软件设计的目标和任务

软件设计的重要性：是软件开发时期的第一个步，
最终影响软件实现的成败和软件维护的难易程度。
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软件设计的两个阶段
从工程管理的角度来看，软件设计分两 步完成。 总体设计：将软件需求转化为数据结构和 软件的系统结构。 详细设计：即过程设计。通过对结构表示 进行细化，得到软件的详细的数据结构和 算法。
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软件设计的两个阶段
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第5章 总体设计
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第5章 总体设计
5.1 设计过程 5.2 设计原理 5.3 启发规则 5.4 描绘软件结构的图形工具 5.5 面向数据流的设计方法 5.6 小结 习题
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重点和难点
重点： 软件设计过程中应遵循的基本原理 面向数据流设计方法
难点： 变换分析、事务分析法过程和应用
软件设计的目标和任务
软件需求：解决“做什么” 软件设计：解决“怎么做” 软件设计的任务：以软件需求规格说明书
为依据，进行
数据设计 系统结构设计 过程设计
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软件设计的目标和任务
数据设计侧重于数据结构的定义
系统结构设计定义软件系统各主要成分之间的关 系
过程设计则是把结构成分转换成软件的过程性描 述。在编码步骤，根据这种过程性描述，生成源 程序代码，然后通过测试最终得到完整有效的软 件。
✓ 当被调模块只使用数据结构中的一部分数据元素时， 产生标记耦合.
✓ 被调模块 可使用的数据多于它所需要的数据， 从而导致对 数据的访问失去控制，给非法操作提供了机会。
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五. 模块独立——1.耦合性 5.2 设计原理 非直接耦合举例
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。
5.2 设计原理
模块数目为M时，软件开发成本最小
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二. 抽 象
5.2 设计原理
抽象：把一定事物、状态或过程中共性的方面集中 和概括起来，暂时忽略它们之间的差异。
抽象的思想：处理复杂系统的惟一有效的方法是用 层次的方式构造和分析它。
抽象层次：
✓最高抽象级别——面向问题的语言
✓较低抽象级别——面向问题和实现的语言
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弱耦合
中耦合 较强耦合 强耦合
⒈非直接耦合：无信息交换 ⒉数据耦合：简单数据以参数形式进行交换 ⒊特征耦合：数据结构以参数形式进行交换;或共享数据结构 ⒋控制耦合：参与交换的数据内包含控制信息 ⒌公共耦合：一组模块使用同一个全局性数据结构/公共
区 ⒍内容耦合：一个模块可以直接访问另一个模块内部数据
本月 用电量
计算水费
计算电费
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五. 模块独立——1.耦合性 控制耦合举例
控制耦合
二个模块通过参数交换信 息，传递的信息中有控制 信息
去除控制耦合的方法：
(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
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5.2 设计原理
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5.2 设计原理
五. 模块独立——1.耦合性
抽象与求精是一对互补的概念 抽象使得设计者能够说明过程和数据，同时却忽 略低层细节。事实上，可以把抽象看作是一种通 过忽略多余的细节同时强调有关的细节，而实现 逐步求精的方法。求精则帮助设计者在设计过程 中逐步揭示出低层细节。这两个概念都有助于设 计者在设计演化过程中创造出完整的设计模型。
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四. 信息隐藏和局部化
五. 模块独立——1.耦合性
耦合：指模块之间联系的紧密程度。模块之间联系越紧 密，其耦合性越强，独立性就越差。
模块耦合度越低越好：1. 独立性；2. 减少错误传播。
模块的耦合性从低到高可分为以下几种类型： ✓ 非直接耦合(no direct coupling)：
二个模块都不依赖对方而独立存在 ✓ 数据耦合(data coupling)：
“分而治之”是模块化思想的依据：把复杂的问题分解为若干个
5.2 设计原理
令C(X):问题X的复杂程度，E(X):解决X问题所需 的工作量
规律1：若两个问题P1，P2
C(P1) > C(P2)，则E(P1) > E(P2)
规律2：某问题P可以分成P1，P2，P＝P1＋P2
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总体设计的步骤
设想供选择的方案 选取合理的方案
系统流程图 组成系统的物理元素清单 成本/效益分析 实现这个系统的进度计划
推荐最佳方案 功能分解 设计软件结构（模块化思想）
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5.51.1设设计计过过程程
