1、1设计工程设计工程2内容摘要内容摘要软件设计工程概述软件设计工程概述软件设计准则软件设计准则 软件体系结构设计软件体系结构设计部件级设计技术部件级设计技术 设计规约与设计评审设计规约与设计评审3 正如任何工程项目一样，在生产之前要做正如任何工程项目一样，在生产之前要做设计，软件编码前，也必须先进行软件设计。设计，软件编码前，也必须先进行软件设计。 软件设计是软件开发的关键步骤，直接影软件设计是软件开发的关键步骤，直接影响软件质量。响软件质量。 软件需求分析解决软件需求分析解决“做什么做什么”的问题，软的问题，软件设计过程则解决件设计过程则解决“怎么做怎么做”的问题的问题4.1 4.1 软件设计
2、工程概述软件设计工程概述4软件设计是把软件需求变换成软件表示的过程，它主要包含软件设计是把软件需求变换成软件表示的过程，它主要包含两个阶段：两个阶段：软件体系结构设计软件体系结构设计阶段和阶段和部件级设计部件级设计； 有称为有称为总体设计总体设计和和详细设计详细设计两个两个阶段。阶段。 其其工作流程工作流程可用下图表示：可用下图表示： 总体总体设计设计需求需求 说明书说明书复审复审体系体系 结构结构数据数据/ /类结构类结构修修 改改详细详细设计设计可接受可接受部件过程描述部件过程描述复审复审修修 改改设计说设计说 明书明书1 1、设计阶段结束要交付的文档是设计说明书，根据设计方法的不同，、设
3、计阶段结束要交付的文档是设计说明书，根据设计方法的不同，有不同的设计文档。有不同的设计文档。2 2、每个设计步骤完成后，都应进行复审。、每个设计步骤完成后，都应进行复审。 常用的设计方法有：常用的设计方法有： SD法、法、Jackson法、法、OOD法、层次式输入法、层次式输入-处理处理-输出法输出法(又称又称HIPO法法)、 Parnas法、法、 Warnier法等。法等。软件设计阶段软件设计阶段5设计任务：设计任务：使用一种设计方法使用一种设计方法,将分析阶段获得的需求说将分析阶段获得的需求说明的明的软件分析模型中通过数据、功能和行为模型所展示软件分析模型中通过数据、功能和行为模型所展示的
4、软件需求的信息传送给设计阶段，的软件需求的信息传送给设计阶段，完成系统的完成系统的数据数据/类类设计、体系结构设计、接口设计、部件级设计设计、体系结构设计、接口设计、部件级设计 最后得到最后得到软件设计说明书。软件设计说明书。过程设计过程设计结构设计结构设计数据设计数据设计界面设计界面设计软件设计软件设计1. 1.软件设计阶段的任务软件设计阶段的任务6软件设计的目标就是构造一个高内聚低耦合的软件设计模型。软件设计的目标就是构造一个高内聚低耦合的软件设计模型。提高可靠性；提高可维护性；提高可理解性；提高效率。提高可靠性；提高可维护性；提高可理解性；提高效率。衡量该目标的准则衡量该目标的准则1、软
5、件实体有明显的层次结构，利于软件元素间控制。、软件实体有明显的层次结构，利于软件元素间控制。2、软件实体应该是模块化的，模块具有独立功能。、软件实体应该是模块化的，模块具有独立功能。3、软件实体与环境的界面清晰。、软件实体与环境的界面清晰。4、设计规格说明清晰、简洁、完整和无二义性。、设计规格说明清晰、简洁、完整和无二义性。软件软件高可靠高可靠性性高可维高可维护性护性高可理高可理解性解性高效率高效率软件设计的目标2.2.软件设计的目标软件设计的目标73.3.软件设计的过程软件设计的过程一选取合理的系统体系结构二推荐最佳方案、技术选型三划分模块，确定软件结构 四数据结构和算法设计五设计用户界面六
6、编写文档七审查和复查8一、选取合理的系统体系结构软件体系结构确定了系统的组织结构和拓扑结构，软件体系结构确定了系统的组织结构和拓扑结构，显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，提供了一些设计决策的基本原理。提供了一些设计决策的基本原理。体系结构设计是软件设计的第一个阶段，该阶段体系结构设计是软件设计的第一个阶段，该阶段侧重于系统宏观结构的设计，而不关心模块的内部算侧重于系统宏观结构的设计，而不关心模块的内部算法。法。常见的软件体系结构常见的软件体系结构单主机结构单主机结构C/SC/S（Client/ServerClient/Server）结构
