軟件工程19(結(jié)構化設計基本原則)課件

軟件工程主講：陳利平計算機與信息科學學院2015軟件工程一、主要內(nèi)容講述軟件設計的概念和原則。二、目的與要求了解軟件設計的基本概念，理解軟件設計的基本原則。三、重點與難點軟件設計的原則。概述：一、主要內(nèi)容概述：思考：提問：1)什么是軟件軟件設計？2)軟件工程的基本原則是什么？思考：提問：4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的概念

設計是一項核心的工程活動。在20世紀90年代早期，Lotus1-2-3的發(fā)明人MitchKapor在Dr.Dobbs雜志上發(fā)表了“軟件設計宣言”，其中指出：“什么是設計？設計是你站在兩個世界——技術世界和人類的目標世界——而你嘗試將這兩個世界結(jié)合在一起……”。4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的概念4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的概念

羅馬建筑批評家Vitruvius提出了這樣一個觀念：“設計良好的建筑應該展示出堅固、適用和令人賞心悅目”。4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的概念4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的原則

(1)分而治之分而治之是將大型復雜的問題分解為許多容易解決的小問題，原來的問題也就容易解決了。軟件的體系結(jié)構設計、模塊化設計都是分而治之策略的具體表現(xiàn)。4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的原則4.1軟件設計的概念及原則(1)分而治之盡管模塊分解可以簡化要解決的問題，但模塊分解并不是越小越好。當模塊數(shù)目增加時，每個模塊的規(guī)模將減小，開發(fā)單個模塊的成本確實減少了；但是，隨著模塊數(shù)目增加，模塊之間關系的復雜程度也會增加，設計模塊間接口所需要的工作量也將增加，如圖所示。4.1軟件設計的概念及原則(1)分而治之圖4.2模塊化和軟件成本圖4.2模塊化和軟件成本4.1軟件設計的概念及原則(2)模塊獨立性模塊的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，而和軟件系統(tǒng)中其他的模塊的接口是簡單的。例如，若一個模塊只具有單一的功能且與其他模塊沒有太多的聯(lián)系，那么，我們則稱此模塊具有模塊獨立性。一般采用兩個準則度量模塊獨立性。即模塊間的耦合和模塊的內(nèi)聚。

4.1軟件設計的概念及原則(2)模塊獨立性

1）

耦合

耦合是對一個軟件結(jié)構內(nèi)不同模塊之間互連程度的度量。耦合強弱取決于模塊間接口的復雜程度，進入或訪問一個模塊的點，以及通過接口的數(shù)據(jù)。在軟件設計中應該追求盡可能松散耦合的系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中可以研究、測試或維護任何一個模塊，而不需要對系統(tǒng)的其他模塊有很多了解。此外，由于模塊間聯(lián)系簡單，發(fā)生在一處的錯誤傳播到整個系統(tǒng)的可能性就很小。因此，模塊間的耦合程度強烈影響系統(tǒng)的可理解性、可測試性、可靠性和可維護性。1）耦合耦合性與模塊屬性的關系

對修改的敏感性可重用性

可修改性

可理解性

內(nèi)容耦合很強很差很差很差公共耦合強很差中很差控制耦合一般差差差數(shù)據(jù)耦合不一定好好好耦合性與模塊屬性的關系

對修改的敏感性可重用性可修改性耦合性耦合性應采取下述設計原則：盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合，限制公共環(huán)境耦合的范圍，完全不用內(nèi)容耦合。耦合性耦合性應采取下述設計原則：盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦

2）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。設計時應該力求做到高內(nèi)聚，通常中等程度的內(nèi)聚也是可以采用的，而且效果和高內(nèi)聚相差不多；但是，低內(nèi)聚很壞，不要使用。2）內(nèi)聚內(nèi)聚與模塊屬性的關系

內(nèi)部聯(lián)系清晰性可復用性可修改性可理解性偶然內(nèi)聚很差差很差很差很差邏輯內(nèi)聚很差很差很差很差差時間內(nèi)聚差中很差中中過程內(nèi)聚中好差中中通信內(nèi)聚中好差中中順序內(nèi)聚好好中好好功能內(nèi)聚好好好好好內(nèi)聚與模塊屬性的關系

內(nèi)部聯(lián)系清晰性可復用性可修改性可理解內(nèi)聚性內(nèi)聚性設計內(nèi)聚原則：設計時應力爭做到高內(nèi)聚，并且能夠辨認出低內(nèi)聚的模塊，并采取措施進行修改，以提高模塊的內(nèi)聚程度、降低模塊間的耦合程度，從而獲得較高的模塊獨立性。內(nèi)聚性內(nèi)聚性設計內(nèi)聚原則：設計時應力爭做到高內(nèi)聚，并且能夠辨

