論使用復用設計1、引言復用是活動，而不是對象。在創(chuàng)建軟件相關的系統(tǒng)的語境中，復用僅僅是非常簡單的任何過程，該過程通過復用來自以前開發(fā)工作的某些東西來生產(chǎn)(或幫助生產(chǎn))一個系統(tǒng)。那么，唯一的問題是：復用什么、什么是導致成功復用的過程。在軟件工程的范圍內，復用既是舊概念，也是新概念。程序員從最早的計算時代已開始復用概念、對象、論據(jù)、抽象和過程，但是我們復用的途徑是特定的。本文對軟件復用的討論，將從以下四個方面進行：1）軟件工程師可以獲得一系列可復用的軟件制品，這些包括軟件的技術表示(例如，規(guī)約、體系結構模型、設計和代碼)、文檔、測試數(shù)據(jù)，甚至包括過程相關的任務(如，檢查技術)。2）復用過程包括兩個并發(fā)的子過程：領域工程和軟件工程。領域工程的目的是在特定應用領域中標識、構造、分類和傳播一組軟件制品。然后，軟件工程可在新系統(tǒng)開發(fā)中選取這些軟件制品作為復用。3）構件復用為軟件質量、開發(fā)者生產(chǎn)率、以及整個系統(tǒng)成本帶來了固有的收益，然而，在復用過程模型被廣泛地用于軟件產(chǎn)業(yè)前，必須克服很多障礙。4）對可復用構件的分析、設計技術采用和在良好的軟件工程實踐中使用的相同原則和概念?？蓮陀脴嫾撛谝粋€環(huán)境中設計，該環(huán)境為每個應用領域建立標準數(shù)據(jù)結構、接口協(xié)議和程序體系結構。2、可復用的軟件制品軟件復用不僅僅涉及源代碼，但是，還涉及多少東西呢？CaperJones定義了可作為復用候選的十種軟件制品：項目計劃。軟件項目計劃的基本結構和許多內容(例如，SQA計劃)均是可以跨項目復用的。這樣減少了用于制定計劃的時間，也減低了和建立進度表、風險分析和其他特征相關的不確定性。成本估計。因為經(jīng)常不同項目中含有類似的功能，所以有可能在極少修改或不修改的情況下，復用對該功能的成本估計。體系結構。即使當考慮不同的應用領域時，也很少有截然不同的程序和數(shù)據(jù)體系結構。因此，有可能創(chuàng)建一組類屬的體系結構模板(例如，事務處理體系結構)，并將那些模板作為可復用的設計框架。需求模型和規(guī)約。類和對象的模型和規(guī)約是明顯的復用的候選者，此外，用傳統(tǒng)軟件工程方法開發(fā)的分析模型(例如，數(shù)據(jù)流圖)也是可復用的。設計。用傳統(tǒng)方法開發(fā)的體系結構、數(shù)據(jù)、接口和過程化設計是復用的候選者，更常見的是，系統(tǒng)和對象設計是可復用的。源代碼。驗證過的程序構件(用兼容的程序設計語言書寫的)是復用的候選者。用戶和技術文檔。即使特定的應用是不同的，也經(jīng)常有可能復用用戶和技術文檔的大部分。用戶界面?？赡苁亲顝V泛被復用的軟件制品，GUI軟件經(jīng)常被復用。因為它可占到一個應用的60％的代碼量，因此，復用的效果非常顯著。數(shù)據(jù)。在大多數(shù)經(jīng)常被復用的軟件制品中，數(shù)據(jù)包括：內部表、列表和記錄結構，以及文件和完整的數(shù)據(jù)庫。測試用例。一旦設計或代碼構件將被復用，相關的測試用例應該“附屬于”它們。應該注意，復用可以擴展到上面所討論的可交付的軟件制品之外，它也包含了軟件工程過程中的元素。特定的分析建模方法、檢查技術、測試用例設計技術、質量保證過程、以及很多其他軟件工程實踐可以被“復用”，例如，如果某軟件項目組有效地應用凈室軟件工程方法，該方法可能適用于另一個項目。為了作出決定，有必要定義一組描述功能，它們使得潛在的凈室用戶能夠對其應用作出適當?shù)臎Q策。3、復用過程復用過程包括兩個并發(fā)的子過程：領域工程和軟件工程。3.1、領域工程領域工程的目的是標識、構造、分類和傳播一組軟件制品，它們對某特定應用領域中對現(xiàn)存的和未來的軟件系統(tǒng)具有很好適用性。其整體目標是建立相應的機制，以使得軟件工程師在工作于新的或現(xiàn)存的系統(tǒng)時可以分享這些軟件制品——復用它們。領域工程包括三個主要的活動——分析、構造和傳播。在第20章中已給出領域分析的概述，然而，本節(jié)中將再討論這個話題。領域構造和傳播將在本章以后幾節(jié)中討論。有人爭辯說“復用將消失，不是被消除，而是被集成”進軟件工程實踐之中，隨著復用被更多的強調，人們相信在下個十年領域工程將變得和軟件工程一樣重要。