共享數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點是能夠高效地共享大量的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的子系統(tǒng)不需要關(guān)心數(shù)據(jù)如何被其他子系統(tǒng)使用，可以集中進(jìn)行如備份、保密性、訪問控制和錯誤恢復(fù)等活動；缺點是子系統(tǒng)一定要與以數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)模型一致，系統(tǒng)變更或進(jìn)化比較困難，子系統(tǒng)的需求會不同，難以集成，以及很難將數(shù)據(jù)分布到多臺機(jī)器上。2.數(shù)據(jù)流體系結(jié)構(gòu)模型當(dāng)輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列的計算和操作構(gòu)件或模塊的變換形成輸出數(shù)據(jù)時，可以應(yīng)用數(shù)據(jù)流體系結(jié)構(gòu)。管道和過濾器結(jié)構(gòu)通過一組由管道連接的過濾器來變換數(shù)據(jù)，并向下傳遞。管道和過濾器結(jié)構(gòu)過濾器過濾器過濾器過濾器過濾器過濾器過濾器過濾器3.客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)模型客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)模型的主要組成部分是：一組給其他子系統(tǒng)提供服務(wù)的單機(jī)服務(wù)器一組向服務(wù)器請求服務(wù)的客戶機(jī)一個