1、第4章 软件总体设计第2页第第4章章 软件总体设计软件总体设计本章内容结构本章内容结构l本章引言本章引言l学习目标学习目标l教学内容教学内容l本章小结本章小结l思考和练习思考和练习l课堂讨论课堂讨论第4章 软件总体设计本章引言本章引言l经过需求分析阶段的工作，建立了由数据流图、数据字典和经过需求分析阶段的工作，建立了由数据流图、数据字典和一组算法描述所定义的系统逻辑模型，系统必须一组算法描述所定义的系统逻辑模型，系统必须“做什么做什么”已经清楚了，下一步将进入软件设计阶段，即着手实现系统已经清楚了，下一步将进入软件设计阶段，即着手实现系统需求，要把需求，要把“做什么做什么”的逻辑模型变换为的逻
2、辑模型变换为“怎样做怎样做”的物理的物理模型。同时要把设计结果反映在模型。同时要把设计结果反映在“软件设计规格说明书软件设计规格说明书”文文档中。因此软件设计是把软件需求转换为软件表的过程。总档中。因此软件设计是把软件需求转换为软件表的过程。总体设计是进入软件设计的第一个阶段，只描述软件的总的体体设计是进入软件设计的第一个阶段，只描述软件的总的体系结构，第二个阶段是详细设计，即对结构进一步细化。系结构，第二个阶段是详细设计，即对结构进一步细化。l本章主要介绍软件总体设计，第本章主要介绍软件总体设计，第5 章介绍软件的详细设计。章介绍软件的详细设计。第3页第4章 软件总体设计第4页学习目标学习目
3、标l理解软件总体设计的目标和任务理解软件总体设计的目标和任务l理解软件结构设计的准则理解软件结构设计的准则l理解并掌握软件设计的概念和原理理解并掌握软件设计的概念和原理l理解并掌握数据库设计方法理解并掌握数据库设计方法l熟悉软件设计的各类图形工具熟悉软件设计的各类图形工具l熟练掌握结构化设计方法熟练掌握结构化设计方法l熟悉总体设计说明书的主要内容及撰写方法熟悉总体设计说明书的主要内容及撰写方法第4章 软件总体设计第5页教学内容教学内容4.1 软件总体设计的目标和任务软件总体设计的目标和任务 4.2 软件结构设计准则软件结构设计准则4.3 软件设计的概念和原理软件设计的概念和原理4.4 数据库设
4、计数据库设计4.5 软件结构设计的图形工具软件结构设计的图形工具4.6 结构化设计方法结构化设计方法4.7 总体设计说明书总体设计说明书4.8 本章小结和习题本章小结和习题 第4章 软件总体设计第6页4.1 软件总体设计的目标和任务软件总体设计的目标和任务 总体设计阶段的基本目标就是回答总体设计阶段的基本目标就是回答“概括地说，系概括地说，系统应该如何实现？统应该如何实现？”这个问题这个问题 。总体设计的另一项任务是设计软件的总体结构，即总体设计的另一项任务是设计软件的总体结构，即确定系统中的每个程序是由哪些模块组成的，每个确定系统中的每个程序是由哪些模块组成的，每个模块的功能以及模块和模块之
5、间的接口、调用关系模块的功能以及模块和模块之间的接口、调用关系等。等。 第4章 软件总体设计4.1 总体设计的过程总体设计的过程：系统设计系统设计：确定系统的具体实现方案。：确定系统的具体实现方案。结构设计：确定软件结构。结构设计：确定软件结构。设想供选设想供选择的方案择的方案选选 取取 合合理的方案理的方案推荐最推荐最佳方案佳方案功能功能分解分解设计软设计软件结构件结构数据库数据库设设 计计制订测制订测试计划试计划书写书写文档文档数据流图数据流图 系统流程图系统流程图 组成系统的物理元素清单组成系统的物理元素清单 成本成本/效益分析效益分析 实现系统的进度计划实现系统的进度计划 系统说明系统
6、说明 用户手册用户手册 测试计划测试计划 详细的实现计划详细的实现计划 数据库设计结果数据库设计结果 审查和审查和复复 审审概括为两个主要阶段概括为两个主要阶段详细过程如下：详细过程如下：第7页第4章 软件总体设计 4.1 软件总体设计的目标和任务软件总体设计的目标和任务 典型的总体设计过程包括以下典型的总体设计过程包括以下9个步骤：个步骤：1.设想供选择的方案设想供选择的方案p根据需求分析阶段得出的数据流图，考虑各种可能的实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。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p从前一步得到的一系列供选择的
7、方案中选取若干个合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。理的方案。3.推荐最佳方案推荐最佳方案p分析员应该综合分析对比各种合理方案的利弊，推荐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详细的实现计划。一个最佳的方案，并且为推荐的方案制定详细的实现计划。第8页第4章 软件总体设计 4.1 软件总体设计的目标和任务软件总体设计的目标和任务 4.功能分解功能分解p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。p结构设计确定程序由哪些模块组成，以及这些模块之间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
