软件工程第7章
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5.若干模块均与同一个外部环境关联。 如：I/O、格式、通信协议
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软件工程
6.公共耦合----7.内容耦合(病态耦 合)
模块A中 6.如果两个模块都和同一个公共数据域有关 TRC： A 模块B中 GO TO 公用 C TRC B 数据
最坏
不好 中 中 好
不好
中 中 中 好
不完全黑
不完全黑 半透明 半透明 透明
好
中 不好 不好 最坏
好
好
好
透明
最坏
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模块间的耦合 1.非直接耦合 --— 2.数据耦合
软件工程
1.非直接耦合： 耦合：表示一个软件结构内各个模块之间的互连程 两个模块中任一个，都不依赖于对方能独立工作 度，尽量选用松散耦合的系统
是程序设计技术，它采用自顶向下逐步求精 流程图 结构化 的设计方法和单入口单出口的控制构件。 结程序设计 构 化 盒图 设 计 判定树 图 形 表 示 判定表 法
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7.2.2 图形表示法
软件工程
1．流程图（也称为程序框图）是最常用的一种 表示法， “顺序”、“分支”和“循环”三个 基本控制构件用流程图表达的形式如图8-2-1所 示。 F
7 模块内所有成分形成一个整体， 功能 完成单个功能
1. 输入系数 求一元二次方程 根的模块 2. 求方程的根 3. 打印方程的根
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软件工程
七种“内聚模块”的性能比 较
评价
最坏
ห้องสมุดไป่ตู้
形式 偶然 逻辑 时间 过程 通信 顺序 功能
可修 改性
最坏
可读性
最坏
黑箱程度
黑箱
通用性
好
最坏
不好 中 中 好
分支条件
第一个任务
第二个任务
T
循环条件
F
else部分
then部分
T 循环体 do-while循环
顺序结构
If-then-else结构
图8-2-1 流程图构件
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软件工程
7.2.2 图形表示法
2．盒图也称为N-S图或Chapin图。这种表达方 式取消了流程线，它强迫程序员以结构化方式 思考和解决问题。 第一个任务 第二个任务 第三个任务 顺序结构 F 条件 T then 部分 循环条件 do-while 部分
软件工程
PDL（Procedure Design Language）也称 为结构英语或伪码，是所有正文形式的 过程设计工具的统称。
PDL经常表现为一种“混杂”的形式，允 许自然语言（如英语）的词汇与某种结 构化程序设计语言（如Pascal、C、Ada 等）的语法结构交织在一起
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7.2.4 过程设计语言（PDL）
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8.1.2 抽象与逐步求精
软件工程
抽象 过程抽象 数据抽象
把完成一个特定功能的动作序列抽象为 抽出事务的本质特性而暂时不考虑它们 把一个数据对象的定义（或描述）抽象 一个过程名和参数表 的细节。是控制复杂性的基本策略。 为一个数据类型名
定义 软件系统 被描述为 基于计算 机的大系 统的一个 组成部分
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软件工程
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。
6、单出单入，避免内容耦合。
7、模块功能可预测 —— 相同输入必产生相 同输出。反例：模块中使用全局变量或静 态变量，则可能导致不可预测。
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7.2 软件过程设计技术和工具
软件工程
7.2.1 结构化程序设计
软件 结构组成
系统中所有 过程性部件 (即模块) 构成的 层次结构 (即程序结构)
对应于 程序结构的 输入输出 数据结构
目标：模块化的程序结构、明确各模块之间的控制 关系、说明程序的输入输出数据流、进一步协调程 序结构和数据结构。 北华大学计算机学院
结构设计原则
软件工程
1. 提高模块独立性
争取低耦合、高内聚（增加内聚 > 减少耦合）
else 部分
if-then-else结构 图8-2-3 盒图的构件
循环结构
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7.2.3 判定表与判定树
软件工程
用于：条件复杂，根据这些条件的组合选择动作 判定表由四部分组成：
