軟件工程：第6章 軟件設(shè)計

第6章軟件設(shè)計本章導(dǎo)讀軟件需求是軟件設(shè)計的基礎(chǔ)，軟件設(shè)計是軟件開發(fā)的核心。本章首先討論軟件設(shè)計概論和軟件設(shè)計原理，然后介紹軟件架構(gòu)設(shè)計和軟件詳細設(shè)計，重點是論述面向過程、面向數(shù)據(jù)和面向?qū)ο蟮娜N詳細設(shè)計方法，以及軟件設(shè)計的屬性和度量。最后介紹IT企業(yè)的軟件設(shè)計文檔和設(shè)計管理文檔編寫的參考指南。1本章對讀者的要求

了解：

(1）軟件設(shè)計的輸入輸出

(2）概要設(shè)計與詳細設(shè)計之間的差異

(3）命名規(guī)范的概念

理解：

(1）軟件設(shè)計原理

(2）軟件架構(gòu)設(shè)計方法

(3）軟件詳細設(shè)計概念

(4）軟件設(shè)計屬性和度量

(5）軟件設(shè)計管理文檔

2本章對讀者的要求掌握：

(1）面向過程詳細設(shè)計

(2）面向數(shù)據(jù)詳細設(shè)計

(3)面向?qū)ο笤敿氃O(shè)計

(4）《概要設(shè)計說明書》的編寫方法

(5）《詳細設(shè)計說明書》的編寫方法

36.1設(shè)計方法概論

軟件設(shè)計的輸入是《需求規(guī)格說明書》，輸出是《概要設(shè)計說明書》和《詳細設(shè)計說明書》。概要設(shè)計概要設(shè)計，一是要覆蓋《需求規(guī)格說明書》的全部內(nèi)容，二是要作為指導(dǎo)詳細設(shè)計的依據(jù)。概要設(shè)計注重于宏觀上和框架上的設(shè)計，它是軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、全局數(shù)據(jù)庫(包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))設(shè)計、外部接口設(shè)計、功能部件分配設(shè)計、部件之間的接口設(shè)計。概要設(shè)計又稱為架構(gòu)設(shè)計。4詳細設(shè)計

詳細設(shè)計，一是要覆蓋《概要設(shè)計說明書》的全部內(nèi)容，二是要作為指導(dǎo)程序設(shè)計的依據(jù)。詳細設(shè)計注重于微觀上和框架內(nèi)的設(shè)計，它是各子系統(tǒng)的公用部件實現(xiàn)設(shè)計、專用模塊實現(xiàn)設(shè)計、存儲過程實現(xiàn)設(shè)計、觸發(fā)器實現(xiàn)設(shè)計、外部接口實現(xiàn)設(shè)計、部門角色授權(quán)設(shè)計、其他詳細設(shè)計等。模塊實現(xiàn)設(shè)計包括：登錄注冊模塊設(shè)計、信息發(fā)布模塊設(shè)計、菜單模塊設(shè)計、錄入修改模塊設(shè)計、查詢統(tǒng)計模塊設(shè)計、業(yè)務(wù)邏輯處理模塊設(shè)計、報表輸出模塊設(shè)計、前臺網(wǎng)站模塊設(shè)計、后臺數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計、數(shù)據(jù)傳輸與接收模塊設(shè)計等等。5詳細設(shè)計

在設(shè)計之前要確定命名規(guī)范。包括系統(tǒng)命名規(guī)范，模塊命名規(guī)范，構(gòu)件命名規(guī)范，變量命名規(guī)范，以及表名、字段名、索引名、視圖名、存儲過程名的命名規(guī)范等。軟件設(shè)計時，一方面要善于將需求規(guī)格說明書中的冗余去掉，將公用功能提煉出來，并將它設(shè)計為構(gòu)件，標準化后加入到公司構(gòu)件庫中。另一方面，還要盡量調(diào)用公司構(gòu)件庫中已有的構(gòu)件。按照“五個面向理論”，概要設(shè)計主要方法是面向數(shù)據(jù)，詳細設(shè)計和程序設(shè)計主要方法是面向?qū)ο?。所有的詳細設(shè)計都是面向模塊(部件/構(gòu)件)的，不是面向組織結(jié)構(gòu)或部門單位的。一個組織或單位，根據(jù)角色的不同授權(quán)，可以掛上不同的模塊或部件。6*6.2軟件設(shè)計原理“設(shè)計”在IEEE中的定義是：“定義一個系統(tǒng)或部件的架構(gòu)、組成、接口或其它特征的過程”。軟件設(shè)計是一個過程，它是軟件生命周期中的一部分，是對軟件需求分析后產(chǎn)生軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種描述。軟件設(shè)計的結(jié)果，應(yīng)能描述軟件的架構(gòu)，即軟件中各個部件是如何分解并組合在一起的。架構(gòu)設(shè)計有時也稱為概要設(shè)計，用于描述系統(tǒng)最頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和組織形式，標識出軟件的各個組成部分。詳細設(shè)計用于詳細描述每個部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用以指導(dǎo)程序人員編寫代碼，便于每個部件能夠得以順利實現(xiàn)。7原理1：抽象抽象是認識復(fù)雜現(xiàn)象過程中使用的思維工具，即抽出事物本質(zhì)的共同特性而暫不考慮它的細節(jié)，不考慮其他因素。