8、设计确定每个模块的详细设计处理过程。的关系；过程设计确定每个模块的详细设计处理过程。p结构设计是总体设计阶段的任务，过程设计是详细设计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。阶段的任务。5.设计软件结构设计软件结构p通常程序中的一个模块完成一个适当的子功能。应当把通常程序中的一个模块完成一个适当的子功能。应当把模块组织成良好的层次系统。软件结构可以用层次图或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述。结构图来描述。p如果数据流图已经细化到适当的层次，则可以直接从数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，这就是面向数据流的设计方
9、法。据流图映射出软件结构，这就是面向数据流的设计方法。第9页第4章 软件总体设计 4.1 软件总体设计的目标和任务软件总体设计的目标和任务 6.设计数据库设计数据库p对于需要使用数据库的应用系统，软件工程师应该对于需要使用数据库的应用系统，软件工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，进一在需求分析阶段所确定的系统数据需求的基础上，进一步涉及数据库。步涉及数据库。7.制定测试计划制定测试计划p在软件开发的早期阶段考虑测试问题，能促使软件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。设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p应
10、该用正式的文档记录总体设计的结果。应该用正式的文档记录总体设计的结果。9.审查和复审审查和复审p最后应该对总体设计的结果进行严格的技术审查和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。管理复审。第10页第4章 软件总体设计第11页4.2 软件结构设计准则软件结构设计准则软件总体设计的任务是软件总体设计的任务是软件体系结构设计软件体系结构设计和和软件模块设计软件模块设计。4.2.1 软件体系结构设计准则软件体系结构设计准则4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则第4章 软件总体设计第12页4.2.1 软件体系结构设计准则软件体系结构设计准则软件体系结构是软件系统中最本质的东西。一个
11、软件软件体系结构是软件系统中最本质的东西。一个软件体系结构的设计准则如下。体系结构的设计准则如下。 体系结构是对复杂事物的一种抽象。良好的体系结体系结构是对复杂事物的一种抽象。良好的体系结构是普通适用的，它能够描述各种风格的软件系统构是普通适用的，它能够描述各种风格的软件系统结构，可以高效地处理多种多样的个体需求。结构，可以高效地处理多种多样的个体需求。 体系结构在一定的时间内保持稳定。确保接口一致体系结构在一定的时间内保持稳定。确保接口一致，既能确保某一体系结构配置描述内相关接口描述，既能确保某一体系结构配置描述内相关接口描述的一致，又能确保建立关联的两个构件接口描述的的一致，又能确保建立关
12、联的两个构件接口描述的一致性。一致性。 良好的体系结构意味着普通、高效和稳定。良好的体系结构意味着普通、高效和稳定。第4章 软件总体设计第13页4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则1降低模块之间的耦合性，提高模块的内聚性；降低模块之间的耦合性，提高模块的内聚性；2模块结构的深度、宽度、扇出和扇入应适当；模块结构的深度、宽度、扇出和扇入应适当；3模块的作用范围应该在控制范围内；模块的作用范围应该在控制范围内；4模块接口设计要简单，以便降低复杂程度和冗余度；模块接口设计要简单，以便降低复杂程度和冗余度；5设计功能可预测并能得到验证的模块；设计功能可预测并能得到验证的模块；6适当划分模块规模
13、，以保持其独立性。适当划分模块规模，以保持其独立性。以上介绍的软件结构设计准则是人们经过长期的软件开发实以上介绍的软件结构设计准则是人们经过长期的软件开发实践总结出来的，但是这些准则不是设计的目标，也不是在践总结出来的，但是这些准则不是设计的目标，也不是在设计时必须普遍遵循的原理。因此在实际应用时，应根据设计时必须普遍遵循的原理。因此在实际应用时，应根据系统的大小、难易程度加以灵活应用。系统的大小、难易程度加以灵活应用。第4章 软件总体设计4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则1.1.降低模块之间的耦合性，提高模块的内聚性降低模块之间的耦合性，提高模块的内聚性 . .u通过模块分解或合并
