審核準備材料-軟件工程總體設(shè)計

第四章軟件設(shè)計概述軟件設(shè)計的任務(wù)軟件設(shè)計的基本概念模塊化設(shè)計設(shè)計需要處理的問題設(shè)計文檔及其復審什么是設(shè)計？把問題轉(zhuǎn)化為解決方案的創(chuàng)造性過程；解決方案的描述也稱為設(shè)計。設(shè)計和需求有什么不同？張君和李麗想做一棟新房子。他們的需求如下：三個小孩有玩耍的空間，并獨立擁有各自的睡房一間主人臥房一個廚房冬天可取暖，夏天可制冷室內(nèi)通水通電等等設(shè)計和需求有什么不同？設(shè)計師的方案:屋子的樓上有四間睡房，樓下有一間客房，一間廚房，一個玩具房和一個雜物室等等。還有其他方案嗎？軟件設(shè)計的兩個階段設(shè)計者必須同時滿足用戶和系統(tǒng)開發(fā)人員的要求概要設(shè)計書詳細設(shè)計書設(shè)計者迂回于各種活動中：理解需求提出可能的方案測試方案的可能性向用戶描述各種可能向編程人員提供設(shè)計文檔軟件設(shè)計的內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)設(shè)計定義軟件部件間的關(guān)系接口設(shè)計軟件內(nèi)部、外部及與人之間的通信數(shù)據(jù)設(shè)計信息模型軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)過程設(shè)計軟件組件的過程性描述軟件設(shè)計的任務(wù)分析模型設(shè)計模型設(shè)計文檔回答Howtodo?可以分為概要設(shè)計、詳細設(shè)計軟件設(shè)計包括數(shù)據(jù)設(shè)計體系結(jié)構(gòu)設(shè)計接口設(shè)計過程設(shè)計分解和模塊化系統(tǒng)設(shè)計方法：功能分解：將功能作為組件面向數(shù)據(jù)的分解：基于外部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)面向事件的分解：基于系統(tǒng)必須處理的事件外部輸入設(shè)計：基于系統(tǒng)的用戶輸入面向?qū)ο笤O(shè)計：定義對象的類及其相互聯(lián)系分解的層次化模塊和模塊化模塊化：當系統(tǒng)的每項功能恰好由一個輸入輸出都明確定義的組件完成的時候，我們稱這個系統(tǒng)模塊化。模塊——表示能夠用計算機程序代碼實現(xiàn)的，相對獨立的單一數(shù)據(jù)處理功能，所以模塊有時也叫功能模塊。進一步明確模塊是擁有明確定義的輸入、輸出和特性的程序?qū)嶓w。設(shè)計方法的選擇應(yīng)該允許不同的設(shè)計者使用他們喜歡的技巧，只要他們的文檔能讓其他設(shè)計者明白就可以了。設(shè)計方法的選擇又是取決于設(shè)計者的偏好，而更多的時候取決于系統(tǒng)要求的結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)。軟件設(shè)計中涉及的問題抽象（abstract）與細化(refinement)抽象：分層次考慮和處理問題(數(shù)據(jù)和過程)細化：從高到低的逐步分解過程信息隱藏對其它模塊隱藏模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)和過程抽象抽象是對具體對象（問題）進行概括，抽出這一類對象的公共性質(zhì)并加以描述的過程。先注意問題的本質(zhì)及描述，其次是實現(xiàn)過程或細節(jié)。數(shù)據(jù)抽象：描述某類對象的屬性或狀態(tài)（對象相互區(qū)別的物理量）。代碼抽象：描述某類對象的共有的行為特征或具有的功能。抽象的實現(xiàn)：通過類的聲明。模塊化設(shè)計的好處信息隱藏從不同角度了解系統(tǒng)將難以解決的問題獨立出來；抽象層次通過逐層分析來了解問題允許不同的模塊采用不同的設(shè)計方法模塊化設(shè)計把大型軟件按照規(guī)定的原則劃分成一個個較小的、相對獨立但又相互關(guān)聯(lián)的模塊重要指導思想：分解模塊獨立性分解（position）模塊化是為了使一個復雜的大型程序能被人的智力所管理設(shè)函數(shù)c(x)定義問題x的復雜程度，函數(shù)E(X)確定解決問題x需要的工作量（時間）。對于兩個問題P1和P2，如果顯然模塊化的依據(jù)人類解決一般問題時一個有趣的規(guī)律：