(1)控制抽象面向過程設(shè)計

，通過控制抽象(控制流程和接口)，對軟件進行分解，達到降低軟件復(fù)雜度的目的。面向?qū)ο笤O(shè)計

，通過數(shù)據(jù)抽象和控制抽象，實現(xiàn)使數(shù)據(jù)和控制溶為一體，構(gòu)成一個完整的對象。

(2)過程抽象將數(shù)據(jù)處理抽象成函數(shù)或方法，獲得最終的執(zhí)行結(jié)果，而不必去關(guān)心它們的內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)。

(3)數(shù)據(jù)抽象在數(shù)據(jù)庫建模和面向?qū)ο蠼r，使用數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計出數(shù)據(jù)庫的表及字段，或設(shè)計出類及類的屬性。8原理2：分解

將一個軟件分解成許多小模塊(代碼行在200~400之間)，不同模塊負責不同的功能。

(1)在架構(gòu)設(shè)計中，將軟件系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)和模塊；

(2)在詳細設(shè)計中，將子系統(tǒng)和模塊分解成類和接口。模塊具有以下幾種基本屬性：（1）接口：指模塊的輸入與輸出。（2）功能：指模塊實現(xiàn)什么功能。（3）邏輯：描述內(nèi)部如何實現(xiàn)要求的功能及所需的數(shù)據(jù)。（4）狀態(tài)：指該模塊的運行環(huán)境，即模塊的調(diào)用與被調(diào)用關(guān)系。9原理3：低耦合高內(nèi)聚

模塊在系統(tǒng)中不能孤立存在，每個模塊具有一定的功能，他們共同完成系統(tǒng)的總功能，這樣模塊之間就必然會存在聯(lián)系或依賴。對于低內(nèi)聚的模塊，通過重新分解，來提高模塊內(nèi)部的緊湊性，使其成為高內(nèi)聚模塊，從而降低塊間聯(lián)系，提高模塊的獨立性。對于高耦合的模塊，通過重新組合，將聯(lián)系緊密的部分組合成新的模塊，使其成為低耦合模塊，從而提高模塊的可維護性。模塊耦合程度由低到高的分級如下：10(1)數(shù)據(jù)耦合(或參數(shù)傳遞耦合)，屬于低級別耦合。例如，模塊間通過參數(shù)傳遞或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來訪問。

(2)控制耦合，屬于中級別耦合。例如，操作系統(tǒng)中的進程調(diào)度程序，通過就緒進程的優(yōu)生級來調(diào)度。那么調(diào)度程序與進程之間的耦合，就是控制耦合。

(3)外部耦合(或共用耦合)，它屬于高級別耦合。例如，模塊間共享全局變量，或共同訪問全局數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)項，就是共用耦合。

(4)內(nèi)容耦合，它屬于最高級別耦合。例如，一個模塊利用分支或跳轉(zhuǎn)技術(shù)，轉(zhuǎn)入到另一個模塊中去執(zhí)行，就是內(nèi)容耦合。耦合可發(fā)生在軟件設(shè)計、軟件編程之中。11原理4：封裝

封裝是將信息隱藏在一個實體中，使其內(nèi)部細節(jié)對外部不可見。封裝是實現(xiàn)“低耦合高內(nèi)聚”的技術(shù)手段之一。要進行正確的封裝，必須遵守下列原則：

(1).實體間相互隱藏內(nèi)部實現(xiàn)；

(2).盡量減少全局的共享數(shù)據(jù)。12原理5：接口和實現(xiàn)分離

接口和實現(xiàn)分離的思想起源很早。上世紀五十年代，就出現(xiàn)了“子程序和函數(shù)”的概念，人們在實現(xiàn)和調(diào)用它們的時候，就運用了這種思想。將接口和實現(xiàn)分離開來，對外只提供接口，隱藏具體實現(xiàn)。接口與實現(xiàn)的分離，保證了實現(xiàn)的獨立變化，降低了模塊間的耦合。13146.3軟件體系結(jié)構(gòu)軟件總體設(shè)計的主要任務(wù)就是軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計。軟件體系結(jié)構(gòu)（softwarearchitecture）包含了計算機程序的兩個重要特性：（1）過程構(gòu)件（模塊）的層次結(jié)構(gòu)。（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。軟件的體系結(jié)構(gòu)通過一個劃分過程來完成。該劃分過程從需求分析確立的目標系統(tǒng)的模型出發(fā)，對整個問題進行分割，使其每個部分用一個或幾個軟件成份加以解決，整個問題就解決了156.3軟件體系結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化演化166.3軟件體系結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)176.3.1程序結(jié)構(gòu)程序結(jié)構(gòu)（programstructure）給出了程序各個構(gòu)件（模塊）的組織（通常叫分層）情況，這種組織包含了控制的層次。它們不給出軟件的過程方面，如過程的序列、決策的出現(xiàn)或次序，或操作的重復(fù)等。186.3.1程序結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)專用名詞196.3.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在軟件體系結(jié)構(gòu)的表達式中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序結(jié)構(gòu)同樣重要。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定信息的組織、存取方法、結(jié)合的程度，以及可選的處理方法。206.3.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)216.3.3軟件過程軟件過程（softwareprocedure），則側(cè)重于每一個單獨模塊的處理細節(jié)研究。過程必須提供精確的事件的順序、確切的抉擇點、重復(fù)的操作，以及數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)處理規(guī)格說明。226.3.3軟件過程一個模塊內(nèi)的過程236.3.3軟件過程過程的分層246.3.4體系結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計（architecturaldesign）的主要目標是設(shè)計一個模塊化的程序結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計融合了程序結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，接口定義能使數(shù)據(jù)流經(jīng)程序。要給出各個模塊之間的控制關(guān)系。251軟件結(jié)構(gòu)圖軟件結(jié)構(gòu)圖是軟件系統(tǒng)的模塊層次結(jié)構(gòu)，反映了整個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，即將來程序的控制層次體系。軟件結(jié)構(gòu)往往用樹狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圖形來表示。1.模塊用方框表示，并用名字標識該模塊，名字應(yīng)體現(xiàn)該模塊的功能。2.模塊的控制關(guān)系兩個模塊間用單向箭頭或直線連接起來表示它們的控制關(guān)系。