7、）结构B/SB/S（Browser/ServerBrowser/Server）结构）结构3. 3. 软件设计的过程软件设计的过程9一、选取合理的系统体系结构选取体系选取体系 针对以下问题考虑针对以下问题考虑:是单机还是客户机是单机还是客户机/服务器系统服务器系统是应用开发还是低层开发是应用开发还是低层开发(是否有单片机是否有单片机)客户机最大点数客户机最大点数是否提供给第三方接口是否提供给第三方接口网络网络(数据通信数据通信)连接方式连接方式胖客户机还是瘦客户机胖客户机还是瘦客户机数据文件的保存方式数据文件的保存方式(文本、本地数据库、大型文本、本地数据库、大型数据库数据库)3. 3. 软件设
8、计的过程软件设计的过程10二、 推荐最佳方案、技术选型技术选型，明确以下信息：技术选型，明确以下信息：主要硬件环境操作系统应用系统内的各种服务器软件开发语言及开发工具CASE软件3. 3. 软件设计的过程软件设计的过程三、划分模块，确定软件结构三、划分模块，确定软件结构 开发方法不同，确定软件结构的方法也不同。例如开发方法不同，确定软件结构的方法也不同。例如SDSD法，是从分层法，是从分层的的DFDDFD图导出初始的结构图，再对初始的结构图进行改进，获得最终的图导出初始的结构图，再对初始的结构图进行改进，获得最终的结构图。结构图。 一般包括确定系统的软件结构，分解模块一般包括确定系统的软件结构
9、，分解模块 ，确定系统的模块层次，确定系统的模块层次关系。关系。11四、确定系统的数据结构、算法 数据结构的建立对于信息系统而言尤为重要。要确定数据的类型，数据结构的建立对于信息系统而言尤为重要。要确定数据的类型，组织、存取方式，相关程度及处理方式等。组织、存取方式，相关程度及处理方式等。五、设计用户界面 作为人机接口的用户界面起着越来越重要的作用，它直接影响到作为人机接口的用户界面起着越来越重要的作用，它直接影响到软件的寿命。软件的寿命。3. 3. 软件设计的过程软件设计的过程六、编写文档设计阶段结束要交付的文档是设计说明书，根据设计方法的设计阶段结束要交付的文档是设计说明书，根据设计方法的
10、不同，有不同的设计文档。不同，有不同的设计文档。七、审查和复查每个设计步骤完成后，都应进行复审。每个设计步骤完成后，都应进行复审。12一一抽象化与逐步求精抽象化与逐步求精 二二模块化准则模块化准则三三信息隐蔽准则信息隐蔽准则四四模块独立性准则模块独立性准则4.2 4.2 软件设计准则软件设计准则 软件设计是软件开发过程的重要阶段，对保证软件设计是软件开发过程的重要阶段，对保证软件系统的质量起着关键作用。但是如何保证软件软件系统的质量起着关键作用。但是如何保证软件设计的质量呢？有以下经过长期考验的设计准则：设计的质量呢？有以下经过长期考验的设计准则：13 抽象抽象，是在软件设计的规模逐渐增大的情
11、况下，控制复，是在软件设计的规模逐渐增大的情况下，控制复杂性的基本策略。杂性的基本策略。 抽象的过程是从特殊到一般的过程，上层概念是下层概抽象的过程是从特殊到一般的过程，上层概念是下层概念的抽象，下层概念是上层概念的精化和细化。念的抽象，下层概念是上层概念的精化和细化。 软件工程过程的每一步都是对较高一级抽象的解作一次软件工程过程的每一步都是对较高一级抽象的解作一次具体化的描述具体化的描述 一、抽象化与逐步求精准则一、抽象化与逐步求精准则 逐步求精逐步求精，把问题的求解过程分解成若干步骤或阶段，把问题的求解过程分解成若干步骤或阶段，每步都比上步更精化，更接近问题的解法每步都比上步更精化，更接近
12、问题的解法 抽象使得设计者能够描述过程和数据而忽略低层的细节，抽象使得设计者能够描述过程和数据而忽略低层的细节，而求精有助于设计者在设计过程中揭示低层的细节而求精有助于设计者在设计过程中揭示低层的细节 14模块（模块（Module）是程序对象有名字的集合。又称）是程序对象有名字的集合。又称“构件构件”，一般指用一个名字可调用的一段程序。例如，过程，一般指用一个名字可调用的一段程序。例如，过程、函数、子程序、宏等，是构成软件系统结构的基本、函数、子程序、宏等，是构成软件系统结构的基本元素。元素。它一般具有如下三个基本属性：它一般具有如下三个基本属性：功能功能 即指该模块实现什么功能，做什么事情。
13、必须注意，即指该模块实现什么功能，做什么事情。必须注意，这里所说的模块功能，应是该模块本身的功能加上它这里所说的模块功能，应是该模块本身的功能加上它所调用的所有子模块的功能。所调用的所有子模块的功能。逻辑逻辑 即描述模块内部怎么做。即描述模块内部怎么做。状态状态 即该模块使用时的环境和条件。即该模块使用时的环境和条件。二、模块化准则二、模块化准则4.2 4.2 软件设计准则软件设计准则15 模块化：所谓模块化就是将系统划分成若干模块，每模块化：所谓模块化就是将系统划分成若干模块，每个模块完成一个子功能，把这些模块集中起来组成一个个模块完成一个子功能，把这些模块集中起来组成一个整体，以满足所要求
