第四章-软件总体设计课件

概述(P66)

需求分析解决系统“做什么”的问题，软件设计解决系统“怎么做”的问题，分为总体设计(概要设计)和详细设计.软件设计是把软件需求变换成为软件的具体解决方案.2023/8/221概述(P66)2023/8/21剩下的阶段▲

总体设计▲详细设计▲编码▲调试▲维护2023/8/222剩下的阶段▲总体设计2023/8/22软件设计分为两个阶段：(1)总体设计(概要设计)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。(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。2023/8/223软件设计分为两个阶段：(1)总体设计(概要设计)2023/8总体设计的任务将系统划分成模块决定每个模块的功能决定模块的调用关系决定模块的界面，即模块间传递的数据2023/8/224总体设计的任务将系统划分成模块2023/8/24软件总体设计基础（P67）▲模块模块就是程序对象的有名字的集合或者说是一系列过程的总称.▲

软件结构软件的结构就是软件内部各模块之间的关系表示.▲总体设计总体设计是软件总体结构的设计.▲

详细设计详细设计是软件模块内部的过程设计.2023/8/225软件总体设计基础（P67）▲模块2023/8/25控制结构(程序结构)控制结构是软件模块间关系的表示2023/8/226控制结构(程序结构)控制结构是软件模块间2023/8/26控制结构图示(P68)2023/8/227控制结构图示(P68)2023/8/27控制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2023/8/228控制结构的层次规则只有一个顶层(0层)模块2023/8/28软件结构度量术语深度宽度扇出扇入(模块的层数)(同一层最大模块数)(一个模块直接调用的模块数)(调用一个给定模块的模块个数)2023/8/229软件结构度量术语深宽度扇出扇入(模块的(同一层最大模块数)(结构图(SCStructureChart)结构图主要成分（page69）模块——用方框表示，方框中写有模块的名字，一个模块的名字应适当地反映这个模块的功能，这就在某种程度上反映了块内联系；调用——从一个模块指向另一个模块的箭头表示前一模块中含有对后一模块的调用；数据——调用箭头旁边的小箭头表示调用时从一个模块传入送给另一个模块的数据，小箭头也指出了传送的方向。2023/8/2210结构图(SCStructureChart)结构图主要成分结构图(SCStructureChart)SD方法在概要设计中的主要表达工具约定：编辑学生记录读学生记录学生数据无此学生学号不加区分的数据数据信息控制信息2023/8/2211结构图(SCStructureChart)SD方法在概要SC中的四种模块传入模块(a)(b)AA传出模块BB变换模块(c)CD协调模块E(d)EFF2023/8/2212SC中的四种模块传入模块(a)(b)AA传出模块BB变换模块SC中的选择调用ACBDA根据内部判断决定是否调用BA按另一判定结果选择调用C或D2023/8/2213SC中的选择调用ACBDA根据内A按另一判2023/8/21SC中的循环调用ABCA根据内在的循环重复调用B、C等模块2023/8/2214SC中的循环调用ABCA根据内在的循环重2023/8/214结构图(SC)举例医院管理系统门诊管理药房管理药库管理病房管理财务管理处方挂号处理挂号费总计挂号单挂号费总计出库处理进药管理病历管理处方管理常规处理2023/8/2215结构图(SC)举例医院管理系统门诊药房药库病房财务处方挂号挂结构图的优点结构图具有很高的可读性，容易使人理解，也容易和用户讨论结构图是自顶向下逐层扩展，能够表达总体一级的软件结构结构图既有严密性，又有灵活性结构图易于维护和修改2023/8/2216结构图的优点结构图具有很高的可读性，容易使人理解，也容易和用模块模块是具有一定功能的可以用名词调用的程序语句集合，如：独立的汇编程序COBOL的段和节Pascal过程FORTRAN的子程序汇编的宏2023/8/2217模块模块是具有一定功能的可以用名词调用的程序语句集合，如：2模块化(Modularity)模块化是好的软件设计的一个基本准则高层模块从整体上把握问题,隐蔽细节复杂问题较小问题

