第4章-概要設(shè)計

概要設(shè)計第4章本章要點

掌握軟件設(shè)計的概念與原則；理解軟件設(shè)計的任務(wù)；

掌握概要設(shè)計的內(nèi)容與步驟；掌握結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法；了解概要設(shè)計說明書的內(nèi)容。概要設(shè)計第4章項目任務(wù)了解瑞天圖書管理系統(tǒng)的開發(fā)與運行環(huán)境

；認真分析瑞天圖書系統(tǒng)的程序界面，研究各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與書籍借出、歸還、預(yù)借和續(xù)借等操作之間的關(guān)系，確定擬開發(fā)的圖書管理系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)

；運用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法完成圖書管理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

；編寫圖書管理系統(tǒng)軟件概要設(shè)計說明書

。4.1軟件設(shè)計概述第4章軟件設(shè)計是軟件工程的重要階段，是一個將軟件需求轉(zhuǎn)換為軟件表示的過程。軟件設(shè)計的基本目標是用比較抽象概括的方式確定目標系統(tǒng)如何完成預(yù)定的任務(wù)，即確定系統(tǒng)的物理模型，解決軟件系統(tǒng)“怎么做”的問題。軟件設(shè)計不同于程序設(shè)計，程序設(shè)計是軟件設(shè)計的編碼實現(xiàn)過程。軟件設(shè)計的重要性有以下幾點：（1）軟件開發(fā)階段（設(shè)計、編碼、測試）占據(jù)軟件項目開發(fā)總成本絕大部分，是在軟件開發(fā)中形成質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。（2）軟件設(shè)計是開發(fā)階段最重要的步驟，是將用戶需求準確地轉(zhuǎn)化為最終的軟件產(chǎn)品的唯一途徑。（3）軟件設(shè)計作出的決策，最終將直接影響軟件實現(xiàn)的成敗。（4）軟件設(shè)計是軟件工程和軟件維護的基礎(chǔ)。4.1.1軟件設(shè)計的概念與重要性4.1軟件設(shè)計概述第4章從工程管理的角度來看，可以將軟件設(shè)計分為兩個階段：概要設(shè)計（又稱總體設(shè)計）階段和詳細設(shè)計（又稱過程設(shè)計）階段。概要設(shè)計階段得到軟件系統(tǒng)的基本框架，詳細設(shè)計階段明確系統(tǒng)內(nèi)部的實現(xiàn)細節(jié)。4.1.2軟件設(shè)計的任務(wù)4.2概要設(shè)計的任務(wù)與步驟第4章概要設(shè)計的基本任務(wù)是：（1）設(shè)計軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫設(shè)計；（3）編寫概要設(shè)計文檔；（4）評審概要設(shè)計文檔。4.2.1概要設(shè)計的任務(wù)4.2概要設(shè)計的任務(wù)與步驟第4章概要設(shè)計的一般步驟如下：1.選定體系結(jié)構(gòu)2.確定設(shè)計方案3.設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)4.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫設(shè)計5.制訂測試計劃6.編寫概要設(shè)計文檔7.概要設(shè)計文檔評審4.2.2概要設(shè)計的步驟4.3概要設(shè)計的原則第4章1.模塊化模塊化是“分而治之”策略的具體表現(xiàn)。模塊化就是將整體軟件劃分成獨立命名且可獨立訪問的模塊，不同的模塊通常具有不同的功能或職責。每個模塊可獨立地開發(fā)、測試，最后組裝成完整的軟件。在結(jié)構(gòu)化方法中，函數(shù)、過程和子程序等都可作為模塊；在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，對象、對象?nèi)的方法也是模塊。