【正文】 模塊完成一個相對獨立的特定子功能，并且與其他模塊之間的關(guān)系很簡單。 模塊獨立性 模塊獨立性是 指軟件系統(tǒng)中的每個模塊只具有軟件要求的具體子功能，而與軟件系統(tǒng)中其他的模塊接口是簡單的。在模塊中使用局部數(shù)據(jù)元素就是局部化的一個例子。隱蔽表明有效的模塊化可以通過定義一組獨立的模塊而實現(xiàn)，這些獨立的模塊間僅交換為完成系統(tǒng)功能而必須交換的信息。 抽象層次 2 所用術(shù)語不再是問題所處環(huán)境的語言，但并沒給出怎樣做的信息，不能直接實現(xiàn)。事實上，軟件結(jié)構(gòu)頂層的模塊，控制了系統(tǒng)的主要功能并且影響全局；在軟件結(jié)構(gòu)底層的模塊，完成對數(shù)據(jù)的一個具體處理，用自項向下由抽象到具體的方式分配控制，簡化了軟件的設(shè) 計和實現(xiàn)，提高了軟件的可理解性和可測試性，并且使軟件更容易維護。 軟件工程過程的每一步都是對軟件解法的抽象層次的一次精化。一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)首先可以用一些高級的抽象概念構(gòu)造和理解，這些高級概念又可以用一些較低級的概念構(gòu)造和理解， 如此進行下去，直至最低層次的具體元素。 抽象與逐步求精 6 在現(xiàn)實世界中，事物、狀態(tài)或過程之間存在共性。 采用模塊化原理可以使軟件結(jié)構(gòu)清晰，不僅容易實現(xiàn)設(shè)計，也使設(shè)計出的軟件的可閱讀性和可理解性大大增強。事實上，當模塊數(shù)目增加時，每個模塊的規(guī)模將減小，雖然開發(fā)單個模塊需要的工作量減少了 ,但是隨著模塊數(shù)目增加，設(shè)計模塊間接口所需要的工作量將增加。 5 定義函數(shù) C（ x）為問題 x 的復(fù)雜程度，函數(shù) E（ x）為解決間題 x 需要的工作量（時間）。模塊化就是把程序劃分成若干個模塊，每個模塊具有一個確定的子功能，把這些模塊集成一個整體，可以完成指定的功能。主要內(nèi)容包括有： (1)將軟件劃分成若干獨立成分的依據(jù)。 S9：審查與復(fù)審總體設(shè)計文檔。給出系統(tǒng)目標、總體設(shè)計、數(shù)據(jù)設(shè)計、處理方式設(shè)計、運行設(shè)計和出錯設(shè)計等。測試計劃。 S8：編寫總體設(shè)計文檔 進行數(shù)據(jù)庫子模式設(shè)計，設(shè)計用戶使用的數(shù)據(jù)視圖。 S5：軟件 結(jié) 構(gòu)設(shè)計 用層次圖（ HC）、結(jié)構(gòu)圖（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）來描述模塊組成的層次系統(tǒng)，即 反映了軟件結(jié)構(gòu)。 S3：推薦最佳實施方案 綜合分析各種方案的優(yōu)缺點， 推薦最佳方案，并做詳細的實現(xiàn)進度計劃。在可供選擇的多種方案中，進一步設(shè)想與選擇較好的系統(tǒng)實現(xiàn)方案。 總體設(shè)計的過程 S1：設(shè)計系統(tǒng)方案 為了實現(xiàn)要求的系統(tǒng)，系統(tǒng)分析員應(yīng)該提出并分析各種可能的方案，并且從中選出最佳的方案。 ，將軟件功能需求分配給所劃分的最小單元模塊。應(yīng)該綜合分析比較這些合理的方案，從中選出一個最佳方案向用戶和使用部門負責人推薦。在總體設(shè)計中有兩個主要任務(wù)： ① 將系統(tǒng)劃分成物 理元素，即程序、文件、數(shù)據(jù)庫、文檔等。 1 教案首頁 周次 日期 課時序 課 題 軟件總體設(shè)計 教學目的 要 求 理解軟件總體設(shè)計目標；掌握軟件總體設(shè)計的手段與方法，理解模塊獨立性概念；理解模塊化概念 重 點 軟件總體設(shè)計目標、模塊化 難 點 軟件總體設(shè)計的手段與方法；模塊獨立性 教學過程 設(shè) 計 及 時間分配 第一章 軟件總體設(shè)計（ 2*45‘） 第一節(jié) 總體設(shè)計的任務(wù)與步驟（ 15‘） 第二節(jié) 軟件設(shè)計原則（ 15‘） 第三節(jié) 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法（ 30‘） 第四節(jié) 面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計方法（ 25‘） 第五節(jié) 總體設(shè)計文檔評審（ 5‘） 教學場所 或教學方法 使用 教具 作 業(yè) 課 后 記 授課教師 2 第四章 軟件總體設(shè)計 問題定義、可行性研究和需求分析構(gòu)成了軟件計劃階段，在這個階段確定了需要做什么，解決了系統(tǒng)開發(fā)目標，系統(tǒng)需求規(guī)格。 ② 設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)，即將需求規(guī)格轉(zhuǎn)換為軟件體系結(jié)構(gòu)、劃分出程序的模塊組成、模塊間的相互關(guān)系 、確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法等。如 果用戶和使用部門的負責人接受了推薦的方案，應(yīng)該進一步為這個最佳方案設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)。確定模塊間的聯(lián)系，確定數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)、文件結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫模式，確定測試方法與策略。而在分析階段提供的用數(shù)據(jù)流圖描述邏輯模型是總體設(shè)計的出發(fā)點。這個方案僅是邊界的取舍，拋棄技術(shù)上行不通的方法，留下可能的實現(xiàn)策略，但并不評價這個方案。用戶與有關(guān)技術(shù)專家認真審查分析員推薦的方案，然后提交使用部門負責人審批，審批接受分析員推薦的最佳實施方案后，才能進入軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計。當數(shù)據(jù)流圖細化到適當?shù)膶哟?，由結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法（ SD）可以直接映射出結(jié)構(gòu)圖（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）。再做數(shù)據(jù)庫完整性與安全性設(shè)計，改進與優(yōu)化模式和子模式（用戶使用的數(shù)據(jù)庫視圖）的數(shù)據(jù)存取。用戶手冊。對測試的計劃、策略、方法和步驟提出明確的要求。 4 根據(jù)總體設(shè)計階段的結(jié)果，修改更正在需求分析階段產(chǎn)生的初步的用戶手冊。 (2)怎樣表示不同的成分內(nèi)的功能細節(jié)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 在軟件開發(fā)過程中，大型軟件由于其控制路徑多、涉及范圍廣且變量數(shù)目多使其總體結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，這樣與小型軟件相比較其可理解性和可閱讀性較差。對于問題 P 1 和問題 P 2 ，如 C（ P 1 ） C（ P 2 ）， 則有 E（ P 1 ）＞ E（ P 2 ） 因為由 P 1 和 P 2 兩個問題組合而成一個問題的復(fù)雜程度大于分別考慮每個問題時的復(fù)雜程度之和。折衷考慮這兩個因素，可得出了圖中所示的總成本曲線。這是由于程序錯誤通常發(fā)生在有關(guān)的模塊及它們之間的接口中，所以采用了模塊化技術(shù)會使軟件容易測試和調(diào)試，進而有助于提高軟件的可 靠性。把這些共性集中和概括起來，忽略它們之間的差異，這就是抽象。這種層次的思維和解題方式必須反映在定義動態(tài)系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)之中，每級的一個概念將以某種方式對應(yīng)于程序的一組成分。在可行性研究階段，軟件作為系統(tǒng)的 一個完整部件；在需求分析期間，軟件解法是使用在問題環(huán)境內(nèi)熟悉的方式描述的；當我們由總體設(shè)計向詳細設(shè)計過渡時，抽象的程度也就隨之減少了；最后，當源程序?qū)懗鰜硪院?