1、第第5章章 总体设计总体设计 5.1 设计过程设计过程 5.2 设计原理设计原理 5.3 启发规则启发规则 5.4 描绘软件结构的图形工具描绘软件结构的图形工具 5.5 面向数据流的设计方法面向数据流的设计方法 软件设计宣言：软件设计宣言：Mitch Kapor n“什么是设计？设计是你站在两个世界什么是设计？设计是你站在两个世界技技 术世界和人类的目标世界术世界和人类的目标世界而你尝试将这两而你尝试将这两 个世界结合在一起个世界结合在一起”。 罗马建筑批评家罗马建筑批评家Vitruvius提出的观念：提出的观念： n“设计良好的建筑应该展示出坚固、适用和令设计良好的建筑应该展示出坚固、适用和
2、令 人赏心悦目人赏心悦目”。 设计阶段：设计阶段： n从工程管理的角度，可以将软件设计分为概要从工程管理的角度，可以将软件设计分为概要 设计阶段和详细设计阶段。设计阶段和详细设计阶段。 n从技术的角度，传统的结构化方法将软件设计从技术的角度，传统的结构化方法将软件设计 划分为体系结构设计、数据设计、接口设计和划分为体系结构设计、数据设计、接口设计和 过程设计过程设计4部分。部分。 n面向对象方法则将软件设计划分为体系结构设面向对象方法则将软件设计划分为体系结构设 计、类设计计、类设计/数据设计、接口设计和构件级设数据设计、接口设计和构件级设 计计4部分。部分。 结构化设计和结构化分析的关系：结
3、构化设计和结构化分析的关系： 5.1 设计过程设计过程 由两个主要阶段组成：由两个主要阶段组成： n系统设计阶段，确定系统的具体实现方案系统设计阶段，确定系统的具体实现方案 q设想供选择的方案设想供选择的方案 q选取合理的方案选取合理的方案 q推荐最佳方案推荐最佳方案 n结构设计阶段，确定软件结构结构设计阶段，确定软件结构 q功能分解功能分解 q设计软件结构设计软件结构 q设计数据库设计数据库 q制定测试计划制定测试计划 q书写文档书写文档 q审查和复审审查和复审 典型的总体设计过程包括下述典型的总体设计过程包括下述9个步骤：个步骤： 1. 设想供选择的方案设想供选择的方案 n根据需求分析阶段
4、得出的数据流图考虑各种可根据需求分析阶段得出的数据流图考虑各种可 能的实现方案，力求从中选出最佳方案。能的实现方案，力求从中选出最佳方案。 2. 选取合理的方案选取合理的方案 n从前一步得到的一系列供选择的方案中选取若从前一步得到的一系列供选择的方案中选取若 干个合理的方案。对每个合理的方案分析员都干个合理的方案。对每个合理的方案分析员都 应该准备下列应该准备下列4份资料：份资料： q系统流程图；系统流程图； q组成系统的物理元素清单；组成系统的物理元素清单； q成本成本/效益分析；效益分析； q实现这个系统的进度计划。实现这个系统的进度计划。 3. 推荐最佳方案推荐最佳方案 n分析员应该综合
5、分析对比各种合理方案的利弊，分析员应该综合分析对比各种合理方案的利弊， 推荐一个最佳的方案，并且为推荐的方案制定推荐一个最佳的方案，并且为推荐的方案制定 详细的实现计划。详细的实现计划。 4. 功能分解功能分解 n首先进行结构设计，然后进行过程设计。首先进行结构设计，然后进行过程设计。 n结构设计确定程序由哪些模块组成，以及这些结构设计确定程序由哪些模块组成，以及这些 模块之间的关系；过程设计确定每个模块的处模块之间的关系；过程设计确定每个模块的处 理过程。理过程。 n结构设计是总体设计阶段的任务，过程设计是结构设计是总体设计阶段的任务，过程设计是 详细设计阶段的任务。详细设计阶段的任务。 5
6、. 设计软件结构设计软件结构 n通常程序中的一个模块完成一个适当的子功能。通常程序中的一个模块完成一个适当的子功能。 应该把模块组织成良好的层次系统。软件结构应该把模块组织成良好的层次系统。软件结构 可以用层次图或结构图来描绘。可以用层次图或结构图来描绘。 n如果数据流图已经细化到适当的层次，则可以如果数据流图已经细化到适当的层次，则可以 直接从数据流图映射出软件结构，这就是面向直接从数据流图映射出软件结构，这就是面向 数据流的设计方法。数据流的设计方法。 6. 设计数据库设计数据库 n对于需要使用数据库的那些应用系统，软件工对于需要使用数据库的那些应用系统，软件工 程师应该在需求分析阶段所确
