第五章總體設計設計過程設計原理啟發(fā)規(guī)則描繪軟件結(jié)構的圖形工具面向數(shù)據(jù)流的設計方法15.1設計過程系統(tǒng)設計階段：確定系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案結(jié)構設計階段：確定軟件結(jié)構2典型的總體設計過程（一）1.設想供選擇的方案綜合考慮各種可能的實現(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。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，從可選方案中選擇若干個合理的方案，通常至少選擇低成本、中等成本、高成本三種方案。對于每種方案應準備：系統(tǒng)流程圖、組成系統(tǒng)的物理元素清單、成本/效益分析、實現(xiàn)系統(tǒng)的進度計劃。3.推薦最佳方案綜合分析、對比各種合理方案的利弊，推薦一個最佳的方案，并為推薦的最佳方案制定一個詳細的實現(xiàn)計劃。用戶和有關人員評審所推薦的最佳方案。3典型的總體設計過程（二）4.功能分解確定系統(tǒng)有哪些模塊構成，以及這些模塊之間的關系。對于復雜的功能或模塊，結(jié)合數(shù)據(jù)流圖，進一步分解。5.設計軟件結(jié)構系統(tǒng)軟件是由實現(xiàn)各個子功能的模塊構成，軟件結(jié)構是指模塊組成的層次關系。軟件結(jié)構用層次圖或結(jié)構圖表示。數(shù)據(jù)流圖細化到適當?shù)膶哟?，可以映射出軟件結(jié)構。6.設計數(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，進一步設計數(shù)據(jù)庫。4典型的總體設計過程（三）7.制定測試計劃開發(fā)早期考慮并制定測試計劃，有助于在設計時注意提高軟件的可測試性。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)構成方案，組成系統(tǒng)的物理元素清單，成本/效益分析；對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)構圖描繪的軟件結(jié)構，用IPO圖或其他工具簡要描述的各個模塊的算法，模塊間的接口關系，以及需求、功能和模塊三者之間的交叉參照關系等。用戶手冊：根據(jù)總體設計階段的結(jié)果，更正在需求分析階段產(chǎn)生的用戶手冊。測試計劃：包括測試策略，測試方案，預期的測試結(jié)果，測試進度計劃等。詳細的實現(xiàn)計劃數(shù)據(jù)庫設計結(jié)構9.審查和復審技術審查－－系統(tǒng)開發(fā)方管理復審－－系統(tǒng)使用者55.2設計原理模塊化抽象逐步求精信息隱藏和局部化模塊獨立6模塊化（一）定義：是指能夠相對獨立的實現(xiàn)一定功能的程序代碼。簡單的講，模塊化就是把程序劃分成獨立命名且可獨立訪問的模塊，每個模塊完成一個子功能，把這些模塊集成起來構成一個整體，可以完成指定的功能滿足用戶的需求?！皬碗s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中的對象、對象內(nèi)的方法。優(yōu)點：軟件結(jié)構清晰，便于設計、交流容易測試、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)項目的組織與管理7模塊化（二）缺點：當模塊數(shù)目增加時每個模塊的規(guī)模將減小，開發(fā)單個模塊需要的成本(工作量)減少了；但是，隨著模塊數(shù)目增加，設計模塊間接口所需要的工作量將增加，并且在模塊交互時易發(fā)生錯誤。圖5.1模塊化和軟件成本

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節(jié)。應用：一個復雜系統(tǒng)可以用一些高級的抽象概念構造和理解，這些高級概念又可以用一些較低級的概念構造和理解，如此進行下去，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；當由總體設計向詳細設計過渡時，抽象的程度隨之減少；最后，當源程序?qū)崿F(xiàn)，即達到抽象的最低層。抽象與模塊化的關系：軟件結(jié)構頂層的模塊，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，簡化軟件的設計和實現(xiàn)，提高軟件的可理解性和可測試性，并且使軟件更容易維護。9逐步求精定義：是一種自頂向下的設計策略：通過逐步分解對功能的宏觀陳述而開發(fā)出層次結(jié)構，直至最終得出用程序設計語言表達的程序。實質(zhì)：求精就是細化的過程。求精與抽象的關系：互補性：抽象使設計者說明過程和數(shù)據(jù)，但卻忽略低層的細節(jié)；逐步求精則幫助設計者在設計過程中逐步揭示出低層的細節(jié)。10信息隱藏與局部化定義：劃分模塊時，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。即隱藏每個模塊所包含的私有信息。