，也就達到了抽象的最低層。 例： 開發(fā)一個 CAD 軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)繪圖系統(tǒng)的全部功能，供低級 CAD 使用。 CAD 軟件任務(wù) 用戶界面任務(wù)； 創(chuàng)建二維圖形任務(wù)； 顯示圖形任務(wù)； 管理圖形任務(wù)； end CAD 抽象層次 3 僅以二維圖形任務(wù)為例 7 PROCEDURE 創(chuàng)建二維圖形 REPEAT UNTIL 創(chuàng)建圖形任務(wù)終止 DO WHILE 出現(xiàn)與數(shù)字儀的交互時 數(shù)字儀接口任務(wù)； 判斷作圖請求； 線：畫線任務(wù)； 圓：畫圓任務(wù)； . END； DO WHILE 出現(xiàn)與鍵盤的交互時 鍵盤接口任務(wù)； 選擇分析或計算； 輔助視圖：輔助視圖任務(wù)； 截面視圖：截面視圖任務(wù)； . END . END PROCEDURE. 在這一抽象層次上，給出了初步過程表示，模 塊結(jié)構(gòu)已清楚明朗，求精過程還可進行下去，直到得到源代碼。 模塊間的通信僅使用對于實現(xiàn)軟件功能的必要信息，通過抽象，可以確定組成軟件的過程實體；而通過信息隱蔽，則可 以定義和實施對模塊的過程細節(jié)和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存取限制。顯然，局部化有助于實現(xiàn)信息隱蔽。例如，如果一個模塊只具有單一的功能，并且與其他的模塊沒有太多的聯(lián)系，那末稱此模塊具有模塊獨立性。 模塊的獨立程度可以由內(nèi)聚和耦合兩個標準來度量。 在軟件設(shè)計中應(yīng)該盡可能采用松散耦合。 具體區(qū)分模塊間耦合程度的標準如下。數(shù)據(jù)耦合是低耦合?？刂岂詈鲜侵械瘸潭鹊鸟?9 合，它增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。 ① 公共環(huán)境耦合的復(fù)雜程度隨耦合的模塊個數(shù)而變化，當耦合的模塊個數(shù)增加時復(fù)雜程度顯著增加。 兩個模塊都既往公共環(huán)境送數(shù)據(jù)又從里面取數(shù)據(jù)，這種耦合比較緊密，介于數(shù)據(jù)耦合和控制耦合之間。 應(yīng)該避免使用內(nèi)容耦合。 （ 7）外部耦合 一組模塊都訪問同一全局簡單變量而不是同一全局數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而且不是通過參數(shù)表傳遞該變量的信息，則稱之為外部耦合。 圖 46 七種耦合類型的關(guān)系 11 圖 47 偶然內(nèi)聚 2．內(nèi)聚 內(nèi)聚表示一個模塊內(nèi)各個元素間結(jié)合的緊密程度，它是信息隱蔽和局部化概念的自然擴展。內(nèi)聚和耦合都是進行模塊化設(shè)計的有力工具，但是實踐表明內(nèi)聚更重要，應(yīng)該把更多注意力集中到提高模塊的內(nèi)聚程度上。例如，一個模塊的功能是產(chǎn)生各種類型的全部輸出，參閱圖 48。事實上，偶然內(nèi)聚的模塊出現(xiàn)修改錯誤的概率比其他類型的模塊高得多。 （ 4）過程內(nèi)聚 如果一個模塊內(nèi)的處理元素是相關(guān)的，而且必須以特定次序執(zhí)行，則稱為過程內(nèi)聚。 （ 6）信息內(nèi)聚 信息內(nèi)聚模塊能完成多種功能，各個 功能都在同一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上操作，每一項功能有一個唯一的入口點，例如圖 410 所示的模塊有 4 個功能，即這個模塊將根據(jù)要求，確定該執(zhí)行哪一個功能。 內(nèi)聚的七種類型的級別比較如圖 411 所示。軟件設(shè)計從需求分析開始，逐步分層的導出程序結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖 412 所示。 1．模塊高獨立性 設(shè)計出軟件的初步結(jié)構(gòu)以后，應(yīng)該進一步分解或合并模塊，力求降低耦合提高內(nèi)聚。 ? 大的模塊往往是由于分解不充分，但是進一步分解必須符合問題結(jié)構(gòu)，一般說來，分解后不應(yīng)該降低模塊獨立性。