7、定的系统数据需程师应该在需求分析阶段所确定的系统数据需 求的基础上，进一步设计数据库。求的基础上，进一步设计数据库。 7. 制定测试计划制定测试计划 n在软件开发的早期阶段考虑测试问题，能促使软件设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。计人员在设计时注意提高软件的可测试性。 8. 书写文档书写文档 n应该用正式的文档记录总体设计的结果，在这个阶段应该用正式的文档记录总体设计的结果，在这个阶段 应该完成的文档通常有下述几种：应该完成的文档通常有下述几种： (1) 系统说明；系统说明； (2) 用户手册；用户手册；(3) 测试计划；测试计划； (4)
8、 详细的实现计划；详细的实现计划；(5) 数据库设计结果。数据库设计结果。 9. 审查和复审审查和复审 n最后应该对总体设计的结果进行严格的技术审查和管最后应该对总体设计的结果进行严格的技术审查和管 理复审。理复审。 5.2 设计原理设计原理 5.2.1 模块化模块化 n模块：模块：是由边界元素限定的相邻程序元素的序是由边界元素限定的相邻程序元素的序 列，而且有一个总体标识符代表它。列，而且有一个总体标识符代表它。 n模块化：模块化：就是把程序划分成独立命名且可独立就是把程序划分成独立命名且可独立 访问的模块，每个模块完成一个子功能，把这访问的模块，每个模块完成一个子功能，把这 些模块集成起来
9、构成一个整体，可以完成指定些模块集成起来构成一个整体，可以完成指定 的功能满足用户的需求。的功能满足用户的需求。 为什么要模块化？为什么要模块化？ n模块化是为了使一个复杂的大型程序能被人的模块化是为了使一个复杂的大型程序能被人的 智力所管理，软件应该具备的惟一属性。智力所管理，软件应该具备的惟一属性。 n如果一个大型程序仅由一个模块组成，它将很如果一个大型程序仅由一个模块组成，它将很 难被人所理解。难被人所理解。 模块化的根据：模块化的根据： n如果如果C(P1)C(P2)，显然，显然E(P1)E(P2) n根据人类解决一般问题的经验，根据人类解决一般问题的经验， C(P1+P2)C(P1)
10、+C(P2) n综上所述，得到下面的不等式综上所述，得到下面的不等式 E(P1+P2)E(P1)+E(P2) n每个程序都相每个程序都相 应地有一个最应地有一个最 适当的模块数适当的模块数 目目M，使得系，使得系 统的开发成本统的开发成本 最小。最小。 模块化和软件成本模块化和软件成本 模块化的作用：模块化的作用： n采用模块化原理可以使软件结构清晰，不仅容采用模块化原理可以使软件结构清晰，不仅容 易设计也容易阅读和理解。易设计也容易阅读和理解。 n模块化使软件容易测试和调试，因而有助于提模块化使软件容易测试和调试，因而有助于提 高软件的可靠性。高软件的可靠性。 n模块化能够提高软件的可修改性
11、。模块化能够提高软件的可修改性。 n模块化也有助于软件开发工程的组织管理。模块化也有助于软件开发工程的组织管理。 5.2.2 抽象抽象 n抽象：抽象：现实世界中一定事物、状态或过程之间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总存在着某些相似的方面(共性共性)。把这些相似。把这些相似 的方面集中和概括起来，暂时忽略它们之间的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。差异，这就是抽象。 n抽象就是抽出事物本质特性而暂时不考虑细节。抽象就是抽出事物本质特性而暂时不考虑细节。 n“抽象是人类处理复杂问题的基本方法之抽象是人类处理复杂问题的基本方法之 一。一。” Gr
12、ady Boach 一般抽象过程：一般抽象过程： n处理复杂系统的惟一有效的方法是用层次的方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。式构造和分析它。 软件工程抽象过程：软件工程抽象过程： n软件工程过程的每一步都是对软件解法的抽象软件工程过程的每一步都是对软件解法的抽象 层次的一次精化。层次的一次精化。 n在可行性研究阶段，软件作为系统的一个完整在可行性研究阶段，软件作为系统的一个完整 部件；部件； n在需求分析期间，软件解法是使用在问题环境在需求分析期间，软件解法是使用在问题环境 内熟悉的方式描述的；内熟悉的方式描述的； n当由总体设计向详细设计过渡时，抽象的程度当由总体设