模塊是構(gòu)成軟件的基本構(gòu)件。4.3概要設(shè)計的原則第4章2.抽象與分解抽象是指忽視一個主題中與當前目標無關(guān)的方面，以便更充分地注意與當前目標有關(guān)的方面。抽象可以分成若干級別，級別越高，細節(jié)越少。其實整個軟件的開發(fā)過程就是一個從抽象到具體的過程：需求分析時，使用問題域語言來概括性地描述解決方案，抽象級別最高；軟件設(shè)計時，同時使用面向問題域和面向?qū)崿F(xiàn)的兩種術(shù)語描述解決方案，抽象級別次之；在編碼時，使用直接實現(xiàn)的方式（源程序代碼）來描述解決方案，抽象級別最低。在軟件設(shè)計中，過程抽象和數(shù)據(jù)抽象是兩種常用的抽象手段。4.3概要設(shè)計的原則第4章3.信息隱蔽和局部化信息隱蔽是指模塊所包含的信息，不允許其他不需要這些信息的模塊訪問，獨立的模塊間僅僅交換為完成系統(tǒng)功能而必須交換的信息。信息隱蔽的目的是提高模塊的獨立性，減少修改或維護時的影響面。局部化就是把關(guān)系密切的軟件元素物理地放得彼此靠近。其優(yōu)點是可維護性、可靠性和可理解性好。4.模塊獨立性模塊獨立性概括了把軟件劃分為模塊時要遵守的準則，也是判斷模塊構(gòu)造是否合理的標準。模塊獨立性好的軟件接口簡單、容易開發(fā)，獨立的模塊也容易測試和維護。因此，模塊獨立性是軟件質(zhì)量的關(guān)鍵。4.3概要設(shè)計的原則第4章5.復(fù)用性設(shè)計復(fù)用是指同一事物不做修改或稍加修改就可以多次重復(fù)使用。將復(fù)用思想用于軟件開發(fā)稱為軟件復(fù)用，將軟件的重用部分稱為軟構(gòu)件。也就是說，在構(gòu)造軟件系統(tǒng)時不必從零做起，可通過直接使用或加以修改已有軟構(gòu)件來組裝成新系統(tǒng)。軟件復(fù)用可提高軟件的生產(chǎn)率。由于軟構(gòu)件是經(jīng)過反復(fù)使用驗證的，自身具有較高的質(zhì)量，因此由軟構(gòu)件組成的新系統(tǒng)也具有較高的質(zhì)量。軟件復(fù)用并不局限于軟件代碼，其范圍也可擴展到軟件開發(fā)各個階段，包括需求模型和規(guī)格說明、設(shè)計模型、文檔、測試用例等。4.4模塊的獨立性第4章模塊獨立性是指軟件系統(tǒng)中每個模塊只涉及軟件要求的具體的子功能，而與軟件系統(tǒng)中其他模塊的接口是簡單的。模塊獨立性取決于模塊的內(nèi)部和外部特征。一般用耦合和內(nèi)聚兩個定性的指標來度量。耦合是模塊之間相互依賴的緊密程度的度量，內(nèi)聚是一個模塊內(nèi)部各個元素之間彼此結(jié)合的緊密程度的度量。一個模塊內(nèi)部各個元素之間的聯(lián)系越緊密，則模塊的內(nèi)聚度就越高，相對地，它與其他模塊之間的耦合就越低，模塊的獨立性就越強。一個優(yōu)秀的軟件設(shè)計，應(yīng)盡量做到高內(nèi)聚、低耦合，從而提高模塊的獨立性。4.4模塊的獨立性第4章耦合是模塊之間相互連接的緊密程度的度量。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)。模塊之間的連接越緊密，聯(lián)系越多，耦合性就越高，而其模塊獨立性就越弱。通常希望一個軟件系統(tǒng)具有較低的耦合性。4.4.1耦合性（Coupling）4.4模塊的獨立性第4章1.非直接耦合兩個模塊間沒有直接關(guān)系，它們之間的聯(lián)系完全是通過主模塊的控制和調(diào)用來實現(xiàn)的。耦合度最弱，模塊獨立性最強。2.數(shù)據(jù)耦合調(diào)用模塊和被調(diào)用模塊之間只傳遞簡單的數(shù)據(jù)項參數(shù)。相當于高級語言中的值傳遞。4.4.1耦合性（Coupling）4.4模塊的獨立性第4章3.標記耦合調(diào)用模塊和被調(diào)用模塊之間傳遞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而不是簡單數(shù)據(jù)。也稱特征耦合。標記耦合的模塊間傳遞的不是簡單變量，而是像高級語言中的數(shù)組名、記錄名和文件名等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些名字即為標記，其實傳遞的是地址。4.4.1耦合性（Coupling）4.4模塊的獨立性第4章4.