分解可减小解题所需的总的工作分解2023/8/2218模块化(Modularity)模块化是好的软件设计的一个基本例: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：

C(P1)>C(P2)显然：E(P1)>E(P2)有规律：C(P1+P2)>C(P1)+C(P2)

E(P1+P2)>E(P1)+E(P2)

＂各个击破＂理论2023/8/2219例:将问题(P1+P2)分解为P1,P2设函数C(x)定义问模块度成本或工作量模块数量软件总成本集成成本成本/模块M最小成本区域2023/8/2220模块度成本或工作量模块数量软件总成本集成成本成本/模块M最小模块的特征（P72）▲

抽象抽象是抽出事物的本质特性而暂时不考虑他们的细节.▲

信息隐蔽

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。2023/8/2221模块的特征（P72）▲抽象2023/8/221模块独立性度量（P73）▲

模块独立的概念模块独立是指该模块能完成一个相对独立的特定子功能,并且与其他模块之间的接口很简单.模块独立是软件设计模块化、抽象和信息隐蔽的直接结果.▲

独立的优势

1.具有独立模块的软件比较容易开发,接口简化，有利于团队合作.2.独立的模块比较容易测试和维护.2023/8/2222模块独立性度量（P73）▲模块独立的概念2023/8/22衡量独立性标准（P73）▲

聚合聚合是衡量一个模块内部各个元素之间的彼此结合的紧密程度.▲

耦合耦合是衡量不同模块之间相互依赖的紧密程度.

2023/8/2223衡量独立性标准（P73）▲聚合2023/8/223独立性理想目标理想目标:低耦合、高聚合2023/8/2224独立性理想目标理想目标:2023/8/224块内联系(聚合)偶然聚合逻辑聚合时间聚合通信聚合顺序聚合功能聚合2023/8/2225块内联系(聚合)偶然聚合2023/8/225偶然聚合(巧合聚合)PQSTMOVEATOBREADCARDFILEMOVECTOD模块T中的三个语句没有任何联系缺点：可理解性差，可修改性差例:2023/8/2226偶然聚合(巧合聚合)PQSTMOVEATO逻辑聚合把几种相关功能（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。2023/8/2227逻辑聚合把几种相关功能（逻辑上相似的功能）组合在一模块内，每逻辑聚合模块ABCEFGABCEFGA1B1C1EFG模块内部逻辑E、F、G逻辑功能相似，组成新模块EFG缺点：增强了耦合程度(控制耦合)

不易修改，效率低公用代码段公用代码段2023/8/2228逻辑聚合模块ABCEFGABCEFGA1B1C1EFG模块内时间聚合(经典聚合)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性聚合模块.2023/8/2229时间聚合(经典聚合)模块完成的功能必须在同一时间2023/8通信聚合一个模块内各个组成部分的处理动作都使用相同的输入数据或产生相同的输出数据.2023/8/2230通信聚合一个模块内各个组成部分的处理动作都使用相同的输入数据通信聚合模块例产生工资报表计算平均工资职工工资记录职工工资报表平均工资产生职工工资报表并计算平均工资模块2023/8/2231通信聚合模块例产生工资报表计算平均工资职工工资记录职工工资报顺序聚合模块内各处理成分相关，且必须以特定次序执行2023/8/2232顺序聚合模块内各处理成分相关，2023/8/232顺序聚合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2023/8/2233顺序聚合模块读入审查统计打印读入并审查成绩单统计并打印成绩单功能聚合模块仅包括为完成某个功能所必须的所有成分。模块所有成分共同完成一个功能，缺一不可聚合性最强2023/8/2234功能聚合模块仅包括为完成某个功能所必须的所有成分。2023/模块间联系(耦合)(P73)非直接耦合数据耦合特征耦合控制耦合公共耦合内容耦合2023/8/2235模块间联系(耦合)(P73)非直接耦合2023/8/235非直接耦合两个模块没有直接关系(模块1和模块2)，模块独立性最强。模块1模块2模块3模块42023/8/2236非直接耦合两个模块没有直接关系(模块1和模块2)，模块独数据耦合