13、计向详细设计过渡时，抽象的程度 也就随之减少了；也就随之减少了； n最后，当源程序写出来以后，也就达到了抽象最后，当源程序写出来以后，也就达到了抽象 的最低层。的最低层。 5.2.3 逐步求精逐步求精 n逐步求精：逐步求精：为了能集中精力解决主要问题而尽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。逐步求精是人类解量推迟对问题细节的考虑。逐步求精是人类解 决复杂问题时采用的基本方法，也是许多软件决复杂问题时采用的基本方法，也是许多软件 工程技术的基础。工程技术的基础。 nMiller法则：一个人在任何时候都只能把注意法则：一个人在任何时候都只能把注意 力集中在（力集中在（72）个知识
14、块上。）个知识块上。 例：例：用筛选法求用筛选法求100以内的素数。所谓的筛选法，就是以内的素数。所谓的筛选法，就是 从从2到到100中去掉中去掉2，3，5，7的倍数，剩下的就是的倍数，剩下的就是100 以内的素数。以内的素数。 n首先按程序功能写出一个框架首先按程序功能写出一个框架 main() 建立建立2到到100的数组的数组A ，其中，其中Aii；.1 建立建立2到到10的素数表的素数表B ，存放，存放2到到10以内的素数；以内的素数；.2 若若Aii是是 B 中任一数的倍数，则剔除中任一数的倍数，则剔除Ai；.3 输出输出A 中所有没有被剔除的数；中所有没有被剔除的数；.4 n上述框架
15、中每一个加工语句都可进一步细化上述框架中每一个加工语句都可进一步细化 nmain() /*建立建立2到到100的数组的数组A ，其中，其中Aii*/ .1 for （i = 2；i = 100；i+）Ai = i； /* 建立建立2到到10的素数表的素数表B ，存放，存放2到到10以内的素数以内的素数*/ .2 B1 =2； B2 = 3； B3 = 5； B4 = 7； /*若若Aii是是B 中任一数的倍数，则剔除中任一数的倍数，则剔除Ai*/ .3 for （j = 1； j = 4； j+） 检查检查A所有数能否被所有数能否被Bj整除并将其从整除并将其从A剔除；剔除；.3.1 /*输出输
16、出A 中所有没有被剔除的数中所有没有被剔除的数*/ .4 for （i = 2； i 25) module_3(); else module_4(); 评价：评价： n与结构化编程矛盾，生成的代码完全不可读。与结构化编程矛盾，生成的代码完全不可读。 n如果在一个模块中对一个全局变量的声明进行修改，如果在一个模块中对一个全局变量的声明进行修改， 必须修改能够访问该全局变量的每一个模块。必须修改能够访问该全局变量的每一个模块。 n公共环境耦合的模块难于重用，必须提供一个全局变公共环境耦合的模块难于重用，必须提供一个全局变 量的清单。量的清单。 n即使模块本身不改变，它和产品中其他模块之间公共即使模
17、块本身不改变，它和产品中其他模块之间公共 环境耦合的实例数也会变化非常大。环境耦合的实例数也会变化非常大。 n潜在危险很大。模块暴露出必需要更多的数据，难以潜在危险很大。模块暴露出必需要更多的数据，难以 控制数据存取，而且会导致计算机犯罪。控制数据存取，而且会导致计算机犯罪。 n有些情况下公共环境耦合更好。有些情况下公共环境耦合更好。 (6) 内容耦合内容耦合(content coupling) n最高程度的耦合是内容耦合。如果出现下列最高程度的耦合是内容耦合。如果出现下列 情况之一，两个模块间就发生了内容耦合：情况之一，两个模块间就发生了内容耦合： q一个模块访问另一个模块的内部数据；一个模
18、块访问另一个模块的内部数据； q一个模块不通过正常入口转到另一个模块的内部；一个模块不通过正常入口转到另一个模块的内部； q两个模块有一部分程序代码重叠；两个模块有一部分程序代码重叠； q一个模块有多个入口。一个模块有多个入口。 n耦合是影响软件复杂程度的一个重要因素。耦合是影响软件复杂程度的一个重要因素。 n应该采取下述设计原则：应该采取下述设计原则： 尽量使用数据耦合，尽量使用数据耦合， 少用控制耦合和特征耦合，少用控制耦合和特征耦合， 限制公共环境耦合的范围，限制公共环境耦合的范围， 完全不用内容耦合。完全不用内容耦合。 2. 内聚内聚 n内聚：内聚：标志一个模块内各个元素彼此结合的紧标
19、志一个模块内各个元素彼此结合的紧 密程度，它是信息隐藏和局部化概念的自然扩密程度，它是信息隐藏和局部化概念的自然扩 展。简单地说，理想内聚的模块只做一件事情。展。简单地说，理想内聚的模块只做一件事情。 n要求：要求：设计时应该力求做到高内聚，通常中等设计时应该力求做到高内聚，通常中等 程度的内聚也是可以采用的，而且效果和高内程度的内聚也是可以采用的，而且效果和高内 聚相差不多；但是，低内聚不要使用。聚相差不多；但是，低内聚不要使用。 n内聚和耦合是密切相关的，模块内的高内聚往内聚和耦合是密切相关的，模块内的高内聚往 往意味着模块间的松耦合。实践表明内聚更重往意味着模块间的松耦合。实践表明内聚更