3.1.1、領域分析過程在面向對象軟件工程范圍內領域分析的方法，過程中的步驟定義如下：1).定義將被研究的領域。2).分類從領域中抽出的物項。3).收集領域中有代表性的應用樣本。4).分析樣本中的每個應用。5).開發(fā)對象的分析模型。必須注意，領域分析適用于任意軟件工程范型，并且可以用于傳統(tǒng)的以及面向對象的軟件開發(fā)。Prieto－Diaz擴展了上面給出的領域分析的第二個步驟，建議了一個8步驟的標識和分類可復用軟件制品的方法：1).選擇特定的功能/對象。2).抽象功能/對象。3).定義分類法。4).標識公共特征。5).標識特定的關系。6).抽象關系。7).導出功能模型。8).定義領域語言。領域語言使得在領域中進行應用的規(guī)約及構造成為可能。雖然上面的步驟提供了一個有用的領域分析模型，但是它沒有提供幫助決定哪些軟件制品是復用候選的有用的指南。Hutchinson和Hindley提出了下面一組實際的問題，它們可以用作標識可復用軟件構件的指南：*構件功能對未來的實現(xiàn)工作是需要的嗎？*在領域中構件功能的公共性怎樣？*在領域中存在構件功能的重復嗎？*構件是否依賴于硬件？*在不同實現(xiàn)之間硬件是否保持不變？*硬件細節(jié)可被移動到另一個構件嗎？*設計為下面的實現(xiàn)進行過足夠的優(yōu)化嗎？*我們能夠將一個不可復用的構件參數(shù)化以使其變成可復用的嗎？*構件是否可以僅僅經(jīng)過少許修改就能夠在很多實現(xiàn)中復用嗎？*通過修改進行復用是可行的嗎？*某不可復用的構件能夠通過被分解以產(chǎn)生一組可復用構件嗎？*針對復用的構件分解是有效的嗎？關于領域分析的深入討論不在本書范圍之內，更多的信息可見。3.1.2、結構建模和結構點當使用領域分析時，分析員尋找在某領域中應用間的重復模式。結構化建模(Structuralmodeling)是一種基于模式的領域工程方法，應用該方法的前提假設是：每個應用領域有重復的模式(功能的、數(shù)據(jù)的和行為的)，它們具有可復用的潛在可能。Pollak和Rissman描述結構建模如下：結構模型由少量的用于表明清晰的交互模式的結構元素組成。使用結構模型的系統(tǒng)的體系結構通過多個由這些模型元素組成的東西來刻劃，這樣，在系統(tǒng)的體系結構單元間的復雜交互可以用在這些少量元素間的簡單交互模式來描述。每個應用領域可用一個結構模型來刻劃(例如，飛行器電子設備在細節(jié)上差異很大，但是在該領域的所有現(xiàn)代軟件具有相同的結構模型)，因此，結構模型是一種體系結構制品，它可以也應該在領域內所有應用中被復用。McMahon描述結構點(structurePoint)為：“在結構模型中的一個獨特構成物”，結構點有三個顯著的特征：1).一個結構點是一個抽象，它應該有有限數(shù)量的實例。用面向對象的行話來陳述，類層次的規(guī)模應是小的。此外，該抽象應該在領域中所有應用中不斷重現(xiàn)，否則，用于驗證、文檔化和傳播結構點所需的努力不可能是成本合算的。2).管理結構點的使用的規(guī)則應該是容易理解的。此外，結構點的接口應該相當簡單。3).結構點應該通過隱藏所有包含在結構點內部的復雜性而實現(xiàn)信息隱蔽，這會減少整個系統(tǒng)可被感知的復雜性。作為把結構點當作系統(tǒng)的體系結構模式的一個例子，考慮警報系統(tǒng)的軟件領域，該領域可能包含如SafeHome①這樣簡單的系統(tǒng)，或如工業(yè)過程警報系統(tǒng)這樣復雜的系統(tǒng)，然而，在每種情形，均可以遇到一組可以預測的結構模式：*界面，使用戶能夠和系統(tǒng)交互。*范圍設置機制，允許用戶設置將被測度的參數(shù)的范圍。*傳感器管理機制，和所有的監(jiān)控傳感器通訊。*反應機制，對傳感器管理系統(tǒng)提供的輸入作出反應。*控制機制，使用戶能夠可以控制監(jiān)控執(zhí)行的方式。這些結構點中的每一個被集成到一個領域體系結構中。定義跨越一組不同的應用領域的類屬的結構點是可能的：*應用前端。GUI，包括所有菜單、面板、輸入和命令編輯設施。*數(shù)據(jù)庫。所有和應用領域相關的對象的倉庫。*計算引擎。操作數(shù)據(jù)的數(shù)值和非數(shù)值模型。*報告設施。產(chǎn)生所有種類的輸出的功能。*應用編輯器。根據(jù)用戶特定需要定制應用的機制。