內(nèi)聚和耦合是密切相關的，模塊內(nèi)的高內(nèi)聚往往意味著模塊間的松耦合。內(nèi)聚和耦合都是進行模塊化設計的有力工具，但是實踐表明內(nèi)聚更重要，應該把更多注意力集中到提高模塊的內(nèi)聚程度上。事實上，沒有必要精確確定內(nèi)聚的級別。重要的是設計時力爭做到高內(nèi)聚，并且能夠辨認出低內(nèi)聚的模塊，有能力通過修改設計提高模塊的內(nèi)聚程度降低模塊間的耦合程度，從而獲得較高的模塊獨立性。內(nèi)聚和耦合是密切相關的，模塊內(nèi)的高內(nèi)聚往往意味著模塊間4.1軟件設計的概念及原則(3)提高抽象層次抽象是指忽視一個主題中與當前目標無關的那些方面，以便更充分地注意與當前目標有關的方面。當我們進行軟件設計時，設計開始時應盡量提高軟件的抽象層次，按抽象級別從高到低進行軟件設計。4.1軟件設計的概念及原則(3)提高抽象層次4.1軟件設計的概念及原則(4)復用性設計復用是指同一事物不做修改或稍加修改就可以多次重復使用。將復用的思想用于軟件開發(fā)，稱為軟件復用。我們將軟件的重用部分稱為軟構件。也就是說，在構造新的軟件系統(tǒng)時不必從零做起，可以直接使用已有的軟構件即可組裝（或加以合理修改）成新的系統(tǒng)。4.1軟件設計的概念及原則(4)復用性設計4.1軟件設計的概念及原則(5)靈活性設計保證軟件靈活性設計的關鍵是抽象。面向?qū)ο笙到y(tǒng)中的類結(jié)構類似一座金字塔，越接近金字塔的頂端，抽象程度就越高。“抽象”的反義詞是“具體”。理想情況下，一個系統(tǒng)的任何代碼、邏緝、概念在這個系統(tǒng)中都應該是唯一的，也就是說不存在重復的代碼。4.1軟件設計的概念及原則(5)靈活性設計4.1軟件設計的概念及原則在設計中引入靈活性的方法有：降低耦合并提高內(nèi)聚（易于提高替換能力）；建立抽象（創(chuàng)建有多態(tài)操作的接口和父類）；不要將代碼寫死（消除代碼中的常數(shù)）；拋出異常（由操作的調(diào)用者處理異常）；使用并創(chuàng)建可復用的代碼。4.1軟件設計的概念及原則在設計中引入靈活性的方法有：小結(jié)本次課主要講述軟件設計的概念與原則。重點掌握模塊化和模塊獨立性度量。小結(jié)本次課主要講述軟件設計的概念與原則。重點掌握模塊化和模塊

下課了。。。休息一會兒。。。追求下課了。。。休息一會兒。。。追軟件工程主講：陳利平計算機與信息科學學院2015軟件工程一、主要內(nèi)容講述軟件設計的概念和原則。二、目的與要求了解軟件設計的基本概念，理解軟件設計的基本原則。三、重點與難點軟件設計的原則。概述：一、主要內(nèi)容概述：思考：提問：1)什么是軟件軟件設計？2)軟件工程的基本原則是什么？思考：提問：4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的概念

設計是一項核心的工程活動。在20世紀90年代早期，Lotus1-2-3的發(fā)明人MitchKapor在Dr.Dobbs雜志上發(fā)表了“軟件設計宣言”，其中指出：“什么是設計？設計是你站在兩個世界——技術世界和人類的目標世界——而你嘗試將這兩個世界結(jié)合在一起……”。4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的概念4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的概念

羅馬建筑批評家Vitruvius提出了這樣一個觀念：“設計良好的建筑應該展示出堅固、適用和令人賞心悅目”。4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的概念4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的原則

(1)分而治之分而治之是將大型復雜的問題分解為許多容易解決的小問題，原來的問題也就容易解決了。軟件的體系結(jié)構設計、模塊化設計都是分而治之策略的具體表現(xiàn)。4.1軟件設計的概念及原則軟件設計的原則4.1軟件設計的概念及原則(1)分而治之盡管模塊分解可以簡化要解決的問題，但模塊分解并不是越小越好。當模塊數(shù)目增加時，每個模塊的規(guī)模將減小，開發(fā)單個模塊的成本確實減少了；但是，隨著模塊數(shù)目增加，模塊之間關系的復雜程度也會增加，設計模塊間接口所需要的工作量也將增加，如圖所示。4.1軟件設計的概念及原則(1)分而治之圖4.2模塊化和軟件成本圖4.2模塊化和軟件成本4.1軟件設計的概念及原則(2)模塊獨立性模塊的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，而和軟件系統(tǒng)中其他的模塊的接口是簡單的。例如，若一個模塊只具有單一的功能且與其他模塊沒有太多的聯(lián)系，那么，我們則稱此模塊具有模塊獨立性。一般采用兩個準則度量模塊獨立性。即模塊間的耦合和模塊的內(nèi)聚。