控制耦合模塊之間傳遞的不是數(shù)據(jù)信息，而是控制信息如標志、開關(guān)量，一個模塊控制了另一模塊的功能。4.4.1耦合性（Coupling）4.4模塊的獨立性第4章5.外部耦合一組模塊都訪問同一全局簡單變量，而且不通過參數(shù)表傳遞該全局變量的信息，則稱之為外部耦合。6.公共耦合若一組模塊都訪問同一全局數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則稱之為公共耦合。公共數(shù)據(jù)環(huán)境可以是全局數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、共享的通信區(qū)、內(nèi)存的公共覆蓋區(qū)等。如果模塊只是向公共數(shù)據(jù)環(huán)境輸入數(shù)據(jù)，或是只從公共數(shù)據(jù)環(huán)境取出數(shù)據(jù)，這屬于比較松散的公共耦合；如果模塊既向公共數(shù)據(jù)環(huán)境輸入數(shù)據(jù)又從公共數(shù)據(jù)環(huán)境取出數(shù)據(jù)，這屬于較緊密的公共耦合。4.4.1耦合性（Coupling）4.4模塊的獨立性第4章7.內(nèi)容耦合一個模塊直接訪問另一模塊的內(nèi)容，則稱這兩個模塊為內(nèi)容耦合。若在程序中出現(xiàn)下列情況之一，則說明兩個模塊之間發(fā)生了內(nèi)容耦合：（1）一個模塊直接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直接轉(zhuǎn)入到另一個模塊的內(nèi)部;（3）兩個模塊有一部分代碼重疊（該部分代碼具有一定的獨立功能）;（4）一個模塊有多個入口。4.4.1耦合性（Coupling）4.4模塊的獨立性第4章一個模塊內(nèi)各個元素彼此結(jié)合的緊密程度用內(nèi)聚（或稱聚合）來度量。一個理想的模塊只完成一個功能，模塊設(shè)計的目標之一是盡可能高內(nèi)聚。4.4.2內(nèi)聚性（Cohesion）4.4模塊的獨立性第4章1.偶然內(nèi)聚一個模塊內(nèi)的各處理元素之間沒有任何聯(lián)系，只是偶然地被湊到一起。這種模塊也稱巧合內(nèi)聚，內(nèi)聚程度最低。4.4.2內(nèi)聚性（Cohesion）4.4模塊的獨立性第4章2.邏輯內(nèi)聚指模塊內(nèi)執(zhí)行幾個邏輯上相關(guān)的功能，通過參數(shù)確定該模塊完成哪一個功能。4.4.2內(nèi)聚性（Cohesion）4.4模塊的獨立性第4章3.時間內(nèi)聚把需要同時或順序執(zhí)行的動作組合在一起形成的模塊。時間內(nèi)聚模塊中的功能元素只因時間因素關(guān)聯(lián)在一起，各元素之間沒有共用數(shù)據(jù)，而且一般情況下各部分可以以任意次序執(zhí)行。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。4.4.2內(nèi)聚性（Cohesion）4.4模塊的獨立性第4章5.通信內(nèi)聚指模塊內(nèi)所有處理功能都通過公用數(shù)據(jù)而發(fā)生關(guān)系。即模塊內(nèi)各個組成部分都使用相同的輸入數(shù)據(jù)或產(chǎn)生相同的輸出結(jié)果。4.4.2內(nèi)聚性（Cohesion）4.4模塊的獨立性第4章6.順序內(nèi)聚指一個模塊中各個處理元素和同一個功能密切相關(guān)，而且這些處理必須順序執(zhí)行，通常前一個處理元素的輸出是后一個處理元素的輸入。順序內(nèi)聚的內(nèi)聚度比較高，但缺點是不如功能內(nèi)聚易于維護。7.功能內(nèi)聚指模塊內(nèi)所有元素的各個組成部分全部都為完成同一個功能而存在，共同完成一個單一的功能，模塊已不可再分。即模塊僅包括為完成某個功能所必須的所有成分，這些成分緊密聯(lián)系、缺一不可。4.4.2內(nèi)聚性（Cohesion）4.4模塊的獨立性第4章1.模塊功能的完善化2.消除重復(fù)功能，改善軟件結(jié)構(gòu)3.模塊規(guī)模應(yīng)該適中4.模塊的深度、寬度、扇出和扇入都應(yīng)適當5.模塊的作用范圍應(yīng)該在控制范圍之內(nèi)6.力爭降低模塊接口的復(fù)雜程度7.