第6章6.4节 结构化设计概述

(3)信息隐蔽
(Information Hiding)
模块所包含的信息，不允许 其它不需要这些信息的模块访问 ，独立的模块间仅仅交换为完成 系统功能而必须交换的信息。
软件质量因素：

可维护性
可靠性 可理解性 效率


信息隐蔽的目的：
提高模块的独立性，减少修 改或维护时的影响面。
(4)信息局部化
•软件（体系）结构的内涵
软件的组成部分
软件的层次关系
模块的内部处理逻辑
模块之间的界面
•软件体系结构的风格
– 从物理位置的角度来看，常见的有单主机结 构 、 C/S （ Client/Server ） 结 构 、 B/S （ Browser/Server）结构等； – 从内部逻辑角度来看，常见的有以数据为中 心、数据流、调用和返回、面向对象和层次 式等风格的体系结构。
分解 问题,隐蔽细节
底层模块
复杂问题 较小问题
分解 不但可降低解决问题的难度，而且可减小解题所需 的总的工作量。
比如，将问题(P1+P2)分解为P1,P2 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 对问题P1和P2，如果： C(P1) > C(P2) 显然： E(P1) > E(P2) 有规律：C(P1+P2) > C(P1)+C(P2)
第二部分 软件任务、设计原理与原则 难点：设计任务、设计原理与原则 知识点： 6.4.1 任务与步骤 6.4.2 设计原则与原理
• 软件设计目标和目的 软件需求：解决“做什么”
软件设计：解决“怎么做”
• 软件设计的任务
问题结构(软件需求) 软件结构 从软件需求规格说明书出发，形成软件的 具体设计方案。
把关系密切的软件元素物理地 放得彼此靠近。 优点：可维护性好 可靠性好 可理解性好
(5)模块的独立性
模块独立性的概念
模块独立的含义：
模块完成独立的功能
符合信息隐蔽和信息局部化原则
模块间关连和依赖程度尽量小
•模块独立性的度量
模块独立性取决于模块的 内部和外部特征。 SD方法中的定性的度性指标： • 模块之间的耦合性 • 模块自身的内聚性

将分析模型转换为软件设计
数
加
工 据 数据 规 对 E-R图 象 数据 流图 约 描 字典 述 状态变迁图
控制规约
过程设计
接口设计
体系结构设计 数 据 设 计
分析模型
设计模型
6.4.1 设计任务与步骤
1.概要设计(总体设计) 确定软件的结构以及各组成成分(子系统或模块)之 间的相互关系。 也就是，将系系统分解成模块，确定每个模块的功 能、接口（模块间转递的数据）技巧调用关系，并用 模块及模块之间的调用关系来构建软件的体系结构。 表示软件结构的图形工具：详见“6.5 软件结构设计 ” 表示模块内部算法的工具：详见“6.7 过程设计”
逻辑内聚模块
A B C
公用代码段
E
F
G
E、F、G逻辑 功能相似，组 成新模块EFG
A1
B1
C1
A
B EFG
C
公用代码段
EFG模块内部逻辑
缺点：增强了耦合程度(控制耦合) 不易修改，效率低
C.时间内聚(经典内聚)
模块完成的功能必须在同一时 间内执行，这些功能只因时间因 素关联在一起。
例如:初始化系统模块、 系统结束模块、 紧急故障处理模块等 均是时间聚合模块.
模块代码重叠
Entry1 …… Entry1 ……
多入口模块
最不好的耦合形式 !!!
模块化设计的原则和目标
耦合是影响软件复杂程度和 设计质量的重要因素
目标：建立模块间耦合度尽可能
松散的系统
如何降低模块间耦合度：
(1) 尽量使用数据耦合 少用控制耦合 限制公共耦合的范围 坚决避免使用内容耦合 (2) 降低接口的复杂性（主要 是模块参数的复杂度）
映射
常用的软件设计方法有： 面向数据流的结构化设计方法((SD， Structured Design)、 面向对象设计方法(OOD，Object-Oriented Design) 面向数据结构的Jackson系统开发(JSD， Jackson System Development)方法。JSD方法 现在相对比较少用，本书不做介绍，需要时请 查阅参考文献[1],面向对象设计方法将在第7章 介绍，本章针对结构化设计方法作详细介绍。
E.外部耦合
一组模块均与同一外部环境关 联(例如,I/O模块与特定的设备、 格式和通信协议相关联),它们之 间便存在外部耦合。 外部偶合必不可少,但这种模块 数目应尽量少。
F.公共耦合(公共数据区耦合)
一组模块引用同一个公用数据
区(也称全局数据区、公共数据环境 )。