14、的整个系统的功能。整体，以满足所要求的整个系统的功能。 模块化的目的是将系统模块化的目的是将系统“分而治之分而治之”，模块化能够降，模块化能够降低问题的复杂性，使软件结构清晰，易阅读、易理解，低问题的复杂性，使软件结构清晰，易阅读、易理解，易于测试和调试，因而也有助于提高软件的可靠性。易于测试和调试，因而也有助于提高软件的可靠性。二、模块化准则二、模块化准则4.2 4.2 软件设计准则软件设计准则16模块化降低软件复杂度的模块化降低软件复杂度的简单证明简单证明令：令：C C（X X）表示问题）表示问题 X X 的复杂度函数；的复杂度函数； E E（X X）解决问题）解决问题 X X 所需工作量
15、的复所需工作量的复杂度函数；杂度函数；若：有问题若：有问题 P1P1，P2 P2 ；C C（P1P1） C C（P2P2）；）； 显然：显然：E E（P1P1） E E（P2P2）由经验：由经验：C C（P1+P2P1+P2） C C（P1P1）+ C+ C（P2P2）于是：于是：E E（P1+P2P1+P2） E E（P1P1）+ E+ E（P2P2）将问题（将问题（P1+P2P1+P2）划分为两个问题）划分为两个问题P1P1和和P2P2后，其工作量和复杂度都降低。后，其工作量和复杂度都降低。 并非模块分得越小越好，因为模块之间接口的复杂度和工作量增加。并非模块分得越小越好，因为模块之间接口
16、的复杂度和工作量增加。显然，每个软件系统都有一个最佳模块数显然，每个软件系统都有一个最佳模块数M M。注意选择分解的最佳模块数。注意选择分解的最佳模块数。右上图描述了模块化与软件成本的关系。右上图描述了模块化与软件成本的关系。软件总成本 模块化与软件成本的关系成本模块数目模块成本接口成本最小成本区M17三、信息隐蔽准则三、信息隐蔽准则4.2 4.2 软件设计准则软件设计准则 由由parnas方法提倡的信息隐蔽如下方法提倡的信息隐蔽如下：每个模块的实现细每个模块的实现细节对于其他模块来说是隐蔽的。也就是说，模块中所包节对于其他模块来说是隐蔽的。也就是说，模块中所包含的信息（数据和过程）不允许其他
17、不需要这些信息的含的信息（数据和过程）不允许其他不需要这些信息的模块使用。模块使用。 通过信息隐蔽，则可定义和实施对模块的过程细节和局通过信息隐蔽，则可定义和实施对模块的过程细节和局部数据结构的存取限制部数据结构的存取限制 18该原则有利于提高模块的内聚性。该原则有利于提高模块的内聚性。由于一个软件系统在整个软件生由于一个软件系统在整个软件生存期内要经过多次修改，存期内要经过多次修改，在划分模块时要采取措施，使得大多数过程和数在划分模块时要采取措施，使得大多数过程和数据对软件的其他部分是隐蔽的。这样，在将来修改软件时，可将偶然引入据对软件的其他部分是隐蔽的。这样，在将来修改软件时，可将偶然引入
18、错误所造成的影响限制在一个局部范围之内，错误所造成的影响限制在一个局部范围之内，不致波及到软件的其他部分不致波及到软件的其他部分。例如：定义栈（例如：定义栈（stackstack）操作模块）操作模块makenullmakenull（置空栈）；（置空栈）；pushpush（进栈）；（进栈）；poppop（出栈）；（出栈）；gettopgettop（取栈顶）（取栈顶） empty empty （判栈空）其操作均被封装，无需了解模块内部的实现过程。（判栈空）其操作均被封装，无需了解模块内部的实现过程。对外实现了信息隐蔽。对外实现了信息隐蔽。三、信息隐蔽准则三、信息隐蔽准则4.2 4.2 软件设计准则
19、软件设计准则19四、模块独立性准则四、模块独立性准则u软件模块独立性的含义是指开发具有功能专一，模块之软件模块独立性的含义是指开发具有功能专一，模块之间无过多相互作用的模块。又称为间无过多相互作用的模块。又称为模块独立性准则模块独立性准则。软件系统中每个模块只涉及软件要求的具体的子功能，软件系统中每个模块只涉及软件要求的具体的子功能，而和软件系统中其他模块的接口是简单的。这种类型的而和软件系统中其他模块的接口是简单的。这种类型的模块可以并行开发，开发容易，能减少错误的影响，使模块可以并行开发，开发容易，能减少错误的影响，使模块容易组合、修改及测试。模块容易组合、修改及测试。提高模块质量在于提高
