4-概要设计
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分析DFD：用一组分层的DFD来表示系统划分的功 能、数据流和对数据流所做的处理。
确定DFD的特点及边界：区分事务流、变换流。
映射为软件结构：有两个设计映射策略：变换分析和 事务分析可供采用。
细化后，得到初始结构图：顶层模块负责控制处理服 务，实际工作较少；每个下层模块较少执行控制功能 而较多作具体处理工作；底层模块应有高度聚合，较 少有外部控制的特性。 获得最终的软件结构图：使用设计的质量度量：耦合 性和内聚性。
4.3 结构化设计方法
结构化设计方法（简称SD方法）
基于数据流的设计方法 把数据流图变换成软件结构 因为任何软件系统都可以用数据流图表示，所以面向 数据流的设计方法理论上可以设计任何软件的结构。
4.3.1 概念
信息流有变换流和事物流两种类型。
变换流（transform flow） 特点：从同一数据源进入系统的数据，它在数据流 图中流动的逻辑路径是相同的。
A A A A
Common公共数据区 a) 松散的公共耦合
Common公共数据区 b) 紧密的公共耦合
4.2.2 模块的耦合性
7.
内容耦合（content coupling） 一个模块直接访问另一个模块的内部数据； 一个模块不通过正常入口转到另一模块内部； 两个模块有一部分程序代码重叠； 一个模块有多个入口； …
软件工程概论 Software Engineering
章晓芳 xfzhang@suda.edu.cn
第4章 概要设计
4.1 概要设计的概念 4.2 模块独立性 4.3 结构化设计方法 4.4 数据设计
4.1.1 概要设计的目标和任务
软件设计是把软件需求变为软件的具体方案 软件设计包括两个阶段：概要设计和详细设计
4.1.3 概要设计的工具
HIPO图(hierarchy plus input-process-output)：由层次 图（HC图）加上IPO图（Input-Process-Output）组成。 层次图中的矩形框表示模块，而针对层次图中的每 一个模块再配上IPO图来表达输入、处理、输出。 层次图中的矩形框代表模块，方框间的连线表示调 用关系。最顶层的方框代表主控模块，它调用下层 模块完成软件系统的功能。
软件系统
输入
输出
编辑
统计一
统计二 除
查询
月处理
年处理
添加
删除
插入
修改
合并
列表
4.1.3 概要设计的工具
结构图
方框代表一个模块，框内标明模块的名字或主要功能； 方框之间的箭头（或直线）表示模块的调用关系。 用带注释的箭头表示模块调用过程中来回传递的信息。 尾部是空心圆表示传递的是数据，实心圆表示传递的 是控制信息。 附加的符号：模块的选择调用或循环调用。
概要设计也称为总体设计，在这个阶段需要确定软 件的总体结构。
概要设计说明书主要由模块结构图、模块说明和测 试计划组成。 概要设计可分为数据设计、系统结构设计和过程设 计。(界面设计是发展趋势之一)
4.1.1 概要设计的目标和任务
概要设计的任务： 1. 制定规范 2. 总体结构设计：软件总体结构图 3. 处理方式设计：功能需求和非功能需求，算法评估 4. 数据设计：数据结构设计、文件设计和数据库设计 5. 质量设计 6. 文档设计：生成概要设计说明书、数据库设计说明 书、用户手册和软件测试计划 7. 评审概要设计
A flag flag
f1
f2
fn
4.2.2 模块的耦合性
5.
6.
外部耦合（external coupling）：若干模块均与同 一个外部环境关联。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。 公共耦合（common coupling）：若干模块通过全 局的数据环境相互作用时（一组模块都访问同一个 公共数据环境）。 松散公共耦合、紧密公共耦合
4.2.3 模块的内聚性
内聚标志一个模块内部各成分彼此结合的紧密程度。 软件概要设计的目标是力求增加模块的内聚，尽量减少 模块间的耦合。增加内聚比减少耦合更重要。
高 内聚性
功能性内聚 顺序性内聚 通信性内聚 过程性内聚 时间性内聚 逻辑性内聚 偶然性内聚
低
模块独立性 强，功能单一 弱，功能分散
4.3.1 概念
SC图（结构图） 6种模块：传入模块、传出模块、变换模块、源模 块、漏模块、控制模块。
4.3.1 概念
SC图中的模块调用 简单调用
B属于变换模块，C属于漏模块
选择调用：用菱形符号表示 循环调用：用叠加在调用线始端的环形箭头表示
结构化设计方法的五个基本步骤：
4.2.2 模块的耦合性
3.