C(P1+P2)>C(P1)+C(P2)E(P1+P2)>E(P1)+E(P2)結(jié)論：各個擊破——把復雜的問題分解成容易解決的小問題，原來的問題也就容易解決了問題提出如果無限的分割軟件，最后為了開發(fā)軟件而需要的工作量也就小得可以忽略了。？模塊數(shù)與開發(fā)工作量的關(guān)系模塊數(shù)接口成本最小成本區(qū)M軟件開發(fā)工作量總成本模塊成本模塊劃分的基本原則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)造是不是合理的標準。但是到目前為止，沒有統(tǒng)一的標準判斷一個系統(tǒng)化分成幾個模塊是最優(yōu)的。模塊劃分的四項基本原則1.模塊獨立性強塊內(nèi)聯(lián)系強

塊間聯(lián)系弱2.高內(nèi)聚模塊內(nèi)部各成分之間3.低耦合一個模塊與其它模塊之間4.公共（共享）模塊多個模塊公用模塊獨立性問什么模塊的獨立性很重要？有效模塊化的軟件容易開發(fā)出來獨立的模塊比較容易測試和維護人的獨立性強如何？人沒有獨立性，什么都依賴別人如何？內(nèi)聚內(nèi)聚是模塊功能強度（一個模塊內(nèi)部各個元素彼此結(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，則它的內(nèi)聚性就越高，相對地，它與其他模塊之間的耦合就會減低，而模塊獨立性就越強。

內(nèi)聚與耦合內(nèi)聚和耦合是相互關(guān)聯(lián)的。在程序結(jié)構(gòu)中各模塊的內(nèi)聚程度越高，模塊間的耦合程度就越低。但這也不是絕對的。軟件概要設(shè)計的目標是力求增加模塊的內(nèi)聚，盡量減少模塊間的耦合，但增加內(nèi)聚比減少耦合更重要，應(yīng)當把更多的注意力集中到提高模塊的內(nèi)聚程度上來。內(nèi)聚１２３４５６７

弱強低內(nèi)聚中內(nèi)聚高內(nèi)聚

低內(nèi)聚１.偶然性內(nèi)聚模塊內(nèi)各部分沒有聯(lián)系，或者即使有聯(lián)系，這種聯(lián)系也很松散。

２.邏輯性內(nèi)聚這種模塊把幾種相關(guān)的功能組合在一起，每次調(diào)用時，由傳送給模塊的判定參數(shù)來確定該模塊應(yīng)執(zhí)行哪一種功能。這種模塊是單入口的多功能模塊。類似的有錯誤處理模塊。它接受出錯信號，對不同類型的錯誤打印出不同的出錯信息。低內(nèi)聚３.時間性內(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。中內(nèi)聚４.過程性內(nèi)聚如果一個模塊內(nèi)的處理是相關(guān)的，而且必須以特定次序執(zhí)行，則稱這個模塊為過程內(nèi)聚模塊。

５.通訊性內(nèi)聚如果一個模塊內(nèi)各功能部分都使用了相同的輸入數(shù)據(jù)，或產(chǎn)生了相同的輸出數(shù)據(jù)，則稱之為通信內(nèi)聚模塊。高內(nèi)聚６.順序性內(nèi)聚如果一個模塊內(nèi)的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（通常一個處理元素的輸出數(shù)據(jù)作為下一個處理元素的輸入數(shù)據(jù)）７.功能性內(nèi)聚一個模塊中各個部分都是某一具體功能必不可少的組成部分，或者說該模塊中所有部分都是為了完成一項具體功能而協(xié)同工作，緊密聯(lián)系，不可分割的。則稱該模塊為功能內(nèi)聚模塊。