20、模块独立性。提高模块质量在于提高模块独立性。模块的独立性的度量标准是用模块的独立性的度量标准是用耦合性和内聚性耦合性和内聚性两个定两个定性指标来衡量。性指标来衡量。独立性比较强的模块应该是具有高内聚性和低耦合度独立性比较强的模块应该是具有高内聚性和低耦合度4.2 4.2 软件设计准则软件设计准则20耦合性耦合性(Coupling)模块分解的一个目标是使块间联系尽可能模块分解的一个目标是使块间联系尽可能小，达到这个目标可通过以下措施。小，达到这个目标可通过以下措施。每个模块用过程语句（或函数方式等）调用其他模块。模块间传送的参数为数据型。模块间公用的信息（如参数等）尽量少。耦合性耦合性是指软件结
21、构中模块相互连接的紧密程度，是模块间相互连是指软件结构中模块相互连接的紧密程度，是模块间相互连接性的度量。模块分解的一个目标是使块间联系尽可能小，块间联系的接性的度量。模块分解的一个目标是使块间联系尽可能小，块间联系的大小可从三个方面衡量：大小可从三个方面衡量： 方式 块间联系方式有“直接引用”或“用过程语句调用”。 作用块间传送的共用信息（参数）类型，可为“数据型”、“控制型”或“混合型”（数据/控制型）。 数量块间传送的共用信息的数量。方式数据作用少多数量控制混合直接引用过程调用21模块间耦合的类型：模块间耦合的类型：模模块块独独立立性性弱弱(低耦合低耦合)强强(中耦合中耦合)(较强耦合较
22、强耦合)(强耦合强耦合)外部耦合公共耦合内容耦合无直接耦合数据耦合标记耦合高高低低耦耦合合性性控制耦合22(1) 无直接耦合 两个模块没有直接关系两个模块没有直接关系(模块模块1和模块和模块2)，模块独，模块独立性最强。立性最强。模块模块1 1模块模块2 2模块模块3 3模块模块4 423(2) 数据耦合数据耦合（数据耦合（Data Coupling): 一个模块传送给另一个模块一个模块传送给另一个模块的参数是一个单个的数据项。的参数是一个单个的数据项。一模块调用另一模块时，被调用模块的输入、输出都是简单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的数据( (若干参数若干参数)
23、)。属松散耦合。属松散耦合。数据耦合举例数据耦合举例开发票开发票计算水费计算水费单价单价数量数量金额金额24(3) 标记耦合(复合型耦合)复合耦合（复合耦合（Stamp Coupling)(标记标记,特征耦合特征耦合) 一个模块传送给另一个模块的参数是一个复合的一个模块传送给另一个模块的参数是一个复合的数据结构。例如，包含几个数据单项的记录。数据结构。例如，包含几个数据单项的记录。如果两个模块通过传递数据结构如果两个模块通过传递数据结构( (不是简单数据，而不是简单数据，而是记录、数组等是记录、数组等) )加以联系，或都与一个数据结构加以联系，或都与一个数据结构有关系有关系, , 则称这两个模
24、块间存在标记偶合。则称这两个模块间存在标记偶合。25标记耦合举例标记耦合举例“住户情况住户情况”是一个数据结构是一个数据结构, ,图中模块都与此数据结构有关图中模块都与此数据结构有关. .“计算水费计算水费”和和“计算电费计算电费”本无关本无关, ,由于引用了此数据结构产生依赖关由于引用了此数据结构产生依赖关系系, ,它们之间也是标记偶合它们之间也是标记偶合. .26将标记耦合修改为数据耦合举例将标记耦合修改为数据耦合举例计算水电费计算水电费计算水费计算水费计算电费计算电费本月本月用水量用水量本月本月用电量用电量水费水费电费电费27(4) 控制耦合（Control Coupling）控制耦合控
25、制耦合 一个模块传递给另一模一个模块传递给另一模块的信息是用于控制该块的信息是用于控制该模块内部逻辑的控制信模块内部逻辑的控制信号。显然，对被控制模号。显然，对被控制模块的任何修改，都会影块的任何修改，都会影响控制模块。响控制模块。A BFlagf1f2fn.一模块向下属模块传递的信息一模块向下属模块传递的信息 (开关量、标志等控制被调开关量、标志等控制被调用模块决策的变量用模块决策的变量) 控制了被调用模块的内部逻辑。控制了被调用模块的内部逻辑。28控制耦合举例控制耦合举例(控制信号控制信号)29控制耦合增加了理解和编程的复杂性，调用模块控制耦合增加了理解和编程的复杂性，调用模块必须知道被调
