幻灯片1软件工程概论第五章总体设计幻灯片2总体设计需求分析解决“系统必须做什么(what)”的问题，软件设计解决“怎样做(how)”，即从技术角度考虑如何实现用户需求。
需求解决“做正确的事”，设计解决“正确地做事”。
软件设计是把软件需求变换成软件表示的过程。
最初这种表示只是描述出软件的总框架，然后进一步细化，在此框架中填入细节，把它加工成在程序细节上非常接近于源程序的表示。
因此软件设计分两步进行：1、将系统划分成相互联系的逻辑单元--总体上应该怎样做---总体设计、概要设计、初步设计。
2、逻辑单元实现的设计--具体应该怎样做--详细设计。
幻灯片3总体设计过程一、系统体系结构设计二、软件结构设计三、数据库设计四、制定测试计划五、书写文档六、审核和复审幻灯片4软件结构设计软件结构：以模块为单位的层次结构。
即：上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模块完成程序的一个子功能；最下层的模块完成最具体的功能。
方法：根据数据流图的层次关系导出软件结构。
任务：划分程序模块确定模块间的逻辑关系及接口参数如果数据流图设计得好，数据流图和软件结构具有极强的对应关系。
幻灯片5数据结构设计1、文件系统的数据结构设计确定输入、输出文件的详细的数据结构。
确定算法所需的逻辑数据结构及其操作规则。
确定逻辑数据结构所涉及的程序模块2、数据库设计如果目标系统以数据库为基础，则要进行数据库设计。
总体设计阶段的数据库设计包括：数据库管理系统的选择模式设计：确定有那些基本表组成和每个表的结构。
子模式设计：具体应用所能看到的数据库内容。
物理模式设计：确定数据的存储结构和存取路径（存储方式，建立索引）。
数据库完整性和安全性设计。
幻灯片6制定测试计划确定对各模块和系统联调的测试方案。
在软件开发的早期阶段考虑测试问题，能促使软件设计人员在设计时注意提高软件的可测试性。
幻灯片7书写文档1.系统说明：概要设计说明书2.用户手册3.测试计划4.详细的实现计划5.数据库设计结果幻灯片8审核和复审最后应该对总体设计的结果进行严格的技术审查，通过之后再由使用部门从管理角度进行复审。
幻灯片9软件设计原理●抽象●求精●模块化●信息隐蔽（和局部化）●模块独立主要内容幻灯片10抽象在现实世界中，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概括起来，暂时忽略它们之间的差异，这就是抽象。
抽出事物的本质特征而暂不考虑它们的细节。
解决复杂问题的唯一有效的方法就是运用抽象的思维方式，首先用一些高级的抽象概念构造和理解它；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，直到最低层次的具体元素。
幻灯片11抽象软件工程过程的每一步都是对软件解法的抽象层次的一次求精。
软件开发的三种抽象形式：1、过程抽象：对过程的任务采用逐步求精的解法；2、数据抽象：通过层次结构来描述数据对象。
3、控制抽象：描述程序控制机制而无须规定内部细节。
模块化就是一种程序设计的抽象机制。
抽象和求精是一对互补的概念。
求精则是帮助设计者逐步揭示出低层细节。
这两个概念都有助于帮助设计者在设计演化过程中构造出完整的设计模型。
幻灯片12模块化模块：一组有序操作的总称，它可以单独的名字存在，单独编译，可以通过名字来访问。
一个函数、一个过程就是一个模块。
模块基本属性：（1）功能：模块做什么；（2）逻辑：描述模块内部怎么做；（3）状态：模块使用时的环境和条件。
模块的外部属性：模块名功能参数(输入参数和输出参数)。
模块的内部特性：完成模块功能的代码和局部数据。
幻灯片13模块化模块化：以模块作为程序设计的基本单位，把程序划分成若干个模块，每个模块完成一个子功能，把这些模块集成起来，并通过模块间的调用关系把它们组成一个完整的整体，完成指定的功能。
幻灯片14采用模块化的依据设函数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）则： E（p1）> E（p2）规律： C（p1＋p2）> C(P1) + C(p2)必有： E（p1＋p2）> E（p1）+ E（p2）幻灯片15模块化与软件成本幻灯片16模块化结论1、采用模块化，是使软件设计从难到易的基本方法。
2、模块分解应适度。
模块规模太小，完成每个模块的工作量很小，但设计和调试模块间的接口工作量随之增加。
幻灯片17信息的隐蔽和局部化信息隐蔽：模块内部的信息（处理过程和数据），应对不需要了解这些信息的模块隐蔽起来，使它们不能访问。
信息隐蔽是模块设计的基本原则。
意味着在进行模块划分时，应保证模块的独立性，使组成程序的模块之间只需交换完成软件功能所必需的信息。
将信息隐蔽作为模块化设计标准，为软件测试和维护对模块的修改带来了极大的方便，使得修改时无意引入的错误不会被扩散到被修改模块以外的其它位置。
局部化：指关系密切的软件元素物理地彼此靠近。
局部化是实现信息隐蔽的重要方法。
如模块内使用的局部数据元素，当模块被调用执行时发挥作用，退出后便失去意义。
幻灯片18模块独立模块独立(Independence)的概念是模块化、抽象、信息隐蔽和局部化概念的直接结果。
开发具有独立功能且与其他模块之间没有过多的相互作用的模块，就可以做到模块独立。
第一，有效的模块化（即具有独立的模块）的软件比较容易开发出来。
第二，独立的模块比较容易测试和维护。