261軟件結(jié)構(gòu)圖3.模塊間的信息傳遞模塊間還經(jīng)常用帶注釋的短箭頭表示模塊調(diào)用過程中來回傳遞的信息。模塊間的控制關(guān)系及信息傳遞271軟件結(jié)構(gòu)圖4.兩個附加符號在模塊A的箭頭尾部標以一個菱形符號，表示模塊A有條件地調(diào)用另一個模塊B。當一個在調(diào)用箭頭尾部標以一個弧形符號，表示模塊M反復(fù)調(diào)用模塊T1,T2和模塊T3。281軟件結(jié)構(gòu)圖5.結(jié)構(gòu)圖的形態(tài)特征291軟件結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖的形態(tài)特征包括：（1）深度：指結(jié)構(gòu)圖控制的層次，即模塊的層數(shù)。（2）寬度：指一層中最大的模塊個數(shù)。（3）扇出：指一個模塊直接下屬模塊的個數(shù)。（4）扇入：指一個模塊直接上屬模塊的個數(shù)。301軟件結(jié)構(gòu)圖6.畫結(jié)構(gòu)圖應(yīng)注意的事項（1）同一名字的模塊在結(jié)構(gòu)圖中僅出現(xiàn)一次。（2）調(diào)用關(guān)系只能從上到下。（3）不嚴格表示模塊的調(diào)用次序，習慣上從左到右。312模塊的大小前面在討論模塊設(shè)計的原理時，已經(jīng)知道一個系統(tǒng)應(yīng)當由若干個模塊構(gòu)成。其目的是為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。模塊設(shè)計的準則不應(yīng)該是語句的多少，而應(yīng)當是模塊是否是一個獨立的功能。323扇出和扇入與深度和寬度由結(jié)構(gòu)圖的形態(tài)特征可以知道，一個系統(tǒng)的大小和系統(tǒng)的復(fù)雜程度在一定程度上可以用深度和寬度表示。大量的系統(tǒng)研究表明，認為高層模塊應(yīng)有較高的扇出，低層模塊特別是底層模塊應(yīng)有較高的扇入。扇入越大，表示該模塊被更多的上級模塊共享。多個扇入入口相同，這就避免了程序的重復(fù)，因此希望扇入高一點。但過多又可能是把許多不相關(guān)的功能硬湊在一起，形成通用模塊，這樣的模塊必然是低聚合的。334模塊的耦合耦合（Coupling）表示軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊彼此之間相互依賴（連接）的緊密程度，是衡量軟件模塊結(jié)構(gòu)質(zhì)量好壞的度量，是對模塊獨立性的直接衡量指標。耦合強弱取決于模塊間接口的復(fù)雜程度，進入或訪問一個模塊的點，以及通過接口的數(shù)據(jù)。344模塊的耦合1.數(shù)據(jù)耦合如果兩個模塊彼此間通過參數(shù)交換信息，而且交換的信息僅僅是數(shù)據(jù)，那么這種耦合稱為數(shù)據(jù)耦合。數(shù)據(jù)耦合是低耦合。系統(tǒng)中必須存在這種耦合，因為只有當某些模塊的輸出數(shù)據(jù)作為另一些模塊的輸入數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)才能完成有價值的功能。354模塊的耦合2.控制耦合如果傳遞的信息中有控制信息，則這種耦合稱為控制耦合?？刂岂詈鲜侵械瘸潭鹊鸟詈?，它增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度?？刂岂詈贤嵌嘤嗟?，在把模塊適當分解之后通常可以用數(shù)據(jù)耦合代替它。364模塊的耦合374模塊的耦合3.公共環(huán)境耦合當兩個或多個模塊通過一個公共數(shù)據(jù)環(huán)境相互作用時，它們之間的耦合稱為公共環(huán)境耦合（即公用耦合）。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。384模塊的耦合松散的公用耦合394模塊的耦合緊密的公用耦合404模塊的耦合（1）一個模塊往公共環(huán)境送數(shù)據(jù)，另一個模塊從公共環(huán)境取數(shù)據(jù)。這是數(shù)據(jù)耦合的一種形式，是比較松散的耦合。（2）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。414模塊的耦合4.內(nèi)容耦合最高程度的耦合是內(nèi)容耦合。424模塊的耦合（1）一個模塊訪問另一個模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)；（2）一個模塊不通過正常入口而轉(zhuǎn)到另一個模塊的內(nèi)部；（3）兩個模塊有一部分程度代碼重疊（只可能出現(xiàn)在匯編程序中）；（4）一個模塊有多個入口（這表明一個模塊有幾種功能）。