4.
特征耦合（stamp coupling）/标记耦合：两个模块 都要使用同一数据结构的一部分，不是采用全程公 共数据区共享，而是通过模块接口传递数据结构的 一部分（不是简单的数据）。 控制耦合（control coupling）：两模块间通过参数 交换信息，而传递的信息中含有控制信息。
4.2.2 模块的耦合性
模块独立性 模块独立性的度量标准 耦合（coupling）：模块之间相对独立性的量度 内聚（cohesion）：模块功能相对强度的量度
耦合性是对软件程序结构中各个模块之间相互关联 程度的一种度量。 在设计软件时应追求尽可能松散耦合的系统。
低 耦合性 非直接耦合 数据耦合 特征耦合 控制耦合 外部耦合 公共耦合 内容耦合 高
相同的输出数据。（eg. 对同一文件进行管理）
4.2.3 模块的内聚性
6.
高级内聚 顺序性内聚（sequential cohesion）：一个模块内的各 个组成部分顺序执行几个处理动作，前一个处理动作 产生的输出数据是下一个处理工作的输入数据。
7.
功能性内聚（functional cohesion）：模块内所有成分 形成一个整体，完成单个功能。象一个“黑盒子”。
变换流
变换流的DFD是一个线性结构，由输入、变换和输 出三部分组成。
变换是系统的变换中心，变换输入端的数据流为系 统的逻辑输入，输出端为逻辑输出。而系统输入端 的数据流为物理输入，输出端为物理输出。
取得数据 C
变换数据 C为D
给出数据 D
变换型数据流图
物理输入
逻辑输入
逻辑输入
物理输出
4.3.1 概念
如果它是利用所计算的年龄来确定雇员将要退休 的时间，那么它就具有顺序内聚性。 如果它是分别计算年龄和退休时间的，但使用相 同生日数据，那么它就具有通讯内聚性。 分别建立两个子程序，一个根据生日计算年龄， 另外一个根据生日确定退休时间，确定退休时间 子程序将调用计算年龄的程序。
怎样使这个子程序成为功能内聚性呢？
A B A wk.baidu.com Entry1 „„ entry2 „„
a) 进入另一模块内部
b) 模块代码重叠
c) 多入口模块
A
全局数据区
L
M
B
C 指定的公共区 N D E F O P
模块E和L为外部耦合； 模块C、F和N为公共耦合； 模块B和D为内容耦合。 C、F、N都访问全局数据区中的同一个数据项 ，读写问题！
4.2.3 模块的内聚性
是 功能性内聚 是 该模块执行 一个功能吗？ 数据流 不是 顺序性内聚 次序重要吗？ 不是 通讯性内聚 是 模块内各组成 部分关系如何？ 两者 皆非 控制流 过程性内聚 次序重要吗？ 不是 是 逻辑相似吗？ 不是 偶然性内聚 时间性内聚 逻辑性内聚
例子
功能内聚性:计算雇员年龄并给出生日的子程序。 假设有一个按给出的生日计算雇员年龄、退休时间 的子程序。
事务流（transaction flow） 特点：“以事务为中心的”，也就是说，数据沿输入 通路到达一个处理T，这个处理（事务中心）根据输入 数据的类型在若干个动作序列中选出一个来执行。
事务
事务中心
T 动作路径
4.3.1 概念
SC图（结构图）
用矩形框来表示模块， 用带箭头的连线表示模块间的调用关系， 在调用线的两旁，应标出传入和传出模块 的数据流。
4.1.2 概要设计的过程
概要设计的步骤： 1. 设想供选择的方案 2. 推荐最佳方案 3. 功能分解 4. 设计软件结构：面向数据流的设计方法和面向数 据结构的设计方法 5. 数据设计 6. 制订测试计划 7. 书写文档：概要设计规格说明书、用户手册、测 试计划、详细的实现计划等 8. 审查和复审
4.2.1 模块化
模块化论据：
