【正文】 西安交通大學(xué) 劉海巖 1 第 12章 軟件設(shè)計(jì) ? 軟件設(shè)計(jì)概述 ? 優(yōu)秀設(shè)計(jì)的概念 ? 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì) ? 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ? 用戶界面設(shè)計(jì) ? 構(gòu)件級(jí)設(shè)計(jì) 西安交通大學(xué) 劉海巖 2 軟件設(shè)計(jì)概念 軟件設(shè)計(jì)模型的主要組成 軟件設(shè)計(jì)是將軟件需求轉(zhuǎn)換為軟件表示的過(guò)程，是構(gòu)造和驗(yàn)證軟件所需的三項(xiàng)技術(shù)活動(dòng)（設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試）之一。軟件設(shè)計(jì)也是一個(gè)建模過(guò)程，以一系列迭代的步驟建立不同的視圖來(lái)描述系統(tǒng)。首先給出軟件系統(tǒng)的整體表示（體系結(jié)構(gòu)），然后逐步精化，給出系統(tǒng)構(gòu)造的細(xì)節(jié)，如數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)、構(gòu)件級(jí)設(shè)計(jì)。這四方面的設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要活動(dòng)。而面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)還包括分布式體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、進(jìn)程管理等。 西安交通大學(xué) 劉海巖 3 設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則 設(shè)計(jì)目標(biāo) ： ? 設(shè)計(jì)必須實(shí)現(xiàn)所有包含在分析模型中的需求。 ? 設(shè)計(jì)必須是可讀、可理解的，便于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。 ? 設(shè)計(jì)應(yīng)該提供軟件的完整面貌，包括從不同角度看到的數(shù)據(jù)、功能、行為域。 常用的 設(shè)計(jì)原則 ： ? 設(shè)計(jì)應(yīng)該展示系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。 ? 設(shè)計(jì)應(yīng)該模塊化。 ? 設(shè)計(jì)應(yīng)該包括數(shù)據(jù)、體系結(jié)構(gòu)、接口和模塊的清楚表示。 西安交通大學(xué) 劉海巖 4 ? 設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循分解、求精的原則。 ? 設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)迭代的過(guò)程，對(duì)于分析模型應(yīng)該可跟蹤，應(yīng)該能適應(yīng)變更。 ? 設(shè)計(jì)不應(yīng)該從頭做起。 ? 設(shè)計(jì)應(yīng)該具有一致性和集成性。 西安交通大學(xué) 劉海巖 5 軟件設(shè)計(jì)文檔 設(shè)計(jì)階段的一個(gè)重要產(chǎn)品就是描述所構(gòu)建的系統(tǒng)的文檔。 主要內(nèi)容 : ? 前言：系統(tǒng)目標(biāo)；主要需求 ? 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì) 用一系列圖形和符 ? 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 號(hào)描述系統(tǒng)、界面 ? 接口設(shè)計(jì)（人機(jī)交互、外部接口） 和構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，包 ? 每個(gè)模塊（或構(gòu)件）的過(guò)程性設(shè)計(jì) 括各級(jí)抽象。 ? 集成測(cè)試策略 ? 設(shè)計(jì)約束 ? 需求交叉引用表 ? 參考文獻(xiàn) ? 附錄 文檔中還可以包含描述系統(tǒng)如何運(yùn)行的操作手冊(cè)，以及出錯(cuò)后系統(tǒng)的重新配置或特定的安全措施。 西安交通大學(xué) 劉海巖 6 優(yōu)秀設(shè)計(jì)的基本概念 軟件設(shè)計(jì)中最重要的一個(gè)問(wèn)題就是軟件質(zhì)量問(wèn)題，如何衡量軟件設(shè)計(jì)的技術(shù)質(zhì)量呢？本節(jié)介紹提高軟件設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)掌握的一些基本概念。 