左上部
左下部 右上部 右下部
列出所有条件
列出所有可能的动作 所有可能的条件组合（矩阵） 条件组合与动作之间的对应关系
软件工程
软件工程
第 7 章
软 件 设 计 基 础
概 念
基本概念
设计 过程
设计 工具
说明 与评审
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8.1.1 软件设计过程
软件工程
概要设计 详细设计
管 技 理与术 角 角 度 度
结构设计 数据设计
Text Text
过程设计
将 “概设” 结果进一步精化 把信息描述转换为实现软件所 概要设计 根据需求确定软件和数据的总体 结构设计 确定程序各主要部件之间的关系 详细设计 完成每一部件的过程化描述 数据设计 过程设计 框架 成算法表示和数据结构 要求的数据结构
5 模块中各成分都将对数据结构的 通信 同一区域进行操作 循环体
enter data 事务记录 check 累积销售额 data
manipulate data
从文件FILE读出数据
累积订货量 计算累积
模块A
1. 由数据产生报表一
2. 由数据产生报表二
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高级级内聚度（2个）
软件工程
6 模块内的各处理成分均与同一功能相关， 顺序 且这些处理必须顺序执行
3 fan-out 9
A A的扇出
扇入
= 直接调用该模块 的模块数
A的扇入 A
在不破坏独立性的前提 下，fan-in 大的比较好。
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4、作用域在控制域内
软件工程
控制域
B
M A C
M的控制域为 {M，A，B，C}
作用域：M中的一个判定所影响的模块。
例如： A:
………… if …… then goto B1 ………… …………
B: ………… ………… B1: ………… …………
A: ………… if …… then goto M1 ………… …………
M: ………… ………… M1: goto C1 ………… …………
作用域在控制域内
作用域超出了控制域
上例中A的作用超出了控制域。改进方法之一，可以 把A中的 if 移到M中；方法之二，可以把C移到A下面。
7.2.3 判定表与判定树
软件工程
判定树的优点：形式简单，直观明了，易于掌 握。 判定树的缺点： ①存在着数据冗余的问题，相同的数据元素往 往要重复多次，而且越接近树的叶端重复的 次数越多。 ②判定树要求对条件进行层次划分，若条件所 处层次不对，可能会导致增加判定树的复杂 性。
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7.2.4 过程设计语言（PDL）
需求 软件用问 题域约定 的习惯用 语表达
设计 概要设计 过渡到详 细设计时， 抽象级再 一次降低
实现
编码完成 后达到了 抽象的最 低级
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逐步求精
软件工程
逐步求精
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
抽 象
求 精
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信息隐藏
软件工程
模块内所含信息对那些不需要这些信息的模块不可
Great deal dependence of
单价
Independent 开发货单
2.数据耦合
Highly coupled
数量 Loosely coupled
金额 Uncoupled
两个模块间通过参数交换信 息， 而信息仅限于数据
计算金额
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3.特征耦合
软件工程
如果两个模块都与同一个数据结构有关，则为特征耦合。
计算水费和电费 计算水量和电费
住户详情 本月用水量 住户详情
本月用电量 电费 电费
计算水费 计算水费
水费 水费
计算电费 计算电费
住户详情数据结构中包括： “本月用水量”、“本月用电量”。 “特征耦合”图可改进“数据耦合”图
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4.控制耦合----5.外部耦合
软件工程
4.当模块A向模块B所传递的信息控制了B的内部 逻辑。 获得库存记录
访问，每个模块只完成一个相对独立的特定功能。
模块独立性(Module independence) 好设计的关键：每个模块完成一个相对独立的子功能， 并且与其它模块间的接口简单。 独立性的度量：耦合(Coupling)&内聚(Cohesion)
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低级内聚度（3个）
软件工程
1 逻辑
一个模块内各成分为完成一组功能而组合在 一起，它们相互之间即使有关系，也很松散。