14、，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。ABCABCDEFABCDEF图图4.2 模块的分解和合并模块的分解和合并第14页第4章 软件总体设计4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则2.2.模块结构的深度、宽度、扇出和扇入应模块结构的深度、宽度、扇出和扇入应适当适当。p 深度：深度：软件结构中模块的层数，它表示控制的层数，在软件结构中模块的层数，它表示控制的层数，在一定意义能粗略地反映系统的规模和复杂程度。一定意义能粗略地反映系统的规模和复杂程度。 p 宽度：宽度：同一层次上模块的最大个数。同一层次上模块的最大个数。p 扇出：扇出：是一个模块直接调用的模块数目。经验证明，
15、好是一个模块直接调用的模块数目。经验证明，好的系统结构的平均扇出数一般是的系统结构的平均扇出数一般是3-4，不能超过，不能超过5-9。 p 扇入：扇入：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。 一般设计的比较好的软件结构，顶层扇出高，中层扇出一般设计的比较好的软件结构，顶层扇出高，中层扇出较少，底层模块有高扇入。较少，底层模块有高扇入。第15页第4章 软件总体设计4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则深度深度=5宽度宽度=9扇入扇入=2扇出扇出=1第16页第4章 软件总体设计4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则PPP1P2扇出过大扇出过大QQQ1Q2Q3扇入过大扇
16、入过大第17页第4章 软件总体设计4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则3.3.模块的作用范围应该在控制范围之内。模块的作用范围应该在控制范围之内。u 模块的作用范围：指受该模块内模块的作用范围：指受该模块内一个判断影响一个判断影响的所有模块的所有模块的集合；的集合；u 模块的控制范围：指模块的控制范围：指模块本身以及其所有直接或者间接从模块本身以及其所有直接或者间接从属于它属于它的模块集合；的模块集合；在设计的好的软件结构中，在设计的好的软件结构中，所有受判断影响的模块都从属所有受判断影响的模块都从属于作出判断的那个模块，于作出判断的那个模块，最好局限于做出判定的那个模块本最好局限于做
17、出判定的那个模块本身及它的直属下级模块。身及它的直属下级模块。 第18页第4章 软件总体设计4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则MAGBCDEFA的作用范围的作用范围A的控制范围的控制范围第19页第4章 软件总体设计4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则MAGBCDEFMAGBCDEF解决方案：解决方案：u把模块把模块A A中的判定移到模块中的判定移到模块M M中。中。A的判定上移的判定上移u把模块把模块G G移到模块移到模块A A下面，作为他的下级模块。下面，作为他的下级模块。第20页第4章 软件总体设计4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则4.4.模块接口设计要简单，以
18、便降低复杂程度和冗余度。模块接口设计要简单，以便降低复杂程度和冗余度。u 模块接口复杂是软件发生错误的一个主要原因，应该仔细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且和模块的功能一致。设计模块接口，使得信息传递简单并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u QUAD_ROOT(TBL,X)p 其中数组其中数组TBL传送方程的系数传送方程的系数p 数组数组X返回求得的根返回求得的根u QUAD_ROOT(A,B,C,ROOT1,ROOT2)第21页第4章 软件总体设计4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则5.5.设计功
19、能可预测并能得到验证的模块。设计功能可预测并能得到验证的模块。u 模块的功能应该能够预测，但也要防止模块功能过分局限。模块的功能应该能够预测，但也要防止模块功能过分局限。u 功能可预测功能可预测：如果一个模块可以当作一个黑盒子，只要输：如果一个模块可以当作一个黑盒子，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。预测的。第22页第4章 软件总体设计4.2.2 软件模块设计准则软件模块设计准则6.6.适当划分模块规模，以保持其独立性。适当划分模块规模，以保持其独立性。u 经验表明，一个模块的规模不应过大，最好能写在一页纸经验
