软件工程 第五章

Uncoupled
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独立性由弱到强（耦合程度由强到弱）排列为：
内容耦合(Content Coupling): 一个模块直接影响另一个
……
例1：A访问C的内部 数据或不通过正 常入口而转入C 的内部。
A
B
A: ………… ………… goto C1 ………… …………
C
D
C: ………… ………… C1: …… ……
模块规模应该适中
经验表明，一个模块的规模不应过大， 最好能写在一页纸内（通常不超过60行语 句）。
42
5.3
启 发 规 则
同一层次上的模 块总数的最大值
软件结构中 控制的层数
深度、宽度、扇出和扇入都应适当
观察大量软件系统后发现，设计得很好 的软件结构通常顶层扇出比较高，中层扇出 较少，底层扇入到公共的实用模块中去（底 是一个模块直接 是能够直接调 层模块有高扇入）。 控制（调用）的
复合耦合
数据耦合 低
高
偶然型 内聚性 弱
逻辑型
时间型
通信型
顺序型
功能型 强
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⑴ 耦合(Coupling)
耦合表示一个软件结构内各个模块之间的互连程度，应 尽量选用松散耦合的系统
Great deal of dependence Independent
Highly coupled
Loosely coupled
• 根据系统分析确定的目标，来判断哪些方 案是合理的。
• 在判断哪些方案合理时应该考虑在问题定 义和可行性研究阶段确定的工程规模和目 标，有时可能还需要进一步征求用户的意 见。
7
5.1
设计过程
3.推荐最佳方案 • 综合分析对比各种合理方案的利弊，推荐 一个最佳的方案，并为最佳方案制定详细
的实现计划。
设计软件的结构，确定系统中每个程序是由哪些
模块组成的，以及这些模块相互间的关系。
3
站在全局高度上，花较少成本，从较抽象的层次上 分析对比多种可能的系统实现方案和软件结构，从 中选出最佳方案和最合理的软件结构，从而用较低 成本开发出较高质量的软件系统。
寻找实现目标系统的各种不同的方案
从若干个合理的方案中选取最佳方案
例如：
enter data
check data
manipulate data
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通信内聚（Communicational cohesion）：模块中所有元素
都用同一个输入数据或产生同一个输出数据
例如：从同一磁带上读取不相干的数据 —— 可能破 坏独立性。
高内聚：
顺序内聚（Sequential cohesion）：模块内的处理元素和
2、选取合理的方案
• 从上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，考虑的这些方案中至少应包括低成本、 中成本和高成本的三种方案类型。 • 对每个合理方案要提供以下几方面资料： （1）系统流程图； （2）数据字典； （3）成本／效益分析；
（4）实现这个系统的进度计划。
6
5.1
设计过程
软
件
工
程
1
第五章 总体设计
5.1 设计过程
5.2
5.3 5.4 5.5 5.6
设计原理
启发规则 描绘软件结构的图形工具 面向数据流的设计方法 小结
2
总体设计又称为概要设计、初步设计
基本目的：系统应该如何实现
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，每个物理元素仍然处于 黑盒子级
有效的模块化（即具有独立性的模块）的软 件比较容易开发出来； 独立的模块比较容易测试和维护。
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模块的独立程度由两个定性标准度量， 分别是耦合和内聚。 耦合：衡量不同模块彼此间互相依赖(连接) 的紧密程度； 内聚：衡量一个模块内部各个元素彼此结合 的紧密程度。
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内容耦合 耦合性
公共耦合
控制耦合
内聚度量一个模块内的各 个元素彼此结合的紧密程 度。设计时应该力求做到 高内聚。
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5.3
启 发 规 则
改进软件结构提高模块独立性 过小的模块开销大于有效操作，而
且模块数目过多将使系统接口复杂。 设计出软件的初步结构以后，应该审 因此过小的模块有时不值得单独存 查分析这个结构，通过模块分解或合并， 在，特别是只有一个模块调用它时， 通常可以把它合并到上级模块中去 力求降低耦合提高内聚。 而不必单独存在。
•
如果A模块读取该项数据，然后调用C模块对该项重新
计算，并进行数据更新。
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A
D
B
C
全程数 据区
E
（3）公共耦合
• 如果此时C模块错误地更新了该项数据，在往下的处
理中模块E读该数据项时出现错误。 • 表面上看，问题由模块E产生，实际上由模块C引起。
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控制耦合(Control coupling)：一个模块通过传递控制
B: ………… ………… V2=B1+V1 ………… …………
问题： 公共部分的改动将影响所有调用它的模块； 公共部分的数据存取无法控制； 复杂程度随耦合模块的个数增加而增加。
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A B C 全程数 据区
D
E
（3）公共耦合
• 图中存在公共耦合，假设模块A、C、E都存取全程数据
区（如公用一个磁盘文件）中的一个数据项。
完全不用内容耦合。
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⑵ 内聚 (Cohesion): 一个模块内各元素结合的紧密程度.
Goal: as cohesive as possible.
低内聚：
偶然内聚（Coincidental cohesion）
逻辑内聚（Logical cohesion）
例如：
from disk from tape
8
5.1
设计过程
4.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）。
对于大型程序的设计，通常分为两个阶段：结构设计和 过程设计。 结构设计：确定程序由哪些模块组成，以及这些模块之 间的相互关系。
过程设计：确定每个模块的处理过程。
其中，结构设计是总体设计阶段的任务，而过程设计则 是详细设计阶段的任务。
概括起来，暂时忽略它们之间的差异，这就
是抽象。或者说抽象就是抽出事物的本质特
性而暂时不考虑它们的细节。
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处理复杂系统：用层次的方式构造和分析。
一个复杂的动态系统首先可以用一些高级的 抽象概念构造和理解，这些高级概念又可以 用一些较低级的概念构造和理解，如此进行 下去，直至最低层次的具体元素。
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信息来控制另一个模块
B Flag
Fn ……
F2 ……
A
Flag
F1
接口单一， 但仍然影响 被控模块的 内部逻辑。
数据耦合(Data coupling): 只有数据在模块之间进行
交换
The most desirable.
