软件体系结构第四章
软件体系结构设计中的代码架构分析与优化
软件体系结构设计中的代码架构分析与优化第一章：引言软件体系结构在现代软件设计中占据重要地位，它定义了软件系统的整体结构、组成部分和它们之间的相互关系。
代码架构作为体系结构的一个重要组成部分，直接影响到软件系统的可维护性、可复用性、性能和安全性等属性。
因此，深入分析和优化软件代码架构，对于提高软件质量和可靠性具有重要意义。
第二章：软件体系结构概述2.1 软件体系结构的定义和重要性软件体系结构是指对软件系统整体结构的描述，包括软件组件、模块、接口和它们之间的关系。
软件体系结构定义了系统的静态结构和动态行为，并提供了系统各个组件的抽象视图。
良好的软件体系结构可以降低系统的复杂性、提高开发效率、降低维护成本和加快软件更新。
2.2 软件体系结构类型常见的软件体系结构类型包括层次结构、客户端-服务器结构、发布-订阅结构、模块化结构等。
不同类型的软件体系结构适用于不同的应用场景，开发人员需要根据具体需求选择最适合的结构类型。
第三章：代码架构的分析方法3.1 静态代码分析静态代码分析是通过对源代码进行分析来评估其质量和性能的方法。
常用的静态代码分析工具包括Lint、FindBugs、PMD等，它们可以检测出潜在的编程错误、代码冗余、性能瓶颈等问题，并提供相应的优化建议。
3.2 动态代码分析动态代码分析是通过运行时监测程序的行为来评估其性能和可靠性的方法。
常用的动态代码分析工具包括profiler、Valgrind等，它们可以跟踪程序的运行轨迹、检测内存泄漏和性能瓶颈，并提供相应的优化策略。
第四章：代码架构优化的方法4.1 模块化设计模块化设计是将系统分解为多个相互独立、高内聚低耦合的模块，每个模块负责一个特定的功能。
通过模块化设计，可以提高代码的可读性、可维护性和可复用性。
4.2 设计模式的应用设计模式是一种在特定环境下经过验证的解决问题的方法。
常用的设计模式包括单例模式、工厂模式、观察者模式等。
合理应用设计模式可以提高代码的灵活性和可扩展性。
软件体系结构课件_软件体系结构总复习
第一章 序论
软件体系结构的定义 Software Architecture is the structure or structures of
the system, Which comprise software elements, the externally visible properties of these Elements, and the relations among them
模块结构 组件-连接器结构 分配结构
分解结构 使用结构 分层结构 类或泛化
模块结构
分解结构 使用结构 分层结构 类或泛化
组件-连接器结构
组件 连接 连接的本质 连接器 组件间的联系
分配结构
什么是分配结构
硬件、团队结构、文件系统都会与软件构 架进行交互，所以必须考虑这一类结构。
第八章 构架编档
什么是架构编档，简要表达软件构架编档 要包含的主要内容。
第七章 软件产品线
产品线的概念 一个软件产品线是满足以下性质的
一组软件产品： -共享一组相同的、可管理的特性
的集合 -满足一类特定的市场需求
公共核心资产库(core assets base) COTS〔Commercial Off-the-Shelf〕 核心资产开发活动的输入和目标 产品开发活动中输入/输出关系 使用产品线的好处和代价
元进行操作 连接件：控制 根据控制策略的不同，分为： 数据库〔知识库〕：系统由输入数据流中的事务
信息来驱动，即输入数据流中的事务指令可以触 发系统相应进程的执行， 黑板：如果系统由中央数据结构的当前状态来驱 动，那么黑板模型。
黑板风格