20、表明，一个模块的规模不应过大，最好能写在一页纸内。通常规定内。通常规定50-100行语句，最多不超过行语句，最多不超过500行。行。u 过大的模块往往是由于分解不充分，但是进一步分解必须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，分解后不应该降低模块独立性。符合问题结构，一般说来，分解后不应该降低模块独立性。u 过小的模块开销大于有效操作，而且模块数目过多将使系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。统接口复杂。第23页第4章 软件总体设计第24页4.3 软件设计的概念和原理软件设计的概念和原理4.3.1 模块和模块化模块和模块化4.3.2
21、抽象抽象4.3.3 信息隐蔽和局部化信息隐蔽和局部化4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量第4章 软件总体设计4.3.1 模块和模块化模块和模块化 模块模块是软件结构的基础，是软件元素，是能够单独命是软件结构的基础，是软件元素，是能够单独命名、独立完成一定功能的程序语句的集合。名、独立完成一定功能的程序语句的集合。 模块化模块化是指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把软件是指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把软件系统划分成若干模块的过程。系统划分成若干模块的过程。 成本（工作量）模 块 数 目软 件 总 成 本接 口 成 本成 本 /模 块模块数目和成本的关系模块数目和成本的关系 M每个程
22、序都对每个程序都对应地有一个最应地有一个最适当的模块数适当的模块数M，使得系统的开使得系统的开发成本最小。发成本最小。第25页第4章 软件总体设计4.3.1 模块和模块化模块和模块化为什么要模块化？为什么要模块化？u模块化是为了使一个复杂的大型程序能被人的智力所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；管理；u如果一个大型程序仅由一个模块组成，它将很难被人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所理解。第26页第4章 软件总体设计模块化降低软件复杂度的简单证明模块化降低软件复杂度的简单证明: : 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
23、数； E E（X X）解决问题）解决问题 X X 所需工作量的复杂度函数；所需工作量的复杂度函数；第27页第4章 软件总体设计4.3.1 模块和模块化模块和模块化模块化的根据：模块化的根据：u如果如果C(P1)C(P2)，显然，显然E(P1)E(P2)；u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)+C(P2)u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)第28页第4章 软件总体设计4.3.1 模块和模块化模块和模块化模块化的作用：模块化的作用：u采用模块化原理可以使软件结构清晰，不仅容易设计采用模块化原理可以
24、使软件结构清晰，不仅容易设计也容易阅读和理解；也容易阅读和理解；u模块化使软件容易测试和调试，因而有助于提高软件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；的可靠性；u模块化能够提高软件的可修改性；模块化能够提高软件的可修改性；u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。第29页第4章 软件总体设计4.3.2 抽象抽象u 抽象抽象是人类认识自然界中的复杂事物和复杂现象过程是人类认识自然界中的复杂事物和复杂现象过程中使用的一种思维工具。中使用的一种思维工具。 u 抽象：现实世界中一定事物、状态或过程之间总存在抽象：现实世界中一定事物、状态或过程之间总
25、存在某些相似的或者共性的方面，把这些相似的方面集中或某些相似的或者共性的方面，把这些相似的方面集中或概括起来，暂时忽略它们之间的次要因素，这就是抽象。概括起来，暂时忽略它们之间的次要因素，这就是抽象。u 在模块化问题求解时，可以在在模块化问题求解时，可以在不同层次不同层次上进行抽象上进行抽象 。第30页第4章 软件总体设计4.3.2 抽象抽象一般抽象过程：一般抽象过程：u 处理复杂系统的唯一有效的方法是用层次的方式构处理复杂系统的唯一有效的方法是用层次的方式构造和分析它。造和分析它。 u 一个复杂的动态系统首先可以用一些高级的抽象概一个复杂的动态系统首先可以用一些高级的抽象概念构造和理解，这些