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总体设计的步骤
设计数据库 制定测试计划 书写文档
系统说明 用户手册 测试计划 详细的实现计划 数据库设计结果
逐步求精的思想：
对一个事物的认识是一个从高层次抽象向低层 次抽象逐步转化和过渡的过程。
Miller法则：
一个人在任何时候都只能把注意力集中在 （7+2）个知识块上。
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三. 逐 步 求 精
5.2 设计原理
求精实际上是细化过程 求精要求设计者细化原始陈述，随着每个后续求 精（即细化）步骤的完成而提供越来越多的细节。
这种耦合的模块 独立性最强。
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五. 模块独立——1.耦合性 5.2 设计原理 数据耦合举例
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
开发票 单价， 数量
计算水费
金额
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5.2 设计原理
五. 模块独立——1.耦合性 标记/特征耦合举例
“住户情况”是一个数据结构，图中模块都与之有关。 “计算水电费”和“计算水费”传递的是数据结构,它们之间
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二. 抽 象
5.2 设计原理
CAD软件中的数据抽象举例：
STRUCT coordinate { int x; int y }; CLASS Drawing //parent class
{ PUBLIC : coordinate startpoint, endpoint; …… };
CLASS Line : PUBLIC Drawing { …… }; CLASS Curve : PUBLIC Line { …… }; CLASS StraightLine : PUBLIC Line { …… };
中)； ✓ 一个模块有多个入口(这意味着一个模块有几种功能)。
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五. 模块独立—5.2 —软件1设.耦计的合概性念及原理
内容耦合举例
最不好的耦合形式！！！
A
B
A
B
一模块直接访问
另一模块的内部 信息 (程序代码 或数据）
模块代码重叠
（只可能在汇编中 出现）
：一个模块不通过正常入
口而进入另一个模块内部，
4. 便于增加新的功能，新增加的模块和原有的
模块关系不大
5. 在较高层次上进行软件开发，有助于提高软
件质量和生产效率 .
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四. 信息隐藏和局部化
5.2 设计原理
局部化：把一些关系密切的软件元素在物理 上放得彼此靠近。
例如：在模块中使用局部数据元素 有助于信息隐藏
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五. 模 块 独 立
5.2 设计原理
软件可理解性降低
软件可维护性差
诊断错误困难
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!!!
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五. 模块独立——1.耦合性
5.2 设计原理
✓ 内容耦合(content coupling)：
✓ 一个模块访问另一个模块的内部数据； ✓ 一个模块不通过正常入口而转到另一个模块的内部； ✓ 两个模块有一部分程序代码重叠(只可能出现在汇编程序
Curve objCurve1; //objCurve1 is a instance of Curve StraightLine objSL2 ; //objSL. 2 is a instance of StraightL18ine
三. 逐 步 求 精
5.2 设计原理
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。
IF OpenFile THEN input filename；
open the file；
display the file；
ELSE IF SaveFile THEN input save filename；
save the file；
END IF
END PROCEDURE.
抽象3．实现层次的抽象（程序设计语言描述）
✓最低抽象级别——面向实现的语言
软件设计中的两类抽象： ✓ 过程抽象：功能－> 过程、函数 ✓ 数据抽象：数据对象定义、描述－>数据类型名
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5.2 设计原理
二. 抽 象
例子：讨论一个在不同抽象级别上的软件设计所具有
的形式。
CAD图形软件包可以画
抽象1．总体结构层次
各种直线和曲线，能完成
的抽象
二个模块通过参数交换信息，而信息仅限于数据 ✓ 控制耦合 (control coupling)：
二个模块通过参数交换信息，传递的信息中有控制信 息
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5.2 设计原理
五. 模块独立——1.耦合性
✓ 标记耦合 / 特征耦合 (stamp coupling)：
✓ 二个模块通过传递数据结构加以联系（数据结构以参 数形式进行交换），或都与一个数据结构有关
模块独立性：每个模块只完成系统要求的独立的 子功能，与其他模块的联系最少且接口简单。
模块独立的概念是模块化、抽象、信息隐藏和 局部化三个基本原理的直接结果。