它和程序長度之間應(yīng)該有粗略的對應(yīng)關(guān)系，當然這個對應(yīng)關(guān)系是在一定范圍內(nèi)變化的。對寬度影響最大的因素是模塊的扇出。扇出太小時可以把下級模塊進一步分解成若干個子功能模塊，或者合并到它的上級模塊中去。 ? 模塊的作用域應(yīng)該在其控制域之內(nèi) 17 圖 415 模塊的作用域和控制域 模塊的作用域定義為受該模塊判定影響的所有模塊的集合。例如，如果圖 415 中模塊 A 做出的判定只影響模塊 B，那么是符合這條規(guī)則的。 可以通過修改軟件結(jié)構(gòu)能使作用域是控制域的子集，一個方法是把做判定的點往上移，例如，把判定從模塊 A 中移到模塊 M 中、另一個方法是把那些在作用域內(nèi)但不在控制域內(nèi)的模塊移到控制域內(nèi)，例如，把模塊 G 移到模塊 A的下面， 成為它的直屬下級模塊。傳送方程的系數(shù)，用數(shù)組 X 回送求得的根。 接口復(fù)雜或者不一致是緊耦合或低內(nèi)聚的原因所致，應(yīng)該重新分析這個模塊的獨立性，力爭降低模塊接口的復(fù)雜程度。帶有內(nèi)部存儲器的模塊的功能可能是不可預(yù)測的，因為它的輸出可能取決于內(nèi)部存儲器（例如某個標記） 的狀態(tài)。 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法 在這一節(jié)，將介紹一種應(yīng)用最廣、技術(shù)上也較完善的系統(tǒng)設(shè) 計方法，面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法。信息流是軟件開發(fā)人員考慮問題的出發(fā)點和基礎(chǔ)。換句話說，這類設(shè)計方法允許把用 DFD 圖表示的系統(tǒng)邏輯模型方便地轉(zhuǎn)換成 對于軟件結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計描述。 （ 1）變換流 19 根據(jù)基本系統(tǒng)模型，信息通常以外部世界的形式進入軟件系統(tǒng)，經(jīng)過處理以后再以外部世界的形式離開系統(tǒng)。但是，當信息流具有和圖 417類似的形狀時，稱信息流是以事務(wù)為中心，也就是說，數(shù)據(jù)沿輸入通路到達一個處理 T，這個處理根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型在若干個動作序列中選出一個來執(zhí)行。 圖 417 中的處理 T 稱為事務(wù)中心，它完成下述任務(wù)： 1）接收輸入事務(wù)（事務(wù)又稱為輸入數(shù)據(jù)）； 2）分析每個事務(wù)以確定它的類型； 3）根據(jù)事務(wù)類型選取一條活動通路。在調(diào)用線的兩旁，應(yīng)標出傳入和傳出模塊的數(shù)據(jù)流。 其中傳入、傳出和變換模塊用來組成變換結(jié)構(gòu)中的各個相應(yīng)郎 分。 （ 2）簡單調(diào)用 圖 420 模塊的簡單調(diào)用 在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中，調(diào)用線的箭頭指向被調(diào)用模塊。圖 420（ b）是圖（ a）的一種替代畫法。圖中用菱形符號來表示選擇。圖 422 的含義是：模塊 A 將根據(jù)其內(nèi)在的循環(huán)重復(fù)調(diào)用 B、 C 等模塊，直至在 A 模塊內(nèi)部出現(xiàn)滿足循環(huán)終止的條件為止。利用它們能方便地把 DFD 圖轉(zhuǎn)換為 初始系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 1．對 DFD 圖的分析和劃分 首先區(qū)分傳入、傳出和變換中心三個部分，在 DFD 圖上標明它們的分界線。而邏輯輸出則是指離物理輸出端（輸出末端）最遠，但仍可視為系統(tǒng)輸出的所有數(shù)據(jù)流。圖中 c、 e 是邏輯輸入數(shù)據(jù)流， u、 w 是邏輯輸出數(shù)據(jù)流，介于它們之間的 P， Q， R 屬于中心加工。以下列出幾種可能遇到的情況及其處理方法。 有些 DFD 圖可能太粗，缺少應(yīng)有的細節(jié)