26、高级概念又可以用一些较低级的念构造和理解，这些高级概念又可以用一些较低级的概念构造和理解，如此进行下去，指导最低层次的具概念构造和理解，如此进行下去，指导最低层次的具体元素。体元素。u 例如：过程抽象、数据抽象和控制抽象。例如：过程抽象、数据抽象和控制抽象。第31页第4章 软件总体设计4.3.2 抽象抽象软件工程的抽象过程：软件工程的抽象过程：u 软件工程过程的每一步都是对软件解法的抽象层次的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。一次精化。 u 在可行性研究阶段，软件作为系统的一个完整部件。在可行性研究阶段，软件作为系统的一个完整部件。u 在需求分析期间，软件解法是使用在问题
27、环境内熟悉在需求分析期间，软件解法是使用在问题环境内熟悉的方式描述的；的方式描述的；u 当由总体设计向详细设计过渡时，抽象的程度也随之当由总体设计向详细设计过渡时，抽象的程度也随之减少了；减少了；u 最后，当源程序写出来以后，也就达到了抽象的最底最后，当源程序写出来以后，也就达到了抽象的最底层。层。第32页第4章 软件总体设计4.3.3 信息隐蔽和局部化信息隐蔽和局部化u 信息隐蔽信息隐蔽：应该这样设计和确定模块，使得一个模：应该这样设计和确定模块，使得一个模块内包含的信息（过程和数据）对于不需要这些信息的块内包含的信息（过程和数据）对于不需要这些信息的模块来说，是不能访问的。模块来说，是不能
28、访问的。u 局部化：局部化：和信息隐蔽的概念密切相关，它是指把一和信息隐蔽的概念密切相关，它是指把一些关系密切的软件元素物理地放的彼此靠近。显然，局些关系密切的软件元素物理地放的彼此靠近。显然，局部化有助于实现信息隐藏。部化有助于实现信息隐藏。第33页第4章 软件总体设计4.3.3 信息隐蔽和局部化信息隐蔽和局部化信息隐蔽和局部化的作用：信息隐蔽和局部化的作用：u “隐藏隐藏”意味着有效的模块化可以通过定义一组独意味着有效的模块化可以通过定义一组独立的模块而实现，这些独立的模块彼此间仅仅交换那些立的模块而实现，这些独立的模块彼此间仅仅交换那些为了完成系统功能而必须交换的信息。为了完成系统功能而
29、必须交换的信息。u 使用信息隐蔽原理作为模块化系统设计的标准就会使用信息隐蔽原理作为模块化系统设计的标准就会带来极大好处。因为绝大多数数据和过程对于软件的其带来极大好处。因为绝大多数数据和过程对于软件的其他部分而言是隐蔽的，在修改期间由于疏忽而引入的错他部分而言是隐蔽的，在修改期间由于疏忽而引入的错误就很少可能传播到软件的其他部分。误就很少可能传播到软件的其他部分。第34页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 u 模块的独立性是一个好的软件设计的关键。模块的独立性是一个好的软件设计的关键。 u 模块的独立性要求：每个模块完成一个相对独立模块的独立性要求：每个模块
30、完成一个相对独立的特定子功能，并且和其他模块之间的关系很简单。的特定子功能，并且和其他模块之间的关系很简单。第35页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 模块独立的重要性：模块独立的重要性：u 有效模块化的软件比较容易开发出来。这是由于有效模块化的软件比较容易开发出来。这是由于能够分割功能而且接口可以简化，当许多人分工合作能够分割功能而且接口可以简化，当许多人分工合作开发同一个软件时，这个优点尤其重要。开发同一个软件时，这个优点尤其重要。u 独立的模块比较容易测试和维护。这是因为相对独立的模块比较容易测试和维护。这是因为相对说来，修改设计和程序需要的工作量比较小
31、，错误传说来，修改设计和程序需要的工作量比较小，错误传播范围小，需要扩充功能时能够播范围小，需要扩充功能时能够“插入插入”模块。模块。第36页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 模块的独立性可以从两个方面来度量：模块的独立性可以从两个方面来度量：u 耦合耦合衡量不同模块彼此间相互依赖的紧密程度。衡量不同模块彼此间相互依赖的紧密程度。耦合要低，即每个模块和其他模块之间的关系要耦合要低，即每个模块和其他模块之间的关系要简单。简单。u 内聚内聚衡量一个模块内部各个元素之间彼此结合衡量一个模块内部各个元素之间彼此结合的紧密程度的度量。的紧密程度的度量。 内聚要高，每个
32、模块完成一内聚要高，每个模块完成一个相对独立的特定子功能。个相对独立的特定子功能。第37页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 耦合：耦合：是对一个软件结构内不同模块之间互联程度的度量。是对一个软件结构内不同模块之间互联程度的度量。要求：要求：u 在软件设计中应该追求尽可能松散耦合的系统。在软件设计中应该追求尽可能松散耦合的系统。u 可以研究、测试或维护任何一个模块，而不需要对可以研究、测试或维护任何一个模块，而不需要对系统的其他模块有很多了解；系统的其他模块有很多了解；u 模块间联系简单，发生在一处的错误传播到整个系模块间联系简单，发生在一处的错误传播到整个系