結構點已被建議作為在軟件成本估計中代碼行和功能點的替代物。4、構件復用關于創(chuàng)建可復用的軟件并沒有任何神奇之處。抽象、隱蔽、功能獨立性、求精、以及結構化程序設計等設計概念，連同面向對象方法、測試、SQA、以及正確性驗證方法——所有均對可復用軟件構件的創(chuàng)建有貢獻。本節(jié)中，我們將不重復討論這些話題，而是考慮特定于復用的問題，它們是對完整的軟件工程實踐的補充。4.1、為了復用的分析和設計數(shù)據(jù)、功能和行為模型(用一系列不同符號表示)可以被創(chuàng)建以描述特定應用必須完成的任務，書面的規(guī)約被用于描述這些模型并生成完整的需求描述。理想地，分析分析模型以確定模型中的那些指向現(xiàn)存的可復用軟件制品的元素。問題是以能夠導致“規(guī)約匹配”的形式從需求模型中抽取信息。Bellinzoni及其同事描述了一種針對面向對象系統(tǒng)的方法：構件被在不同的抽象層次定義和存儲為規(guī)約、設計和實現(xiàn)類——每個類是來自以前應用的某產(chǎn)品的工程化描述。規(guī)約知識——開發(fā)知識——被以復用建議(reuse-suggestion)類的形式存儲，它們包括對以構件的描述為基礎檢索可復用構件及檢索后組裝和剪裁構件的指導。使用自動化工具瀏覽構件庫，以試圖匹配當前規(guī)約中所標記的需求和那些為現(xiàn)存可復用構件(類)描述的需求。領域特征和關鍵詞被用于發(fā)現(xiàn)潛在的可復用構件。如果規(guī)約匹配生成符合當前應用需要的構件，設計者可從可復用構件庫中提取這些構件并將它們用于新系統(tǒng)的設計中。如果沒能找到設計構件，軟件工程師必須應用傳統(tǒng)的或面向對象的設計方法去創(chuàng)建它們。正是在這點——當設計者開始創(chuàng)建新的構件時——應該考慮為了復用的設計(DFR)。我們已經(jīng)提到過，為了復用的設計需要軟件工程師應用已有的設計概念和原則，但是，也必須考慮應用領域的特征。Binder建議了作為為了復用的設計的基礎而應該考慮的一系列關鍵問題：標準數(shù)據(jù)。應該研究應用領域，并標識出標準的全局數(shù)據(jù)結構(例如，文件結構或完整的數(shù)據(jù)庫)，那么所有設計構件可以使用這些標準數(shù)據(jù)結構來刻劃。標準接口協(xié)議。應該建立三個層次的接口協(xié)議：模塊內接口的本質、外部的技術(非人)接口的設計、以及人機界面。程序模板。結構模型可以作為新程序的體系結構設計的模板。一旦已經(jīng)建立了標準數(shù)據(jù)、接口和程序模板，則設計者有了一個可在其中創(chuàng)建設計的框架。符合這個框架的新的構件對以后的復用有更高的概率。4.2、構造方法和設計一樣，可復用軟件制品的構造依賴于本書中其他地方已經(jīng)討論過的軟件工程方法，構造可以使用傳統(tǒng)的第三代語言、第四代語言和代碼生成器、可視化程序設計技術、或更高級的工具來完成。更高級的構造技術的一個有代表性例子是Netron公司開發(fā)Frame技術Netron方法定義了一組自適應的、稱作Frame的類屬構件。和對象一樣，F(xiàn)rame封裝數(shù)據(jù)和操作，但是，它擴展了對象的定義，它結合進了使軟件工程師能夠通過選擇、刪除、修改或重復那些構成該Frame的任意子構件而對Frame進行適應性修改的機制。可以通過組裝來自Frame層次的構件而構造應用。在該層次底部的Frame類似于在因子化體系結構中的工作者(worker)模塊，即，它們包含執(zhí)行低層系統(tǒng)功能(例如，操作系統(tǒng)交互、接口構造、數(shù)據(jù)庫交互)的操作和數(shù)據(jù)結構；在Frame層次中層的Frame著重于和特定信息系統(tǒng)領域相關的功能(例如，事務處理、銀行業(yè)務、客戶服務)；在層次的頂部是“規(guī)約fream”，它的作用是作為“系統(tǒng)的主要藍圖和開發(fā)者創(chuàng)建來定義系統(tǒng)的唯一的Frame”。4.3、基于構件的開發(fā)當復用占據(jù)了一個應用開發(fā)的主導地位時，則構造方法有時被稱為基于構件的開發(fā)或構件軟件。如我們已經(jīng)看到的，領域工程提供了基于構件的開發(fā)所需要的可復用構件庫。這些可復用構件中的某些是內部開發(fā)的，其他的可以從現(xiàn)存應用中抽取的，還有一些可以從第三方獲取。