20、重 要，应该把更多注意力集中到提高模块的内聚要，应该把更多注意力集中到提高模块的内聚 程度上。程度上。 内聚程度的度量：内聚程度的度量： (1) 偶然内聚偶然内聚(coincidental cohesion) n如果一个模块完成一组任务，这些任务彼此间如果一个模块完成一组任务，这些任务彼此间 即使有关系，关系也是很松散的，就叫做偶然即使有关系，关系也是很松散的，就叫做偶然 内聚。内聚。 M A=B+C GET CHER IF R=5 THEN S=1 评价：评价： n模块内各元素之间没有实质性联系，很可能在模块内各元素之间没有实质性联系，很可能在 一种应用场合需要修改这个模块，在另一种应一种应
21、用场合需要修改这个模块，在另一种应 用场合又不允许这种修改，从而陷入困境；用场合又不允许这种修改，从而陷入困境； n可理解性差，可维护性产生退化；可理解性差，可维护性产生退化； n模块是不可重用的。模块是不可重用的。 解决方案：解决方案： n将模块分成更小的模块，每个小模块执行一个将模块分成更小的模块，每个小模块执行一个 操作。操作。 (2) 逻辑内聚逻辑内聚(logical cohesion) n如果一个模块完成的任务在逻辑上属于相同如果一个模块完成的任务在逻辑上属于相同 或相似的一类，则称为逻辑内聚。或相似的一类，则称为逻辑内聚。 new_operation function_code=7
22、; new_operation(function_code,dummy1,dummy2,dummy3); /dummy1、dummy2和和dummy3是伪变量，是伪变量， /如果如果function_code=7则不使用它们则不使用它们 评价：评价： n接口难以理解，造成整体上不易理解；接口难以理解，造成整体上不易理解； n完成多个操作的代码互相纠缠在一起，即使局完成多个操作的代码互相纠缠在一起，即使局 部功能的修改有时也会影响全局，导致严重的部功能的修改有时也会影响全局，导致严重的 维护问题；维护问题； n难以重用。难以重用。 解决方案：解决方案： n模块分解。模块分解。 (3) 时间内聚时
23、间内聚(temporal cohesion) n如果一个模块包含的任务必须在同一段时间如果一个模块包含的任务必须在同一段时间 内执行，就叫时间内聚。内执行，就叫时间内聚。 执行初始化执行初始化 打开旧主文件、新主文件、事务文件和打印文件；打开旧主文件、新主文件、事务文件和打印文件； 初始化销售地区表；初始化销售地区表； 读第一条事务记录和第一条旧主文件记录；读第一条事务记录和第一条旧主文件记录； 评价：评价： n时间关系在一定程度上反映了程序某些实质，时间关系在一定程度上反映了程序某些实质， 所以时间内聚比逻辑内聚好一些。所以时间内聚比逻辑内聚好一些。 n模块内操作之间的关系很弱，与其他模块的
24、操模块内操作之间的关系很弱，与其他模块的操 作却有很强的关联。作却有很强的关联。 n时间内聚的模块不太可能重用。时间内聚的模块不太可能重用。 (4) 过程内聚过程内聚(procedural cohesion) n如果一个模块内的处理元素是相关的，而且必如果一个模块内的处理元素是相关的，而且必 须以特定次序执行，则称为过程内聚。须以特定次序执行，则称为过程内聚。 n使用程序流程图作为工具设计软件使用程序流程图作为工具设计软件时，常常通时，常常通 过研究流程图确定模块的划分，这样得到的往过研究流程图确定模块的划分，这样得到的往 往是过程内聚的模块。往是过程内聚的模块。 评价：评价： n比时间内聚好
25、，至少操作之间是过程关联的。比时间内聚好，至少操作之间是过程关联的。 n仍是弱连接，不太可能重用模块。仍是弱连接，不太可能重用模块。 解决方案：解决方案： n分割为单独的模块，每个模块执行一个操作。分割为单独的模块，每个模块执行一个操作。 (5) 通信内聚通信内聚(communicational cohesion) n如果模块中所有元素都使用同一个输入数据如果模块中所有元素都使用同一个输入数据 和和(或或)产生同一个输出数据，则称为通信内产生同一个输出数据，则称为通信内 聚。即在同一个数据结构上操作。聚。即在同一个数据结构上操作。 评价：评价： n模块中各操作紧密相连，比过程内聚更好。模块中各