33、统的可能性就很小；统的可能性就很小；u 模块间的耦合程度强烈影响系统的可理解性、可测模块间的耦合程度强烈影响系统的可理解性、可测试性、可靠性和可维护性。试性、可靠性和可维护性。第38页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 耦合程度的度量：耦合程度的度量：（1）无直接耦合）无直接耦合u 如果两个模块中的每一个都能独立地工作而不需要如果两个模块中的每一个都能独立地工作而不需要另一个模块的存在，那么它们完全独立。另一个模块的存在，那么它们完全独立。u 在一个软件系统中不可能所有模块之间都没有任何在一个软件系统中不可能所有模块之间都没有任何连接。连接。（2）数据耦合）数
34、据耦合u 如果两个模块彼此间通过参数交换信息，而且交换如果两个模块彼此间通过参数交换信息，而且交换的信息仅仅是数据，那么这种耦合称为数据耦合。的信息仅仅是数据，那么这种耦合称为数据耦合。AB通过变元通过变元传递数据传递数据第39页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 评价：评价：u 系统中至少必须存在这种耦合。一般说来，一个系系统中至少必须存在这种耦合。一般说来，一个系统内可以只包含数据耦合。统内可以只包含数据耦合。u 数据耦合是理想的目标。数据耦合是理想的目标。u 维护更容易，对一个模块的修改不会使另一个模块维护更容易，对一个模块的修改不会使另一个模块产生退化
35、错误。产生退化错误。第40页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 （3）标记耦合）标记耦合u当把整个数据结构作为参数传递而被调用的模块只需要当把整个数据结构作为参数传递而被调用的模块只需要使用其中一部分元素时，就出现了特征耦合。使用其中一部分元素时，就出现了特征耦合。评价：评价：u被调用的模块可使用的数据多于它确实需要的数据，这被调用的模块可使用的数据多于它确实需要的数据，这将导致对数据的访问失去控制。将导致对数据的访问失去控制。u无论何时把指针作为参数进行传递，都应该仔细检查该无论何时把指针作为参数进行传递，都应该仔细检查该耦合。耦合。第41页第4章 软件总体
36、设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 （4）控制耦合）控制耦合u 如果两个模块彼此间传递的信息中有控制信息，这如果两个模块彼此间传递的信息中有控制信息，这种耦合称为控制耦合。种耦合称为控制耦合。评价：评价：u 控制耦合往往是多余的，把模块适当分解之后通常控制耦合往往是多余的，把模块适当分解之后通常可以用数据耦合代替它。可以用数据耦合代替它。u 被调用的模块需知道调用模块的内部结构和逻辑，被调用的模块需知道调用模块的内部结构和逻辑，降低了重用的可能性。降低了重用的可能性。第42页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 （5）公共环境耦合）公共环境耦合
37、u 当两个或多个模块通过一个公共数据环境相互作用当两个或多个模块通过一个公共数据环境相互作用时，它们之间的耦合称为公共环境耦合。公共环境可时，它们之间的耦合称为公共环境耦合。公共环境可以是全程变量、共享的通信区、内存的公共覆盖区、以是全程变量、共享的通信区、内存的公共覆盖区、任何存储介质上的文件、物理设备等。任何存储介质上的文件、物理设备等。第43页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 公共环境耦合的类型：公共环境耦合的类型：u 一个模块往公共环境送数据，另一个模块从公共环一个模块往公共环境送数据，另一个模块从公共环境取数据。数据耦合的一种形式，是比较松散的耦合
38、。境取数据。数据耦合的一种形式，是比较松散的耦合。（a）松散的公共环境耦合）松散的公共环境耦合（b）紧密的公共环境耦合）紧密的公共环境耦合u 两个模块都既往公共环境送数据又从里面取数据，两个模块都既往公共环境送数据又从里面取数据，这种耦合比较紧密，介于数据耦合和控制耦合之间。这种耦合比较紧密，介于数据耦合和控制耦合之间。第44页第4章 软件总体设计模块模块A模块模块B模块模块C模块模块D模块模块L模块模块N全局性数据结构全局性数据结构公共耦合公共耦合全全 局局 性简单变量性简单变量如图假定模块如图假定模块C、D、N均可访问公用区中某一数据结构，模块均可访问公用区中某一数据结构，模块C首先从中读