Com它一些事物 元素外部可见的属性是指元素对其它元素来说 提供的效劳 需要的效劳 共享资源的使用等 各元素间的交互关系也可能有多种 例如：细划分，同步，调用，包含…
第四章 可重用性和可移植性
3．根据重用方式划分 （1）黑盒重用：对可重用的构件不加任何 修改，直接重用。 这种重用的构件为通用型可重用构件，具有 良好的封装性和标准的接口，并具有高可 靠性和质量保证，因此这种类型构件重用 率很高。 （2）白盒重用：对可重用的构件进行部分 修改，以适应新系统的要求。
4.1.5可重用软件构件的生产和使用
大量使用可重用的组件来开发软件，可以从下述两 个方面提高软件的可维护性：
第一方面，通常可重用的组件在开发时经过很严 格的测试，可靠性比较高，且在每次重用过程中 都会发现并清除一些错误，随着时间推移，这样 的组件将变成实质上无错误的。 第二方面，很容易修改可重用的组件使之再次应 用在新环境中，因此，软件中使用的可重用的组 件越多，维护也就越容易。
4.1.4软件重用形式的划分
1．根据重用跨越的问题领域划分 （1）垂直式重用：在同一应用领域中重用。 采用这种重用方式的各个应用系统具有共性或相似性。对于 这种形式，便于获得通用模型，重用面广；大多数软件组 织采用这种重用形式。 （2）水平式重用：在不同领域中重用通用的软件元素。 由于各个应用系统一般差异较大，可重用的构件较少。常用 的通用软件元素有数据结构、算法、人机界面等。现在互 联网中的中间构件及各种应用平台已经变成水平式重用的 发展趋势。
最早的软件重用技术:人们建造了子程序库， 开发成运行时支持程序，使用时只需要调 用相应的函数或方法即可，而不用从头开 始建造相应的程序。
随着软件开发技术的不断发展和软件重用 技术的需求，又提出软件构件和软件构件 库的概念。
பைடு நூலகம்
重用不但可以缩短开发过程、降低开发成 本、提高软件产品的质量，还可以减少维 护的时间和降低维护成本。
软考系统架构师每章知识点总结
软考系统架构师每章知识点总结嘿呀！软考系统架构师的知识可真是又多又复杂呢！下面就来给大家好好总结一下每章的知识点哇！第一章计算机系统知识哎呀呀！这一章可得好好掌握计算机组成与体系结构的相关内容呀！像是各种处理器、存储系统、输入输出系统等等。
哇！还有指令系统和流水线技术呢，这可都是重点中的重点！你说是不是？知道不同类型的指令和流水线的工作原理吗？第二章操作系统知识嘿！这一章要搞清楚操作系统的基本原理和功能呀！进程管理、存储管理、文件管理、设备管理，一个都不能少呢！哎呀呀，进程的同步与互斥、死锁问题，可难倒了不少人呢！还有虚拟存储技术，你搞明白了吗？第三章数据库系统哇哦！数据库设计、数据模型、关系数据库、分布式数据库，都是这一章的重点呀！怎么进行规范化设计？关系代数和SQL 语言又该怎么运用？哎呀，想想就觉得不简单！第四章中间件技术嘿呀！中间件的分类和应用场景可得搞清楚。
像消息中间件、交易中间件、应用服务器中间件等等，它们各自都有独特的作用呢！知道在什么情况下该选择哪种中间件吗？第五章应用系统集成哎呀呀！这一章要了解系统集成的概念、方法和技术。
企业应用集成、Web 服务集成，这里面的门道可多啦！第六章软件架构设计哇！软件架构风格、架构评估、软件产品线，这些都是重点中的重点！如何选择合适的架构风格？怎么进行有效的架构评估？第七章设计模式嘿！设计模式的分类和应用可不能马虎。
创建型模式、结构型模式、行为型模式，每一种都有独特的用处呢！第八章软件测试哎呀呀！测试的方法、策略、用例设计，都要掌握得牢牢的！功能测试、性能测试、兼容性测试，一个都不能落下呀！第九章项目管理哇哦！项目计划、进度管理、成本管理、风险管理，这都是项目经理要操心的事儿！怎么制定合理的计划？如何控制成本和风险？第十章安全技术嘿呀！网络安全、系统安全、应用安全，每一个方面都至关重要！加密技术、认证技术、访问控制，你都了解吗？哎呀呀，软考系统架构师的知识点真是太多太复杂啦！不过只要我们认真学习，多多总结，一定能够掌握的呀！加油哇！。