設(shè)計單入口、單出口的模塊8.模塊功能應(yīng)該可以預(yù)測4.4.2軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化準則4.5軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計的圖形工具第4章層次圖（Hierarchy）也稱H圖，用于表示軟件的層次結(jié)構(gòu)，特別適合于在自頂向下設(shè)計時使用。4.5.1層次圖4.5軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計的圖形工具第4章IPO圖是輸入/處理/輸出圖（InputProcessOutput），其基本形式是三個方框，左邊方框列出所有的輸入數(shù)據(jù)，中間框列出主要的處理，右邊框列出輸出數(shù)據(jù)。4.5.2IPO圖4.5軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計的圖形工具第4章模塊結(jié)構(gòu)圖（StructureChart，SC圖）用于表示軟件系統(tǒng)的層次分解關(guān)系、模塊調(diào)用關(guān)系、模塊之間數(shù)據(jù)流和控制信息流的傳遞關(guān)系，是描述軟件系統(tǒng)物理模型、進行概要設(shè)計的主要工具，也是軟件文檔的一部分。4.5.3結(jié)構(gòu)圖4.6結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法第4章結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法是面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法，它以數(shù)據(jù)流圖為基礎(chǔ)，定義了將數(shù)據(jù)流圖映射為軟件結(jié)構(gòu)圖（即DFD→SC）的方法，而數(shù)據(jù)流的類型決定了映射的方法。數(shù)據(jù)流分為變換流和事務(wù)流兩種，因此由數(shù)據(jù)流組成的數(shù)據(jù)流圖也分為變換型數(shù)據(jù)流圖和事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖兩種類型。由變換型數(shù)據(jù)流圖向結(jié)構(gòu)圖的映射稱變換分析，由事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖向結(jié)構(gòu)圖的映射稱事務(wù)分析。4.6結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法第4章1．數(shù)據(jù)流圖的類型（1）變換流變換型數(shù)據(jù)流的特征是可以把它看成由輸入、變換中心和輸出三部分組成，這樣的數(shù)據(jù)流圖稱為變換型數(shù)據(jù)流圖。如圖4-20所示。4.6結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法第4章（2）事務(wù)流事務(wù)型數(shù)據(jù)流的特征是可以把它看成具有在多種事務(wù)中選擇執(zhí)行某類事務(wù)的能力。這樣的數(shù)據(jù)流圖稱為事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖。4.6結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法第4章2.結(jié)構(gòu)化設(shè)計過程面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化方法的設(shè)計過程如圖4-22所示。4.6結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法第4章（1）精化DFD。（2）確定DFD類型。（3）把DFD映射到系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)，設(shè)計模塊結(jié)構(gòu)的上層。（4）基于DFD逐步分解高層模塊，設(shè)計出下層模塊。