39、出数据，然后启动模块首先从中读出数据，然后启动模块D，对数据进行计算和更，对数据进行计算和更新，如果模块新，如果模块D有错误，计算和更新的数据也随之出错，则当有错误，计算和更新的数据也随之出错，则当模块模块N在以后的某个时候读取上述数据时，就会得出错误的结在以后的某个时候读取上述数据时，就会得出错误的结果。虽然在调用果。虽然在调用N时出错，但根源在时出错，但根源在D，这就给调试和错误的这就给调试和错误的诊断带来困难。诊断带来困难。第45页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 评价：评价：u 与结构化编程矛盾，生产的代码可读性差。与结构化编程矛盾，生产的代码可读性
40、差。u 如果在一个模块中对一个全局变量的声明进行修改，必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。须修改能够访问该全局变量的每一个模块。u 公共环境耦合的模块难于重用，必须提供一个全局变量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。的清单。u 即使模块本身不改变，它和产品中其他模块之间公共环即使模块本身不改变，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。境耦合的实例数也会变化非常大。u 潜在危险很大。模块暴露出比需要更多的数据，难以控潜在危险很大。模块暴露出比需要更多的数据，难以控制数据存取。制数据存取。u 有些情况下公共环
41、境耦合更好。有些情况下公共环境耦合更好。第46页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 （6）内容耦合）内容耦合最高程度的耦合是内容耦合。如果出现下列情况之一，两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之间就发生了内容耦合：个模块之间就发生了内容耦合：u 一个模块访问另一个模块的内部数据；一个模块访问另一个模块的内部数据；u 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；u 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；u 一个模块有多个入口。一个模块有多个入口。（a）进入另一个模块内部）进入
42、另一个模块内部（b）模块代码重叠）模块代码重叠（c）多个入口模块）多个入口模块第47页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 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。 应该采用下述设计原则：应该采用下述设计原则：u 尽量使用数据耦合，尽量使用数据耦合，u 少用控制耦合和标记耦合，少用控制耦合和标记耦合，u 限制公共环境耦合的范围，限制公共环境耦合的范围，u 完全不用内容耦合。完全不用内容耦合。第48页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 内聚：内聚：标志一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度，它标志
43、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展。简单地说，理想内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。聚的模块只做一件事。要求：要求：u 设计时应该力求做到高内聚，通常中等成都的内聚设计时应该力求做到高内聚，通常中等成都的内聚也可以采用的，而且效果和高内聚相差不多；但是，也可以采用的，而且效果和高内聚相差不多；但是，低内聚不要使用。低内聚不要使用。u 内聚和耦合是密切相关的，模块内的高内聚往往意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。实践表明内聚更重要，应该把味着模块间的松耦合。实践表明内聚更重要，应该把更多注意
44、力集中到提高模块的内聚程度上。更多注意力集中到提高模块的内聚程度上。第49页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 （1）偶然内聚）偶然内聚u 如果一个模块完成一组任务，这些任务彼此间即使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，就叫偶然内聚。有关系，关系也是很松散的，就叫偶然内聚。评价：评价：u 模块内各元素之间没有实质性联系，很可能在一种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，在另一种应用场合又不应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。允许这种修改，从而陷入困境。u 可