26、模块的内部逻辑，增加了相互依赖必须知道被调模块的内部逻辑，增加了相互依赖(1)(1)将被调用模块内的判定上移到调用模块中进行将被调用模块内的判定上移到调用模块中进行(2)(2)被调用模块分解成若干单一功能模块被调用模块分解成若干单一功能模块去除模块间控制耦合的方法去除模块间控制耦合的方法30改控制耦合为数据耦合举例改控制耦合为数据耦合举例31(5) 外部耦合一组模块均与同一外部环境关联一组模块均与同一外部环境关联( (例如例如,I/O,I/O模块与特模块与特定的设备、格式和通信协议相关联定的设备、格式和通信协议相关联),),它们之间便它们之间便存在外部耦合。存在外部耦合。外部偶合必不可少外部偶
27、合必不可少, ,但这种模块数目应尽量少。但这种模块数目应尽量少。32(6) 公共耦合(公共数据区耦合)公共耦合（公共耦合（Common Coupling） 若干模块访问一个公共的数据环境，则它们之间的耦合称若干模块访问一个公共的数据环境，则它们之间的耦合称为公共耦合。为公共耦合。一组模块引用同一个公用数据区一组模块引用同一个公用数据区( (也称全局数据区、公共数据环境也称全局数据区、公共数据环境) )。 公共数据区指：公共数据区指： 全局数据结构全局数据结构 共享通讯区共享通讯区 内存公共覆盖区等内存公共覆盖区等显然，公共数据区的变化，将影响所有公共耦合模块，严重影响模显然，公共数据区的变化，
28、将影响所有公共耦合模块，严重影响模块的可靠性和可适应性，降低软件的可读性。块的可靠性和可适应性，降低软件的可读性。33公共耦合举例公共耦合举例34(1)(1)软件可理解性降低软件可理解性降低(2)(2)诊断错误困难诊断错误困难(3)(3)软件可维护性差，软件可维护性差，(4)(4)软件可靠性差软件可靠性差( (公共数据区及全程变量无保护措施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慎用公共数据区和全程变量!公共耦合存在的问题公共耦合存在的问题35(7) 内容耦合内容耦合(content coupling)l一个模块直接访问另一模块的内部数据。一个模块直接访问另一模块的内部数据
29、。l一个模块不通过正常入口转到另一模块的内部。一个模块不通过正常入口转到另一模块的内部。l两个模块有部分代码重迭。两个模块有部分代码重迭。l一个模块有多个入口。一个模块有多个入口。AB进入另一模块内进入另一模块内AB部分代码重迭部分代码重迭Entry1 .Entry2 . 多重入口多重入口最不好的耦合形式最不好的耦合形式 !36如何降低模块间耦合度：如何降低模块间耦合度：耦合是影响软件复杂程度和设计质量的重要因素耦合是影响软件复杂程度和设计质量的重要因素模块化设计的目标：建立模块间耦合度尽可能松散的模块化设计的目标：建立模块间耦合度尽可能松散的系统系统(1) (1) 尽量使用数据耦合尽量使用数
30、据耦合少用控制耦合少用控制耦合限制公共耦合的范围限制公共耦合的范围坚决避免使用内容耦合坚决避免使用内容耦合(2) (2) 降低接口的复杂性降低接口的复杂性37内聚性内聚性(cohesion)内聚性表示一个模块内部各种数据和各种处理之内聚性表示一个模块内部各种数据和各种处理之间联系的紧密程度，它是从功能的角度来度量模块内间联系的紧密程度，它是从功能的角度来度量模块内的联系。的联系。显然显然, ,块内联系愈紧块内联系愈紧, ,即内聚性愈强即内聚性愈强, ,模块独立性模块独立性愈好。愈好。38低低偶然内聚偶然内聚逻辑内聚逻辑内聚时间内聚时间内聚过程内聚过程内聚通信内聚通信内聚信息内聚信息内聚功能内聚
31、功能内聚模模块块独独立立性性弱弱( (功能分散功能分散) )强强( (功能单一功能单一) )模块的内聚性类型：模块的内聚性类型：内内聚聚性性高高39模块模块T T中的三条语句毫无关系，中的三条语句毫无关系，A A、B B、C C、D D都不在文件都不在文件CARD FILE CARD FILE 中。模块中。模块P P、Q Q、R R分别与三条语句有关。分别与三条语句有关。PQRMOVE A TO BREAD CARD FILE MOVE C TO DT 偶然型模块偶然型模块又称为巧合型，为了节约空间，将毫无关系（或者联系不多）的各成又称为巧合型，为了节约空间，将毫无关系（或者联系不多）的各成分