一模块调用另一模块时，被调用模块的输入、输出都是简单的数据(若干参数)。属松散耦合。37数据耦合一模块调用另一模块时，被调用模块的输入、输出数据耦合举例开发票计算水费单价数量金额38数据耦合举例开发票计算水费单价金额38特征耦合

两个模块与同一个数据结构（包括若干个数据项）有关。

39特征耦合两个模块与同一个数据结构（包括若干个数据项）控制耦合

一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。40控制耦合 一模块向下属模块传递的信息(开关量、标志等控控制耦合举例A计算平均分或最高分B平均/最高(控制信号)成绩读入分数输出结果计算平均分计算最高分平均/最高?B41控制耦合举例A计算平均分B平均/最高成绩读入分数输出结果计算 控制耦合增加了理解和编程的复杂性，调用模块必须知道被调模块的内部逻辑，增加了相互依赖(1)将被调用模块内的判定上移到调用模块中进行(2)被调用模块分解成若干单一功能模块去除模块间控制耦合的方法42 控制耦合增加了理解和编程的复杂性，调用模块必须知道被调模改控制耦合为数据耦合举例A计算平均分B1平均成绩最高成绩计算最高分B243改控制耦合为数据耦合举例A计算平均分B1平均成绩最高成绩计算公共耦合(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44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(公共耦合举例Ａ公共数据区CCB模块A、B、C间存在错综复杂的联系45公共耦合举例Ａ公共数据区CCB模块A、B、C间存在错综复杂的(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!!!公共耦合存在的问题46(1)软件可理解性降低公共耦合存在的问题46内容耦合一模块直接访问另一模块的内部信息(程序代码或数据）最不好的耦合形式

!!!ABAB模块代码重叠Entry1……Entry1……多入口模块47内容耦合一模块直接访问最不好的耦合形式!!!ABAB模块代无耦合－没有依赖关系松散耦合－有少量依赖关系紧密耦合－有很多依赖关系图形表示耦合关系2023/8/2248无耦合－没有依赖关系松散耦合－有紧密耦合－有图形表示耦合关系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2023/8/2249耦合强度依赖的因素：一模块对另一模块的引用2023/8/24模块间耦合的类型

低无直接耦合耦数据耦合合标记耦合性控制耦合外部耦合公共耦合

高内容耦合模块独立性弱(低耦合)强(中耦合)(较强耦合)(强耦合)2023/8/2250模块间耦合的类型低无直接耦耦合、聚合与模块独立性关系耦合与聚合都是模块独立性的定性标准，都反映模块独立性的良好程度。但耦合是直接的主导因素，聚合则辅助耦合共同对模块独立性进行衡量。2023/8/2251耦合、聚合与模块独立性关系耦合与聚合都是模块独立性的定性标准改进软件结构设计的指导原则

(软件结构设计的启发式规则)(1)评价软件初始结构,通过模块的分解与合并减少模块之间的耦合度,增加聚合度(2)模块功能的完善化(3)将模块的作用限制在模块的控制范围内(4)深度、宽度、扇出和扇入适中(5)模块大小适中(6)降低模块接口的复杂性(7)模块功能可预测(8)避免模块的病态连接，力争单入口，单出口2023/8/2252改进软件结构设计的指导原则