45、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。u 模块是不可重用的。模块是不可重用的。解决方案：解决方案：u 将模块分成更小的模块，每个小模块执行一个操作。将模块分成更小的模块，每个小模块执行一个操作。第50页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 （2）逻辑内聚）逻辑内聚u 如果一个模块完成的任务在逻辑上属于相同或类似如果一个模块完成的任务在逻辑上属于相同或类似的一类，则称为逻辑内聚。的一类，则称为逻辑内聚。评价：评价：u 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。u 完成多个操作的代码互相纠缠在一起，即使局部功完成多个操作
46、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，导致严重的维护问题。能的修改有时也会影响全局，导致严重的维护问题。u 难以重用。难以重用。解决方案：解决方案：u 模块分解。模块分解。第51页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 （3）时间内聚）时间内聚u 如果一个模块包含的任务必须在同一段时间内执行，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，如初始化模块。就叫时间内聚，如初始化模块。评价：评价：u 时间关系在一定程度上反映了程序某些实质，所以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。时间内聚比逻辑内聚好一些
47、。u 模块内操作之间的关系很弱，与其他模块的操作却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有很强的关联u 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。u 模块是不可重用的。模块是不可重用的。第52页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 （4）通信内聚）通信内聚u 如果模块中所有元素都使用同一个输入数据和（或）如果模块中所有元素都使用同一个输入数据和（或）产生同一个输出数据，则称为通信内聚，即在同一个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。数据结构上操作。评价：评价：u 模块中各操作紧密相连，比过程内聚更好。模块中
48、各操作紧密相连，比过程内聚更好。u 不能重用。不能重用。解决方案：解决方案：u 将模块分成多个模块，每个模块执行一个操作。将模块分成多个模块，每个模块执行一个操作。第53页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 （5）顺序内聚）顺序内聚u 如果一个模块内的处理元素和同一个功能密切相关，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，则称为顺序内聚。而且这些处理必须顺序执行，则称为顺序内聚。评价：评价：u 根据数据流图划分模块时，通常得到顺序内聚的模根据数据流图划分模块时，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简单。块，这种模块
49、彼此间的连接往往比较简单。第54页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 （6）功能内聚）功能内聚u 如果模块内所有处理元素属于一个整体，完成一个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。功能内聚是最高程度单一的功能，则称为功能内聚。功能内聚是最高程度的内聚。的内聚。评价：评价：u 模块可重用，应尽可能重用。模块可重用，应尽可能重用。u 可隔离错误，维护更容易。可隔离错误，维护更容易。u 扩充产品功能时更容易。扩充产品功能时更容易。第55页第4章 软件总体设计4.3.4 模块独立性及其度量模块独立性及其度量 结论：结论：u 在设计软件
50、时，尽可能做到高内聚。在设计软件时，尽可能做到高内聚。u 偶然内聚、逻辑内聚和时间内聚属于低内聚，通偶然内聚、逻辑内聚和时间内聚属于低内聚，通信内聚属于中内聚，顺序内聚和功能内聚属于高内信内聚属于中内聚，顺序内聚和功能内聚属于高内聚。聚。第56页第4章 软件总体设计第57页4.4 数据库设计数据库设计全局全局E-R 模型是与数据模型和计算机软硬件环境无关的，法模型是与数据模型和计算机软硬件环境无关的，法在计算机中直接使用，需要转化为特定在计算机中直接使用，需要转化为特定DBMS所支持的数据所支持的数据模型。模型。目前的环境下，进入设计阶段后，一般需要将该目前的环境下，进入设计阶段后，一般需要将