【软件体系结构】 复习
第一章1. 体系结构发现、演化、重用体系结构发现解决如何从已经存在的系统中提取软件的体系结构，属于逆向工程范畴。
由于系统需求、技术、环境、分布等因素的变化而最终导致软件体系结构的变动，称之为软件体系结构演化。
体系结构重用属于设计重用，比代码重用更抽象。
由于软件体系结构是系统的高层抽象，反映了系统的主要组成元素及其交互关系，因而较算法更稳定，更适合于重用。
2.基于软件体系结构的软件开发方法：问题定义—>软件需求—>软件体系结构—>软件设计—>软件实现3.评价软件体系结构的方法权衡分析方法（ATAM方法），软件体系结构分析方法（SAAM方法）,中间设计的积极评审（ARID方法）第二章1. 建模结构模型：研究结构模型的核心是体系结构描述语言。
以体系结构的构件，连接件和其他概念来刻画结构。
并力图通过结构来反映系统的重要语义内容。
框架模型：与结构模型类似，但不太侧重细节，而侧重于整体结构。
动态模型：是对结构和框架模型的补充，研究系统大颗粒的行为性质。
过程模型：研究构造系统的步骤和过程，结构是遵循某些过程脚本的结果。
功能模型：认为体系结构是由一组功能构件按层次组成，下层向上层提供服务。
功能模型可以看作是一种特殊的框架模型。
4+1视图模型：逻辑视图、进程视图、物理视图、开发视图和场景视图逻辑视图主要支持系统的功能需求，即系统提供给最终用户的服务。
在逻辑视图中，系统分解成一系列的功能抽象，这些抽象主要来自问题领域。
这种分解不但可以用来进行功能分析，而且可用作标识在整个系统的各个不同部分的通用机制和设计元素。
在面向对象技术中，通过抽象、封装和继承，可以用对象模型来代表逻辑视图，用类图来描述逻辑视图开发视图通过系统输入输出关系的模型图和子系统图来描述。
进程视图侧重于系统的运行特性，主要关注一些非功能性的需求。
物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上。
逻辑视图和开发视图描述系统的静态结构，而进程视图和物理视图描述系统的动态结构。
软件设计与体系结构-第四章-面向对象的软件设计方法课件
l 概念模型与顶层架构设计:
l 在用户需求和相关的业务领域中，概念及概念关系的抽取
l 用户界面设计:
l 设计每个界面中的所有界面元素，确定初步的界面布局，定义用户界面动作对软件系统中设计元
素的要求
l 数据模型的设计:
l 确定设计模型中需要持久保存的类的对象及其属性，定义持久持久存储数据之间的组织方式，并
.
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概念模型和顶层架构设计
l 边界类: 其职责包括: l 边界控制: l 包括定义数据的格式及内容转换，输出结果的呈现，软件运行过程中界
面的变化与切换等。 l 外部接口: l 实现目标软件系统与外部系统或外部设备之间的信息交流和互操作，主
要关注跨越目标软件系统边界的通信协议 l 环境隔离: l 对目标软件系统与操作系统、数据库管理系统、中间件等环境软件进行
事件流中步骤（1）
l （3）如果账户余额小于取款金额，则显示信息“账户余额不足，请重新输入”，并返回主事件流
中步骤（1）
l （4）顾客在确认取款金额前右以选择取消交易。
l 后置条件: 如果取款成功，系统从账户余额中减去相应数额，并返回等待状态；如果顾客取消交易，
则返回等待状态
.
19
用例的分析与设计
体技术没有关系 l 顶层架构的设计 l 目的: 为后续的分析和设计活动建立一种结构和划分
.