(软件结构设计的启发式规则)((1)模块分解、合并，消除重复功能Q1CQ2CQ1Q2C改进前Q1、Q2功能相似XYQ’XYXY重复部分改进方法1：将Q1、Q2合并为Q’不可取改进方法2：将Q1、Q2的公共部分分离出来2023/8/2253(1)模块分解、合并，消除重复功能Q1CQ2CQ1Q2C改进(2)模块功能的完善化完整的模块应包括三部分：(1)执行规定功能部分(2)出错处理部分(3)需返回给调用者数据时，返回是否正确结束标志。2023/8/2254(2)模块功能的完善化完整的模块应包括三部分：2023/8(3)系统结构的作用范围和控制范围系统中某一层上模块中的判定或者条件语句（例如If语句）在系统中会产生多种后果，根据该判定的结果去执行或不执行其他层的某个模块。该模块就是“条件依赖”于某个判定判定的“作用范围”是指包含“条件依赖”于该判定的处理的全部模块一个模块的“控制范围”是指模块本身和它的全体子模块2023/8/2255(3)系统结构的作用范围和控制范围系统中某一层上模块中的判定将模块的作用限制

在模块的控制范围内CHDEGXFAILJKB模块C的控制范围:C、D、E、F、G、H如果模块C

作出的决策影响了模块L，L超出了C

的控制范围2023/8/2256将模块的作用限制

在模块的控制范围内CHDEGXFAI作用范围和控制范围作用范围应该是这个判定所在模块的控制范围的一个子集但是实际上，在系统中控制范围和作用范围的关系常常并非如此。2023/8/2257作用范围和控制范围作用范围应该是这个判定所在模块的控制范围的作用范围和控制范围TopAYBB1X作用范围TopABB1B2XTopYABXAYBB1B2X判定图1.作用范围在控制范围之外图2.作用范围在控制范围之内，但判定位置太高图3.作用范围在控制范围之内，正确实现图4.理想的作用范围和控制范围2023/8/2258作用范围和控制范围TopAYBB1X作用范围TopABB1B(4)减少高扇出争取高扇入编外人员工资取得工资数据计时制工资额薪金制工资额编外人员税款编外人员扣款常规扣款税收扣款计算实发工资避免平铺结构2023/8/2259(4)减少高扇出争取高扇入编外取得计时薪金编外编外常规税收增加中间层降低扇出编外人员工资取得工资数据计时制工资额薪金制工资额编外人员税款编外人员扣款常规扣款税收扣款计算实发工资计时工人实发工资计薪工人实发工资编外人员实发工资2023/8/2260增加中间层降低扇出编外取得工资数据计时薪金编外编外常规税收(5)模块大小适中模块过大：可理解程度下降模块过小：开销大于有效操作系统接口复杂2023/8/2261(5)模块大小适中模块过大：可理解程度下降2023/8/2(6)降低模块接口的复杂性接口传递信息应简单且和模块功能一致。2023/8/2262(6)降低模块接口的复杂性接口传递信息应简单且和模块功能一致(7)模块功能可预测

模块看成黑盒子，相同输入产生相同输出，其功能为可预测的。 模块带有内部状态其功能可能是不可预测的。难理解、难测试、难维护。2023/8/2263(7)模块功能可预测 模块看成黑盒子，相同输入产生相同输防止模块功能过分局限 功能单一的模块具有高内聚。但如任意限制局部数据结构的大小，过分限制控制流中可做的选择或外部接口的模式，模块功能就过分局限，使用范围过分狭窄，缺乏灵活性和可扩充性。

2023/8/2264防止模块功能过分局限 功能单一的模块具有高内聚。2023(8)避免模块的病态连接，力争单入口，单出口防止指向模块中间的分支或引用（针对内容耦合）2023/8/2265(8)避免模块的病态连接，力争单入口，单出口防止指向模块中间结构化软件设计2023/8/2266结构化软件设计2023/8/266面向数据流的设计方法SD以数据流图为基础，它定义了把数据流图（DFD）变换成软件结构的不同映射方法映射数据流图DFD(问题结构)软件系统的结构(程序结构)2023/8/2267面向数据流的设计方法SD以数据流图为基础，它定义了把数据流图系统结构特征可归纳为两种典型形式因为数据流图可分为两种类型：