4.1軟件設計的概念及原則(2)模塊獨立性

1）

耦合

耦合是對一個軟件結(jié)構內(nèi)不同模塊之間互連程度的度量。耦合強弱取決于模塊間接口的復雜程度，進入或訪問一個模塊的點，以及通過接口的數(shù)據(jù)。在軟件設計中應該追求盡可能松散耦合的系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中可以研究、測試或維護任何一個模塊，而不需要對系統(tǒng)的其他模塊有很多了解。此外，由于模塊間聯(lián)系簡單，發(fā)生在一處的錯誤傳播到整個系統(tǒng)的可能性就很小。因此，模塊間的耦合程度強烈影響系統(tǒng)的可理解性、可測試性、可靠性和可維護性。1）耦合耦合性與模塊屬性的關系

對修改的敏感性可重用性

可修改性

可理解性

內(nèi)容耦合很強很差很差很差公共耦合強很差中很差控制耦合一般差差差數(shù)據(jù)耦合不一定好好好耦合性與模塊屬性的關系

對修改的敏感性可重用性可修改性耦合性耦合性應采取下述設計原則：盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合，限制公共環(huán)境耦合的范圍，完全不用內(nèi)容耦合。耦合性耦合性應采取下述設計原則：盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦

2）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。設計時應該力求做到高內(nèi)聚，通常中等程度的內(nèi)聚也是可以采用的，而且效果和高內(nèi)聚相差不多；但是，低內(nèi)聚很壞，不要使用。2）內(nèi)聚內(nèi)聚與模塊屬性的關系

內(nèi)部聯(lián)系清晰性可復用性可修改性可理解性偶然內(nèi)聚很差差很差很差很差邏輯內(nèi)聚很差很差很差很差差時間內(nèi)聚差中很差中中過程內(nèi)聚中好差中中通信內(nèi)聚中好差中中順序內(nèi)聚好好中好好功能內(nèi)聚好好好好好內(nèi)聚與模塊屬性的關系

內(nèi)部聯(lián)系清晰性可復用性可修改性可理解內(nèi)聚性內(nèi)聚性設計內(nèi)聚原則：設計時應力爭做到高內(nèi)聚，并且能夠辨認出低內(nèi)聚的模塊，并采取措施進行修改，以提高模塊的內(nèi)聚程度、降低模塊間的耦合程度，從而獲得較高的模塊獨立性。內(nèi)聚性內(nèi)聚性設計內(nèi)聚原則：設計時應力爭做到高內(nèi)聚，并且能夠辨

內(nèi)聚和耦合是密切相關的，模塊內(nèi)的高內(nèi)聚往往意味著模塊間的松耦合。內(nèi)聚和耦合都是進行模塊化設計的有力工具，但是實踐表明內(nèi)聚更重要，應該把更多注意力集中到提高模塊的內(nèi)聚程度上。事實上，沒有必要精確確定內(nèi)聚的級別。重要的是設計時力爭做到高內(nèi)聚，并且能夠辨認出低內(nèi)聚的模塊，有能力通過修改設計提高模塊的內(nèi)聚程度降低模塊間的耦合程度，從而獲得較高的模塊獨立性。內(nèi)聚和耦合是密切相關的，模塊內(nèi)的高內(nèi)聚往往意味著模塊間4.1軟件設計的概念及原則(3)提高抽象層次抽象是指忽視一個主題中與當前目標無關的那些方面，以便更充分地注意與當前目標有關的方面。當我們進行軟件設計時，設計開始時應盡量提高軟件的抽象層次，按抽象級別從高到低進行軟件設計。4.1軟件設計的概念及原則(3)提高抽象層次4.1軟件設計的概念及原則(4)復用性設計復用是指同一事物不做修改或稍加修改就可以多次重復使用。將復用的思想用于軟件開發(fā)，稱為軟件復用。我們將軟件的重用部分稱為軟構件。也就是說，在構造新的軟件系統(tǒng)時不必從零做起，可以直接使用已有的軟構件即可組裝（或加以合理修改）成新的系統(tǒng)。4.1軟件設計的概念及原則(4)復用性設計4.1軟件設計的概念及原則(5)靈活性設計保證軟件靈活性設計的關鍵是抽象。面向?qū)ο笙到y(tǒng)中的類結(jié)構類似一座金字塔，越接近金字塔的頂端，抽象程度就越高?！俺橄蟆钡姆戳x詞是“具體”。理想情況下，一個系統(tǒng)的任何代碼、邏緝、概念在這個系統(tǒng)中都應該是唯一的，也就是說不存在重復的代碼。4.1軟件設計的概念及原