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1、第五章 总体设计软件工程 （Software Engineering）Date1总体设计 需求分析解决：系统做什么？ 总体设计解决：系统怎样做？Date2总体设计总体设计(Summary Design)又称为概要设计 或初步设计。通过这个阶段的工作将划分出组成 系统的物理元素程序(Program)、文件(File)、 数据库(Dada base)、人工过程和文档(Document) 等等，但是每个物理元素仍然处于黑盒子(Black Box)级，这些黑盒子里的具体内容将在以后仔细 设计。总体设计阶段的另一项重要任务是： 设计软件的结构 确定系统中每个程序是由哪些模块组成 确定模块相互间的关系 前
2、一页Date3 设计过程 设计原理 启发式规则 描述软件结构的图形工具 面向数据流的设计方法 本章主要内容前一页Date4总体的设计过程 总体设计过程分为两个阶段 系统设计阶段：确定系统的实现方案 结构设计阶段：确定软件结构Date5前一页总体的设计过程 设想供选择的方案 选取合理的方案 推荐最佳方案 功能分解 设计软件结构 数据库设计 制定测试计划 书写文档 审核和复审 Date6前一页总 体 的 设 计 过 程设想供选择的方案分析员考虑各种可能的实现方案 (Project)，并且力求从中选出最佳方案。 在总体设计阶段开始时只有系统的逻辑模 型，分析员有充分的自由分析比较不同的 物理实现方案
3、，可以从需求分析得到的数 据流图入手。常用的方法是：设想在数据流图中处 理分组的各种可能的方法，抛弃在技术上 行不通的方法，余下的方法作为可能实现 的策略，并且可以启发供选择的物理系统 。 Date7前一页总 体 的 设 计 过 程选取合理方案从上一步提供的方案中选取，至少 选取低成本、中等成本和高成本的三种 方案。对每个合理的方案分析员都应该 准备下列四份资料： （1）系统流程图 （2）组成系统的物理元素的清单（3）成本/效益分析（4）实现这个系统的进度计划 Date8前一页总 体 的 设 计 过 程推荐最佳方案分析员应该综合分析对比各种合理的方 案，推荐一个最佳的方案，并且为推荐的方 案制
4、定详细的实现计划。用户和有关的技术专家审查推荐的最佳 系统，如果确定该系统符合用户的需要，并 且是在现有条件下完全能够实现的，则请使 用部门负责人进一步审批。在接受分析员所 推荐的方案之后，系统设计完成，进入总体 设计过程的下一个重要阶段结构设计。 Date9前一页总 体 的 设 计 过 程功能分解为了最终实现目标系统，必须设计出组成 这个系统的所有程序和文件（或数据库）。对 程序（特别是复杂的大型程序）的设计，通常 分为两个阶段完成： 结构设计(Structure Design) ：是总体设 计阶段的任务，确定程序由那些模块组 成，以及这些模块之间的关系。 过程设计(Process Desi
5、gn)：是详细设计 阶段的任务，确定每个模块的处理过程。 Date10功能分解 为确定软件结构，首先需要从实现 角度把复杂的功能进一步分解。 功能分解导致数据流图进一步细化 ，同时使用图形工具描述算法。Date11前一页总 体 的 设 计 过 程设计软件结构即结构设计，包括确定系统各模块 间的关系。通常程序中的一个模块完成一个适 当的子功能，而一个程序包含若干个 模块，因此考虑把模块组织成良好的 层次系统。顶层模块调用它下层模块 以实现程序的完整功能，每个下层模 块再调用更下层的模块，从而完成程 序的一个子功能，最下层的模块完成 最具体的功能 。 Date12设计软件结构顶层模块调用它下层模块