434模塊的耦合應(yīng)該堅決避免使用內(nèi)容耦合。事實上許多高級程序設(shè)計語言已經(jīng)設(shè)計成不允許在程序中出現(xiàn)任何形式的內(nèi)容耦合?？傊?，耦合是影響模塊結(jié)構(gòu)和軟件復(fù)雜程度的一個重要因素，應(yīng)該采用如下設(shè)計原則：盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合，限制公共環(huán)境耦合，完全不用內(nèi)容耦合。445模塊的內(nèi)聚內(nèi)聚標志一個模塊內(nèi)各個元素彼此結(jié)合的緊密程度，它是信息隱蔽和局部化概念的自然擴展。簡單地說，理想內(nèi)聚的模塊只做一件事情。1.功能內(nèi)聚如果模塊內(nèi)所有處理元素屬于一個整體，完成一個單一的功能，則稱為功能內(nèi)聚。功能內(nèi)聚是最高程度的內(nèi)聚。455模塊的內(nèi)聚2.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，每一項功能有一個惟一的入口點。465模塊的內(nèi)聚3.通信內(nèi)聚如果一個模塊中所有處理元素都使用同一個輸入數(shù)據(jù)和（或）產(chǎn)生同一個輸出數(shù)據(jù)，稱為通信內(nèi)聚（CommunicationalCohesion）。通常，通信內(nèi)聚模塊是通過數(shù)據(jù)流圖來定義的。47485模塊的內(nèi)聚4.過程內(nèi)聚如果一個模塊內(nèi)部的處理元素是相關(guān)的，而且必須以特定次序執(zhí)行，則稱為過程內(nèi)聚。過程內(nèi)聚與順序內(nèi)聚的區(qū)別主要在于：順序內(nèi)聚中是數(shù)據(jù)流從一個處理元流到另一個處理元，而過程內(nèi)聚中是控制流從一個動作流向另一個動作。495模塊的內(nèi)聚5.邏輯內(nèi)聚如果一個模塊完成的任務(wù)在邏輯上屬于相同或相似的一類，稱為邏輯內(nèi)聚（LogicalCohesion）。505模塊的內(nèi)聚6.時間內(nèi)聚如果一個模塊包含的任務(wù)必須在同一段時間內(nèi)執(zhí)行，就叫時間內(nèi)聚。時間內(nèi)聚又稱為經(jīng)典內(nèi)聚。這種模塊大多為多功能模塊，但模塊的各個功能的執(zhí)行與時間有關(guān)，通常要求所有功能必須在同一時間段內(nèi)執(zhí)行。例如初始化模塊和終止模塊515模塊的內(nèi)聚7.偶然內(nèi)聚如果一個模塊完成一組任務(wù)，這些任務(wù)彼此間即使有關(guān)系，關(guān)系也是很松散的，就叫做偶然內(nèi)聚。526結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般準則1.模塊獨立性準則（1）如果若干模塊之間耦合強度過高，每個模塊內(nèi)功能不復(fù)雜，可將它們合并，以減少信息的傳遞和公共區(qū)的引用。（2）若有多個相關(guān)模塊，應(yīng)對它們的功能進行分析，消去重復(fù)功能。536結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般準則2.軟件結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征準則軟件結(jié)構(gòu)的深度、寬度、扇入及扇出應(yīng)適當。3.模塊的大小準則在考慮模塊獨立性的同時，為了增加可理解性，模塊的大小最好在50～150條語句左右，可以用1～2頁打印紙打印，便于人們閱讀與研究。546結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般準則4.模塊的接口準則模塊的接口要簡單、清晰及含義明確，便于理解，易于實現(xiàn)、測試與維護。模塊接口的復(fù)雜性是軟件發(fā)生錯誤的一個重要原因。因此，設(shè)計模塊接口時，應(yīng)盡量使傳遞的信息簡單并與模塊的功能一致。557模塊的作用域與控制域一個模塊的作用范圍應(yīng)在其控制范疇之內(nèi)，且條件判定所在的模塊應(yīng)與受影響的模塊在層次上盡量靠近。如果在設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)模塊作用范圍不在其控制范圍之內(nèi)，可用以下方法加以改進：（1）上移判斷點。使該判斷的層次升高，以擴大它的控制范圍。（2）下移受判斷影響的模塊。將受判斷影響的模塊下移到判斷所在模塊的控制范圍內(nèi)。8.設(shè)計目的軟件體系結(jié)構(gòu)建模的目的：