（5）根據(jù)模塊獨立性原理，精化模塊結(jié)構(gòu)。（6）描述模塊接口。4.6結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法第4章兩種映射方法都是先映射出初始軟件結(jié)構(gòu)圖。4.6結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法第4章3.變換分析變換分析是一系列設(shè)計步驟的總稱，通過執(zhí)行這些步驟，將具有變換流特點的數(shù)據(jù)流圖按預(yù)先確定的模式映射成軟件結(jié)構(gòu)。采用變換分析方法開發(fā)出的軟件結(jié)構(gòu)圖，其一般方式為：“輸入—處理—輸出”。變換分析方法的設(shè)計步驟如下：第一步復(fù)查基本系統(tǒng)模型。以確定輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)是否與實際相符。第二步復(fù)查并精化數(shù)據(jù)流圖。完成對需求分析階段得出的數(shù)據(jù)流圖的復(fù)查和精化。第三步判斷數(shù)據(jù)流圖具有變換特性還是事務(wù)特性。根據(jù)數(shù)據(jù)流圖中占優(yōu)勢的屬性是事務(wù)的還是變換的，來確定數(shù)據(jù)流的全局屬性。第四步確定輸入流和輸出流的邊界，從而將變換中心劃分出來。第五步完成“第一級分解”。分配控制的過程，劃分頂層模塊和從屬模塊。第六步完成“第二級分解”。就是把數(shù)據(jù)流圖中的每個處理映射成軟件結(jié)構(gòu)中一個適當?shù)哪K。第七步采用啟發(fā)式設(shè)計規(guī)則和設(shè)計度量對得到的軟件結(jié)構(gòu)進行精化。4.6結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法第4章4.事務(wù)分析事務(wù)分析的設(shè)計步驟和變換分析的設(shè)計步驟基本類似，主要差別在于數(shù)據(jù)流圖到軟件結(jié)構(gòu)的映射方法不同。在事務(wù)分析的設(shè)計中，由數(shù)據(jù)流圖映射到軟件結(jié)構(gòu)時，從事務(wù)中心邊界開始，把接收通路映射成一個模塊，在發(fā)送通路設(shè)立一個控制模塊，用以控制由不同發(fā)送通路映射成的分支模塊。4.7概要設(shè)計文檔與評審第4章軟件設(shè)計規(guī)格說明書是軟件設(shè)計階段要完成的文檔，作為設(shè)計任務(wù)的最終成果。概要設(shè)計、詳細設(shè)計、數(shù)據(jù)設(shè)計規(guī)格說明書可根據(jù)項目的大小分別編寫或合并為一份設(shè)計規(guī)格說明書。我國國家標準GB/T8567\|2006《計算機軟件文檔編制規(guī)范》都給出了設(shè)計說明書的內(nèi)容框架，可以選擇使用。本章4.8節(jié)給出的“高校圖書管理系統(tǒng)”《軟件概要設(shè)計說明書》可供讀者參考。4.7.1概要設(shè)計說明書的編寫內(nèi)容4.7概要設(shè)計文檔與評審第4章設(shè)計評審就是對設(shè)計文檔的評審。目的是為了盡早發(fā)現(xiàn)軟件的欠缺并盡早糾正，因此評審對于項目的成功是絕對必要的。（1）評審的指導原則概要設(shè)計評審和詳細設(shè)計評審應(yīng)分開進行，不可合并為一次評審；概要設(shè)計評審應(yīng)邀請用戶代表和有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业綍敿氃O(shè)計評審則不需要；評審是為了提前揭露錯誤，參加評審的設(shè)計人員應(yīng)該歡迎別人提出批評和建議，不要掩蓋設(shè)計的缺陷。評審的對象是設(shè)計文檔而不是設(shè)計者；評審中提出的問題應(yīng)詳細記錄，但不謀求當場解決；評審結(jié)束前應(yīng)做出本次評審能否通過的結(jié)論。4.7.2概要設(shè)計評審4.7概要設(shè)計文檔與評審第4章（2）評審的主要內(nèi)容概要設(shè)計評審應(yīng)該把重點放在系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、模塊劃分、內(nèi)外