七種內(nèi)聚的優(yōu)劣評分功能內(nèi)聚10分順序內(nèi)聚9分通信內(nèi)聚7分過程內(nèi)聚5分時間內(nèi)聚3分邏輯內(nèi)聚1分偶然內(nèi)聚0分高內(nèi)聚低內(nèi)聚邏輯內(nèi)聚模塊判斷調(diào)用模塊讀一個記錄寫一個記錄被調(diào)用模塊常見內(nèi)聚類型常見內(nèi)聚類型1.耦合

耦合性是程序結(jié)構(gòu)中各個模塊之間相互關(guān)聯(lián)的度量它取決于各個模塊之間接口的復雜程度、調(diào)用模塊的方式以及那些信息通過接口。低非直接耦合數(shù)據(jù)耦合標記耦合控制耦合外部耦合公共耦合內(nèi)容耦合

高弱

強耦合性模塊獨立性(1)非直接耦合兩個模塊沒有直接關(guān)系(模塊1和模塊2)，模塊獨立性最強。模塊1模塊2模塊3模塊4(2)數(shù)據(jù)耦合

一模塊調(diào)用另一模塊時，被調(diào)用模塊的輸入、輸出都是簡單的數(shù)據(jù)(若干參數(shù))。屬松散耦合。

開發(fā)票計算水費單價數(shù)量金額(3)標記耦合(特征耦合)

如兩個模塊通過傳遞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(不是簡單數(shù)據(jù)，而是記錄、數(shù)組等)加以聯(lián)系，或都與一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有關(guān)系,則稱這兩個模塊間存在標記偶合。計算水電費計算水費計算電費住戶情況水費電費住戶情況“住戶情況”是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),圖中模塊都與此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有關(guān).“計算水費”和“計算電費”本無關(guān),由于引用了此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生依賴關(guān)系,它們之間也是標記偶合.(4)控制耦合

A模塊flagf1Bf2fn……如果一個模塊通過傳送開關(guān)、標志、名字等控制信息，明顯地控制選擇另一模塊的功能就是控制耦合。(5)外部耦合一組模塊均與同一外部環(huán)境關(guān)聯(lián)(例如,I/O模塊與特定的設(shè)備、格式和通信協(xié)議相關(guān)聯(lián)),它們之間便存在外部耦合。外部偶合必不可少,但這種模塊數(shù)目應(yīng)盡量少。(6)公共環(huán)境耦合(公共數(shù)據(jù)區(qū)耦合)

一組模塊引用同一個公用數(shù)據(jù)區(qū)(也稱全局數(shù)據(jù)區(qū)、公共數(shù)據(jù)環(huán)境)。公共數(shù)據(jù)區(qū)指：全局數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)共享通訊區(qū)內(nèi)存公共覆蓋區(qū)等

ABC公共數(shù)據(jù)區(qū)

公共耦合存在的問題：

(1)軟件可理解性降低

(2)診斷錯誤困難

(3)軟件可維護性差，

(4)軟件可靠性差(公共數(shù)據(jù)區(qū)及全程變量無保護措施)

慎用公共數(shù)據(jù)區(qū)和全程變量!!!(7)內(nèi)容耦合AB一模塊直接訪問另一模塊的內(nèi)部信息(程序代碼或數(shù)據(jù)）AB

模塊代碼重疊Entry1……Entry2

……

多入口模塊不正常轉(zhuǎn)入另一模塊最不好的耦合形式！以上給出了7種耦合類型，這只是從耦合的機制上所做的分類，按耦合的強弱程度的排列只是相對的關(guān)系。但它給設(shè)計人員在設(shè)計程序結(jié)構(gòu)時提供了一決策準則。實際上，開始時兩個模塊之間的耦合不只是一種類型，而是多種類型的混合。這就要求設(shè)計人員按照實際情況進行分析、比較和分析，逐步加以改進，以提高模塊的獨立性?？傊?，耦合是影響軟件復雜程度的一個重要因素。應(yīng)該采取下述設(shè)計原則：盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合和特征耦合，限制公共環(huán)境耦合的范圍，完全不用內(nèi)容耦合。建立公共（共享）模塊