a.捕獲早期的設(shè)計決策。設(shè)計決策將影響到后續(xù)設(shè)計、開發(fā)、部署、維護和演變。

b.捕獲軟件運行環(huán)境。

c.為底層實現(xiàn)提供限制條件。

d.為開發(fā)團隊的結(jié)構(gòu)組成提供依據(jù)。

e.設(shè)計系統(tǒng)滿足可靠性、可維護性、其他性能等。

f.方便開發(fā)團隊間的交流。56軟件體系結(jié)構(gòu)應(yīng)描述以下問題：

a.軟件系統(tǒng)中包含了哪些子系統(tǒng)/部件。

b.每個子系統(tǒng)/部件都完成哪些功能。

c.子系統(tǒng)/部件對外提供或使用外部的哪些接口。

e.子系統(tǒng)/部件間的依賴關(guān)系，以及對實現(xiàn)和測試的影響。

f.系統(tǒng)是如何部署的。軟件體系結(jié)構(gòu)不包括硬件、網(wǎng)格以及物理平臺的設(shè)計。軟件架構(gòu)只描述創(chuàng)建軟件所需要的各種環(huán)境，而不是詳細描述整個系統(tǒng)。579.軟件體系結(jié)構(gòu)模式

定義1：模式(pattern)是表示周境、動機、解決方案三個方面關(guān)系的一個規(guī)則，模式描述了一個在某種周境下不斷重復(fù)發(fā)生的問題，以及該問題解決方案的核心所在，模式既是一個事物（thing）又是一個過程(process)，不僅描述該事物本身，而且提出了通過怎樣的過程來產(chǎn)生該事物。定義2：模式就是解決某一類問題的方法論。你把解決某類問題的方法總結(jié)歸納到理論高度，那就是模式。

58模式1：數(shù)據(jù)流模式

數(shù)據(jù)流系統(tǒng)的特點是包含兩個或多個數(shù)據(jù)處理的部件，數(shù)據(jù)處理部件將輸入轉(zhuǎn)換為輸出。典型的數(shù)據(jù)流系統(tǒng)包括：

a.批處理程序

b.管道/過濾器程序數(shù)據(jù)處理部件以順序的方式依次處理數(shù)據(jù)，前一個處理部件的輸出作為下一個處理部件的輸入。這種形式也稱為管道，如圖所示。59數(shù)據(jù)流模式數(shù)據(jù)處理1數(shù)據(jù)處理2數(shù)據(jù)處理3數(shù)據(jù)處理1子處理B子處理A60模式2：調(diào)用返回模式

調(diào)用返回系統(tǒng)的特點是包含一個主控制器，由它來控制操作的調(diào)用。典型的調(diào)用返回系統(tǒng)包括：

a.主程序/子程序

b.遠程過程調(diào)用系統(tǒng)主程序/子程序系統(tǒng)是經(jīng)典的系統(tǒng)架構(gòu)，例如C程序和C++程序都有一個主程序來控制系統(tǒng)的執(zhí)行，如圖6-4所示。61調(diào)用返回模式主程序子程序1子程序2子程序362模式3：虛擬機模式

虛擬機系統(tǒng)執(zhí)行規(guī)定的語言符號，為其它的技術(shù)提供一個語義層。虛擬機結(jié)構(gòu)通常由四個主要部件組成：解釋引擎、包含“偽程序”的內(nèi)存、解釋引擎控制狀態(tài)、程序的執(zhí)行狀態(tài)。典型的虛擬機系統(tǒng)包括：

a.工作流系統(tǒng)

b.游戲程序

c.大型ERP63模式4：共享數(shù)據(jù)模式

共享數(shù)據(jù)系統(tǒng)以一個或多個數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)倉庫為中心進行組織，其它部件可以從中讀寫存儲的數(shù)據(jù)。共享數(shù)據(jù)系統(tǒng)還提供并發(fā)訪問、容錯處理、訪問權(quán)限控制等功能。典型的共享數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括：

a.數(shù)據(jù)庫

b.知識庫

c.源代碼控制程序64模式5：信息系統(tǒng)模式

現(xiàn)代信息系統(tǒng)平臺模式，主要考慮B/S模式。

B/S模式的三層：表示層（presentation），業(yè)務(wù)層（business），和數(shù)據(jù)存儲層（dataaccess）。

B/S模式的優(yōu)點：

a.架構(gòu)簡化了客戶端。它無需象C/S模式那樣在不同的客戶機上安裝不同的客戶應(yīng)用程序，而只需安裝通用的瀏覽器軟件。

b.簡化了系統(tǒng)的開發(fā)和維護。

c.使用戶的操作變得更簡單。

d.特別適用于網(wǎng)上信息發(fā)布。65模式6：數(shù)據(jù)庫設(shè)計模式第三者插足模式。列變行模式。四個原子化模式。用視圖進行數(shù)據(jù)處理模式。666.4軟件詳細設(shè)計

軟件詳細設(shè)計，又稱為軟件實現(xiàn)設(shè)計。若在概要設(shè)計中將軟件系統(tǒng)劃分為各個不同的子系統(tǒng)，則詳細設(shè)計就是各個子系統(tǒng)的實現(xiàn)設(shè)計。若在概要設(shè)計中將軟件系統(tǒng)劃分為各個不同的模塊，則詳細設(shè)計就是各個模塊的實現(xiàn)設(shè)計。若在概要設(shè)計中將軟件系統(tǒng)劃分為各個不同的部件，則詳細設(shè)計就是各個部件的實現(xiàn)設(shè)計。本節(jié)分別介紹面向過程、面向數(shù)據(jù)和面向?qū)ο笕N詳細設(shè)計方法，重點是說明這三種詳細設(shè)計方法的實質(zhì)、各自的描述工具及其相互之間的關(guān)系。67詳細設(shè)計的任務(wù)與步驟1.基本任務(wù)

回答的關(guān)鍵問題：“怎樣具體地實現(xiàn)這個系統(tǒng)”。主要任務(wù)是設(shè)計出程序的“藍圖”,供程序員日后根據(jù)這個藍圖編寫出實際的程序代碼。

2.基本步驟

a.確定模塊如何實現(xiàn)

b.編寫詳細設(shè)計說明書

c.制定單元測試計劃

d.評審詳細設(shè)計686.4.1面向過程詳細設(shè)計

面向過程詳細設(shè)計，實質(zhì)上就是面向算法分析設(shè)計，是其他各種詳細設(shè)計的基礎(chǔ)。一般而言，面向過程詳細設(shè)計的描述工具有下列四種：1.流程圖(Flowchart)

流程圖是用圖形化的方式，表示程序中一系列的操作以及操作執(zhí)行的順序，其表示元數(shù)如表6-2所示。69流程圖(Flowchart)名稱圖例說明終結(jié)符