函数C(X)定义了问题X的复杂性； 函数E(X)定义了求解问题X所需要的工作量（按时 间计）
对于问题P1和P2，如果C(P1) > C(P2)，则 E(P1)>E(P2) C(P1+P2)>C(P1)+C(P2) E(P1+P2)>E(P1)+E(P2)
18
4.2.2 模块的耦合性
低 耦合性 非直接耦合 数据耦合 特征耦合 控制耦合 外部耦合 公共耦合 内容耦合 高
模块独立性 强 弱
设计软件时应尽量使用数据耦合，减少控制耦合， 限制环境耦合和公共耦合，杜绝内容耦合。 为了降低耦合度，可以采用消耦（decoupling）技术 根据问题的特点，选择适当的耦合类型 降低模块接口的复杂性 把模块的通信信息放在缓冲区中
结论：一个复杂问题分割成若干个容易解决、容易 管理的小问题后更易于求解。
4.2.1 模块化
对每个问题都存在着某个最佳模块数目，它能使得 软件成本最小。 需避免模块分割得过度或不足。
软件总成本 接口成本
成本（工作量）
最小成本区
成本/模块
模块总数
4.2.1 模块化
模块化的优点： 可以使软件结构清晰，容易设计、容易阅读和理 解、容易测试和调试。 提高软件的可靠性。 有助于软件开发工程的组织管理。 依据什么标准划分模块？耦合、内聚的概念。
变换分析
变换分析方法由以下四步组成：
重画数据流图； 区分有效（逻辑）输入、有效（逻辑）输出和中心 变换部分；
进行一级分解，设计上层模块；
进行二级分解，设计中、下层模块。
重画数据流图：描述系统中的数据是如何流动的，确定其 具有变换流特征。 区分有效（逻辑）输入、有效（逻辑）输出和中心变换部 分
模块独立性 强 弱
4.2.2 模块的耦合性
耦合分为七级： 1. 间接耦合（nondirect coupling）：两模块中任一 个都不依赖对方而能独立工作，也就是说两个模 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。 2. 数据耦合（data coupling）：两模块间通过参数 交换信息，而传递的信息仅限于数据，或者说一 个模块访问另一个模块时，彼此之间是通过数据 参数（而不是控制参数、公共数据结构或外部变 量）来交换输入、输出信息的。
4.1.3 概要设计的工具
产生最佳结果 好输入 好输入 得到好输入 原始输入 原始输入 读输入 编辑输入 结果格式化 编辑结果 解 输出结果 解 格式化 的解 显示结果 格式化 的解 解
计算最佳解
M
M
A
B
A
B
C
a)选择调用
b)循环调用
4.2.1 模块化
模块化的思想：把软件划分为可独立命名和编址的 部件。每个模块完成一个子功能，当把所有模块组 装到一起成为一个整体时，便可以完成指定的功能。 模块是具有一定功能的可以用名词调用的程序语句 的集合。 模块化就是把程序划分成若干个模块，分别实现。
4.2.3 模块的内聚性
1.
内聚分为七级三类： 低级内聚
偶然性内聚（coincidental cohesion）：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 很松散或者模块内各部分之间就没有联系。 逻辑性内聚（logical cohesion）：一个模块完成的诸任务逻 辑上相关。（eg.单入口多功能模块） 时间性内聚（temporal cohesion）/经典内聚：一个模块包含 的诸任务必须在同一时间段内执行，顺序无关。 （eg.初始 化模块）
2.
3.
4.2.3 模块的内聚性
4.
中级内聚 过程性内聚（procedural cohesion）：模块内各个组 成部分的处理动作各不相同、彼此相关，并且受同一 控制流支配，必须按特定的次序执行。
5.