建立公共模塊的目的是減少冗余，減少不必要的重復工作，劃出某項功能成為一個能被幾個模塊共同利用的模塊。也就模塊結(jié)構(gòu)圖的形態(tài)是中層寬大，上下小的。例：球場，田徑場…哪種設(shè)計方案更好呢？自頂向下和自底向上設(shè)計自頂向下頂層開始逐步分解由底向上選擇關(guān)鍵部分先設(shè)計擴展到整個系統(tǒng)兩種設(shè)計方法的比較3.如果在可行性上出現(xiàn)問題，可以較早發(fā)現(xiàn)3.需要進行詳細可行性論證2.整體測試可能在模塊接口間發(fā)現(xiàn)不一致等問題2.整體測試較易通過1.可能導致較大的重新設(shè)計1.易于修改和擴展由底向上設(shè)計自頂向下設(shè)計4.4.1協(xié)同設(shè)計誰最合適設(shè)計系統(tǒng)的某一方面？

如何使組內(nèi)成員相互了解別人的設(shè)計？

如何協(xié)調(diào)設(shè)計組件使整個系統(tǒng)統(tǒng)一4.4.2用戶(人機)界面設(shè)計讓用戶駕馭軟件，不是軟件駕馭用戶

減少用戶的記憶

保持界面的一致性

人機界面設(shè)計

人機界面（HumanComputerInterface，簡稱HCI）通常也稱為用戶界面界面設(shè)計主要包括三個方面：設(shè)計軟件構(gòu)件之間的接口設(shè)計模塊和其他非人的信息生產(chǎn)者和消費者的界面設(shè)計人（如用戶）和計算機間的界面

1界面的設(shè)計原則分析用戶類型應(yīng)用程序和界面分離一致性盡量減少用戶工作提供反饋出錯處理和幫助功能增加可視化圖形表示1.1

黃金規(guī)則

在有關(guān)界面設(shè)計的著作中，

TheoMandel創(chuàng)造了三條黃金原則：置于用戶控制之下減少用戶的記憶負擔保持界面一致黃金規(guī)則：置于用戶控制之下

Mandel定義的一組允許用戶操作控制的原則：以不強迫用戶進入不必要的或不希望的動作的方式來定義交互方式提供靈活的交互允許用戶交互可以被中斷和撤消當技能級別增加時可以使交互流水化并允許定制交互使用戶隔離內(nèi)部技術(shù)細節(jié)設(shè)計應(yīng)允許用戶和出現(xiàn)在屏幕上的對象直接交互黃金規(guī)則：減少用戶的記憶負擔

Mandel定義了一組設(shè)計原則，使界面能夠減少用戶記憶負擔：減少對短期記憶的要求建立有意義的缺省定義直覺性的捷徑界面的視覺布局應(yīng)該基于真實世界的隱喻以不斷進展的方式揭示信息缺省值黃金規(guī)則：保持界面一致

用戶應(yīng)以一致的方式展示和獲取信息：所有可視信息的組織均按照均按照貫穿所有屏幕顯示所保持的設(shè)計標準輸入機制被約束到有限的集合，在整個應(yīng)用中被一致地使用從任務(wù)到任務(wù)的導航機制被一致地定義和實現(xiàn)

Mandel定義了一組幫助保持界面一致性的設(shè)計原則：允許用戶將當前任務(wù)放入有意義的語境在應(yīng)用系列內(nèi)保持一致性如過去的交互模型已建立起了用戶期望，除非有迫不得已的理由，不要改變它1.2用戶友好性設(shè)計