表示流程的開始和結(jié)束(數(shù)據(jù)源/潭)處理

表示程序的計算步驟或處理過程(具體算法)，在方框內(nèi)填寫處理的名稱或程序語句判斷

表示邏輯判斷或分支，用于決定執(zhí)行后續(xù)的路徑，在菱形框內(nèi)填寫判斷的條件輸入/輸出

獲取待處理的信息（輸入），記錄或顯示已處理的信息（輸出）連線

連接其它的符號，表示執(zhí)行順序或數(shù)據(jù)流向70【例7-1】使用流程圖，描述并打印N的階乘，如圖6-6所示。712.N-S圖(Nassi-SchneidermanDiagram)N-S圖是流程圖的另一種表達形式，由Nassi和Schneiderman提出，簡稱N-S圖。與流程圖對應(yīng)的三種結(jié)構(gòu)(順序、分支、循環(huán))，用圖形表示。如圖7-7所示。723.程序設(shè)計語言PDL

程序設(shè)計語言也稱結(jié)構(gòu)化英語或偽代碼，它使用結(jié)構(gòu)化編程語言的風格描述程序算法，但不遵循特定編程語言的語法。程序設(shè)計語言允許你在比源代碼更高的層次上進行設(shè)計。

【例7-3】使用程序設(shè)計語言描述打印N的階乘 讀入N

置F的值為1，置M的值為1

當M<=N時，執(zhí)行： 使F=F*M

使M=M+1

打印F734.決策表(DT)

決策表以緊湊的形式描述復(fù)雜的邏輯。決策表與if-else、switch-case語句類似，將條件判斷與執(zhí)行的動作聯(lián)系起來。決策表通常分成四個區(qū)域，如右圖6-9所示。條件條件選擇動作動作選擇74【例7-4】條件對應(yīng)于一個變量、關(guān)系或預(yù)測，其可能的組合在條件選擇中列出。動作是一個函數(shù)或操作。動作選擇當條件滿足時所執(zhí)行的動作，如右圖6-10所示。條件不能打印√√√√紅燈閃√√√√不能識別打印機√√√√動作檢查電源線√檢查打印機數(shù)據(jù)線√√檢查是否安裝驅(qū)動程序√√√√檢查墨盒√√√√檢查是否卡紙√√755.日本的PADPAD是問題分析圖（ProblemAnalysisDiagram）的英文縮寫，由日立公司發(fā)明，已經(jīng)得到推廣。

PAD圖有以下優(yōu)點：

a.使用PAD圖設(shè)計出來的程序必然是結(jié)構(gòu)化的程序；

b.PAD圖所描述的程序結(jié)構(gòu)非常清晰；

c.PAD圖表現(xiàn)的程序邏輯易讀、易懂、易記；

d.容易將PAD圖轉(zhuǎn)換成程序；

e.PAD圖還可以描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

f.PAD圖支持自頂向下、逐步求精方法的使用。76776.4.2面向數(shù)據(jù)詳細設(shè)計

面向數(shù)據(jù)設(shè)計，它以實體--關(guān)系模型為基礎(chǔ)，按照一定的規(guī)則將概念數(shù)據(jù)模型CDM轉(zhuǎn)換成能被某種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接受的物理數(shù)據(jù)模型PDM，創(chuàng)建物理上的數(shù)據(jù)庫表、索引和視圖，并且用存儲過程和觸發(fā)器來實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)規(guī)則。實踐證明，凡是用存儲過程能實現(xiàn)觸發(fā)器功能的地方，就堅決用存儲過程，而不用觸發(fā)器，因為過多的觸發(fā)器不但影響數(shù)據(jù)庫的運行性能，而且可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)崩潰。78面向數(shù)據(jù)詳細設(shè)計

面向數(shù)據(jù)詳細設(shè)計，實質(zhì)上就是面向元數(shù)據(jù)詳細設(shè)計。元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫中的重要概念，元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，領(lǐng)導(dǎo)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。在詳細設(shè)計時，對于這些元數(shù)據(jù)，都要用圖形、數(shù)據(jù)字典或文字進行詳細描述。對存儲過程中的算法，也要進行詳細設(shè)計。因此，面向數(shù)據(jù)詳細設(shè)計的描述工具，主要是概念數(shù)據(jù)模型CDM、物理數(shù)據(jù)模型PDM和存儲過程。80%以上的工作，可以在CDM上完成。7980面向數(shù)據(jù)詳細設(shè)計

在圖中，需要說明2點。（1）圖書與圖冊關(guān)系的理解與處理。實體“圖書”與實體“圖冊”之間的關(guān)系，是一對多關(guān)系。這種處理的好處是：讀者預(yù)借或者借閱，只是直接與圖冊打交道，而不直接與圖書打交道，從而防止了極少數(shù)讀者將別人的圖冊偷來冒稱自已的圖冊還書。（2）多對多關(guān)系的理解與處理。實體“讀者”與實體“圖冊”之間的關(guān)系，是多對多關(guān)系，這種多對多的復(fù)雜關(guān)系，是通過兩個實體“預(yù)約記錄”和“借閱記錄”來簡化的。而實體“圖書”與實體“作者”之間的多對多關(guān)系，是通過實體“圖書作者”來簡化的。81面向數(shù)據(jù)詳細設(shè)計