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7.2.4 过程设计语言（PDL）
软件工程
可进行抽象数据类型的定义，例如 :
TYPE table_1 IS INSTACE OF symbol_table
而symbol_table在另一处已定义如下：
TYPE symbol_table IS STRUCTURE DEFINED
7.一个模块和另一个模块的内部属性有关 (运行程序和内部数据) 。
如：一个模块使用另一个模块内部的数据或控制信息； 北华大学计算机学院 一个模块直接转移到另一个模块。
软件工程
七种“耦合模块”的性能比 较
可读性 好 好 中 不好 不好 最坏 最坏 通用性 好 好 中 不好 不好 最坏 最坏
设计模块时，应以数据耦合为主，辅以特征耦合与控制耦合， 消除公共耦合和内容耦合。
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对连锁反 耦合方式 可修改性 应的影响 非直接 弱 好 数据 弱 好 特征 弱 中 控制 中 不好 外部 中 不好 公共 强 不好 内容 最强 最坏
耦合、内聚与模块独立性的关系
软件工程
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7.1.4 软件总体结构设计（software architecture）
软件工程
2 一个模块完成的诸任务逻辑上相关 偶然
3 如果一个模块包含的诸任务必须在同一时间 时间 段内执行。例如一个初始化模块
from disk from tape from ……
A: Read inputs
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中级内聚度（2个）
软件工程
4 模块内成分彼此相关，并且必须 过程 按特定的次序执行
2. 模块规模适中： 过大不易理解；太小则接口开销过大。 注意分解后不应降低模块的独立性。
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3. 选择适当的深度、宽度、扇出和扇入
软件工程
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。 北华大学计算机学院
软件工程
扇出 = 一个模块直接 调用\控制的模块数。
判定表的每一列可解释为一条处理规则 北华大学计算机学院
7.2.3 判定表与判定树
软件工程
【例7.2】问题处理描述：耗电记费系统可以 采用固定价格收费、浮动价格收费和其他方 式收费三种方式。若采用固定价格方式收费， 对每月耗电100kW•h以下的用户只征收最低 标准费，超过100kW•h的用户按价格表A收 费；若采用浮动价格方式收费，则每月耗电 100kW•h以下的用户按价格A收费，超过 100kW•h的用户按价格B收费。
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表7-1 判定表
软件工程
规
则
1 T F T F √
2 T F F T √
3 F T T F √
4 F T F T
5 F F
条件
固定价格方式 浮动价格方式 耗电＜100kW.h 耗电≥100kW.h 收取最低标准费 按价格表A收费 按价格表B收费 其他处理
动作
√
√
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软件工程
考察一个PDL的原型，它可以建立在任意一个通用 的结构化程序设计语言之上。基本成分包括：子 程序定义、界面描述、数据说明、块结构、分支 结构、循环结构和I/O结构。 数据说明的形式为： TYPE <变量名> IS <限定词1> <限定词2> 其中： < 变量名 >——局部变量或全局变量； <限定词1>——某个特定关键字（例如，SCALAR， ARRAY，LIST，STRING，STRUTURE等）； <限定词2>——说明此处定义的变量在该过程或整 个程序中应如何使用。
软件工程
PDL应具有下述特点： 1．关键字采用固定语法并支持结构化构件、 数据说明机制和模块化； 2．处理部分采用自然语言描述； 3．允许说明简单（标量、数组等）和复杂 （链表、树等）的数据结构； 4．子程序的定义与调用规则不受具体接口方 式的影响。
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7.2.4 过程设计语言（PDL）
软件工程
【例7.2】判定树
耗电＜100kW· — 收取最低标准费 h
固定方式
耗电≥100kW· — 按价格表A收费 h 耗电＜100kW· — 按价格表A收费 h
耗电收费
浮动方式
耗电≥100kW· — 按价格表B收费 h 其他方式— 其他处理
图8-2-5 用判定树表示计算耗电收费的算法
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5.若干模块均与同一个外部环境关联。 如：I/O、格式、通信协议