但是，我們如何創(chuàng)建一個具有一致結構的構件庫——它可以被一系列不同的內部和外部源查詢并且還可以被集成進在某應用領域內的任意系統(tǒng)？答案是對這樣的構件的標準的采用。4個“體系結構成分”將被用于實現(xiàn)基于構件的開發(fā)：數(shù)據(jù)交換模型。應該對所有的可復用構件定義使得用戶和應用間能夠交互和傳遞數(shù)據(jù)的機制(例如，拖和放、剪切和粘貼)。數(shù)據(jù)交換機制不僅應允許人和軟件、構件和構件間的數(shù)據(jù)傳遞，而且也應使得能夠在系統(tǒng)資源間進行數(shù)據(jù)傳遞(例如，將一個文件拖到某打印機圖符上以實現(xiàn)輸出)。自動化。應實現(xiàn)一系列工具、宏和腳本為可復用構件間的交互服務。結構化存儲。包含在“復合文檔”中的異質數(shù)據(jù)(例如，圖形數(shù)據(jù)、聲音、文本和數(shù)值數(shù)據(jù))應該被作為單獨的數(shù)據(jù)結構來組織和訪問，而不是作為一組分開的文件。“結構化數(shù)據(jù)維持了嵌套結構的一個描述性索引，使得應用可以自由地進行導航瀏覽以定位、創(chuàng)建或編輯個體數(shù)據(jù)內容，就象終端用戶直接操作一樣”。底層對象模型。對象模型保證在不同平臺上用不同程序設計語言開發(fā)的構件可以互操作，即，對象必須能夠跨網(wǎng)絡進行通信。為了達到這個目標，對象模型定義了構件互操作標準，該標準是語言獨立的，并使用接口定義語言(IDL)來定義。因為復用對軟件產(chǎn)業(yè)的潛在影響非常巨大，一些主要的公司和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟①已經(jīng)提出了對構件軟件的建議標準：OpenDoc。主要技術公司(包括IBM、Apple、和Novell)的一個聯(lián)盟已經(jīng)提出了復合文檔和構件軟件的標準OPenDoc。該標準定義了為使得由某開發(fā)者提供的構件能夠和另一個開發(fā)者提供的構件相互操作而必須實現(xiàn)的服務、控制基礎設施、和體系結構。OMG/CORBA。對象管理組織發(fā)布了公共對象請求代理體系結構(OMG/CORBA)。一個對象請求代理(ORB)提供了一系列服務，它們使得可復用構件(對象)可以和其他構件通信，而不管它們在系統(tǒng)中的位置。當用OMG/CORBA標準建立構件時，那些構件在某系統(tǒng)內的集成(沒有修改)可以得到保證。使用客戶/服務器的比喻，在客戶端應用中的對象向ORB服務器請求一個或多個服務，請求是通過IDL或在運行時動態(tài)地進行的。一個接口池包含了所有關于服務請求和回答格式的信息。OLE2.0。微軟開發(fā)了一個構件對象模型(COM)，它提供了對在單個應用中使用不同廠商生產(chǎn)的對象的規(guī)約。對象連接和嵌入(OLE)是COM的一部分，定義了可復用構件的標準結構。OLE已成為微軟操作系統(tǒng)(Windows95、WindowsNT)的一部分。這些標準中哪一個將在產(chǎn)業(yè)中占據(jù)支配地位？這在當前是不容易回答的問題。當前OLE被用得更廣一些(由于基于Windows應用的廣泛使用)，但是，很多OMG/CORBA工具和開發(fā)環(huán)境正在被引入。5、分類和檢索構件考慮一個大的大學圖書館，成千上萬的書籍、期刊和其他信息資源是可用的。但是為了訪問這些資源，必須有合適的分類模式。為了在這些大量的信息中導航瀏覽，圖書館管理者定義了一種分類模式，它包括分類碼、關鍵詞、作者名、以及其他索引條目，所有這些使得用戶可以快速和方便地找到所需資源。現(xiàn)在考慮一個大的構件倉庫，其中存放了成千上萬的可復用構件。但是，軟件工程師如何找到他所需要的構件呢？為了回答這個問題，又出現(xiàn)了另一個問題：我們如何以無二義的、可分類的術語來描述軟件構件？這些是困難的問題，至今還沒有確定性的答案。在本節(jié)中，我們探討當前的研究方向，這將使得未來的軟件工程師可以導航瀏覽復用庫。5.1、描述可復用構件可以用很多方式來描述可復用軟件構件，但是理想的描述包括TracZ提出的3C模型——概念(concePt)、內容(content)和語境(context)。軟件構件的概念是“對構件做什么的描述”。構件的接口被完整地描述，而且語義——表示在前置條件后置條件的語境中——被標識。