所謂局部化是指把一些關系密切的軟件元素物理地放得彼此靠近。局部化有助于實現(xiàn)信息隱藏。應用：在模塊中，隱藏的是模塊的實現(xiàn)細節(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：易修改。11模塊獨立（一）定義：是指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系很簡單。優(yōu)點：容易設計和開發(fā)。功能分割相對獨立，可以簡化接口，并且便于分工合作開發(fā)。獨立的模塊比較容易測試和維護。度量標準：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：衡量一個模塊內(nèi)部各個元素彼此結(jié)合的緊密程度。12模塊獨立（二）：耦合分類數(shù)據(jù)耦合：兩個模塊間通過參數(shù)交換的信息僅是必須的數(shù)據(jù)。控制耦合：傳遞的交換信息中有控制信息，有時這種控制信息以數(shù)據(jù)的形式出現(xiàn)。特征耦合：整個數(shù)據(jù)結(jié)構作為參數(shù)傳遞而被調(diào)用的模塊只需要使用其中的一部分數(shù)據(jù)元素。即：被調(diào)用的模塊可以使用的數(shù)據(jù)多于它確實需要的數(shù)據(jù)，這將導致對數(shù)據(jù)的訪問失去控制。公共環(huán)境耦合：兩個或多個模塊通過一個公共數(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)、存儲介質(zhì)上的文件、物理設備等。內(nèi)容耦合：下列情況之一一個模塊訪問另一個模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)一個模塊不通過正常入口而轉(zhuǎn)到另一個模塊的內(nèi)部兩個模塊有一部分程序代碼重疊一個模塊有多個入口(這意味著一個模塊有幾種功能)13模塊獨立（二）（續(xù)）

耦合應用原則盡量使用數(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。14模塊獨立（三）：內(nèi)聚低內(nèi)聚偶然內(nèi)聚：一個模塊完成一組任務，這些任務間即使存在關系，關系也是很松散的。邏輯內(nèi)聚：一個模塊完成的任務在邏輯上是相同或相似的。時間內(nèi)聚：一個模塊包含的任務必須在同一段時間內(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輸入數(shù)據(jù)和(或)產(chǎn)生同一個輸出數(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功能密切相關，而且這些處理必須順序執(zhí)行，即：一個處理元素的輸出數(shù)據(jù)作為下一個處理元素的輸入數(shù)據(jù)。功能內(nèi)聚：模塊內(nèi)所有處理元素屬于一個整體，完成一個單一的功能。15模塊獨立（三）：內(nèi)聚（續(xù)）內(nèi)聚的優(yōu)劣評分功能內(nèi)聚 10分 時間內(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分應用原則設計時不必精確確定內(nèi)聚的級別，力爭做到高內(nèi)聚。辨認低內(nèi)聚的模塊，通過修改設計提高模塊的內(nèi)聚程度，降低模塊間的耦合程度，以獲得較高的模塊獨立性。內(nèi)聚與耦合的關系模塊內(nèi)的高內(nèi)聚往往意味著模塊間的松耦合是模塊化設計的有力工具實踐表明內(nèi)聚比耦合更重要165.3啟發(fā)規(guī)則（一）1.改進軟件結(jié)構提高模塊獨立性

例如：多個模塊共用的一個子功能可以獨立成一個模塊，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全程數(shù)據(jù)的引用，并且降低接口的復雜程度。2.模塊規(guī)模應該適中模塊的規(guī)模不應過大，不超過60行語句為宜。過大的模塊通常是分解不充分；進一步分解必須符合問題結(jié)構，并且分解后不應該降低模塊獨立性。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)接口復雜。175.3啟發(fā)規(guī)則（二）3.深度、寬度、扇入、扇出應適當

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

模塊的作用域：模塊內(nèi)一個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。設計原則：模塊的作用域不超出模塊的控制域。18圖5.2模塊的控制域與作用域195.3啟發(fā)規(guī)則（三）5.力爭降低模塊接口的復雜程度：仔細設計模塊接口，使得信息傳遞簡單，并且和模塊的功能一致。6.設計單入口單出口的模塊：防止模塊間的內(nèi)容耦合。7.模塊功能應該可以預測，同時防止模塊功能過于局限。20層次圖HIPO圖結(jié)構圖5.4描繪軟件結(jié)構的圖形化工具21圖5.3層次圖

層次圖用來描繪軟件的層次結(jié)構：一個矩形框代表一個模塊，方框間的連線表示調(diào)用關系。22圖5.4帶編號的層次圖（H圖）添加編號，最頂層除外。每個方框（模塊）對應一張IPO圖，描繪模塊的處理過程。23圖5.5結(jié)構圖的例子方框之間的箭頭或直線表示模塊的調(diào)用關系；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)，實心圓表示傳遞的是控制信息。24

圖5.6選擇判定圖5.7模塊M循環(huán)調(diào)用模塊A、B、C25層次圖和結(jié)構圖的應用小結(jié)描繪軟件結(jié)構的圖形化工具。沒有嚴格表示模塊的調(diào)用次序。沒有指明什么時候調(diào)用下層模塊。即：沒有確定調(diào)用時機。只表明一個模塊調(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)構的文檔；結(jié)構圖檢查設計的正確性和評價模塊的獨立性。26基于數(shù)據(jù)流圖描繪的數(shù)據(jù)信息流在系統(tǒng)中加工和流動情況，映射出軟件體系結(jié)構。信息流的類型：變換流事務流5.5面向數(shù)據(jù)流的設計方法27圖5.8變換流

信息沿輸入通路進入系統(tǒng)，同時由外部形式變換成內(nèi)部形式，進入系統(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)。28圖5.9事務流數(shù)據(jù)（事務）沿輸入通路到達一個處理T，這個處理根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型在若干個動作序列中選出一個來執(zhí)行。29圖5.10面向數(shù)據(jù)流方法的設計過程30總體設計階段的基本目的：用比較抽象概括的方式確定系統(tǒng)如何完成預定的任務，即：應該確定系統(tǒng)的物理配置方案，并且確定