第5章 总体设计

5.2.4 信息隐藏和局部化
信息隐藏原理指出：应该这样设计和确定模块，使 得一个模块内包含的信息对于不需要这些信息的模块 来说，是不能访问的。 局部化是指把一些关系密切的软件元素物理地放得 彼此靠近。 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。
5.2.5 模块独立(I)
内容耦合 ：如果一个模块直接访问另一个模块的内部数据；或者一 个模块不通过正常入口转到另一模块内部；或者两个模块有一部分程 序代码重迭；或者一个模块有多个入口，则两个模块之间就发生了内 容耦合。 公共耦合 ：若一组模块都访问同一个公共数据环境，则它们之间的 耦合就称为公共耦合。公共的数据环境可以是全局数据结构、共享的 通信区、内存的公共覆盖区等。 见下图
5.2.2 抽象(II)
在软件需求分析阶段，用“问题所处环境的为大家 所熟悉的术语”来描述软件的解决方法。而在从概要 设计到详细设计的过程中，抽象化的层次逐次降低。 当产生源程序时到达最低的抽象层次。 数据抽象 ：数据抽象与过程抽象一样，允许设计 人员在不同层次上描述数据对象的细节。 控制抽象 ：与过程抽象和数据抽象一样，控制抽 象可以包含一个程序控制机制而无须规定其内部细节。
5.1 设计过程(I)
典型的总体设计过程包括下述9个步骤： 1. 设想供选择的方案 2. 选取合理的方案 3. 推荐最佳方案 4. 功能分解 5. 设计软件结构 6. 设计数据库 7. 制定测试计划 8. 书写文档 9. 审查和复审
5.1.1 设想供选择的方案
选出最佳的方案，大大提高系统的性能/价格 比。 需求分析阶段得出的数据流图是总体设计的 极好的出发点。
5.1.9 审查和复审
5.2 设计原理
1、模块化 2、抽象 3、逐步求精 4、信息隐蔽和局部化 5、模块独立
5.2.1 模块化(I)
模块化就是把程序划分成独立命名且可独立访问的模块， 每个模块完成一个子功能，把这些模块集成起来构成一个整 体，可以完成指定的功能满足用户的需求。 采用模块化原理可以使软件结构清晰，容易设计也容易阅 读和理解、测试。 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， C(P1+P2)>C(P1)+C(P2) 综上所述，得到下面的不等式E(P1+P2)>E(P1)+E(P2)
5.2.1 模块化(II)
图5.1 模块化和软件成本
5.2.2 抽象(I)
对软件进行模块设计的时候，可以有不同的抽 象层次。在最高的抽象层次上，可以使用问题所 处环境的语言描述问题的解法。而在较低的抽象 层次上，则采用过程化的方法。 过程的抽象 ：在软件工程过程中，从系统定义 到实现，每进展一步都可以看做是对软件解决方 案的抽象化过程的一次细化。在软件计划阶段， 软件被当做整个计算机系统中的一个元素来看待。
5.2.6 模块独立性度量标准(VII)
中内聚有如下几类： 过程内聚 ：使用流程图做为工具设计 程序的时侯，常常通过流程图来确定模 块划分。把流程图中的某一部分划出组 成模块，就得到过程内聚模块。这类模 块的内聚程度比时间内聚模块的内聚程 度更强一些。 通信内聚 ：如果一个模块内各功能部 分都使用了相同的输入数据，或产生了 相同的输出数据，则称之为通信内聚模 块。通常，通信内聚模块是通过数据流 图来定义的。见右图
5.1.3 推荐最佳方案
用户和有关的技术专家应该认真审查分析员所推荐 的最佳系统。 接受了分析员所推荐的方案之后，进入总体设计过 程的下一个重要阶段——结构设计。
5.1.4 功能分解(I)
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。程序设计，通常分为两个阶段完 成： 首先进行结构设计，结构设计确定程序由哪些模块 组成，以及这些模块之间的关系；结构设计是总体设 计阶段的任务， 然后进行过程设计。过程设计确定每个模块的处理 过程。过程设计是详细设计阶段的任务。
5.2.3 逐步求精
逐步求精是人类解决复杂问题时采用的基本方法，也是 许多软件工程技术的基础。可以把逐步求精定义为：“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。” 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。 求精是细化过程。从在高抽象级别定义的功能陈述（或 信息描述）开始，求精要求设计者细化原始陈述，随着每 个后续求精（即细化）步骤的完成而提供越来越多的细节。
5.3、设计的启发规则
3、深度、宽度、扇入、扇出适当
深度 = 层数
过大表示分工过细 管理模块过分简单，适 当合并
宽度 = 跨度数的最大值
过大表示系统复杂
5.3、设计的启发规则
扇出 = 模块直接调用 或控制的模块数
3 ≤ fan-out ≤ 9
A
在不破坏独立性的前提 下，fan-in 大的比较好
5.1.5 设计软件结构
通常程序中的一个模块完成一个适当的子功能。应 该把模块组织成良好的层次系统。软件结构可以用层 次图或结构图来描绘。 如果数据流图已经细化到适当的层次，则可以直接 从数据流图映射出软件结构。