概念將傳達構件的意圖。構件的內容描述概念如何被實現(xiàn)。在本質上，內容是對一般用戶隱蔽的信息，只有那些企圖修改該構件的人才需要了解的信息。語境將可復用軟件構件放置到其應用的領域中。即，通過刻劃概念的、操作的和實現(xiàn)的特征，語境使得軟件工程師能夠發(fā)現(xiàn)適當?shù)臉嫾詽M足應用需求。為了可用在實際環(huán)境中，概念、內容和語境必須被轉換為具體的規(guī)約模式。已有很多的文章涉及可復用構件的分類模式。①所提出的方法可以分為三大類：圖書館和信息科學方法、人工智能方法、以及超文本系統(tǒng)。目前為止，絕大部分研究工作建議使用圖書館科學方法進行構件分類。大多數(shù)軟件構件分類模式可歸為如下的三類：1)枚舉分類(EnumeratedClassification)。通過定義一個層次結構來描述構件，在該層次中定義軟件構件的類以及不同層次的子類。實際的構件被羅列在枚舉層次的任何路徑的最低層，例如，對窗口操作的枚舉層次可能是：windowoperationsdisplayopenmenu-basedOpenWindowsystem－basedsysWindowcloseviapointer…resizeviacommandsetWindowSize，stdResize，shrinkwindowviadragpullwindow，stretchWindowup/downshuffle…move…close…枚舉分類模式的層次結構使得它易于理解和使用，然而，在建立層次之前，必須進行領域工程以獲得在層次中適當?shù)捻椀淖銐虻男畔?。刻面分?FacetedClassification)。分析領域，并標識出一組基本的描述特征，這些特征，稱為刻面，被根據(jù)其重要性區(qū)分優(yōu)先次序并被聯(lián)系到構件。刻面可以描述構件執(zhí)行的功能、被操作的數(shù)據(jù)、構件應用的語境或任意其他特征。描述構件的刻面的集合稱為刻面描述子，通常，刻面描述被限定不超過7或8個刻面。作為一個簡單的在構件分類中使用刻面的例子，考慮使用下列構件描述子的模式：｛function，objecttype，systemtyPe｝刻面描述子中的每個刻面可含有一個或多個值，這些值一般是描述性關鍵詞，例如，如果功能(function)是某構件的刻面，賦給此刻面的典型值可能是：function=(copy，from)or(copy，replace，all)多個刻面值的使用使得原函數(shù)copy能夠被更完全地精化。關鍵詞(值)被賦給復用庫中的每個構件的刻面集，當軟件工程師在設計中希望查詢構件庫以發(fā)現(xiàn)可能的構件時，規(guī)定一列值，然后到庫中尋找匹配項?？墒褂米詣庸ぞ咭酝瓿赏x詞詞典功能，這使得查找不僅包括軟件工程師給出的關鍵詞，還包括這些關鍵詞的技術同義詞?？堂娣诸惸Ｊ浇o領域工程師在刻劃構件的復雜描述子時更大的靈活性，因為可以很容易地加入新的刻面值，因此，刻面分類模式比枚舉分類方法易于擴展和進行適應性修改。屬性—值分類(Attribute－ValueClassification)。為領域中的所有構件定義一組屬性，然后值被以和刻面分類方法非常相似的方式賦給這些屬性，事實上，屬性-值分類方法和刻面分類方法是類似的，除了下面幾點不同：(1)對可使用的屬性數(shù)量沒有限制，(2)屬性沒有優(yōu)先級，(3)不使用同義詞詞典功能。基于對上面分類技術的實驗研究，F(xiàn)rank和Pole指出沒有明顯“最好”的技術和“沒有某種方法比別的方法在查找效果上更適度…”。對復用庫有效的分類模式的開發(fā)仍有許多工作要做。5.2、構件復用環(huán)境軟件構件復用必須有環(huán)境的支撐，環(huán)境應包含如下元素：*用于存儲構件和對檢索構件必需的分類信息的構件庫。*提供對構件庫訪問的庫管理系統(tǒng)。*允許客戶應用從構件庫服務器中檢索構件和服務的軟件構件檢索系統(tǒng)(如，對象請求代理)。*將復用的構件集成到新設計或實現(xiàn)中的CASE工具。每一個功能在復用庫的范圍內交互或者被包含在復用庫中。復用庫是一個更大型CASE倉庫的一個元素，并且為一系列可復用軟件制品(例如，規(guī)約、設計、代碼、測試用例、用戶指南)的存儲提供設施。復用庫包含一個數(shù)據(jù)庫以及查詢數(shù)據(jù)庫和構件檢索所必需的工具，構件分類模式是構件庫查詢的基礎。