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6.公共耦合----7.内容耦合(病态耦 合)
模块A中 6.如果两个模块都和同一个公共数据域有关 TRC： A 模块B中 GO TO 公用 C TRC B 数据
最坏
不好 中 中 好
不好
中 中 中 好
不完全黑
不完全黑 半透明 半透明 透明
好
中 不好 不好 最坏
好
好
好
透明
最坏
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模块间的耦合 1.非直接耦合 --— 2.数据耦合
软件工程
1.非直接耦合： 耦合：表示一个软件结构内各个模块之间的互连程 两个模块中任一个，都不依赖于对方能独立工作 度，尽量选用松散耦合的系统
是程序设计技术，它采用自顶向下逐步求精 流程图 结构化 的设计方法和单入口单出口的控制构件。 结程序设计 构 化 盒图 设 计 判定树 图 形 表 示 判定表 法
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7.2.2 图形表示法
软件工程
1．流程图（也称为程序框图）是最常用的一种 表示法， “顺序”、“分支”和“循环”三个 基本控制构件用流程图表达的形式如图8-2-1所 示。 F
7 模块内所有成分形成一个整体， 功能 完成单个功能
1. 输入系数 求一元二次方程 根的模块 2. 求方程的根 3. 打印方程的根
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七种“内聚模块”的性能比 较
评价
最坏
ห้องสมุดไป่ตู้
形式 偶然 逻辑 时间 过程 通信 顺序 功能
可修 改性
最坏
可读性
最坏
黑箱程度
黑箱
通用性
好
最坏
不好 中 中 好
分支条件
第一个任务
第二个任务
T
循环条件
F
else部分
then部分
T 循环体 do-while循环
顺序结构
If-then-else结构
图8-2-1 流程图构件
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7.2.2 图形表示法
2．盒图也称为N-S图或Chapin图。这种表达方 式取消了流程线，它强迫程序员以结构化方式 思考和解决问题。 第一个任务 第二个任务 第三个任务 顺序结构 F 条件 T then 部分 循环条件 do-while 部分
软件工程
PDL（Procedure Design Language）也称 为结构英语或伪码，是所有正文形式的 过程设计工具的统称。
PDL经常表现为一种“混杂”的形式，允 许自然语言（如英语）的词汇与某种结 构化程序设计语言（如Pascal、C、Ada 等）的语法结构交织在一起
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7.2.4 过程设计语言（PDL）
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8.1.2 抽象与逐步求精
软件工程
抽象 过程抽象 数据抽象
把完成一个特定功能的动作序列抽象为 抽出事务的本质特性而暂时不考虑它们 把一个数据对象的定义（或描述）抽象 一个过程名和参数表 的细节。是控制复杂性的基本策略。 为一个数据类型名
定义 软件系统 被描述为 基于计算 机的大系 统的一个 组成部分
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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。
6、单出单入，避免内容耦合。
7、模块功能可预测 —— 相同输入必产生相 同输出。反例：模块中使用全局变量或静 态变量，则可能导致不可预测。
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7.2 软件过程设计技术和工具
软件工程
7.2.1 结构化程序设计
软件 结构组成
系统中所有 过程性部件 (即模块) 构成的 层次结构 (即程序结构)
对应于 程序结构的 输入输出 数据结构
目标：模块化的程序结构、明确各模块之间的控制 关系、说明程序的输入输出数据流、进一步协调程 序结构和数据结构。 北华大学计算机学院
结构设计原则
软件工程
1. 提高模块独立性
争取低耦合、高内聚（增加内聚 > 减少耦合）
else 部分
if-then-else结构 图8-2-3 盒图的构件
循环结构
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7.2.3 判定表与判定树
软件工程
用于：条件复杂，根据这些条件的组合选择动作 判定表由四部分组成：
左上部
左下部 右上部 右下部
列出所有条件
列出所有可能的动作 所有可能的条件组合（矩阵） 条件组合与动作之间的对应关系
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第 7 章