由于CASE工具PowerDesigner具有正向和逆向的雙向功能，所以既可以從CDM生成PDM，又可以從PDM生成CDM。由此可見，數(shù)據(jù)模型設(shè)計，也可以從PDM開始進行。在詳細設(shè)計時，對于圖中物理數(shù)據(jù)模型中的表名和字段名，以及在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的索引名、視圖名、存儲過程名都要進行詳細定義與解釋，對存儲過程中的算法也要具體說明。同時，還要對數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的錄入界面及輸出報表之間的關(guān)系，作出詳盡的描述。8283846.4.3面向?qū)ο笤敿氃O(shè)計（專開一章）

軟件系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計完成后，利用UML的描述工具：類圖、順序圖、狀態(tài)圖、部件圖、部署圖，分別將架構(gòu)中的部件(組件/構(gòu)件)進行實現(xiàn)設(shè)計，直到可以編程為止；在實現(xiàn)設(shè)計中，對類類的屬性定義、類的方法算法、接口說明、接口實現(xiàn)、類之間的關(guān)系、對象與消息之間的關(guān)系、實體之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，均要詳細說清楚。85*6.4.4軟件詳細設(shè)計方法總結(jié)

運用詳細設(shè)計的描述工具，將架構(gòu)內(nèi)的構(gòu)件，設(shè)計成編程實現(xiàn)的蘭圖，就是詳情設(shè)計。對于B/S的系統(tǒng)，“面向數(shù)據(jù)方法用在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器層次上系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，面向?qū)ο蠓椒ㄓ迷诔龜?shù)據(jù)庫服務(wù)器層次之外的其他層次上系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，面向過程方法用在其他兩種方法本身內(nèi)部函數(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)”。這三種方法是互相幫助、取長補短、彼此有關(guān)的。一般而言，對于一個大型信息系統(tǒng)的建設(shè)，由于其分析、設(shè)計、實現(xiàn)、測試、維護的重點是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，所以在實施的過程中，在宏觀上仍然要遵守“五個面向”的實施理論，即：“面向流程分析、面向數(shù)據(jù)設(shè)計、面向?qū)ο髮崿F(xiàn)、面向功能測試、面向過程管理”。86*6.5軟件屬性和度量

6.5.1設(shè)計屬性

軟件架構(gòu)的設(shè)計屬性，表現(xiàn)在它們的可用性和可管理性上。1．可用性可用性是系統(tǒng)正常運行時間的概率，即：可用性=平均正常工作時間/（平均正常工作時間+平均修復(fù)時間）87影響可用性的因素不充分的測試。更改管理問題。缺少在線監(jiān)視和分析。操作錯誤。弱編碼。與外部服務(wù)或應(yīng)用程序的交互。不同的操作條件（使用級別更改、峰值重載）。異常事件（安全性失敗、廣播風暴）。硬件故障（硬盤、控制器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、電源、內(nèi)存和CPU）。環(huán)境問題（電源、冷卻、火、洪水、灰塵、自然災(zāi)害）。88提高可用性的辦法

(1)使用群集。集群包括至少將兩個系統(tǒng)連接到一起，使兩個服務(wù)器能夠像一臺機器那樣工作或者看起來好像一臺機器。

集集是高可用性的關(guān)鍵技術(shù)，因為它在出現(xiàn)失敗時，提供即時故障轉(zhuǎn)移應(yīng)用程序服務(wù)。

(2)使用網(wǎng)絡(luò)負載平衡?！熬W(wǎng)絡(luò)負載平衡”(NLB)，它通過檢測某服務(wù)器失敗后，能自動將通信量重新分發(fā)給仍然運行的服務(wù)器。89提高可用性的辦法(續(xù))

(3)使用服務(wù)級別協(xié)議。定義期望的服務(wù)級別。這樣的服務(wù)級別協(xié)議應(yīng)包括這樣的細節(jié)：“該應(yīng)用程序應(yīng)每周7天、每天24小時運行，年可用性為99.9%”。

(4)提供實時的監(jiān)視。連續(xù)監(jiān)視操作工作負荷和失敗數(shù)據(jù)，對于發(fā)現(xiàn)趨勢和改善服務(wù)至關(guān)重要。

(5)使用數(shù)據(jù)備份。

(6)檢查所有安全計劃。安全性是指確保應(yīng)用程序服務(wù)只對有資格的用戶可用。安全性還意味著保護應(yīng)用程序使用的所有分布式組件和資源。902.可管理性

（1）可靠性軟件可靠性是指應(yīng)用程序能在多大程度上，在不發(fā)生失敗的情況下，準確地提供在原始規(guī)范中定義的服務(wù)：

可靠性=

小時數(shù)/失敗次數(shù)例如，假設(shè)預(yù)期應(yīng)用程序提供的可靠性為：每天24小時操作，每30天發(fā)生一次失敗（大約每720小時失敗一次）。測試表明應(yīng)用程序運行1800小時中發(fā)生兩次失敗，所以，可靠性=1800/2=900小時軟件可靠性的一個重要概念，是當軟件發(fā)生失敗時，軟件仍可用并繼續(xù)執(zhí)行的程度。912.可管理性(續(xù))

(2)可維護性

可移植性：軟件系統(tǒng)能否在不同的硬件、操作系統(tǒng)上運行。

可修改性：添加新功能或修改現(xiàn)有功能的難易程度。可修改性差的系統(tǒng)有以下表現(xiàn)：

a.脆弱。修改脆弱的軟件系統(tǒng)將破壞現(xiàn)有的功能。

b.僵化。軟件系統(tǒng)難以用簡單的方式進行修改。

c.重復(fù)。重復(fù)代碼散布各個角落，使之難于修改。

易理解性：只有理解原有的系統(tǒng)才能對它進行修改?？烧{(diào)試性：支持多級的在線調(diào)試。922.可管理性(續(xù))(3)其它屬性

文化適應(yīng)性：是否提供多語言版本支持，提供對不同文件差異的支持。

可測試性：軟件可以有效的測試。

易用性：提供友好的人機界面。

危險性：系統(tǒng)對現(xiàn)實世界不會帶來災(zāi)難。936.5.2設(shè)計度量

設(shè)計度量是指評估和量化軟件設(shè)計的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量等方面的屬性，用于項目的質(zhì)量控制和進度控制。1.面向過程設(shè)計的度量