用戶友好性一般屬軟件的性能特性，它獨立于所有具體功能，卻影響著所有功能的重用性。用戶友好性應(yīng)體現(xiàn)在與用戶有接口的軟件特性上。

用戶友好性的根本目的是為了軟件可重用性、可維護性。用戶友好性的標志可操作性健壯性易學習性可擴展性

1.3

反饋響應(yīng)時間(系統(tǒng)延遲)

系統(tǒng)閉合等級：極限閉合等級:>15秒復雜閉合等級：4～15秒簡單閉合等級：2～4秒最簡單閉合等級:1～2秒瞬時響應(yīng):<1秒2用戶界面設(shè)計2.1界面設(shè)計模型設(shè)計用戶界面要考慮四種模型：軟件工程師創(chuàng)建的設(shè)計模型

人員工程師創(chuàng)建的用戶模型

終端用戶對未來系統(tǒng)的假想系統(tǒng)實現(xiàn)后得到的系統(tǒng)映象四種模型可能相差甚遠，界面設(shè)計人員的任務(wù)就是消除這些差距，導出一致的界面表示2.2用戶界面設(shè)計過程用戶界面設(shè)計過程包括四種不同的框架：用戶、任務(wù)和環(huán)境分析及建模界面設(shè)計界面構(gòu)造界面確認2.2.1用戶分析偶然型生疏型熟練型專家型新手對系統(tǒng)有了解的中級用戶對系統(tǒng)有了解的經(jīng)常用戶用戶類型:影響用戶行為特性的因素人-機匹配性人的固有技能人的固有弱點用戶的知識經(jīng)驗用戶對系統(tǒng)的期望和態(tài)度用戶對計算機系統(tǒng)的要求讓用戶靈活地使用適應(yīng)不同類型用戶系統(tǒng)的行為及效果對用戶透明用戶對系統(tǒng)的期望和態(tài)度提供聯(lián)機幫助功能人機交互盡可能和人際通信相似用戶技能方面的使用需求應(yīng)讓系統(tǒng)去適應(yīng)用戶使用易于理解、掌握的準自然語言一致性的系統(tǒng)設(shè)計用戶對系統(tǒng)的期望和態(tài)度能通過系統(tǒng)學習系統(tǒng)提供演示及范例用戶習性方面的使用需求系統(tǒng)應(yīng)讓用戶有耐心系統(tǒng)應(yīng)很好地對付人的易犯錯誤系統(tǒng)應(yīng)對不同用戶提供不同交互方式用戶經(jīng)驗、知識方面的使用需求系統(tǒng)應(yīng)能讓未經(jīng)專門訓練的用戶使用系統(tǒng)能對不同經(jīng)驗用戶做出不同反應(yīng)提供同一系統(tǒng)的一致性，建立標準化人-機界面系統(tǒng)必須適應(yīng)用戶在應(yīng)用領(lǐng)域的知識變化，提供動態(tài)的自適應(yīng)的設(shè)計用戶對系統(tǒng)的期望方面的要求用戶界面應(yīng)提供形象、生動、美觀的布局顯示和操作環(huán)境系統(tǒng)處理問題應(yīng)盡可能簡單，提供學習機制系統(tǒng)應(yīng)對不同用戶提供不同交互方式2.2.2人-機界面的交互方式1菜單界面按顯示形象分類:正文菜單圖標菜單正文圖標混合菜單按屏幕位置和操作風格分類:固定浮動下拉式嵌入式圖標式菜單菜單條彈出式菜單彈出式幫助文本下拉式菜單、瀑布式菜單瀑布式菜單2對話

對話形式:(1)必須回答式(2)無需回答式(3)警告式對話實現(xiàn)方式:(1)標準對話(2)定做式對話3.功能鍵4.圖符界面5.填表界面6.命令語言界面7.查詢語言界面8.自然語言界面2.2.3控制界面的設(shè)計(1)用控制對話選擇操作命令(2)用菜單界面進行控制(3)用功能鍵定義操作命令(4)用圖標表示對象或命令3界面設(shè)計開發(fā)