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概念模型和顶层架构设计
l 关键概念来源: l 为建立以UML类图表示的领域概念模型，首先必须标识关键概念。关键
概念的来源包括: l （1）业务需求描述、用例说明； l （2）业务领域中的相关规范、标准、术语定义。 l （3）反映业务领域知识的既往经验。 l 业务需求描述 l 业务领域中的相关规范、标准、述评呼定义 l 反映业务领域知识的既往经验
软件工程导论第四章 概要设计
模式4：共享数据模式
共享数据系统以一个或多个数据库 / 数据仓库为中心进行 组织，其它部件可以从中读写存储的数据。共享数据系统还 提供并发访问、容错处理、访问权限控制等功能。 典型的共享数据系统包括： a. 数据库 b. 知识库 c. 源代码控制程序
模式5：信息系统模式
现代信息系统平台模式，主要考虑B/S模式。 B/S模式的三层：表示层（presentation），业务 层（business），和数据存储层（data access） 。 B/S模式的优点： a. 架构简化了客户端。它无需象C/S模式那样在 不同的客户机上安装不同的客户应用程序，而只需安 装通用的浏览器软件。 b. 简化了系统的开发和维护。 c. 使用户的操作变得更简单。 d. 特别适用于网上信息发布 。
第四章 概要设计
•4.1软件体系结构 •4.2概要设计任务与步骤 •4.3软件设计的基本概念 •4.4面向数据流的设计方法 •4.5面向数据结构的分析设计方法 •4.6概要设计文档评审
概要设计
一是要覆盖《需求规格说明书》的全部内容, 二是要作为指导详细设计的依据。
概要设计注重于宏观上和框架上的设计，它是软 件系统的总体结构设计、全局数据库(包括数据结 构)设计、外部接口设计、功能部件分配设计、部 件之间的接口设计。 概要设计又称为架构设计。 • 用于描述系统最顶的结构和组织形式，标识出软 件的各个组成部分。
2．子系统和模块的区别 （1）一个子系统独立一个构成系统，不依赖 于其他子系统提供的服务。 （2）一个模块通常是一个能提供一个或多个 服务的系统组件。 3．体系结构设计的结果 体系结构设计过程的结果是一个体系结构 的设计文档。
4.1软件体系结构 4.1.1概述
4．体系结构模型 （1）静态结构模型 将子系统或组件作为一个个独立的单元来开发 （2）动态过程模型 给出系统在运行时的过程组成。它与静态模型不 同。 （3）接口模型 定义每个子系统从他们的公共接口能得到的服务。 （4）关系模型 关系模型给出子系统间的数据流的关系。
软件工程第四章结构化需求分析
型。
结构化分析模型
系统模型从以下不同的角度表述系统：
从外部来看，它是对系统分析上下文或系统环
境建模； 从行为上看，它是对系统行为建模； 从结构上看，它是对系统的体系结构和系统处 理的数据结构建模。
实例分析：图书馆系统
借书者 1 借书记录 包含 1 预约 M 书目
1
借/还/续借
M
图书 N
预约记录
实例分析：图书馆系统
实体：图书、借书者、管理员、借书目录、 预约记录、书目 属性给出如下：
借书者：借书者编号、姓名、性别、借书数、
最大借书数、罚金金额、有限期 图书：图书号、书目号 书目：书目号、书名、作者、出版社、丛书名、 收藏数、在馆数、预约数 借书记录：图书号、借书者编号、借出日期、 应还日期、续借次数 预约记录：书目号、借书者编号、预约日期
数据字典
数据字典是分析模型中出现的所有名字的一个 集合，并包括有关命名实体的描述 数据字典有以下两个作用：
它是所有名字信息管理的有效机制 作为连接软件分析、设计、实现和进化阶段的开发
机构的信息存储
数据字典应该由四类元素的定义组成：
数据流 数据流分量 数据存储 处理
实例分析：POS机系统
1 销售记录 1 付款 包含 M 商品 N 描述
N
1
商品描述
支付记录
实例分析：POS机系统
实体有销售记录、支付记录、商品、商品 描述 关联：
销售包含一组商品； 每个商品都有相应的描述信息； 每个支付对应一个销售。
实体的属性：
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软件体系结构描述框架标准 Rational ◎ Rational 起草了可重用的软件资产规格 说明，专门讨论了体系结构描述的规格说 明，提出了一套易于重用的体系结构描述 规范。该建议草案已经提交OMG。 ◎ 基于RUP（Rational United Process）、 采用UML模型描述软件的体系结构，认为 体系结构描述的关键是定义视点、视图以 及建模元素之间的映射关系。
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软件体系结构描述框架标准 Rational与IEEE P1471比较
1 、描述方案涉及面比较 窄 ，所注重的层次 比较低，因而更具体； 2 、 由 于 将 体 系 结 构 的 描述限于 UML 和 RUP，具有一定的局限性；
