软件工程第5章1

模块独立的概念是模块化,抽象,信息隐藏和局 部化概念的直接结果. 模块独立性重要的理由:第一,有利于软件实现; 第二,有利于维护测试. 衡量模块的独立程度的定性标准度量: 内聚和耦合. 模块独立性比较强的模块应该是具有高内聚性和 的低耦合度。

耦合
1、定义：是对一个软件结构内不同模块之间互连程 序的度量.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. 模块分解的一个目标是使块间联系尽可能小，块间联 系的大小可从三个方面衡量 ① 方式 — 块间联系方式有“直接引用”或 “用过程语句调用”。 ② 作用 — 块间传送的共用信息（参数）类型， 可为“数据型”、“控制型”或“混合型”（数 据/控制型）。 ③ 数量 — 块间传送的共用信息的数量。
5.1 设计过程 总体设计过程通常由两个主要阶段组成：系统设计阶段， 确定系统的具体实现方案；结构设计阶段，确定软件结 构。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
修 改 修 改
需求 说明书
总体 设计
复审
软件结构
可接受
详细 设计
复审
模块描述
设计 说明书
软件设计工作流程
总体设计的基本目的:进行系统设计和结构设计. 系统设计:确定系统的具体实现方案; 结构设计:确定软件结构.
软件设计阶段的任务可分为三部分： 1、划分模块，确定软件结构 2、确定系统的数据结构 3、设计用户界面
输出 状态标志
零件制造商
t
u
6
零件编号
零件名称
一个程序的模块互连图
三、启发式规则 1、改进软件结构提高模块独立性 2、模块规模应该适中
3、深度、宽度、扇出和 扇入都应适当 深度：表示软件结构中 控制的层数。 宽度：是软件结构中同 一个层次上的模块总数 的最大值。 扇出：是一个模块直接 控制（调用）的模块数 目。 扇入：有多少个上级 模块直接调用它。
有人说，模块化是为了使一个复杂的大型程序能被人的智力所 管理，软件应该具备的惟一属性。如果一个大型程序仅由一个 模块组成，它将很难被人所理解。下面根据人类解决问题的一 般规律，论证上面的结论。 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，如果C(P1)>C(P2) 显然E(P1)>E(P2) 根据人类解决一般问题的经验，另一个有趣的规律是 C(P1+P2)>C(P1)+C(P2) 也就是说，如果一个问题由P1和P2两个问题组合而成，那么它 的复杂程度大于分别考虑每个问题时的复杂程度之和。 综上所述，得到下面的不等式E(P1+P2)>E(P1)+E(P2) 这个不等式导致“各个击破”的结论——把复杂的问题分解成 许多容易解决的小问题，原来的问题也就容易解决了。这就是 模块化的根据。
MOVE A TO B READ CARD FILE MOVE C TO D 偶然型模块
逻辑型模块 2、逻辑型（Logical Cohesion) 将几个逻辑上相似的功能放在一个模块中，调用时由调用 模块传递的参数确定执行的功能。由于要进行控制参数的传递， 必然要影响模块的内聚性。如图所示由调用模块传递的参数， 经过判定后，才能确定是进行读还是进行写操作。
常用的设计方法有：SD法、Jackson法、HIPO法、 Warnier法等。
软件结构是软件模块之间关系的表示，它决定了整 个系统的结构，也确定了系统的质量。模块之间的 关系可有多种，但都可以归结为一种层次关系。软 件结构表示软件系统的构成，是软件模块间关系的 表示. 本节讨论如何进行软件结构的设计，设计的准则以 及为了提高软件系统的质量.