界面設(shè)計過程的步驟：建立任務(wù)的目標和意圖為每個目標和意圖制定特定的動作序列按在界面上執(zhí)行的方式對動作序列進行規(guī)約指明系統(tǒng)狀態(tài)，即執(zhí)行動作時的界面表現(xiàn)

定義控制機制，即用戶可用的改變系統(tǒng)狀態(tài)的設(shè)備和動作指明控制機制如何影響系統(tǒng)狀態(tài)指明用戶如何通過界面上的信息解釋系統(tǒng)狀態(tài)3.1定義界面對象和動作

為創(chuàng)建描述圖符的圖形設(shè)計和放置、描述性屏幕文字的定義、窗口的規(guī)約和命名、菜單項的規(guī)約的屏幕布局提供基礎(chǔ)。響應(yīng)時間、命令和動作結(jié)構(gòu)、錯誤處理和幫助設(shè)施等設(shè)計問題應(yīng)該在精化設(shè)計模型時考慮。3.2導航方式線性層次網(wǎng)絡(luò)式混合式3.3數(shù)據(jù)輸入界面設(shè)計數(shù)據(jù)輸入的規(guī)則明確的輸入明確的動作明確的取消確認刪除提供反饋允許編輯提供復原（Undo）自由格式提示輸入的范圍3.4數(shù)據(jù)顯示界面設(shè)計數(shù)據(jù)顯示的規(guī)則只顯示必要的數(shù)據(jù)在一起使用的數(shù)據(jù)顯示在一起顯示出的數(shù)據(jù)應(yīng)與用戶執(zhí)行的任務(wù)有關(guān)每一屏數(shù)據(jù)的數(shù)量不應(yīng)超過整個屏幕面積的30%屏幕布局規(guī)則盡量少用代碼和縮寫多個顯示畫面，應(yīng)建立統(tǒng)一格式提供明了的標題、標欄及其它提示信息遵循用戶習慣采用顏色、字符大小、下劃線、不同字體等方式強化重要數(shù)據(jù)4.5

實現(xiàn)工具

用戶界面工具箱用戶界面開發(fā)系統(tǒng)(UIDS):采用預(yù)包裝的軟件構(gòu)件來構(gòu)造用戶界面

UIDS的固有機制:管理輸入設(shè)備確認用戶輸入處理錯誤和顯示出錯信息提供反饋(如自動的輸入響應(yīng))提供幫助和提示處理窗口、域和窗口內(nèi)的滾動建立應(yīng)用軟件和界面間的連接將應(yīng)用程序與界面管理功能分開允許用戶定制界面

4.6設(shè)計評估初步設(shè)計創(chuàng)建原型#n界面修改設(shè)計用戶評估界面設(shè)計者研究評估結(jié)果創(chuàng)建原型#1界面界面設(shè)計評價周期HELP系統(tǒng)設(shè)計HELP系統(tǒng)設(shè)計不屬于界面設(shè)計范圍，涉及系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，是結(jié)構(gòu)級用戶友好性設(shè)計。HELP系統(tǒng)設(shè)計

幫助方式：操作指南文檔

(植入系統(tǒng)、未植入系統(tǒng))

基于幫助文件的要求性幫助

(命令級幫助)

說明性幫助嵌入系統(tǒng)的要求性幫助嵌入培訓功能的智能幫助系統(tǒng)設(shè)計模板和復用Designwithreuse,designforreuse并發(fā)系統(tǒng)設(shè)計怎樣確保同時執(zhí)行的組件間對共享數(shù)據(jù)的一致性

并發(fā)處理（順序執(zhí)行）1、

組件1查詢X是否為空。2、

組件1被告知X不為空。3、

組件2查詢X是否為空。4、

組件2被告知X不為空。5、

組件1出棧，刪除最后一個元素。6、組件2想出棧，但X已為空，系統(tǒng)進入非法狀態(tài)。

并發(fā)處理1、組件1詢問棧X是否為空。2、組件1被告知棧X不為空。3、組件2詢問棧X是否為空。4、組件2被告知棧X不為空。5、組件