模块的独立程度的度量标准:内聚:衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度；耦合:衡量不同模块彼此间互相依赖（连接）的紧密程度。
幻灯片19模块独立–耦合耦合是对一个软件结构内不同模块之间互联程度的度量。
耦合强弱取决于模块之间接口的复杂程度，调用模块的方式，以及通过接口的数据。
实际上，耦合是接口数据对模块独立性的影响。
如果两个模块中的每一个都能独立地工作而不需要另一个模块地存在，那么它们彼此完全独立，这意味着模块间无任何连接，耦合程度最低。
但一个软件系统中的模块之间是彼此协同工作的，不可能所有模块间没有连结。
幻灯片20模块独立–耦合数据耦合：如果两个模块彼此间通过参数交换信息，而且交换的信息仅仅是数据，那么这种耦合称为数据耦合。
控制耦合：如果传递的信息中有控制信息，则这种耦合称为控制耦合。
数据耦合是低耦合。
系统必须存在这种耦合，因为只有当某些模块的输出数据作为另一些模块的输入数据时，系统才能完成有价值的功能。
幻灯片21模块独立–耦合公共环境耦合：当两个或多个模块通过一个公共数据环境（全程变量、数据文件等）相互作用时，它们之间的耦合称为公共环境耦合。
内容耦合：一个模块直接引用另一个模块内部的内容。
例如：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个模块的内部；两个模块有一部分代码重叠。
最高程度的耦合是内容耦合。
原则：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。
幻灯片22模块独立–内聚内聚是一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度的度量。
内聚是信息隐蔽功能的自然扩展，是模块内部功能独立性的表现，理想内聚的模块只做一件事情。
按程度分类：低内聚中内聚高内聚。
前一页幻灯片23模块独立–内聚偶然内聚：模块中元素之间没有实质的联系。
模块内的语句难以定义其功能，它是把多个模块共同的语句抽出来组成一个模块逻辑内聚：模块完成的任务逻辑相关（如产生各种类型的全部输出）。
不同功能混在一起，合用部分程序代码，局部修改会影响全局，导致修改困难。
时间内聚：模块包含的任务必须在同一时间内执行。
幻灯片24模块独立–内聚过程内聚：模块内的处理元素是相关的，并且需要按特定顺序执行。
通信内聚：模块中所有元素都使用同一个输入数据或产生同一个输出数据。
顺序内聚：一个模块中多个处理元素均与同一功能相关，且必须顺序执行（一个处理单元的输出是另一个处理单元的输入）。
功能内聚：模块中所有处理元素属于一个整体，共同完成同一功能。
幻灯片25模块独立–内聚低内聚：偶然内聚、逻辑内聚和时间内聚中内聚：过程内聚、通信内聚高内聚：顺序内聚、功能内聚对内聚的参考评价：功能内聚 10分时间内聚 3分顺序内聚 9分逻辑内聚 1分通信内聚 7分偶然内聚 0分过程内聚 5分在软件软件中，尽可能构造高内聚的模块，辨认和避免低内聚的模块，最好不用偶然内聚。
幻灯片26启发式规则●改进软件结构提高模块独立性●模块规模应该适中●深度、宽度、扇出和扇入应适当●模块的作用域应在控制域之内●尽量降低模块接口的复杂程度●设计单入口出口的模块●模块功能应该可以预测主要内容前一页幻灯片27改进软件结构提高模块独立性模块独立性主要体现在低耦合、高内聚。
可以通过分解或合并来提高模块独立性。
分解：把几个模块中相同部分（相同的子功能）分解出来建立一个新的模块。
合并：把几个模块合并成一个模块，减少对控制信息的传递，以及对全程数据的引用，降低接口的复杂程度，降低块间耦合度。
幻灯片28模块规模应该适中在保证模块功能独立性的前提下，尽可能使模块中的语句数少。
50～100行。
美国空军部：5～500行目的：可理解性、可读性好。
为了保证模块独立性，少数模块可以大一些。
模块过小，系统开销大于有效操作。
对大模块的分解不应降低独立性。
面向对象技术，模块的大小无实际意义。
幻灯片29深度、宽度、扇出和扇入应适当深度：软件层次结构的层数。
宽度：软件结构内同一层次上模块总数的最大值。
扇入：一个模块被调用的上级模块数量。
扇入越大，表示共享该模块的上级模块越多。
扇出：一个模块直接控制（调用）的模块个数。
扇出影响宽度。
扇出过大意味着模块过分复杂，需要控制和协调过多的下级模块。
一个好的系统的平均扇出通常是3～4（上限是5～9)(7±2原理—心理学原理）一个好的软件结构通常顶层扇出较大，中层扇出较低，底层模块高扇入。
软件结构的形状呈椭圆外形.幻灯片30模块的作用域应在控制域之内控制范围：指包含模块本身的所有下属模块。
作用域：模块内一个条件判断可能引起的的被执行模块。
设计得好的系统，模块的作用域应在模块的控制范围内。
例: A的控制范围为：A、B、C、D、E、F若A的作用域也是A、B、C、D、E 、F，则是合理的。
若A的判断要影响到G的执行过程，则应调整软件结构。
MA GB CD E F幻灯片31尽量降低模块接口的复杂程度模块接口设计原则：易理解，传递信息简单且与模块功能一致。
例：求一元二次方程的根：Quad_Root(Tal,x);Tal--系数数组；x--根数组Quad_Root(a,b,c,Root1,Root2);接口复杂或不一致，是紧耦合或低内聚的征兆。
尽可能不用全局变量是降低接口复杂性的一个方面。
幻灯片32设计单入口出口的模块对模块的执行，通过模块调用语句进入模块，模块执行完后应返回到模块调用语句的下一个语句位置。