查詢通常用前面描述的3C模型中的語境來刻劃，如果某初始查詢產(chǎn)生大量的候選構件，則查詢被求精以減少候選對象。然后，概念和內容信息被抽取出來(在找到候選構件集后)以輔助開發(fā)者選擇合適的構件。6、總結過去幾年，大量來自產(chǎn)業(yè)實例研究的證據(jù)表明從積極的軟件復用可獲得實質性的商業(yè)收益，產(chǎn)品質量、開發(fā)生產(chǎn)率、以及整體成本都將得到改善。質量。理想情況下，為了復用而開發(fā)的軟件構件已被驗證是正確的且不含有錯誤。在現(xiàn)實中，形式化驗證并不能定期地執(zhí)行，錯誤可能、也確實存在。然而，隨著每一次復用，錯誤被發(fā)現(xiàn)和消除，構件的質量也隨之改善。隨時間的推移，構件變成實質上無錯誤的。在HP公司的研究中，Lim報告說：被復用代碼的錯誤率是每KLOC有0.9個錯誤，而新開發(fā)代碼的錯誤率是每KLOC有4.1個錯誤。對一個包含60％復用代碼的應用來說，錯誤率是每KLOC有2.0個錯誤——對期望的錯誤率有51％的改善，相對于不使用復用的開發(fā)。Henry和Faller的研究指出在質量上有35％的改善。雖然不同的報告得到不同的改善率(位于合理的范圍內)，但是，公正地說，復用對交付的軟件在質量和可靠性方面確實帶來了實質性的收益。生產(chǎn)率。當可復用軟件制品被應用于軟件開發(fā)全過程中，對開發(fā)一個可交付系統(tǒng)所必需的計劃、模型、文檔、代碼和數(shù)據(jù)的創(chuàng)建工作將花費較少的時間，導致的結果是用較少的投入給客戶提供了相同級別的功能，因此生產(chǎn)率得到了改善。雖然，對生產(chǎn)率改善百分率的報告是眾所周知難于解釋的，①但是，似乎30％到50％的復用可以產(chǎn)生25％到40％的生產(chǎn)率改善。成本(COST)。對復用帶來的凈成本節(jié)省估算如下：估算出項目如果是從頭開始開發(fā)所需的成本C，然后減去和復用關聯(lián)的成本C與被交付的軟件的實際成本Cs之和。Cs可以用估算技術的一個或多個來確定，和復用關聯(lián)的成本Cs包括：*領域分析和建模。*領域體系結構開發(fā)。*為促進復用所增加的文檔量。*可復用軟件制品的維護和增強。*對從外部獲取的構件的版稅和許可證(licenses)費。*可復用構件庫的創(chuàng)建或者獲得以及操作。*對設計和構造復用的人員的培訓。雖然和領域分析與復用庫操作相關聯(lián)的成本可能是實質性的，但是它們由很多項目分擔。上面提到的很多其他成本所強調的問題實際上是一個好的軟件工程習慣的一部分，不管是否優(yōu)先考慮復用。第4章軟件概要設計學習本章，我們要考慮以下幾個問題：軟件概要設計指的是什么?軟件概要設計要做的事情是什么?用什么來評價軟件設計的技術質量?軟件結構優(yōu)化的準則是什么?如何進行軟件概要設計?以上問題就是本章所要討論的內容。一、軟件概要設計指的是什么?我們知道，軟件設計是把一個軟件需求轉換為軟件表示的過程，而概要設計(又稱結構設計)就是軟件設計最初形成的一個表示(這里的表示是一個名詞)，它描述了軟件的總的體系結構。簡單地說軟件概要設計就是設計出軟件的總體結構框架。而后對結構的進一步細化的設計就是軟件的詳細設計或過程設計。本章所學內容主要就是軟件的概要設計內容。二、軟件概要設計的基本任務軟件概要設計階段要做的事情是什么呢?總的來看有四個方面:它們是1、設計軟件系統(tǒng)結構(軟件結構)2、數(shù)據(jù)結構及數(shù)據(jù)庫設計3、編寫概要設計文檔4、評審在需求分析階段，已經(jīng)把系統(tǒng)分解成層次結構，而在概要設計階段，需要進一步分解，劃分為模塊以及模塊的層次結構。劃分的具體過程是：(1)采用某種設計方法，將一個復雜的系統(tǒng)按功能劃分成模塊。(2)確定每個模塊的功能。(3)確定模塊之間的調用關系。(4)確定模塊之間的接口，即模塊之間傳遞的信息。(5)評價模塊結構的質量。對于大型數(shù)據(jù)處理的軟件系統(tǒng)，還要對數(shù)據(jù)結構及數(shù)據(jù)庫進行設計。在概要設計階段，還要編寫概要設計文檔，我們初學者有一個不是很好的做法，就是在編程序時，往往不注意文檔的編寫，導致以后軟件修改和升級很不方便，用戶使用時也得不到幫助。所以應該在軟件設計的每個階段編寫相應文檔，在概要設計階段，主要有以下文檔需要編寫：(1)概要設計說明書。