通信性内聚（communicational cohesion）：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
确定DFD的特点及边界：区分事务流、变换流。
映射为软件结构：有两个设计映射策略：变换分析和 事务分析可供采用。
细化后，得到初始结构图：顶层模块负责控制处理服 务，实际工作较少；每个下层模块较少执行控制功能 而较多作具体处理工作；底层模块应有高度聚合，较 少有外部控制的特性。 获得最终的软件结构图：使用设计的质量度量：耦合 性和内聚性。
4.3 结构化设计方法
结构化设计方法（简称SD方法）
基于数据流的设计方法 把数据流图变换成软件结构 因为任何软件系统都可以用数据流图表示，所以面向 数据流的设计方法理论上可以设计任何软件的结构。
4.3.1 概念
信息流有变换流和事物流两种类型。
变换流（transform flow） 特点：从同一数据源进入系统的数据，它在数据流 图中流动的逻辑路径是相同的。
A A A A
Common公共数据区 a) 松散的公共耦合
Common公共数据区 b) 紧密的公共耦合
4.2.2 模块的耦合性
7.
内容耦合（content coupling） 一个模块直接访问另一个模块的内部数据； 一个模块不通过正常入口转到另一模块内部； 两个模块有一部分程序代码重叠； 一个模块有多个入口； …
软件工程概论 Software Engineering
章晓芳 xfzhang@suda.edu.cn
第4章 概要设计
4.1 概要设计的概念 4.2 模块独立性 4.3 结构化设计方法 4.4 数据设计
4.1.1 概要设计的目标和任务
软件设计是把软件需求变为软件的具体方案 软件设计包括两个阶段：概要设计和详细设计
4.1.3 概要设计的工具
HIPO图(hierarchy plus input-process-output)：由层次 图（HC图）加上IPO图（Input-Process-Output）组成。 层次图中的矩形框表示模块，而针对层次图中的每 一个模块再配上IPO图来表达输入、处理、输出。 层次图中的矩形框代表模块，方框间的连线表示调 用关系。最顶层的方框代表主控模块，它调用下层 模块完成软件系统的功能。
软件系统
输入
输出
编辑
统计一
统计二 除
查询
月处理
年处理
添加
删除
插入
修改
合并
列表
4.1.3 概要设计的工具
结构图
方框代表一个模块，框内标明模块的名字或主要功能； 方框之间的箭头（或直线）表示模块的调用关系。 用带注释的箭头表示模块调用过程中来回传递的信息。 尾部是空心圆表示传递的是数据，实心圆表示传递的 是控制信息。 附加的符号：模块的选择调用或循环调用。
概要设计也称为总体设计，在这个阶段需要确定软 件的总体结构。
概要设计说明书主要由模块结构图、模块说明和测 试计划组成。 概要设计可分为数据设计、系统结构设计和过程设 计。(界面设计是发展趋势之一)
4.1.1 概要设计的目标和任务
概要设计的任务： 1. 制定规范 2. 总体结构设计：软件总体结构图 3. 处理方式设计：功能需求和非功能需求，算法评估 4. 数据设计：数据结构设计、文件设计和数据库设计 5. 质量设计 6. 文档设计：生成概要设计说明书、数据库设计说明 书、用户手册和软件测试计划 7. 评审概要设计
A flag flag
f1
f2
fn
4.2.2 模块的耦合性
5.
6.
外部耦合（external coupling）：若干模块均与同 一个外部环境关联。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。 公共耦合（common coupling）：若干模块通过全 局的数据环境相互作用时（一组模块都访问同一个 公共数据环境）。 松散公共耦合、紧密公共耦合
4.2.3 模块的内聚性
内聚标志一个模块内部各成分彼此结合的紧密程度。 软件概要设计的目标是力求增加模块的内聚，尽量减少 模块间的耦合。增加内聚比减少耦合更重要。
高 内聚性
功能性内聚 顺序性内聚 通信性内聚 过程性内聚 时间性内聚 逻辑性内聚 偶然性内聚
低
模块独立性 强，功能单一 弱，功能分散
4.3.1 概念
SC图（结构图） 6种模块：传入模块、传出模块、变换模块、源模 块、漏模块、控制模块。
4.3.1 概念
SC图中的模块调用 简单调用
B属于变换模块，C属于漏模块
选择调用：用菱形符号表示 循环调用：用叠加在调用线始端的环形箭头表示
结构化设计方法的五个基本步骤：
4.2.2 模块的耦合性
3.