变换型数据流事务型数据流所以结构化软件设计分为两种类型：变换型结构设计(主要)事务型结构设计(次要)2023/8/2268系统结构特征可归纳为两种典型形式因为数据流图可分为两种类型：数据流图基本模型（DFD）变换型数据流结构事务型数据流结构传入变换传出中心变换传入部分传出部分事务分析事务中心动作

1动作

2动作

3接受接受部分2023/8/2269数据流图基本模型（DFD）变换型事务型传入变换传出中心传入变换型数据流图举例输入信息物理输入格式检查处理显示正确信息结果物理输出数据中心变换逻辑输入逻辑输出传入部分传出部分特点：具有明确的传入、变换(或称主加工)和传出界面的DFD2023/8/2270变换型数据流图举例输入物理格式处理显示正确结果物理数据中心变事务型数据流图举例IMLNOABCDFEGH2023/8/2271事务型数据流图举例IMLNOABCDFEGH2023/8/2大型系统DFD中,变换型和事务型结构往往共存:T事务中心传入变换传出2023/8/2272大型系统DFD中,变换型和事务型结构往往共存:T事务中心传入中心变换输入输出变换型结构软件设计事务中心接受路径动作路径事务型结构软件设计由输入、中心变换和输出三部分组成具有在多种事务中选择执行某类事物的能力结构化软件设计

基本模型特征

2023/8/2273中心输入输出变换型事务接受动事务型由输入、中心变换和输出三部面向数据流图设计方法的设计步骤(1)精化DFD(2)确定DFD类型(3)把DFD映射到系统模块结构，设计出模块结构的上层(4)基于DFD逐步分解高层模块，设计出下层模块(5)根据模块独立性原理，精化模块结构(6)模块接口描述2023/8/2274面向数据流图设计方法的设计步骤(1)精化DFD2023/8/面向数据流图方法的设计过程精化数据流图区分事务中心和数据接收路径映射成变换结构流类型区分输入和输出分支映射成事务结构用启发式设计规则精化软件结构导出接口描述和全程数据结构复查详细设计“事务”“变换”事务分析变换分析2023/8/2275面向数据流图方法的设计过程精化数据流图区分事务中心映射成变换SD方法的两种映射过渡方法变换型DFD事务型DFD初始SC初始SC变换分析事务分析2023/8/2276SD方法的两种映射过渡方法变换型DFD事务型DFD初始SC初初始的SC主模块输入模块主加工模块输出模块事务控制模块接受模块动作发送模块动作1模块动作2模块动作3模块由变换分析产生由事务分析产生2023/8/2277初始的SC主模块输入模块主加工模块输出模块事务控制模块接受模(1)变换分析设计方法步骤：(1)区分传入、变换中心、传出部分，在DFD

上标明分界线2023/8/2278(1)变换分析设计方法步骤：2023/8/278BCADEQPRWUVabcedrpuwv变换中心传入部分传出部分2023/8/2279BCADEQPRWUVabcedrpuwv变换中心传入部分传变换分析设计方法步骤：(2)第一级分解(建立初始SC框架)

设计顶层和第一层模块2023/8/2280变换分析设计方法步骤：2023/8/280第一级分解的方法MCMTMAME2023/8/2281第一级分解的方法MCMTMAME2023/8/281第一级分解后的SCMCMTMAME第一层顶层c,ec,eu,wu,w传入模块传出模块中心变换模块2023/8/2282第一级分解后的SCMCMTMAME第一层顶层c,ec,eu,变换分析设计方法步骤:(3)第二级分解(分解SC各分支)

自顶向下分解，设计出每个分支的中、下层模块2023/8/2283变换分析设计方法步骤:2023/8/283传入分支的分解(1)MACBAbacEDdec,e2023/8/2284传入分支的分解(1)MACBAbacEDdec,e2023/传入分支的分解(2)MAGetCbacRead