6、以实现程序的 完整功能，每个下层模块再调用更下层的 模块，从而完成程序的一个子功能，最下 层的模块完成最具体的功能 。软件结构可以用层次图或结构图表示。有些软件的结构可以通过细化的数据流图 映射得到。Date13前一页总 体 的 设 计 过 程数据库设计对于需要使用数据库的系统， 工程师需要对数据库进行设计。Date14前一页总 体 的 设 计 过 程制定测试计划在软件开发的早期阶段考虑测试 (Testing)问题，能促使软件设计人员 在设计时注意提高软件的可测试性 。Date15前一页总 体 的 设 计 过 程书写文档1.系统说明2.用户手册3.测试计划4.详细的实现计划5.数据库设计结果
7、Date16前一页总 体 的 设 计 过 程审核和复审最后应该对总体设计的结果进 行严格的技术审查，通过之后再由 使用部门从管理和应用的角度进行 复审。Date17软件设计的概念和原理模块化 抽象 逐步求精 信息隐蔽和局部化 模块独立 前一页主要内容Date18前一页软 件 设 计 的 概 念 和 原 理模块化模块(Modular)是数据说明、可执 行语句等程序对象的集合，它是单独 命名的而且可通过名字来访问。模块 化就是把程序划分成若干个模块，每 个模块完成一个子功能，把这些模块 集总起来组成一个整体，可以完成指 定的功能满足问题的要求。 Date19前一页软 件 设 计 的 概 念 和 原
8、 理模块化设函数C（x）定义问题x的复杂程度， 函数E（x）确定解决问题x需要的工作量（ 时间），对于两个问题p1和p2，If C（p1） C（p2）Then E（p1） E（p2）C（p1p2） C(P1) + C(p2)E（p1p2） E（p1）+ E（p2） Date20前一页模块化与软件成本Date21前一页软 件 设 计 的 概 念 和 原 理抽 象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抽象 (Abstract)。人们在实践中认识到，在 现实世界中一定事物、状态或过程之 间总存在着某些相似的方面（共性)。 把这些相似的方面集中和概括起来， 暂时忽略它们之间的差异，这就是
9、抽 象。Date22抽 象 处理复杂系统的唯一有效的方法是用层次 的方式构造和分析它。Date23逐步求精 逐步求精和模块化的概念，与抽象是密切 相关的。 如软件工程的每一步都是对软件解法的抽 象层次的一次精化。可行性分析阶段，软 件作为完整的部件；需求阶段，软件解法 使用熟悉的问题描述；从总体设计到详细 设计，抽象程度降低，逐步精化。 抽象与求精互补。Date24逐步求精 定义：为了能集中精力解决主要问题而尽 量推迟对问题细节的考虑。 原因：人类认知过程的局限Miller法则一个人在任何时候都只能把注意力集中在 （7+ 2）个知识块上。逐步求精的效果，把注意力集中在与当前 开发最相关的问题上
10、，忽略暂时不需要考 虑的细节。Date25前一页软 件 设 计 的 概 念 和 原 理信息的隐蔽和局部化信息隐藏：使得一个模块内包括的信 息(过程和数据）对于不需要这些信息的 模块来说，是不能访问的。 局部化：把一些关系密切的软件元素 物理地放得彼此靠近。“隐蔽”(Hiding)意味着有效的模块化 可以通过定义一组独立的模块而实现，这 些独立的模块彼此间仅仅交换那些为了完 成系统功能而必须交换的信息。 Date26前一页模块独立模块独立(Independence)的概念是模块化、 抽象、信息隐蔽和局部化概念的直接结果。开发具有独立功能而且和其他模块之间没 有过多的相互作用的模块，就可以做到模块
11、独 立 。模块独立性的优点：第一，有效的模块化（即具有独立的模块 ）的软件比较容易开发出来。 第二，独立的模块比较容易测试和维护。Date27模块独立模块的独立程度可以由两个定性标准 度量，这两个标准分别称为内聚和耦合， 内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合 的紧密程度；耦合衡量不同模块彼此间互 相依赖（连接）的紧密程度。 Date28前一页软 件 设 计 的 概 念 和 原 理模块独立 耦合耦合 （Coupling）耦合是对一个软件结构内不同模块之间 互联程度的度量。在软件设计时应该追求松散耦合的系统。如果两个模块中的每一个都能独立地工 作而不需要另一个模块地存在，那么它们彼 此完全独立，这