(1)內(nèi)聚度量利用數(shù)據(jù)切片對功能內(nèi)聚進行度量。內(nèi)聚度量SFC則是超級膠合數(shù)據(jù)與所有數(shù)據(jù)的比值：

SFC的值越大，內(nèi)聚程度越高。94參數(shù)及符號說明：SFC：strongfunctionalcohesion(強功能性內(nèi)聚)P：procedureSA：sliceabstraction(切片抽取)SG(SA(p))：(表示位于所有SA(p)數(shù)據(jù)切片上的數(shù)據(jù)符號集合)Tockens(p)：表示過程p的數(shù)據(jù)符號集合。951.面向過程設(shè)計的度量(續(xù))(2)耦合度量耦合度F反映了模塊與模塊之間、模塊與全局數(shù)據(jù)之間、模塊與環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)，F(xiàn)的值越大，耦合度越高。計算公式為：

F=1/(i1+q1i2+u1+q2u2+g1+q3g2+w+r)其中：

i1=輸入數(shù)據(jù)參數(shù)的個數(shù)

i2=輸入控制參數(shù)的個數(shù)

u1=輸出數(shù)據(jù)參數(shù)的個數(shù)

u2=輸出控制參數(shù)的個數(shù)

g1=全局變量用于數(shù)據(jù)的個數(shù)

g2=全局變量用于控制的個數(shù)

w=被調(diào)用模塊的個數(shù)

r=調(diào)用該模塊的模塊個數(shù)

q1,q2,q3=2961.面向過程設(shè)計的度量(續(xù))(3)復(fù)雜度度量程序復(fù)雜度反映出其可靠性和可維護性，從復(fù)雜度的分析中可以找到系統(tǒng)潛在的不可靠的區(qū)域。復(fù)雜度與程序的大小無關(guān)，只取決于程序的判斷分支結(jié)構(gòu)。從圖論出發(fā)，復(fù)雜度度量公式為：

v=e-n+2p其中：

e=圖形頂點數(shù)

n=邊數(shù)

p=相連部件的數(shù)量972.面向?qū)ο笤O(shè)計的度量

目前廣泛被采用的面向?qū)ο蟮亩攘繕藴?，是由Chidamber和Kemerer提出的，簡稱為CK度量套件。CK度量套件中提出了6個設(shè)計度量：度量1：每個類的加權(quán)方法（WeightedMethodsPerClass，WMC）設(shè)M1，…，Mn是類C的方法，并且M1，…，Mn的復(fù)雜度分別為C1，…，Cn。那么982.面向?qū)ο笤O(shè)計的度量(續(xù))

度量2：繼承樹的深度（DepthofInheritanceTree，DIT）指一個類到根類的深度，如果涉及多重繼承，取深度的最大值。DIT值反映了一個類受其父類的影響程度的大小。一個類的DIT值越大，它所繼承的方法越大，要預(yù)測它的行為越困難。度量3：子類數(shù)量（NumberofChildren，NOC）

NOC指一個類的直接子類的數(shù)量。一個類的子類越多，其復(fù)用性越高。NOC值越大，該類的被正確抽象的可能性越低，對子類的影響就越大，需要對該類進行更多的測試。992.面向?qū)ο笤O(shè)計的度量(續(xù))

度量4：對象類間的耦合（Couplingbetweenobjectclasses，CBO）

CBO指與一個類相耦合的類的數(shù)量。類間耦合越高，其模塊化程度和復(fù)用性越差。一個類的CBO值越大，對設(shè)計的其它部分的更改越敏感，其可維護性越差，需要進行的測試更多。度量5：類的響應(yīng)（ResponseForaClass，RFC）

RFC指一個類的消息響應(yīng)集合的勢。一個類的消息響應(yīng)集合是指當一個類的對象接收到一個消息時，可能會被執(zhí)行的方法的集合。RFC值越大，類的復(fù)雜度越高，測試和調(diào)試工作量越大。1002.面向?qū)ο笤O(shè)計的度量(續(xù))

度量6：方法中缺少內(nèi)聚(LackofCohesioninMethods，LCOM）一個類具有相似的方法越多，類的內(nèi)聚性越高，其封裝性越好。當一個類內(nèi)聚性低時，應(yīng)該將該類分割成多個子類。1013.面向數(shù)據(jù)設(shè)計的度量

度量1：復(fù)雜關(guān)系(多對多關(guān)系)的個數(shù)r。設(shè)法將復(fù)雜關(guān)系(多對多)轉(zhuǎn)化為簡單關(guān)系(一對多)；度量2：基本表的個數(shù)t。若基本表的個數(shù)太多，則說明數(shù)據(jù)集成度差。若基本表個數(shù)太少，則可能要進行列變行；度量3：字段(數(shù)據(jù)項)的個數(shù)f。若字段的個數(shù)太多，則說明可能存在冗余。若字段個數(shù)太少，則可能要進一步將屬性原子化；度量4：基