4、模块的作用域应该在控制域之内 作用域：定义为受该模块内一个判定影响 的所有模块的集合。 控制域：是这个 模块本身以及所有直接或 间接从属于它的模块的集合。
5、力争降低模块接口的复杂程度 6、设计单入口单出口的模块 7、模块功能应该可以预测
5.4
描绘软件结构的图形工具
(一)层次图和HIPO图
顺序型
功能型 强
偶然型 内聚性 弱
逻辑型
时间型 过程型
通信型
1、偶然型（Coincidental Cohesion) 又称为巧合型，为了节约空间，将毫无关系（或者联系不 多）的各成分放在一个模块中。这样的模块显然不易理解，不 易修改。
调用模块 判定
读 一 个 记 录 写 一 个 记 录
P
Q
R T 被 调 用 模 块
3、特征耦合（Stamp Coupling) 一个模块传送给另一个模块的参数是一个复合的 数据结构。例如，包含几个数据单项的记录。 4、控制耦合（Control Coupling） 一个模块传递给另一模块的信息是 用于控制该模块内部逻辑的控制信号。 显然，对被控制模块的任何修改，都 会影响控制模块。
第5章 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 习题
总体设计 设计过程 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
从工程管理的角度来看，软件设计分两步完成；分为 总体设计（概要设计）和详细设计两个阶段。首先做 概要设计，将软件需求转化为数据结构和软件的系统 结构。然后是详细设计，即过程设计。通过对结构表 示进行细化，得到软件详细的数据结构和算法。
A B 深度
I
扇出为3
C F
K
D G L
扇入为2
1层
H M 2层 3层
E
J
N
扇入为3
宽度 软件结构示意图
练习1：在软件结构化设计中,好的软件结构设 计应该力求做到( ) A.顶层扇出较少,中间扇出较高,底层模块低扇入 B.顶层扇出较高,中间扇出较少,底层模块高扇入 C顶层扇入较少,中间扇出较高,底层模块高扇入 D.顶层扇入较少,中间扇入较高,底层模块低扇入
三、逐步求精
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. 抽象和求精是设计者在设计过程中解决问题的基本 方法.
(四)信息隐藏和局部化
信息隐藏原理指出:设计和确定模块,应使得一个模 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. 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.
求解方程的功能模
块
下图是某校系统的一部分 （１）和（２）分别是同一模块的两个不同设计方案 评价一下哪种方案最佳？ 为什么?
班级 ／ 成绩汇总
班级 ／ 成绩汇总
甲
取班级成绩
平均／最高 成绩
甲 取班级成绩
平均成绩
最高成绩
乙
取平均成绩 或最高成绩
(1)
乙１ 取平均成绩
(2)
乙２ 取平均成绩
练习：分析下图的层次图，确定每个模块的内聚类型
5.2
设计原理
一、模块化 1、模块:是由边界元素限定的相邻程序元素的序列, 而且有一个总体标识符代表它.模块是程序对象有 名字的集合 2、模块化: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. 模块化的目的是将系统“分而治之”，模块化 能够降低问题的复杂性，使软件结构清晰，易阅 读、易理解，易于测试和调试，因而也有助于提 高软件的可靠性。
A
Flag
f1 f2
B
... fn
5、数据耦合（Data Coupling) 一个模块传送给另一个模块的参数是一个单个的数 据项或者单个数据项组成的数组。
内聚
内聚:一个模块内各个元素彼此结合的紧密程序., 理想内聚的模块只做一件事情. 设计原则:力求做到高内聚,通常中等程度的内聚 也是可以采用的,而且效果和高内聚相差不多;但是 低内聚很坏,不要使用.
Entry1
A
B
A
B
…. Entry2 ….