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耦合是影响软件复杂程度的一个重要因
素,应采取下述设计原则: 应该尽量使用数据耦合 少用控制耦合 限制公共耦合的范围
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例2：部分代码重叠 （常出现在汇编程 序中）
A B
例3：一个模块有 多个入口（功能）
A: ……………… ……………… entry 1: ……………… ……………… entry 2: ……………… ………………

The least desirable
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公共耦合 (Common coupling)：几个模块共享一个数据区域
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信息隐藏
问题：“为了得到最好的一组模块，应 该怎样分解软件”。
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（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。 实际上，应该隐藏的不是有关模块的一 切信息，而是模块的实现细节。 26
模块独立
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ຫໍສະໝຸດ Baidu。
考虑对任何问题的模块化解法时，可以提出 许多抽象的层次。在抽象的最高层次使用问 题环境的语言，以概括的方式叙述问题的解 法；在较低抽象层次采用更过程化的方法， 把面向问题的术语和面向实现的术语结合起 来叙述问题的解法；最后在最低的抽象层次 用可直接实现的方式叙述问题的解法。
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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。” 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 求精要求设计者细化原始陈述，随着每个 后续求精（细化）步骤的完成而提供越来越多 的细节。
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5.1
设计过程
8.书写文档 文档包括：
• 系统说明
• 用户手册 • 测试计划 • 详细的实现计划 • 数据库设计结果
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5.1
设计过程
9.审查和复审
• 先技术审查 • 后管理审查
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5.2
软件设计准则
软件设计准则
模块化
抽象
逐步求精
信息隐藏
模块独立
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模块化与模块独立
1. 模块化
模块是由边界元素限定的相邻的程序元素（ 例如，数据说明，可执行的语句）的序列，而且 有一个总体标识符来代表它。
Global : V1 V2 Global : V1 V2
公共区可以是：全程数据区、共享通信区、内存公共覆盖 区、任何介质上的文件、物理设备等。
A: ………… ………… A1=V1+V2 ………… …………
B: ………… ………… V1=B1 ………… …………
A: ………… ………… V1++ ………… …………
11
5.1
设计过程
数据库的应用越来越广泛，目前大多数的
6.数据库设计 系统都要用到数据库技术。 数据库设计是一项专门的技术，包括模式
设计、子模式设计、完整性和安全性设计和优
化处理等。
12
5.1
设计过程
7.制定测试计划 在软件开发的早期阶段提前考虑软件的测 试计划是很有必要的。这样能促使软件设计人 员在设计时注意到软件的测试问题，从而有利 于提高软件的可测试性。
A:
Read inputs
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from ……
时间内聚（Temporal cohesion）：模块内的功能在
同一时间段内完成
例如：系统的初始化 问题：不同功能混在一个模块中，有时共用部分 编码，使局部功能的修改牵动全局。
中内聚： 过程内聚 （Procedural cohesion）：模块内的处理是相 关的，而且必须以特定顺序执行
模块数目 用此模块的上 级的模块数目
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深度 = 分层的层数。过大表示分工过细。 宽度 = 同一层上模块数的最大值。过大表示系统复杂 度大。 44
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逐步求精是一项把一个时期内必须解决
的种种问题按优先级排序的技术。它确
保每个问题都将被解决，而且每个问题
都将在适当的时候被解决，但是，在任
何时候一个人都不需要同时处理7个以上
知识块。
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抽象与求精是一对互补的概念。 抽象使得设计者能够说明过程和数据，同
时却忽略低层细节。
求精则帮助设计者在设计过程中逐步揭示 出低层细节。
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。
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模块化与模块独立
当模块数目增加时每 个模块的规模将减小，开 发单个模块需要的成本 （工作量）确实减少了； 但是，随着模块数目增加， 设计模块间接口所需要的 工作量也将增加。每个程 序都相应地有一个最适当 的模块数目 M ，使得系统 的开发成本最小。
设计软件结构
进行必要的数据库设计 确定测试要求并且制定测试计划
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5.1
设计过程
• 在数据流图的基础上，考虑各种可能的实
1.设想供选择的方案
现方案。
• 一种常用的方法是，设想把数据流图中的
处理分组的各种可能的方法，抛弃在技术
上行不通的分组方法，余下的分组方法代 表可能的实现策略。
5
5.1
设计过程
统一的功能密切相关，而且这些处理必须顺序执行。 功能内聚（Functional cohesion）：所有元素合力完成一 个单一功能，缺一不可
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模块独立
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。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。
内聚
图5.1 模块化和软件成本的关系
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采用模块化原理的优点
使软件结构清晰，容易设计、容易阅读和理解。 使软件容易测试和调试，从而提高软件的可靠性。 能够提高软件的可修改性。 有助于软件开发工程的组织管理。
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抽象
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
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5.1
设计过程
• 对数据流图进一步细化，进行功能分解
10
5.1
设计过程
5.设计软件结构
• 软件结构反映系统中模块的相互调用关系：顶
层模块调用它的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，最下
层的模块完成最具体的功能。
• 软件结构通过层次图或结构图来描绘，可以直
接从数据流图映射出软件结构。