26、操作紧密相连，比过程内聚更好。 n不能重用。不能重用。 解决方案：解决方案： n分成多个模块，每个模块执行一个操作。分成多个模块，每个模块执行一个操作。 (6) 顺序内聚顺序内聚(sequential cohesion) n如果一个模块内的处理元素和同一个功能密如果一个模块内的处理元素和同一个功能密 切相关，而且这些处理必须顺序执行，则称切相关，而且这些处理必须顺序执行，则称 为顺序内聚。为顺序内聚。 评价：评价： n根据根据数据流图划分模块时数据流图划分模块时，通常得到顺序内，通常得到顺序内 聚的模块，这种模块彼此间的连接往往比较聚的模块，这种模块彼此间的连接往往比较 简单。简单。 (7)
27、功能内聚功能内聚(functional cohesion) n如果模块内所有处理元素属于一个整体，完如果模块内所有处理元素属于一个整体，完 成一个单一的功能，则称为功能内聚。功能成一个单一的功能，则称为功能内聚。功能 内聚是最高程度的内聚。内聚是最高程度的内聚。 评价：评价： n模块可重用，应尽可能重用；模块可重用，应尽可能重用； n可隔离错误，维护更容易；可隔离错误，维护更容易； n扩充产品功能时更容易。扩充产品功能时更容易。 七种内聚的优劣评分结果：七种内聚的优劣评分结果： n高内聚：功能内聚高内聚：功能内聚 10分分 顺序内聚顺序内聚 9分分 n中内聚：通信内聚中内聚：通信内聚 7分分
28、过程内聚过程内聚 5分分 n低内聚：时间内聚低内聚：时间内聚 3分分 逻辑内聚逻辑内聚 1分分 偶然内聚偶然内聚 0分分 n设计时力争做到高内聚，并且能够辨认出低内设计时力争做到高内聚，并且能够辨认出低内 聚的模块。聚的模块。 5.3 启发规则启发规则 1. 改进软件结构提高模块独立性改进软件结构提高模块独立性 n通过模块分解或合并，降低耦合提高内聚。通过模块分解或合并，降低耦合提高内聚。 n两个方面：两个方面： q模块功能完善化。一个完整的模块包含：模块功能完善化。一个完整的模块包含： n执行规定的功能的部分执行规定的功能的部分 n出错处理的部分出错处理的部分 n返回一个返回一个“结束标志结
29、束标志” q消除重复功能，改善软件结构。消除重复功能，改善软件结构。 n完全相似完全相似 n局部相似局部相似 2. 模块规模应该适中模块规模应该适中 n经验表明，一个模块的规模不应过大，最好能经验表明，一个模块的规模不应过大，最好能 写在一页纸内。通常规定写在一页纸内。通常规定50100行语句，最多行语句，最多 不超过不超过500行。数字只能作为参考，根本问题行。数字只能作为参考，根本问题 是要保证模块的独立性。是要保证模块的独立性。 n过大的模块往往是由于分解不充分，但是进一过大的模块往往是由于分解不充分，但是进一 步分解必须符合问题结构，一般说来，分解后步分解必须符合问题结构，一般说来，分
30、解后 不应该降低模块独立性。不应该降低模块独立性。 n过小的模块开销大于有效操作，而且模块数目过小的模块开销大于有效操作，而且模块数目 过多将使系统接口复杂。过多将使系统接口复杂。 3. 深度、宽度、扇出和扇入都应适当深度、宽度、扇出和扇入都应适当 n深度：深度：软件结构中控制的层数，它往往能粗略软件结构中控制的层数，它往往能粗略 地标志一个系统的大小和复杂程度。地标志一个系统的大小和复杂程度。 n宽度：宽度：软件结构内同一个层次上的模块总数的软件结构内同一个层次上的模块总数的 最大值。最大值。 n扇出：扇出：一个模块直接控制一个模块直接控制(调用调用)的模块数目。的模块数目。 n扇入：扇入：
31、有多少个上级模块直接调用它。有多少个上级模块直接调用它。 4. 模块的作用域应该在控制域之内模块的作用域应该在控制域之内 n模块的作用域：模块的作用域：定义为受该模块内一个判定影定义为受该模块内一个判定影 响的所有模块的集合。响的所有模块的集合。 n模块的控制域：模块的控制域：是这个模块本身以及所有直接是这个模块本身以及所有直接 或间接从属于它的模块的集合。或间接从属于它的模块的集合。 n在一个设计得很好的系统中，所有受判定影响在一个设计得很好的系统中，所有受判定影响 的模块应该都从属于做出判定的那个模块，最的模块应该都从属于做出判定的那个模块，最 好局限于做出判定的那个模块本身及它的直属好局