4.
特征耦合（stamp coupling）/标记耦合：两个模块 都要使用同一数据结构的一部分，不是采用全程公 共数据区共享，而是通过模块接口传递数据结构的 一部分（不是简单的数据）。 控制耦合（control coupling）：两模块间通过参数 交换信息，而传递的信息中含有控制信息。
4.2.2 模块的耦合性
模块独立性 模块独立性的度量标准 耦合（coupling）：模块之间相对独立性的量度 内聚（cohesion）：模块功能相对强度的量度
耦合性是对软件程序结构中各个模块之间相互关联 程度的一种度量。 在设计软件时应追求尽可能松散耦合的系统。
低 耦合性 非直接耦合 数据耦合 特征耦合 控制耦合 外部耦合 公共耦合 内容耦合 高
相同的输出数据。（eg. 对同一文件进行管理）
4.2.3 模块的内聚性
6.
高级内聚 顺序性内聚（sequential cohesion）：一个模块内的各 个组成部分顺序执行几个处理动作，前一个处理动作 产生的输出数据是下一个处理工作的输入数据。
7.
功能性内聚（functional cohesion）：模块内所有成分 形成一个整体，完成单个功能。象一个“黑盒子”。
变换流
变换流的DFD是一个线性结构，由输入、变换和输 出三部分组成。
变换是系统的变换中心，变换输入端的数据流为系 统的逻辑输入，输出端为逻辑输出。而系统输入端 的数据流为物理输入，输出端为物理输出。
取得数据 C
变换数据 C为D
给出数据 D
变换型数据流图
物理输入
逻辑输入
逻辑输入
物理输出
4.3.1 概念
如果它是利用所计算的年龄来确定雇员将要退休 的时间，那么它就具有顺序内聚性。 如果它是分别计算年龄和退休时间的，但使用相 同生日数据，那么它就具有通讯内聚性。 分别建立两个子程序，一个根据生日计算年龄， 另外一个根据生日确定退休时间，确定退休时间 子程序将调用计算年龄的程序。
怎样使这个子程序成为功能内聚性呢？
A B A wk.baidu.com Entry1 „„ entry2 „„
a) 进入另一模块内部
b) 模块代码重叠
c) 多入口模块
A
全局数据区
L
M
B
C 指定的公共区 N D E F O P
模块E和L为外部耦合； 模块C、F和N为公共耦合； 模块B和D为内容耦合。 C、F、N都访问全局数据区中的同一个数据项 ，读写问题！
4.2.3 模块的内聚性
是 功能性内聚 是 该模块执行 一个功能吗？ 数据流 不是 顺序性内聚 次序重要吗？ 不是 通讯性内聚 是 模块内各组成 部分关系如何？ 两者 皆非 控制流 过程性内聚 次序重要吗？ 不是 是 逻辑相似吗？ 不是 偶然性内聚 时间性内聚 逻辑性内聚
例子
功能内聚性:计算雇员年龄并给出生日的子程序。 假设有一个按给出的生日计算雇员年龄、退休时间 的子程序。
事务流（transaction flow） 特点：“以事务为中心的”，也就是说，数据沿输入 通路到达一个处理T，这个处理（事务中心）根据输入 数据的类型在若干个动作序列中选出一个来执行。
事务
事务中心
T 动作路径
4.3.1 概念
SC图（结构图）
用矩形框来表示模块， 用带箭头的连线表示模块间的调用关系， 在调用线的两旁，应标出传入和传出模块 的数据流。
4.1.2 概要设计的过程
概要设计的步骤： 1. 设想供选择的方案 2. 推荐最佳方案 3. 功能分解 4. 设计软件结构：面向数据流的设计方法和面向数 据结构的设计方法 5. 数据设计 6. 制订测试计划 7. 书写文档：概要设计规格说明书、用户手册、测 试计划、详细的实现计划等 8. 审查和复审
4.2.1 模块化
模块化论据：
函数C(X)定义了问题X的复杂性； 函数E(X)定义了求解问题X所需要的工作量（按时 间计）