12、意味着模块间无任何连接， 耦合程度最低 。Date29前一页几 种 类 型 的 耦 合模块独立 耦合数据耦合 (Data Coupling)：如果两个模块彼 此间通过参数交换信息，而且交换的信息仅 仅是数据，那么这种耦合称为数据耦合。 控制耦合(Control Coupling) ：如果传递的信 息中有控制信息，则这种耦合称为控制耦合 。 数据耦合是低耦合。系统必须存在这种 耦合，因为只有当某些模块的输出数据作为 另一些模块的输入数据时，系统才能完成有 价值的功能。 Date30前一页模块独立 耦合公共环境耦合 (Common Coupling)： 当两个或多个模块通过一个公共数据环境 相互作
13、用时，它们之间的耦合称为公共环 境耦合。内容耦合(Contain Coupling)：最高程 度的耦合是内容耦合。 原则：尽量使用数据耦合，少用控制耦 合，限制公共环境耦合的范围，完全不用 内容耦合 。几 种 类 型 的 耦 合Date31前一页软 件 设 计 的 概 念 和 原 理模块独立 内聚内聚(Cohesion)内聚是一个模块内各个元素彼此结合的紧 密程度。设计时应该力求做到高内聚，通常中 等程度的内聚也是可以采用的。内聚和耦合密切相关，模块内的高内聚意 味着模块间的松耦合。 按程度分类：低内聚 中内聚 高内聚Date32前一页模块独立 内聚低内聚 有如下几类：偶然内聚、逻辑内聚 、
14、时间内聚 偶然内聚(Coincidental Cohesion)：模块中 ，元素之间没有实质的联系，在不同的场合需 要做不同的修改，导致出错概率高。逻辑内聚(Logical Cohesion)：模块中，不 同功能混在一起，合用部分程序代码，局部修 改会影响全局，导致修改困难。时间内聚(Temporal Cohesion)：模块中， 各处理单元必须在一个有限的时间间隔内执行 完成。几 种 类 型 的 内 聚Date33前一页模块独立 内聚中内聚 主要有两类：过程内聚(Procedural Cohesion) 需要 按特定顺序执行模块内的处理元素的称为过 程内聚。通信内聚(Communicatio
15、n Cohesion) 模 块中所有元素都使用同一个输入数据或输出 同一个数据，称为通信内聚。 几 种 类 型 的 内 聚Date34前一页模块独立 内聚高内聚 也有两类：顺序内聚 功能内聚 顺序内聚(Sequential Cohesion) 模 块中一个处理单元的输出是另一个处理单 元的输入。功能内聚(Functional Cohesion) 模块 中所有处理单元共同完成同一功能。 功能内聚是最高程度的内聚。几 种 类 型 的 内 聚Date35前一页软 件 设 计 的 概 念 和 原 理模块独立 内聚高内聚 也有两类：顺序内聚、功 能内聚。对内聚的参考评价：功能内聚 10分 时间内聚 3分
16、顺序内聚 9分 逻辑内聚 1分通信内聚 7分 偶然内聚 0分过程内聚 5分Date36启发式规则改进软件结构提高模块独立性 模块规模应该适中 深度、宽度、扇出和扇入应适当 模块的作用域应在控制域之内 尽量降低模块接口的复杂程度 设计单入口出口的模块 模块功能应该可以预测 前一页主要内容Date37图形工具层次图和HIPO图 结构图 前一页主要内容Date38前一页图 形 工 具层次图层次图 用来描绘软件的层次结构 ，层次图适合于在自顶向下设计软件 的过程中使用。Date39层次图 层次图和层次方框图的区别 层次图中一个矩形表示一个模块，矩形框 之间的连线表示调用关系 层次方框图一个矩形表示一个数据集合， 矩形框之间的连线表示数据的层次Date40