软 件 设 计 基 础
概 念
基本概念
设计 过程
设计 工具
说明 与评审
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8.1.1 软件设计过程
软件工程
概要设计 详细设计
管 技 理与术 角 角 度 度
结构设计 数据设计
Text Text
过程设计
将 “概设” 结果进一步精化 把信息描述转换为实现软件所 概要设计 根据需求确定软件和数据的总体 结构设计 确定程序各主要部件之间的关系 详细设计 完成每一部件的过程化描述 数据设计 过程设计 框架 成算法表示和数据结构 要求的数据结构
5 模块中各成分都将对数据结构的 通信 同一区域进行操作 循环体
enter data 事务记录 check 累积销售额 data
manipulate data
从文件FILE读出数据
累积订货量 计算累积
模块A
1. 由数据产生报表一
2. 由数据产生报表二
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高级级内聚度（2个）
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6 模块内的各处理成分均与同一功能相关， 顺序 且这些处理必须顺序执行
3 fan-out 9
A A的扇出
扇入
= 直接调用该模块 的模块数
A的扇入 A
在不破坏独立性的前提 下，fan-in 大的比较好。
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4、作用域在控制域内
软件工程
控制域
B
M A C
M的控制域为 {M，A，B，C}
作用域：M中的一个判定所影响的模块。
例如： A:
………… if …… then goto B1 ………… …………
B: ………… ………… B1: ………… …………
A: ………… if …… then goto M1 ………… …………
M: ………… ………… M1: goto C1 ………… …………
作用域在控制域内
作用域超出了控制域
上例中A的作用超出了控制域。改进方法之一，可以 把A中的 if 移到M中；方法之二，可以把C移到A下面。
7.2.3 判定表与判定树
软件工程
判定树的优点：形式简单，直观明了，易于掌 握。 判定树的缺点： ①存在着数据冗余的问题，相同的数据元素往 往要重复多次，而且越接近树的叶端重复的 次数越多。 ②判定树要求对条件进行层次划分，若条件所 处层次不对，可能会导致增加判定树的复杂 性。
北华大学计算机学院
7.2.4 过程设计语言（PDL）
需求 软件用问 题域约定 的习惯用 语表达
设计 概要设计 过渡到详 细设计时， 抽象级再 一次降低
实现
编码完成 后达到了 抽象的最 低级
北华大学计算机学院
逐步求精
软件工程
逐步求精
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
抽 象
求 精
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信息隐藏
软件工程
模块内所含信息对那些不需要这些信息的模块不可
Great deal dependence of
单价
Independent 开发货单
2.数据耦合
Highly coupled
数量 Loosely coupled
金额 Uncoupled
两个模块间通过参数交换信 息， 而信息仅限于数据
计算金额
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3.特征耦合
软件工程
如果两个模块都与同一个数据结构有关，则为特征耦合。
计算水费和电费 计算水量和电费
住户详情 本月用水量 住户详情
本月用电量 电费 电费
计算水费 计算水费
水费 水费
计算电费 计算电费
住户详情数据结构中包括： “本月用水量”、“本月用电量”。 “特征耦合”图可改进“数据耦合”图
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4.控制耦合----5.外部耦合
软件工程
4.当模块A向模块B所传递的信息控制了B的内部 逻辑。 获得库存记录
访问，每个模块只完成一个相对独立的特定功能。
模块独立性(Module independence) 好设计的关键：每个模块完成一个相对独立的子功能， 并且与其它模块间的接口简单。 独立性的度量：耦合(Coupling)&内聚(Cohesion)
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低级内聚度（3个）
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1 逻辑
一个模块内各成分为完成一组功能而组合在 一起，它们相互之间即使有关系，也很松散。
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7.2.4 过程设计语言（PDL）