多重入口
进入另一模块内
部分代码重迭
2、公共耦合（Common Coupling） 若干模块访问一个公共的数据环境，则它们之间 的耦合称为公共耦合。公共环境可为全局数据结构、 共享的通信区、内存的公共覆盖区等。显然，公共 数据区的变化，将影响所有公共耦合模块，严重影 响模块的可靠性和可适应性，降低软件的可读性。
模块分解的一个目标是使块间联系尽可能小，达 到这个目标可通过以下措施。 ⑴每个模块用过程语句（或函数方式等）调用 其他模块。 ⑵模块间传送的参数为数据型。 ⑶模块间公用的信息（如参数等）尽量少。
内容耦合 耦合性 高
公共耦合 特征耦合
控制耦合 数据耦合 低
1、内容耦合(content coupling) 一个模块直接访问另一模块的内部数据。 一个模块不通过正常入口转到另一模块的内部。 一个模块有多个入口。 两个模块有部分代码重迭。
⑵调用：从一个模块指向另一个模块的箭头表示前 一模块对后一模块的调用，一般是上层调用下层。 ⑶数据：调用箭头边上的小箭头表示调用时从一 个模块传送给另一模块的数据。通常在短箭头附 近应注有信息的名字，
控制
数据
模块1
values
data
模块2
values data data data
模块3
模块4
模块5 模块5
(五)模块独立
⑴功能 即指该模块实现什么功能，做什么事情。 必须注意，这里所说的模块功能，应是该模块本 身的功能加上它所调用的所有子模块的功能。 ⑵逻辑 即描述模块内部怎么做。 ⑶状态 即该模块使用时的环境和条件。 所谓模块的独立性，是指软件系统中每个模块只 涉及软件要求的具体的子功能，而和软件系统中 其他模块的接口是简单的。即功能专一，模块之 间无过多的相互作用的模块。
计算多地点日平均温度的程序
计算多个地点 的日平均温度
初始化变量SUM 并打开文件
创建新的 温度记录
存储温度
关闭文件并 打印平均温度
读取地点、时 间和温度
计算特定地点的 日平均温度
分析下图，确定模块之间的耦合类型(p,t,u之间共用 一个数据库)
P 1
q 4
3 r 5 s
2
6
编 输入 号 1 飞机类型 2 飞机零件清单 3 功能代码 4 飞机零件清单 5 零件编号
但是，模块的数量应适当。
图5.1 模块化和软件成本
采用模块化原理的好处： 1、使软件结构清晰，不仅容易设计也容易阅读 和理解； 2、能够提高软件的可靠性； 3、能够提高软件的可修改性； 4、有助于软件开发工程的组织管理；
二、抽象 抽象:人类在认识复杂现象的过程中使用的 最强有力的思维工具，是对现实世界中一定事 物、状态或过程之间存在的某些相似的方面 (共性) 的集中和概括，并暂时忽略它们之间 的差异，或者是指出事物的本质特性而暂时不 考虑它们的细节.
累加 结果 打印
顺序型模块
顺序型模块，编辑功能的输入是读入功能的 输出，打印功能的输入是累加功能的输出。
7、功能型（Sequential Cohesion) 一个模块包括而且仅包括完成某一具 体功能所必须的所有成分。或者说，模块 的所有成分都是为完成该功能而协同工作、 紧密联系、不可分割的。 例如仅完成以下功能的模块为功能模块： A 求一元二次方程 ● 求平方根 ● 求解一元二次方程 ● 计算利息 B 求平方根 ● 判素数
（二）结构图
结构图（Structure Chart，简称SC图）是精确表达 软件结构的图形表示方法，它以特定的符号表示模 块、模块间的调用关系和模块间信息的传递。结构 图的主要构成有： ⑴模块（Module）：用矩形框表示，框中写有模块 的名字，说明模块的功能。模块是程序对象有名字 的集合。例如：过程、函数、子程序、宏等。
3、时间型（Temporal Cohesion) 将需要同时执行的成分放在一个模块中，因为模 块中的各功能与时间有关，因此又称为时间内聚 或经典内聚。 4、过程型 如果一个模块内的处理元素是相关的，而且必须以 特定次序执行。
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5、通信型（Communicational Cohesion) 模块中的成分引用共同的输入数据，或者产生 相同的输出数据，则称为是通信内聚模块。
模块调用图
调用次序为上层调用下层； 同层按照数据传递 关系确定；一般从左到右执行。 执行过程即按照数据流向进行。
A
打印 报告1 打印 报告2 打印 报告2 打印 删除
B
存入
C
修改 打印
（a）
（b）
通信型模块
（c）
6、顺序型（Sequential Cohesion) 模块中某个成分的输出是另一成分的输入。由于 这类模块无论数据还是执行顺序，模块中的一部分依 赖于另外一部分。因此具有较好的内聚性。
A
读入
数据
B
编辑