32、限于做出判定的那个模块本身及它的直属 下级模块。下级模块。 解决方案：解决方案： n把模块把模块A中的判定移到模块中的判定移到模块M中；中； n把模块把模块G移到模块移到模块A下面，作为他的下级模块。下面，作为他的下级模块。 5. 力争降低模块接口的复杂程度力争降低模块接口的复杂程度 n模块接口复杂是软件发生错误的一个主要原因。模块接口复杂是软件发生错误的一个主要原因。 应该仔细设计模块接口，使得信息传递简单并应该仔细设计模块接口，使得信息传递简单并 且和模块的功能一致。且和模块的功能一致。 例：解一元二次方程的函数例：解一元二次方程的函数 nQUAD_ROOT(TBL,X) q其中数组其中数
33、组TBL传送方程的系数传送方程的系数 q数组数组X送回求得的根送回求得的根 nQUAD_ROOT(A,B,C,ROOT1,ROOT2) 6. 设计单入口单出口的模块设计单入口单出口的模块 n警告软件工程师不要使模块间出现内容耦合。警告软件工程师不要使模块间出现内容耦合。 当从顶部进入模块并且从底部退出来时，软件当从顶部进入模块并且从底部退出来时，软件 是比较容易理解的，因此也是比较容易维护的。是比较容易理解的，因此也是比较容易维护的。 7. 模块功能应该可以预测模块功能应该可以预测 n模块的功能应该能够预测，但也要防止模块功模块的功能应该能够预测，但也要防止模块功 能过分局限。能过分局限。 n
34、功能可预测：功能可预测：如果一个模块可以当做一个黑盒如果一个模块可以当做一个黑盒 子，只要输入的数据相同就产生同样的输出，子，只要输入的数据相同就产生同样的输出， 这个模块的功能就是可以预测的。这个模块的功能就是可以预测的。 5.4 描绘软件结构的图形工具描绘软件结构的图形工具 5.4.1 层次图和层次图和HIPO图图 1. 层次图层次图(H图图) n层次图用来描绘软件的层次结构。很适于在自顶向层次图用来描绘软件的层次结构。很适于在自顶向 下设计软件的过程中使用。下设计软件的过程中使用。 层次图和层次方框图的区别：层次图和层次方框图的区别： 层次图层次图层次方框图层次方框图 作用作用描绘软件结
35、构描绘软件结构描绘数据结构描绘数据结构 矩形框矩形框模块模块数据元素数据元素 连线连线调用关系调用关系组成关系组成关系 正文加工系统的层次图正文加工系统的层次图 2. HIPO图图 nHIPO图是美国图是美国IBM公司发明的公司发明的“层次图层次图+输入输入 /处理处理/输出图输出图”的英文缩写。的英文缩写。 n为了能使为了能使HIPO图具有可追踪性，在图具有可追踪性，在H图图(层次层次 图图)里除了最顶层的方框之外，每个方框都加里除了最顶层的方框之外，每个方框都加 了编号。了编号。 n和和H图中每个方框相对应，应该有一张图中每个方框相对应，应该有一张IPO图图 描绘这个方框代表的模块的处理过
36、程。模块在描绘这个方框代表的模块的处理过程。模块在 H图中的编号便于追踪了解这个模块在软件结图中的编号便于追踪了解这个模块在软件结 构中的位置。构中的位置。 5.4.2 结构图结构图 nYourdon提出的结构图是进行软件结构设计的提出的结构图是进行软件结构设计的 另一个有力工具。结构图和层次图类似，也是另一个有力工具。结构图和层次图类似，也是 描绘软件结构的图形工具。描绘软件结构的图形工具。 基本符号：基本符号： n方框代表一个模块；方框代表一个模块； n方框之间的直线表示模块的调用关系；方框之间的直线表示模块的调用关系； n尾部是空心圆箭头表示传递的是数据；尾部是空心圆箭头表示传递的是数据
37、； n尾部实心圆箭头表示传递的是控制信息。尾部实心圆箭头表示传递的是控制信息。 附加符号：附加符号： n选择调用：判定为选择调用：判定为 真时调用真时调用A，为假，为假 时调用时调用B。 n循环调用：模块循环调用：模块M 循环调用模块循环调用模块A、B、 C。 注意：注意： n层次图和结构图并不严格表示模块的调用次序，层次图和结构图并不严格表示模块的调用次序， 多数人习惯按调用次序从左到右画模块；多数人习惯按调用次序从左到右画模块； n层次图和结构图并不指明何时调用下层模块；层次图和结构图并不指明何时调用下层模块； n层次图和结构图只表明一个模块调用那些模块，层次图和结构图只表明一个模块调用那