Ddec,eB

to

CbcdeabGetEGetBD

to

EAtoBReadA2023/8/2285传入分支的分解(2)MAGetCbacReadDdec,传出分支的分解MEWWriteVuuw,uvvvPutUUtoVMEUWriteWwwuw,uV(1)(2)2023/8/2286传出分支的分解MEWWriteVuuw,uvvvPutU中心加工分支的分解MTPQRec,pru,wpr2023/8/2287中心加工分支的分解MTPQRec,pru,wpr2023/8(2)事务分析设计方法

任何情况下都可使用变换分析方法设计软件结构，但如数据流具有明显的事务特点时(有一个明显的事务中心),以采用事务分析方法为宜。2023/8/2288(2)事务分析设计方法 任何情况下都可使用变换分析方法设事务分析设计方法步骤：(1)在DFD上确定事务中心、接收部分和发送部分。(2)画出SC框架，把DFD上的三部分分别映射为事务控制模块、接收模块和动作发送模块。(3)分解细化接收分支和发送分支，完成初始SC。2023/8/2289事务分析设计方法步骤：2023/8/289用户命令交互子系统ＤＦＤ读用户命令密码命令密码显示信息系统参数数据用户命令读系统数据配置信息显示信息和状态命令分析处理读密码命令类型开/关命令建立配置文件原配置数据激活/非活动系统与文件中密码比较格式化配置数据配置命令检验信息过程重试信息四位数字检验信息检验信息A/D信息格式化配置数据格式化配置数据2023/8/2290用户命令交互子系统ＤＦＤ读用户密码命令密码显示信息系统参数数初始的SC主模块输入模块主加工模块输入模块事务控制模块接受模块动作发送模块动作1模块动作2模块动作3模块由变换分析产生由事务分析产生2023/8/2291初始的SC主模块输入模块主加工模块输入模块事务控制模块接受模事务分析的映射方法总控调度C路径B路径A路径A路径B路径C路径接收路径2023/8/2292事务分析的映射方法总控调度C路径B路径A路径A路径B路径C路用户命令交互子系统初始的SC用户执行模块读用户命令命令处理密码处理控制器现用/非现用系统系统设置控制器2023/8/2293用户命令交互子系统初始的SC用户执行模块读用户命令命令处理密用户命令交互子系统ＤＦＤ读用户命令密码命令密码显示信息系统参数数据用户命令读系统数据配置信息显示信息和状态命令分析处理读密码命令类型开/关命令建立配置文件原配置数据激活/非活动系统与文件中密码比较格式化配置数据配置命令检验信息过程重试信息四位数字检验信息检验信息A/D信息格式化配置数据格式化配置数据2023/8/2294用户命令交互子系统ＤＦＤ读用户密码命令密码显示信息系统参数数用户命令交互子系统的SC用户执行模块读用户命令命令处理密码处理控制器现用/非现用系统系统设置控制器读系统数据建立配置文件显示信息与状态2023/8/2295用户命令交互子系统的SC用户执行模块读用户命令命令处理密码处用户命令交互子系统ＤＦＤ读用户命令密码命令密码显示信息系统参数数据用户命令读系统数据配置信息显示信息和状态命令分析处理读密码命令类型开/关命令建立配置文件原配置数据激活/非活动系统与文件中密码比较格式化配置数据配置命令检验信息过程重试信息四位数字检验信息检验信息A/D信息格式化配置数据格式化配置数据2023/8/2296用户命令交互子系统ＤＦＤ读用户密码命令密码显示信息系统参数数用户命令交互子系统的SC用户执行模块读用户命令命令处理密码处理控制器现用/非现用系统系统设置控制器读系统数据建立配置文件显示信息与状态读密码用文件比较密码密码输出控制器产生无效信息2023/8/2297用户命令交互子系统的SC用户执行模块读用户命令命令处理密码处事务流设计举例IMLNABCDFEG事务中心2023/8/2298事务流设计举例IMLNAB