公共数据区指： 全局数据结构 共享通讯区 内存公共覆盖区等
公共耦合举例
Ａ
B
公共数据区
C
模块A、B、C间存在错综复杂的联系
公共耦合存在的问题：
(1)软件可理解性降低 (2)诊断错误困难 (3)软件可维护性差， (4)软件可靠性差
(公共数据区及全程变量无保护措施)
慎用公共数据区和全程变量!!!
G.内容耦合
A B A B
一模块直接访问 另一模块的内部 信息 (程序代码 或数据）
D.过程内聚（顺序性组合）
模块内各处理成分相 关，且必须以特定次序执 行。
过程内聚模块
读入 成绩单 审查 成绩单 统计 成绩 打印 成绩
读入并审查 成绩单
统计并打印 成绩单
E.通信内聚
模块内各部分使用相同 的输入数据，或产生相同的 输出结果。
通信内聚模块例
职工工 资记录
产生工 资报表
职工工 资报表 平均 工资
将标记耦合修改为数据耦合举例
计算水电费
本月 用水量
水费
本月 用电量
电费 计算电费
计算水费
D.控制耦合
一个模块向下属模块传 递的信息 (开关量、标志等 控制被调用模块决策的变量 ) 控制了被调用模块的内部 逻辑。
控制耦合举例
B
读入数据 s/d?
A
S（水费）/d（电费） 成绩 (控制信号)
计算水费
虽然上述任务是松散相关的，但每一项 都是独立的功能实体，最好作为独立的模 块完成。
A.偶然内聚(巧合内聚)
模块内各部分间无联系。
例:
A
M
B
C
MOVE O TO R READ FILE F MOVE S TO T 模块M中的三个语句没有任何联系 缺点：可理解性差， 可修改性差
B.逻辑内聚
把几种相关功能（逻辑上 相似的功能）组合在一模块内 ，每次调用由传给模块的参数 确定执行哪种功能。

结构化设计方法是将结构化分析得到的数据流 图映射成软件结构的一种设计方法，是一种面 向数据流的方法，如图6-12所示。结构化方法 强调模块化、自顶而下逐步求精、信息隐蔽和 低藕合高内聚等设计原则。SA、SD和SP（结 构化程序设计）构成完整的结构化方法体系。 结构化设计的工作内容大致依次为制定规范、 软件结构和接口设计、数据/类设计、过程（部 件级）设计、测试计划制定、文档编写和审查 与复审等。
E(P1+P2) > E(P1)+E(P2)
＂各个击破＂理论
模块化和软件成本
软件总成本
成 本 或 工 作 量
最小成本区域
集成成本
M
成本/模块
模块数量
(2)抽象与逐步求精
（1)抽象(Abstraction)
抽象(Abstraction)是在软件设计的规模逐渐增大的情况下 ，控制复杂性的基本策略。抽象的过程是从特殊到一般的过程 ，也就是说当设计高层模型或结构时时把低层概念的抽象为一 个整体，只考虑其在高层中的外在特征而不考虑其内部细节。 软件设计中主要抽象手段有过程抽象和数据抽象。过程抽象（ 也称功能抽象）是指任何一个完成明确定义功能的操作都可被 使用者当作单个实体看待，尽管这个操作实际上是由一系列更 低级的操作来完成的；数据抽象是指定义数据类型和施加于该 类型数据对象的操作，并限定了数据对象的取值范围，只能通 过这些操作修改和观察数据。
•软件结构度量术语
(一个模块 扇出 直接调用 的模块数)
深 度
(模块的 层数) (调用一个给定模 扇入 块的模块个数)
宽度
(同一层最大模块数)
•软件结构的层次规则
只有一个顶层(0层)模块
0层外任一模块都会在它 的邻层存在一模块与它有关 同层模块间不发生联系
2.详细设计 确定模块内部的算法和数据结构，产 生描述各模块程序过程的详细文档。 也就是，对模块实现细节的设计，采 用结构化程序设计（Structured Programming，SP）。 SA、SD和SP构成完整的结构化方法体 系。
6.4.2
设计原则与原理
1.设计原则 Davis提出的软件设计原则： • 设计过程不应该有 "隧道视觉." • 设计对分析模型应该是可追踪的。 • 设计不应该再创造。 • 设计应该在真实的世界问题和它的软件间 存在的“智力的距离”减到最少。 • 设计应该展现统一和整合。 • 设计应该结构化以适应变化。
1)耦合性
模块间相对独立性（相互依 赖程度）的度量。
耦合性越高，模块独立性越弱。
紧密耦合－有 很多依赖关系 松散耦合－有 少量依赖关系
无耦合－没有依赖关系
影响耦合强度依赖的因素：
•一模块对另一模块的引用 •一模块向另一模块传递的数据量 •一模块施加到另一模块的控制的数量 •模块间接口的复杂程度
数据耦合举例
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