38、些模块， 没有表示模块内还有没有其他成分；没有表示模块内还有没有其他成分； n通常用层次图作为描绘软件结构的文档；通常用层次图作为描绘软件结构的文档； n由层次图导出结构图的过程，可以作为检查设由层次图导出结构图的过程，可以作为检查设 计正确性和评价模块独立性的好方法。计正确性和评价模块独立性的好方法。 5.5 面向数据流的设计方法面向数据流的设计方法 n面向数据流的设计方法定义了一些不同的面向数据流的设计方法定义了一些不同的“映映 射射”，利用这些映射可以把数据流图变换成软，利用这些映射可以把数据流图变换成软 件结构。件结构。 n因为任何软件系统都可以用数据流图表示，所因为任何软件系统都可以
39、用数据流图表示，所 以面向数据流的设计方法理论上可以设计任何以面向数据流的设计方法理论上可以设计任何 软件的结构。通常所说的结构化设计方法软件的结构。通常所说的结构化设计方法(简简 称称SD方法方法)，也就是基于数据流的设计方法。，也就是基于数据流的设计方法。 5.5.1 概念概念 n面向数据流的设计方法把信息流映射成软件结面向数据流的设计方法把信息流映射成软件结 构，信息流的类型决定了映射的方法。构，信息流的类型决定了映射的方法。 n信息流有两种类型：信息流有两种类型： q变换流变换流 q事务流事务流 1. 变换流变换流 n信息沿输入通路进入系统，同时由外部形式变信息沿输入通路进入系统，同时
40、由外部形式变 换成内部形式，进入系统的信息通过变换中心，换成内部形式，进入系统的信息通过变换中心， 经加工处理以后再沿输出通路变换成外部形式经加工处理以后再沿输出通路变换成外部形式 离开软件系统。离开软件系统。 2. 事务流事务流 n数据沿输入通路到达一个处理数据沿输入通路到达一个处理T，T根据输入根据输入 数据的类型在若干个动作序列中选出一个来执数据的类型在若干个动作序列中选出一个来执 行。处理行。处理T称为事务中心，它完成下述任务：称为事务中心，它完成下述任务： q接收输入数据；接收输入数据； q分析每个事务以分析每个事务以 确定它的类型；确定它的类型； q根据事务类型根据事务类型 选取一
41、条活动通路。选取一条活动通路。 3. 设计过程设计过程 5.5.2 变换分析变换分析 n变换分析是一系列设计步骤的总称，经过这些变换分析是一系列设计步骤的总称，经过这些 步骤把具有变换流特点的数据流图按预先确定步骤把具有变换流特点的数据流图按预先确定 的模式映射成软件结构。的模式映射成软件结构。 设计步骤：设计步骤： (1) 复查基本系统模型复查基本系统模型 n确保系统的输入数据和输出数据符合实际。确保系统的输入数据和输出数据符合实际。 (2) 复查并精化数据流图复查并精化数据流图 n对需求分析阶段得出的数据流图认真复查，并对需求分析阶段得出的数据流图认真复查，并 且在必要时进行精化。且在必要
42、时进行精化。 n不仅要确保数据流图给出了目标系统的正确的不仅要确保数据流图给出了目标系统的正确的 逻辑模型，而且应该使数据流图中每个处理都逻辑模型，而且应该使数据流图中每个处理都 代表一个规模适中相对独立的子功能。代表一个规模适中相对独立的子功能。 (3) 确定数据流图具有变换特性还是事务特性确定数据流图具有变换特性还是事务特性 n一个系统中的所有信息流都可以认为是变换一个系统中的所有信息流都可以认为是变换 流，但是，当遇到有明显事务特性的信息流流，但是，当遇到有明显事务特性的信息流 时，建议采用事务分析方法进行设计。确定时，建议采用事务分析方法进行设计。确定 数据流的全局特性和局部特性。数据
43、流的全局特性和局部特性。 (4) 确定输入流和输出流的边界，从而孤立出变确定输入流和输出流的边界，从而孤立出变 换中心换中心 n输入流和输出流的边界和对它们的解释有关，输入流和输出流的边界和对它们的解释有关， 不同设计人员可能会在流内选取稍微不同的不同设计人员可能会在流内选取稍微不同的 点作为边界的位置。点作为边界的位置。 (5) 完成完成“第一级分解第一级分解”。 n位于软件结构最顶层的控制模块位于软件结构最顶层的控制模块Cm协调下协调下 述从属的控制功能：述从属的控制功能： q输入信息处理控制模块输入信息处理控制模块Ca,协调对所有输入数据的协调对所有输入数据的 接收；接收； q变换中心控
44、制模块变换中心控制模块Ct,管理对内部形式的数据的所管理对内部形式的数据的所 有操作；有操作； q输出信息处理控制模块输出信息处理控制模块Ce，协调输出信息的产生，协调输出信息的产生 过程。过程。 第一级分解方法第一级分解方法 (6) 完成完成“第二级分解第二级分解” n处理映射成软件结构中一个适当的模块。完处理映射成软件结构中一个适当的模块。完 成第二级分解的方法是：成第二级分解的方法是： q从变换中心的边界开始沿着输入通路向外移动，从变换中心的边界开始沿着输入通路向外移动， 把输入通路中每个处理映射成软件结构中把输入通路中每个处理映射成软件结构中Ca控制控制 下的一个低层模块；下的一个低层