32、放在一个模块中。这样的模块显然不易理解，不易修改分放在一个模块中。这样的模块显然不易理解，不易修改。 缺点：可理解性差，缺点：可理解性差， 可修改性差可修改性差（1）偶然型（）偶然型（Coincidental Cohesion)40将几个逻辑上相似的功能放在一个模块中，调用时由调用模块传递的将几个逻辑上相似的功能放在一个模块中，调用时由调用模块传递的参数确定执行的功能。由于要进行控制参数的传递，必然要影响模块的内参数确定执行的功能。由于要进行控制参数的传递，必然要影响模块的内聚性。聚性。如图所示由调用模块传递的参数，经过判定后，才能确定是进行读还如图所示由调用模块传递的参数，经过判定后，才能确
33、定是进行读还是进行写操作。是进行写操作。调用模块判定读一个记录写一个记录逻辑型模块被调用模块（2）逻辑型（）逻辑型（Logical Cohesion)41逻辑内聚模块逻辑内聚模块42将需要同时执行的成分放在一个模块中，因为模块中的各功能与时间有关，将需要同时执行的成分放在一个模块中，因为模块中的各功能与时间有关，因此又称为时间内聚或经典内聚。因此又称为时间内聚或经典内聚。例如例如: : 初始化系统模块、初始化系统模块、 系统结束模块、系统结束模块、 紧急故障处理模块等均是时间性聚合模块紧急故障处理模块等均是时间性聚合模块. .这类模块内部结构较简单，一般较少判定，因此比逻辑内聚强，但是由于这类
34、模块内部结构较简单，一般较少判定，因此比逻辑内聚强，但是由于将多个功能放在一起，给修改和维护造成困难。将多个功能放在一起，给修改和维护造成困难。（3）瞬时型（）瞬时型（Temporal Cohesion)时间内聚时间内聚(经典内聚经典内聚)43模块中某个成分的输出是另一成分的输入。由于这类模块无论数据还是执模块中某个成分的输出是另一成分的输入。由于这类模块无论数据还是执行顺序，模块中的一部分依赖于另外一部分。因此具有较好的内聚性。行顺序，模块中的一部分依赖于另外一部分。因此具有较好的内聚性。读入编辑A数据累加打印B结果 顺序型模块（4）顺序型（）顺序型（Sequential Cohesion)
35、 （过程内聚）（过程内聚）44顺序型顺序型( (过程内聚过程内聚) )模块模块45模块中的成分引用共同的输入数据，或者产生相同的输出数据，则模块中的成分引用共同的输入数据，或者产生相同的输出数据，则称为是通信内聚模块。称为是通信内聚模块。通信型模块比瞬时型模块的内聚性强，因为模块中包含了许多独立通信型模块比瞬时型模块的内聚性强，因为模块中包含了许多独立的功能，但却引用相同数据。的功能，但却引用相同数据。A打印报告1打印报告2打印报告2B存入打印C修改删除打印（a）（b）（c） 通信型模块（5）通信型（）通信型（Communicational Cohesion)46通信内聚模块例通信内聚模块例4
36、7（6）信息内聚）信息内聚模块完成多个功能，各功能都在同一数据结构上操作，每一功能有模块完成多个功能，各功能都在同一数据结构上操作，每一功能有唯一入口。唯一入口。48一个模块包括而且仅包括完成某一具体功能所必须的所有成分。一个模块包括而且仅包括完成某一具体功能所必须的所有成分。或者说，模块的所有成分都是为完成该功能而协同工作、紧密联系、或者说，模块的所有成分都是为完成该功能而协同工作、紧密联系、不可分割的。不可分割的。例如仅完成以下功能的模块为功能模块：例如仅完成以下功能的模块为功能模块： 求平方根求平方根 求解一元二次方程求解一元二次方程 计算利息计算利息 判素数判素数 求解方程的功能模块求
37、解方程的功能模块求求一元二次方程一元二次方程求平方根求平方根A AB B内聚性最强内聚性最强（7）功能型（）功能型（Sequential Cohesion)49耦合、内聚与模块独立性关系耦合、内聚与模块独立性关系内聚与耦合密切相关，强耦合的模块意味者弱内聚，内聚与耦合密切相关，强耦合的模块意味者弱内聚，强内聚模块意味着与其它模块间松散耦合强内聚模块意味着与其它模块间松散耦合. .耦合与内聚都是模块独立性的定性标准，都反映模耦合与内聚都是模块独立性的定性标准，都反映模块独立性的良好程度。块独立性的良好程度。但耦合是直接的主导因素，内聚则辅助耦合共同对但耦合是直接的主导因素，内聚则辅助耦合共同对模