3、但该建议标准结合了已广泛采用的建模 语言和开发过程，因而易推广，可以有效实 现在跨组织之间重用体系结构描述结果。
1
软件体系结构描述
形式化描述的获得过程： 首先进行非形式化描述，逐步提 取一些形式化的标记和符号，然后
将他们标准化，从而完成体系结构
的设计、描述的形式化。
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2
软件体系结构描述方法
图形表达工具
矩形框代表抽象的构件，框内标注的文字为抽 象构件的名字，有向段代表辅助个构件进行通信、 控制或者关联的连接件。简洁易用在实际上广泛 的应用，为工作人员传递大量体系结构思想。
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软件体系结构描述方法 ◎ 由于 ADL 是在吸收了传统程序设计 中的语义严格精确的特点基础上，针对 软件体系结构的整体性和抽象性特点， 定义和确定适合于软件体系结构表达与 描述的有关抽象元素，因此，ADL是当 前软件开发和设计方法学中一种发展很 快的软件体系结构描述方法，目前，已 经有几十种常见的ADL。
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软件体系结构描述方法 MIL方式对模块化的程序设计和分段编译等
程序设计与开发技术确实 发挥了 很大的 作用 。
但是由于这些语言处理和描述的软件设计开发
层次过于依赖程序设计语言，因此限制了它 们处理和描述比程序设计语言元素 更为抽象
26
软件体系结构描述语言
◎ 体系结构配臵： 体系结构配臵 或拓扑是描述体系结构的构件与连接 件的连接图； 体系结构配臵提供信息来确定构 件是否 正确连接 、 接口是否匹配 、 连接件构成的 通信是否正确 ，并说 明实现要求行为的组合语义。
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行 操作并通过两个名字分别为“ top”
和“bottom”的端口和其它的构件交
换信息。
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典型软件体系结构描述语言
◎ 每个 接口 包含一组 可发送 的消息和 一组可接收的消息。构件之间的消息要 么是请求其它构件执行某个操作的 请求
消息，要么是通知其他构件自身执行了
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软件体系结构描述框架标准
IEEE P1471
◎ IEEE P1471 于 2000 年 9 月 21 日通过 IEEE-SA 标准委员会评审。 ◎ IEEE P1471适用于软件密集的系统，其目标 在于： 便于 体系结构的表达与交流，并 通过
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软件体系结构描述语言 ◎ 异构能力：ADL允许多个不同的体 系结构描述关联存在；
◎ 分析和推理能力： ADL 允许对其
描述的体系结构进行多种不同的性能和 功能上的多种推理分析。
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软件体系结构描述语言
典型元素含义比较
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软件体系结构描述语言 常见的软件体系结构元素
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软件体系结构描述语言
ADL的构成元素 ◎ 构件： 构件是一个计算单元或
数据存储。可以包含多种属性，如 接口、类型、语义、约束、演化和 非功能属性等； 接口是构件与外部世界的一组 交互点，ADL中的构件接口说明了 构件提供的那些服务。
的高层次软件体系结构元素的能力。
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软件体系结构描述方法
基于软构件的系统描述语言 ◎ 基于软构件的系统描述语言将
软件系统描述成一种是由许多以特
定形式 相互作用的 特殊软件实体
构造组成的组织或系统。
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软件体系结构描述方法
软件体系结构描述语言
◎ 软件体系结构的第四种描述和表达方 法是 参照 传统程序设计语言的设计和开
发经验，重新设计、开发和使用针对软
件体系结构特点的专门的软件体系结构 描述语言。
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软件体系结构描述
当前的现状：
1、非形式化，依赖于软件设计师个人的经 验和技巧； 2、不能描述构件之间的接口、系统组合关 系； 3、开发人员难以理解，难以进行形式化 的分析和模拟； 4、缺乏工具帮助设计师完成设计工作，不 能分析结构的一致性和完整性。