45、模块； q然后沿输出通路向外移动，把输出通路中每个处然后沿输出通路向外移动，把输出通路中每个处 理映射成直接或间接受模块理映射成直接或间接受模块Ce控制的一个低层模控制的一个低层模 块；块； q最后把变换中心内的每个处理映射成受最后把变换中心内的每个处理映射成受Ct控制的控制的 一个模块。一个模块。 第二级分解方法第二级分解方法 (7) 使用设计度量和启发式规则对第一次分割得使用设计度量和启发式规则对第一次分割得 到的软件结构进一步精化到的软件结构进一步精化 n为了产生合理的分解，得到尽可能高的内聚、为了产生合理的分解，得到尽可能高的内聚、 尽可能松散的耦合，为了得到一个易于实现、尽可能松散的
46、耦合，为了得到一个易于实现、 易于测试和易于维护的软件结构，应该对初易于测试和易于维护的软件结构，应该对初 步分割得到的模块进行再分解或合并。步分割得到的模块进行再分解或合并。 5.5.3 事务分析事务分析 n虽然在任何情况下都可以使用变换分析方法设虽然在任何情况下都可以使用变换分析方法设 计软件结构，但是在数据流具有明显的事务特计软件结构，但是在数据流具有明显的事务特 点时，也就是有一个明显的点时，也就是有一个明显的“发射中心发射中心”(事事 务中心务中心)时，还是以采用事务分析方法为宜。时，还是以采用事务分析方法为宜。 n事务分析的设计步骤和变换分析的设计步骤大事务分析的设计步骤和变换分析
47、的设计步骤大 部分相同或类似，主要差别仅在于由数据流图部分相同或类似，主要差别仅在于由数据流图 到软件结构的映射方法不同：到软件结构的映射方法不同： q由事务流映射成的软件结构包括一个接收分支和由事务流映射成的软件结构包括一个接收分支和 一个发送分支；一个发送分支； q映射出接收分支结构的方法和变换分析映射出输映射出接收分支结构的方法和变换分析映射出输 入结构的方法很相像，即从事务中心的边界开始，入结构的方法很相像，即从事务中心的边界开始， 把沿着接收流通路的处理映射成模块；把沿着接收流通路的处理映射成模块； q发送分支的结构包含一个调度模块，它控制下层发送分支的结构包含一个调度模块，它控制下
48、层 的所有活动模块；然后把数据流图中的每个活动的所有活动模块；然后把数据流图中的每个活动 流通路映射成与它的流特征相对应的结构。流通路映射成与它的流特征相对应的结构。 例例1： n设计一个产品，它将一个文件名作为输入，并设计一个产品，它将一个文件名作为输入，并 返回文件中的字数。返回文件中的字数。 第一级分解第一级分解 第二级分解第二级分解 精化精化 例例2：汽车数字仪表板汽车数字仪表板 n通过模数转换实现传感器和微处理机接口；通过模数转换实现传感器和微处理机接口； n在发光二极管面板上显示数据；在发光二极管面板上显示数据； n指示每小时英里数指示每小时英里数(mph)，行驶的里程，每加，行驶
49、的里程，每加 仑油行驶的英里数仑油行驶的英里数(mpg)等等；等等； n指示加速或减速；指示加速或减速； n超速警告：如果车速超过超速警告：如果车速超过55英里英里/小时，则发小时，则发 出超速警告铃声。出超速警告铃声。 第一级分解第一级分解 第二级分解第二级分解 精化精化 例例3：自动柜员机自动柜员机 n顾客插入磁卡，输入密码，然后执行动作，包顾客插入磁卡，输入密码，然后执行动作，包 括向支票、存折或信用卡账户存款，提款或查括向支票、存折或信用卡账户存款，提款或查 询余额等。询余额等。 n设计上分成两部分：分析器和调度器。分析器设计上分成两部分：分析器和调度器。分析器 确定事务类型并将信息送
50、到分配器，由调度器确定事务类型并将信息送到分配器，由调度器 进行事务处理。进行事务处理。 例例4：一个公司的销售管理系统一个公司的销售管理系统 总结：总结： n一般说来，如果数据流不具有显著的事务特点，一般说来，如果数据流不具有显著的事务特点， 最好使用变换分析；反之，如果具有明显的事最好使用变换分析；反之，如果具有明显的事 务中心，则应该采用事务分析技术。务中心，则应该采用事务分析技术。 n机械地遵循变换分析或事务分析的映射规则，机械地遵循变换分析或事务分析的映射规则， 可能会得到一些不必要的控制模块，如果它们可能会得到一些不必要的控制模块，如果它们 确实用处不大，那么可以而且应该把它们合并