(2)數(shù)據(jù)庫設計說明書。(3)用戶手冊，(4)修訂測試計劃。最后一個任務就是評審，在概要設計中，對設計部分是否完整地實現(xiàn)了需求中規(guī)定的功能、性能等要求，設計方案的可行性，關鍵的處理及內外部接口定義正確性、有效性，各部分之間的一致性等都要進行評審，以免在以后的設計中發(fā)現(xiàn)大的問題而返工。以上就是軟件概要設計的四個基本任務，總結一下用八個字表示：兩類結構文檔評審。(兩類結構就是指軟件結構和數(shù)據(jù)結構及數(shù)據(jù)庫設計)在了解了軟件概要設計的基本任務之后，我們來看看軟件設計的基本原理，也就是用于衡量軟件設計的技術質量的一些標準。三、軟件設計的基本原理1、模塊化模塊就是指在程序中的數(shù)據(jù)說明、可執(zhí)行語句等程序對象的集合,或者是單獨命名和編址的元素。如高級語言中的過程，函數(shù)、子程序等。每個模塊可以完成一個特定的子功能，各個模塊可以按一定方法組裝起來成為一個整體。從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。來源：模塊化就是指解決一個復雜問題時自頂向下逐層把軟件系統(tǒng)劃分成若干模塊的過程。為了解決復雜的問題，在軟件設計中就必須把整個問題進行分解來降低復雜性，這樣就可以減少開發(fā)工作量并降低開發(fā)成本和提高軟件生產(chǎn)率。但是劃分模塊并不是越多越好，因為這會增加模塊之間接口的工作量。所以劃分模塊的層次和數(shù)量應該避免過多或過少。2、抽象抽象這個詞本身也比較抽象,(老師要小明用抽象和具體造一個句子，可是他不懂，就問媽媽，什么是抽象，什么是具體?媽媽告訴他：抽象就是看不見摸不著的，具體就是看得見摸得著的。小明懂了，很快造好了一個句子，是這樣的：今天我很早起床，看見具體的媽媽在炒具體的菜，我打開窗戶，抽象的新鮮空氣呼地一下跑進來，真舒服啊。)呵呵，事實上，抽象并不是這么簡單的意思，它是一種思維工具，就是把事物本質的共同特性抽出來而不考慮其他細節(jié)，比如說我們可以把把男人女人老人小孩的共同本質特性抽出來之后形成一個概念"人"，這個概念就是抽象的結果。在軟件工程中就是這樣，在每個階段中，抽象的層次逐步降低，在軟件結構設計中的模塊分層也是由抽象到具體的分析和構造出來的。比如上一層的模塊所進行的加工是一個抽象的操作"銷售統(tǒng)計"，分解到最后一層，就可能是具體"打印報表"的操作了。3、信息隱蔽信息隱蔽的意思就是指，在設計和確定模塊時，使得一個模塊內包含的信息(過程或數(shù)據(jù))，對于不需要這些信息的其他模塊來說是不能訪問的。舉個例子吧，假設我是程序中的一個模塊，電話機是另一個模塊，我在使用電話機時，對電話機的控制是通過幾個按鍵來確定的，輸入的數(shù)據(jù)是我的語音，輸出的數(shù)據(jù)是對方的語音，而這些輸入、輸出的數(shù)據(jù)變換以及控制在電話機內部是怎么實現(xiàn)的我不需要知道，同時也不能加以直接控制，這樣，如果電話機壞了，修復或更換后對我的使用是沒有任何影響的。所以說，電話機這個模塊的信息隱蔽是十分完善的。在軟件設計中，模塊的劃分也要采取措施使它實現(xiàn)信息隱蔽。4、模塊獨立性模塊獨立性是指每個模塊只完成系統(tǒng)要求的獨立的子功能，并且與其他模塊的聯(lián)系最少且接口簡單。這個概念就是上面說的三個基本原理的直接產(chǎn)物，在概要設計過程中，就是要求設計出具有良好模塊獨立性的軟件結構。那么如何來衡量軟件的模塊獨立性呢?這里有兩個定性的度量標準。(1)耦合性：就是指模塊之間的聯(lián)系緊密程度。模塊之間聯(lián)系越緊密，其耦合性越強，獨立性就越差。模塊的耦合性從低到高可分為以下幾種類型：(假設某人為一模塊)無直接耦合(比如陌生人之間的聯(lián)系)數(shù)據(jù)耦合(比如去售貨員與顧客之間的聯(lián)系)標記耦合(比如兩個人下棋)控制耦合(領導和下屬之間的聯(lián)系)公共耦合(比如圖書館的所有借書者之間的聯(lián)系)內容耦合(比如小兩口之間的聯(lián)系)在軟件設計中，提高模塊的獨立性，建立模塊間盡可能松散的系統(tǒng)，是模塊化設計的目標。為了降低模塊間的耦合度，可以采取以下措施：(1)在耦合方式上降低模塊間接口的復雜性。(2)在傳遞信息類型上盡量采用數(shù)據(jù)耦合，避免使用控制耦合，慎用或有控制地使用公共耦合。