38、块独立性进行衡量。模块独立性进行衡量。设计目标：设计目标： 力争强内聚、弱耦合力争强内聚、弱耦合504.3 4.3 软件体系结构设计软件体系结构设计 软件体系结构关注系统的一个或多个结构，软件体系结构关注系统的一个或多个结构，包含软件构件、这些构件的对外可见的性包含软件构件、这些构件的对外可见的性质以及它们之间的关系质以及它们之间的关系 Bass提出体系结构重要的三个关键理由：提出体系结构重要的三个关键理由：方便利益相关人员的交流方便利益相关人员的交流 有利于系统设计的前期决策有利于系统设计的前期决策 可传递的系统级抽象可传递的系统级抽象 51体系结构发展过程体系结构发展过程 常见的软件体系结
39、构常见的软件体系结构 单主机结构单主机结构 C/S（Client/Server）结构）结构 B/S（Browser/Server）结构）结构 52客户机客户机/服务器模型服务器模型（Client/Server Architectural Model） C/S结构是一种分布式模型，采用发请求、得结果的模式：结构是一种分布式模型，采用发请求、得结果的模式：客户机客户机 向服务器发出请求向服务器发出请求(数据请求、网页请求、文件传输请求等等数据请求、网页请求、文件传输请求等等)，服务器服务器 响应请求，进行相应的操作，将结果回传给客户机，客户机再响应请求，进行相应的操作，将结果回传给客户机，客户机再
40、将格式化后的结果呈现给用户。将格式化后的结果呈现给用户。C/S结构的应用都由三个相对独立的逻辑部分组成：结构的应用都由三个相对独立的逻辑部分组成：用户界面用户界面应用逻辑应用逻辑数据访问数据访问三种逻辑之间的关系三种逻辑之间的关系531）两层客户机）两层客户机/服务器模型服务器模型 Two Tier Client/Server Architectural Model服务器服务器1网络网络服务器服务器2服务器服务器M客户客户1客户客户2客户客户N两层两层Client/Server结构结构请求请求结果结果请求请求54 完整的应用包含三个相对独立的逻辑部分，而两层的完整的应用包含三个相对独立的逻辑部
41、分，而两层的C/S结构只有两个端应用。应用逻辑应该映射到哪一端上结构只有两个端应用。应用逻辑应该映射到哪一端上呢？呢？ 三种情况：三种情况：网网 络络用户界面用户界面客户端逻客户端逻辑应用辑应用服务端逻辑服务端逻辑应用应用客户端客户端用户界面用户界面逻辑应用逻辑应用数据访问数据访问用户界面用户界面逻辑应用逻辑应用数据访问数据访问服务器服务器应用逻辑层的映射情况应用逻辑层的映射情况数据访问数据访问C/S应用应用3C/S应用应用1C/S应用应用2 两层两层C/S架构将数据表示和处理逻辑分开架构将数据表示和处理逻辑分开 ，但应用逻辑和两端，但应用逻辑和两端之一是紧耦合的之一是紧耦合的 ，不适宜多用户
42、、多数据库、非安全的网络环境。，不适宜多用户、多数据库、非安全的网络环境。 55 2）三层）三层/多层应用模型多层应用模型(Three/Multi Tier Model) 第一级是数据库管理结点第一级是数据库管理结点(database management node)。第二级或中间级是第二级或中间级是“商业逻辑结点商业逻辑结点” (business logic node),是是指具体应用中实施的指具体应用中实施的 程序逻辑和法则。程序逻辑和法则。第三级是用户界面级，强调高效、方便易用的用户界面。第三级是用户界面级，强调高效、方便易用的用户界面。Database management node（
43、数据库管理结点）（数据库管理结点）business logic node（商业逻辑结点）商业逻辑结点）Security（安全）（安全）Event（事件）（事件）Search（搜索）（搜索）ClientAClientDClientBClientC服服务务器器客客户户机机第一级第一级第二级第二级第三级第三级56软件体系结构的风格软件体系结构的风格 绝大多数可以被归类为相对小数量的体系结构风格之一绝大多数可以被归类为相对小数量的体系结构风格之一 每种风格描述一种系统范畴，范畴包括：每种风格描述一种系统范畴，范畴包括：一些实现系统所需的功能的部件（如数据库、计算模一些实现系统所需的功能的部件（如数据库
44、、计算模块）；块）；一组用来连接部件一组用来连接部件“通信、协调和合作通信、协调和合作”的的“连接连接子子”；定义部件之间怎样整合的系统约束；定义部件之间怎样整合的系统约束；使设计者能够理解整个系统属性并分析已知属性的语使设计者能够理解整个系统属性并分析已知属性的语义模型。义模型。 57数据为中心体系结构数据为中心体系结构 一些数据（比如一个文件或者数据库）保存在整个结构一些数据（比如一个文件或者数据库）保存在整个结构的中心，并且被其他部件频繁地使用、添加、删除、或的中心，并且被其他部件频繁地使用、添加、删除、或者修改者修改 58数据流风格的体系结构数据流风格的体系结构 这种结构适用于输入数据