5.1.6 设计数据库
在前阶段数据字典和数据流图、ERD的基础上，考 虑数据库的设计。
5.1.2 选择合理的方案
应该从前一步得到的一系列供选择的方案中选取若 干个合理的方案，通常至少选取低成本、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4份资料： (1) 系统流程图； (2) 组成系统的物理元素清单； (3) 成本/效益分析； (4) 实现这个系统的进度计划。
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。 1. 耦合 耦合是对一个软件结构内不同模块之间互连程度的度量。耦合强弱 取决于模块间接口的复杂程度，进入或访问一个模块的点，以及通过 接口的数据。 一般模块之间可能的连接方式有七种，构成耦合性的七种类型。
5.2.6 模块独立性度量标准(II)
5.2.6 模块独立性度量标准(III)
外部耦合 ：一组模块都访问同一 全局简单变量而不是同一全局数据结 构，而且不是通过参数表传递该全局 变量的信息，则称之为外部耦合。外 部耦合引起的问题类似于公共耦合 控制耦合 ：如果一个模块通过传 送开关、标志、名字等控制信息，明 显地控制选择另一模块的功能，就是 控制耦合。见右图
5.3、设计的启发规则
5、降低接口的复杂程度
接口复杂可能表明模块的独立性差 接口复杂或不一致（看起来传递的数据 间无联系），是紧耦合或低内聚的征兆
【例】求一元二次方程的根
5.2.6 模块独立性度量标准(IV)
标记耦合 ：如果一组模块通过参数表传递记录信息，就是 标记耦合。 数据耦合 ：如果一个模块访问另一个模块时，彼此之间 是通过数据参数（不是控制参数、公共数据结构或外部变量） 来交换输入、输出信息的，则称这种耦合为数据耦合。数据 耦合是松散的耦合，模块之间的独立性比较强。 非直接耦合 ：如果两个模块之间没有直接关系，它们之 间的联系完全是通过主模块的控制和调用来实现的，这就是 非直接耦合。这种耦合的模块独立性最强。 设计原则： 设计原则： 尽量使用数据耦合，少用控制耦合和特征耦合，限制公共 环境耦合的范围，完全不用内容耦合。
概要设计 详细设计
SE核心过程 “Don’t rush through it! Don’ Design is worth the effort!” effort!”
任务(I)
总体设计的基本目的就是回答“概括地说，系统应 该如何实现?” 总体设计又称为概要设计或初步设计。划分出组成 系统的物理元素——程序、文件、数据库、人工过程 和文档等等 每个物理元素仍然处于黑盒子级，这些黑盒子里的 具体内容将在以后仔细设计。
A作用域在控制域内 作用域在控制域内
A: ………… if …… then goto M1 ………… ………… M: ………… ………… M1: goto C1 ………… ………… C: ………… ………… C1: ………… …………
如何修改？
A作用域超出了控制域 作用域超出了控制域
判断点上移 把A中的 if 移到 M中 受影响块下移 把C移到A下面
A的扇入 A
注：设计得很好的软件结构通常顶层 扇出比较高，中间扇出比较少， 扇出比较高，中间扇出比较少，底层 模块有高扇入。 模块有高扇入。
5.3、设计的启发规则
A
M C
4、作用域在控制域内
B
M的控制域 的控制域 = {M, A, B, C}
控制域 模块本身以及所有直接或间接从属于它的模块的 集合 If flag
5.2.6 模块独立性度量标准(VIII)
高内聚有如下几类 信息内聚（顺序内聚）：这种模块完成多个功能，各 信息内聚（顺序内聚）： ）： 个功能都在同一数据结构上操作，每一项功能有一个唯 一的入口点。例如，右图所示的模块具有4个功能，由 于模块的所有功能都是基于同一个数据结构，因此，它 是一个信息内聚的模块。 信息内聚模块可以看成是多个功能内聚模块的组合， 并且达到信息的隐蔽。即把某个数据结构、资源或设备 隐蔽在一个模块内，不为别的模块所知晓。当把程序某 些方面细节隐藏在一个模块中时，就增加了模块的独立 性。 功能内聚 ：一个模块中各个部分都是为完成一项具 体功能而协同工作，紧密联系，不可分割的。则称该模 块为功能内聚模块。
第5章 总体设计
概要设计或初步设计
内容提要
5.1 设计过程 5.2 设计原理 5.3 启发规则 5.4 描绘软件结构的图形工具 5.5 面向数据流的设计方法
软件生存期
软件计划 需求分析 软件设计 实现(编码) 实现(编码) 测试 维护
定义时期
开发时期
使用和维护时期
退 役
软件设计的任务和作用
两个阶段
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，就可以做到模块独立。 希望这样设计软件结构，使得每个模块完成一个相对独 立的特定子功能，并且和其他模块之间的关系很简单。 模块独立重要性理由： 第一，有效的模块化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。