在實踐中要根據(jù)實際情況綜合考慮。2、內聚性內聚性是指模塊內部各個元素彼此結合的緊密程度。根據(jù)內聚性的從低到高可分為以下六種類型：偶然內聚：指一個模塊內的各處理元素之間沒有任何聯(lián)系。(公共汽車內的人群)邏輯內聚：指模塊內執(zhí)行幾個邏輯上相似的功能，通過參數(shù)確定該模塊完成哪一個功能。(警察局里的警察)時間內聚：把需要同時執(zhí)行的動作組合在一起形成的模塊為時間內聚模塊。(交響樂團的演奏員)通信內聚：指模塊內所有處理元素都在同一個數(shù)據(jù)結構上的操作?；蛘咧父魈幚硎褂孟嗤妮斎霐?shù)據(jù)或者產(chǎn)生相同的輸出數(shù)據(jù)。(建筑工地上的工人)順序內聚：指一個模塊中各個處理元素都密切相關于同一功能且必須順序執(zhí)行，前一功能的元素的輸出就是下一功能元素的輸入。(我們可以想像紡織廠中從紡紗到織布的各個操作形成的一個模塊，就是一種順序內聚)功能內聚：這是最強的內聚，指模塊內所有元素共同完成一個功能，缺一不可，模塊已不可再分。(就如兩個人演獅子舞，要完成獅子形象的再現(xiàn)，兩個人缺一不可.)耦合性與內聚性是模塊獨立性的兩個定性標準，將軟件系統(tǒng)劃分模塊時，盡量做到高內聚，低耦合，提高模塊的獨立性。在內聚性與耦合性發(fā)生矛盾的時候，最好優(yōu)先考慮耦合性，也就是先保證耦合性低一些。四、軟件結構的優(yōu)化準則首先應學會用圖形表示軟件結構，軟件結構圖反映了整個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，即將來編好程序中的控制層次體系。軟件結構往往用樹狀或網(wǎng)狀結構的圖形來表示。請大家對照課本的解釋來看軟件結構圖包括哪些內容。我們已經(jīng)知道了軟件概要設計的主要任務就是軟件結構的設計，為了提高設計的質量，可以根據(jù)下面的設計優(yōu)化準則進行優(yōu)化：在這些準則中，都是針對模塊及模塊間關系來提出的。1、模塊的劃分：要做到高內聚，低耦合，保持相對獨立性。2、模塊的控制：模塊的作用范圍要在他的控制范圍內，判定所在的模塊應與受其影響的模塊在層次上盡量靠近)3、形成的結構;軟件結構的深度、寬度、扇出、扇入要適當4、模塊的大小:要適中。5、模塊的接口：模塊的接口要簡單、清晰、含義明確，便于理解、易于實現(xiàn)、測試與維護)。五、概要設計的設計方法。(一)面向數(shù)據(jù)流的設計方法(這是需要我們熟練掌握的方法)面向數(shù)據(jù)流的設計方法是以需求階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流圖為基礎，按一定的步驟映射成軟件結構，因此又稱為結構化設計(StructuredDesignSD)。這是目前使用最廣泛的軟件設計方法之一，應該熟練掌握它。1、首先要研究數(shù)據(jù)流圖(DFD)的類型，無論何種軟件系統(tǒng)，DFD一般都可分為變換型和事務型兩類。(課本第51頁)先來看變換型數(shù)據(jù)流圖，顧名思義，變換就是把輸入的數(shù)據(jù)處理后變成另外的數(shù)據(jù)輸出，所以變換型數(shù)據(jù)的工作過程就是三步：取得數(shù)據(jù)、變換數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。在圖4-6中，可以看到兩股數(shù)據(jù)流經(jīng)過交換中心變成一股數(shù)據(jù)流進行輸出。虛線為標出的流界。再來看事務型數(shù)據(jù)流圖，所謂事務也是一個處理，但不是數(shù)據(jù)變換，而是將輸入數(shù)據(jù)流分離成許多發(fā)散的數(shù)據(jù)流，形成許多加工路徑，并根據(jù)值選擇其中一個路徑來執(zhí)行。舉個例子，好比有一個郵件分發(fā)中心，把收進的郵件根據(jù)其發(fā)送地址進行分流，有的用飛機郵送，有的用汽車來運輸?shù)鹊?。在大型軟件系統(tǒng)中的DFD數(shù)據(jù)流圖中，這兩種類型特征都有可能存在。2、SD方法設計過程1)精化DFD。2)確定DFD類型并進行相應的映射。3)分解上層模塊，設計中下層模塊結構4)根據(jù)優(yōu)化準則對軟件結構求精。5)描述模塊功能、接口及全局數(shù)據(jù)結構6)復查，如果有錯則轉向2)修改完善，否則進入詳細設計。下面我們通過例