45、被一系列的计算或者这种结构适用于输入数据被一系列的计算或者处理部件变换成输出数据。处理部件变换成输出数据。59调用和返回风格的体系结构调用和返回风格的体系结构 包含：包含：主程序主程序/子程序子程序风格体系结构和风格体系结构和远程过程调用远程过程调用风风格的体系结构格的体系结构 60面向对象风格的体系结构面向对象风格的体系结构 系统部件封装数据和操作数据的方法。 部件之间的交互和协调通过消息来传递。 61层次式风格的体系结构层次式风格的体系结构 在这种结构中，定义不同的层次，每层都完成了相对外层更靠近机器指令的操作62评估可选的体系结构评估可选的体系结构 对于同一个软件需求，由于各种设计方法的
46、原理不同，对于同一个软件需求，由于各种设计方法的原理不同，会导出不同的软件结构。会导出不同的软件结构。 同一问题的不同软件结构：同一问题的不同软件结构：63ATAM（architecture trade-off analysis method）体系结构权衡分析法体系结构权衡分析法 1)定义应用场景（定义应用场景（scenarios）：通过）：通过use case图来从用户的角度图来从用户的角度表现系统。表现系统。2)得出需求、约束和环境描述：这是需求工程的一部分，用以确得出需求、约束和环境描述：这是需求工程的一部分，用以确定所有客户方关心的问题都被列出。定所有客户方关心的问题都被列出。3)描述
47、能处理上述情境和需求的体系结构风格。描述能处理上述情境和需求的体系结构风格。4） 单独地评价系统的各项性能。单独地评价系统的各项性能。针对体系结构设计的性能包括：可靠性，安全性，可维护性，针对体系结构设计的性能包括：可靠性，安全性，可维护性，灵活性，可测试性，可移植性，可重用性和互操作性等。灵活性，可测试性，可移植性，可重用性和互操作性等。64ATAM（architecture trade-off analysis method）5）针对不同的架构形式，评价第）针对不同的架构形式，评价第4步提到的这些性能的敏感程度。步提到的这些性能的敏感程度。可以通过这样的方法来评价：在整个架构中做一些小的变
48、更，分析可以通过这样的方法来评价：在整个架构中做一些小的变更，分析并确定上诉性能有没有很敏感的变化。那些在体系结构改动中并确定上诉性能有没有很敏感的变化。那些在体系结构改动中受到较大影响的性能被称为敏感点（受到较大影响的性能被称为敏感点（sensitive point）。）。6）通过第）通过第5步的敏感度分析来评价第三步中提出的那些体系结构。步的敏感度分析来评价第三步中提出的那些体系结构。SEI描述的方法如下：当一个架构的敏感点被确定，我们需要找到描述的方法如下：当一个架构的敏感点被确定，我们需要找到在系统中最需要权衡利弊的因素（在系统中最需要权衡利弊的因素（trade-off point）。
49、权衡因）。权衡因素就是指改变架构中的这项内容系统的很多性能就会发生敏感素就是指改变架构中的这项内容系统的很多性能就会发生敏感的变化。比如说，一个的变化。比如说，一个client-server结构的系统的表现性能和结构的系统的表现性能和系统中系统中server的数量是息息相关的（比如增加的数量是息息相关的（比如增加server的数量，的数量，一定程度上系统的表现性能就会提高）一定程度上系统的表现性能就会提高）这样的话，这样的话，server的数量就是这个架构中的平衡点。的数量就是这个架构中的平衡点。654.4 4.4 部件级设计技术部件级设计技术 在结构化分析和设计方法时部件往往被称在结构化分析
50、和设计方法时部件往往被称为为模块模块 在面向对象分析和设计时部件被称为在面向对象分析和设计时部件被称为类类 在基于构件的开发方法中，部件被称为在基于构件的开发方法中，部件被称为构构件。件。 664.4 4.4 部件级设计技术部件级设计技术 在部件级设计阶段，主要完成如下工作：在部件级设计阶段，主要完成如下工作：（1）为每个部件确定采用的算法，选择某种）为每个部件确定采用的算法，选择某种适当的工具表达算法的过程，编写部件的详适当的工具表达算法的过程，编写部件的详细过程性描述；细过程性描述； （2）确定每一部件内部使用的数据结构；）确定每一部件内部使用的数据结构； （3）在部件级设计结束时，应该把