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某个操作或状态发生改变的通知消息。
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典型软件体系结构描述语言
C2概述
◎ 构件之间的消息交换不能直接进 行，而 只能通过 连接件来完成。每个 构件接口 最多 只能和一个连接件相连， 而连接件可以和 任意数目 的构件或连 接件相连。 ◎ 请求消息 只能 向上 层传送而 通知 消息只能向下层传送。
7
软件体系结构描述方法 ◎ 例如，一种多变配臵语言(PCL)就可
以用来在一个 较高的抽象层次 上对系
统的体系结构建模，Darwin 最初用作设 计和构造复杂分布式系统的 配臵说明
语言 ，因具有动态特性，也可用来 描
述动态体系结构。
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软件体系结构描述方法 ◎ 他们所面向和针对的系统元素仍然 是一些层次较低的以程序设计为基础 的 通信协作 软件 实体单元 ，而且这 些语言所描述和表达的系统一般而言 都是面向 特定应用的特殊系统 ，这 些特性使得基于软构件的系统描述仍 然不是十分适合软件体系结构的描述 和表达。
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典型软件体系结构描述语言 ◎ 通知消息 传递只对应于构件 内部的
操作，而和接收消息的构件的需求无关。
◎ C2 对构件和连接件的 实现语言 、实 现构件的 线程控制 、 构件的部署 以及
连接件使用的通讯协议等都不加限制。
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布图算法
复杂度计算
带时间特性的 流程图
函数调用关系 图
程序复杂度
测试结果打印
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软件体系结构描述方法
模块内连接语言
采用将一种或几种传统程序设计语言 的模块连接起来的模块内连接语言 (Module Interconnection Language, MIL) 。 由于程序设计语言和模块内连接语言具有 严格的语义基础，因此它们能支持对较大 的软件单元进行描述，诸如定义/使用和 扇入/扇出等操作。
体系结构要素及其实践 标准化 ， 奠定 质量与
成本的基础。
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软件体系结构描述框架标准 ◎ IEEE P1471 细介绍了 一套 体系
结构描述的 概念框架 ，并 给 出建立
框架的 思路 。但如何描述 以及 具
体的描述技术 等方面 缺乏 更进
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软件体系结构描述语言 ADL ADL是在底层语义模型的支持下， 为软件系统的概念体系结构建模提供
了 具体语法和概念框架 。基于底层
语义的工具为体系结构的表示 、分析、
演化、细化、设计过程等提供支持。
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软件体系结构描述语言
◎ 连接件：是用来建立构件间的交 互以及支配这些交互规则的体系结 构构造模块。与构件不同，连接件 可以不与实现系统中的编译单元对 应。 连接件可以是共享变量、表入口、 缓冲区、对连接器的指令、动态数 据结构等等；
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软件体系结构描述语言
基本元素：
构件、连接件、体系结构配臵。
主要的体系结构描述语言：
Aesop 、 MetaH 、 C2 、 Rapide 、 SADL 、
Unicon 和 Wright 等，尽管它们都描述软件
体系结构，却有不同的特点。
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缺陷
由于在术语和表达语义上存在着一些不规范和 不精确，使得以矩形框与线段为基础的传统图形 表示方法在不同的文档之间存在许多不一致的甚 至矛盾的地方。
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软件体系结构描述方法
项目管理 静态分析器 时间分析器
测试配置
测试结果库
缓冲
最优/最劣时间 计算
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软件体系结构描述语言
连接件同样也有接口。连接件的接
口由 一组角色组成 ，连接件的每一 个角色定义了该连接件表示的交互 参
与者，二元连接有两个角色 ，如消
息传递连接件角色是发送者和接收者。
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典型软件体系结构描述语言
C2概述