分解與模塊化 Wasserman（ 1995） 提出了 5種創(chuàng)建設(shè)計(jì)的方法： （ 1）模塊化分解：功能分配給模塊或構(gòu)件 （ 2）面向數(shù)據(jù)的分解：基于全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 西安交通大學(xué) 劉海巖 7 （ 3）面向事件的分解：基于系統(tǒng)必須處理的事件及如何改變系統(tǒng)狀態(tài)的信息，高層描述狀態(tài)目錄，低層描述轉(zhuǎn)換。 （ 4）由外往內(nèi)的設(shè)計(jì)：基于系統(tǒng)的用戶輸入，高層列出所有輸入，低層描述如何處理每個(gè)輸入。 （ 5）面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)：系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)，子系統(tǒng)分解成包，包分解為類，低層描述所屬類的對(duì)象的數(shù)據(jù)和方法以及對(duì)象間相互的交互。 西安交通大學(xué) 劉海巖 8 通過(guò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)描述、事件、用戶輸入、高層功能描述或組合，用逐漸增加的細(xì)節(jié)創(chuàng)建信息層次來(lái)得到設(shè)計(jì)。 西安交通大學(xué) 劉海巖 9 模塊化是軟件解決復(fù)雜問(wèn)題所具備的手段， E（ P1＋ P2） E（ P1）＋ E（ P2） 西安交通大學(xué) 劉海巖 10 抽象與求精 抽象，即抽出事物本質(zhì)的共同特性而暫不考慮它的細(xì)節(jié)。軟件過(guò)程中的每一階段都是解決方案抽象級(jí)別上的求精。抽象包括 ? 數(shù)據(jù)抽象：對(duì)數(shù)據(jù)集合命名并描述它的關(guān)鍵屬性； ? 過(guò)程抽象：對(duì)一系列隱含的過(guò)程性步驟命名，關(guān)注主要功能而不考慮細(xì)節(jié)。 抽象幫助定義模塊實(shí)體，建立不同抽象級(jí)別的軟件體系結(jié)構(gòu)。 求精，是詳細(xì)描述的過(guò)程，用于揭示具體實(shí)現(xiàn)的低層細(xì)節(jié)。抽象和求精是對(duì)立統(tǒng)一的兩個(gè)方面，缺一不可的幫助構(gòu)造出完整的設(shè)計(jì)模型。 西安交通大學(xué) 劉海巖 11 信息隱蔽 指在設(shè)計(jì)和確定模塊時(shí)能夠隱藏在模塊內(nèi)部的信息（數(shù)據(jù)、過(guò)程）盡量在模塊內(nèi)部存儲(chǔ)和定義，盡可能的局部化。 作用：約束我們實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部的過(guò)程細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問(wèn)，減少因局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變動(dòng)對(duì)其他軟件的影響，有利于維護(hù)。 模塊獨(dú)立性 模塊功能的獨(dú)立性是抽象和信息隱蔽性的直接產(chǎn)物。獨(dú)立的模塊易于復(fù)用、易于維護(hù)。如何衡量軟件的獨(dú)立性？提出了 兩個(gè)定性的度量標(biāo)準(zhǔn) —— 耦合性和內(nèi)聚性。 西安交通大學(xué) 劉海巖 12 （ 1）耦合性（ Coupling） 軟件結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件間相互聯(lián)系緊密程度的一種度量。 ? 無(wú)直接耦合 ? 數(shù)據(jù)耦合 ? 標(biāo)記耦合 ? 控制耦合 ? 公共耦合 ? 內(nèi)容耦合 西安交通大學(xué) 劉海巖 13 （ 2）內(nèi)聚性（ Cohesion） 一個(gè)構(gòu)件內(nèi)部各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度的度量。 ? 偶然內(nèi)聚 ? 邏輯內(nèi)聚：如打印不同報(bào)表的程序 ? 時(shí)間內(nèi)聚：初始化 ? 過(guò)程內(nèi)聚：依次調(diào)用的過(guò)程放在一起 ? 通信內(nèi)聚：使用同一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 順序內(nèi)聚：處理必須順序執(zhí)行，前一個(gè)處理的 輸出是下一個(gè)處理的輸入 ? 功能內(nèi)聚：模塊內(nèi)所有的元素都完成同一個(gè)功 能，模塊不能再分解。 重要的不是區(qū)分耦合或內(nèi)聚的等級(jí)，而是定義和分解模塊時(shí)需要注意強(qiáng)內(nèi)聚、弱耦合，以提高模塊獨(dú)立性。 增強(qiáng) 西安交通大學(xué) 劉海巖 14 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)總是軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。