软件工程
可进行抽象数据类型的定义，例如 :
TYPE table_1 IS INSTACE OF symbol_table
而symbol_table在另一处已定义如下：
TYPE symbol_table IS STRUCTURE DEFINED
7.一个模块和另一个模块的内部属性有关 (运行程序和内部数据) 。
如：一个模块使用另一个模块内部的数据或控制信息； 北华大学计算机学院 一个模块直接转移到另一个模块。
软件工程
七种“耦合模块”的性能比 较
可读性 好 好 中 不好 不好 最坏 最坏 通用性 好 好 中 不好 不好 最坏 最坏
设计模块时，应以数据耦合为主，辅以特征耦合与控制耦合， 消除公共耦合和内容耦合。
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对连锁反 耦合方式 可修改性 应的影响 非直接 弱 好 数据 弱 好 特征 弱 中 控制 中 不好 外部 中 不好 公共 强 不好 内容 最强 最坏
耦合、内聚与模块独立性的关系
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7.1.4 软件总体结构设计（software architecture）
软件工程
2 一个模块完成的诸任务逻辑上相关 偶然
3 如果一个模块包含的诸任务必须在同一时间 时间 段内执行。例如一个初始化模块
from disk from tape from ……
A: Read inputs
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中级内聚度（2个）
软件工程
4 模块内成分彼此相关，并且必须 过程 按特定的次序执行
2. 模块规模适中： 过大不易理解；太小则接口开销过大。 注意分解后不应降低模块的独立性。
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3. 选择适当的深度、宽度、扇出和扇入
软件工程
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。 北华大学计算机学院
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扇出 = 一个模块直接 调用\控制的模块数。
判定表的每一列可解释为一条处理规则 北华大学计算机学院
7.2.3 判定表与判定树
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【例7.2】问题处理描述：耗电记费系统可以 采用固定价格收费、浮动价格收费和其他方 式收费三种方式。若采用固定价格方式收费， 对每月耗电100kW•h以下的用户只征收最低 标准费，超过100kW•h的用户按价格表A收 费；若采用浮动价格方式收费，则每月耗电 100kW•h以下的用户按价格A收费，超过 100kW•h的用户按价格B收费。
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表7-1 判定表
软件工程
规
则
1 T F T F √
2 T F F T √
3 F T T F √
4 F T F T
5 F F
条件
固定价格方式 浮动价格方式 耗电＜100kW.h 耗电≥100kW.h 收取最低标准费 按价格表A收费 按价格表B收费 其他处理
动作
√
√
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考察一个PDL的原型，它可以建立在任意一个通用 的结构化程序设计语言之上。基本成分包括：子 程序定义、界面描述、数据说明、块结构、分支 结构、循环结构和I/O结构。 数据说明的形式为： TYPE <变量名> IS <限定词1> <限定词2> 其中： < 变量名 >——局部变量或全局变量； <限定词1>——某个特定关键字（例如，SCALAR， ARRAY，LIST，STRING，STRUTURE等）； <限定词2>——说明此处定义的变量在该过程或整 个程序中应如何使用。
软件工程
PDL应具有下述特点： 1．关键字采用固定语法并支持结构化构件、 数据说明机制和模块化； 2．处理部分采用自然语言描述； 3．允许说明简单（标量、数组等）和复杂 （链表、树等）的数据结构； 4．子程序的定义与调用规则不受具体接口方 式的影响。
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7.2.4 过程设计语言（PDL）
软件工程
【例7.2】判定树
耗电＜100kW· — 收取最低标准费 h
固定方式
耗电≥100kW· — 按价格表A收费 h 耗电＜100kW· — 按价格表A收费 h
耗电收费
浮动方式
耗电≥100kW· — 按价格表B收费 h 其他方式— 其他处理
图8-2-5 用判定树表示计算耗电收费的算法
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