对于问题P1和P2，如果C(P1) > C(P2)，则 E(P1)>E(P2) C(P1+P2)>C(P1)+C(P2) E(P1+P2)>E(P1)+E(P2)
18
4.2.2 模块的耦合性
低 耦合性 非直接耦合 数据耦合 特征耦合 控制耦合 外部耦合 公共耦合 内容耦合 高
模块独立性 强 弱
设计软件时应尽量使用数据耦合，减少控制耦合， 限制环境耦合和公共耦合，杜绝内容耦合。 为了降低耦合度，可以采用消耦（decoupling）技术 根据问题的特点，选择适当的耦合类型 降低模块接口的复杂性 把模块的通信信息放在缓冲区中
结论：一个复杂问题分割成若干个容易解决、容易 管理的小问题后更易于求解。
4.2.1 模块化
对每个问题都存在着某个最佳模块数目，它能使得 软件成本最小。 需避免模块分割得过度或不足。
软件总成本 接口成本
成本（工作量）
最小成本区
成本/模块
模块总数
4.2.1 模块化
模块化的优点： 可以使软件结构清晰，容易设计、容易阅读和理 解、容易测试和调试。 提高软件的可靠性。 有助于软件开发工程的组织管理。 依据什么标准划分模块？耦合、内聚的概念。
变换分析
变换分析方法由以下四步组成：
重画数据流图； 区分有效（逻辑）输入、有效（逻辑）输出和中心 变换部分；
进行一级分解，设计上层模块；
进行二级分解，设计中、下层模块。
重画数据流图：描述系统中的数据是如何流动的，确定其 具有变换流特征。 区分有效（逻辑）输入、有效（逻辑）输出和中心变换部 分
模块独立性 强 弱
4.2.2 模块的耦合性
耦合分为七级： 1. 间接耦合（nondirect coupling）：两模块中任一 个都不依赖对方而能独立工作，也就是说两个模 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。 2. 数据耦合（data coupling）：两模块间通过参数 交换信息，而传递的信息仅限于数据，或者说一 个模块访问另一个模块时，彼此之间是通过数据 参数（而不是控制参数、公共数据结构或外部变 量）来交换输入、输出信息的。
4.1.3 概要设计的工具
产生最佳结果 好输入 好输入 得到好输入 原始输入 原始输入 读输入 编辑输入 结果格式化 编辑结果 解 输出结果 解 格式化 的解 显示结果 格式化 的解 解
计算最佳解
M
M
A
B
A
B
C
a)选择调用
b)循环调用
4.2.1 模块化
模块化的思想：把软件划分为可独立命名和编址的 部件。每个模块完成一个子功能，当把所有模块组 装到一起成为一个整体时，便可以完成指定的功能。 模块是具有一定功能的可以用名词调用的程序语句 的集合。 模块化就是把程序划分成若干个模块，分别实现。
4.2.3 模块的内聚性
1.
内聚分为七级三类： 低级内聚
偶然性内聚（coincidental cohesion）：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 很松散或者模块内各部分之间就没有联系。 逻辑性内聚（logical cohesion）：一个模块完成的诸任务逻 辑上相关。（eg.单入口多功能模块） 时间性内聚（temporal cohesion）/经典内聚：一个模块包含 的诸任务必须在同一时间段内执行，顺序无关。 （eg.初始 化模块）
2.
3.
4.2.3 模块的内聚性
4.
中级内聚 过程性内聚（procedural cohesion）：模块内各个组 成部分的处理动作各不相同、彼此相关，并且受同一 控制流支配，必须按特定的次序执行。
5.
通信性内聚（communicational cohesion）：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