軟件工程課件第5章-總體設計(第六版)(張海潘編著)

軟件生命周期第5章總體設計5.1設計過程5.2設計原理5.3啟發(fā)規(guī)則5.4描繪軟件結(jié)構的圖形工具5.5面向數(shù)據(jù)流的設計方法軟件設計宣言：MitchKapor“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……”。羅馬建筑批評家Vitruvius提出的觀念：“設計良好的建筑應該展示出堅固、適用和令人賞心悅目”。軟件總體設計的目的：

“概括地說，系統(tǒng)應當如何實現(xiàn)”設計階段：從工程管理的角度，可以將軟件設計分為概要設計階段和詳細設計階段。從技術的角度，傳統(tǒng)的結(jié)構化方法將軟件設計劃分為體系結(jié)構設計、數(shù)據(jù)設計、接口設計和過程設計4部分。面向?qū)ο蠓椒▌t將軟件設計劃分為體系結(jié)構設計、類設計/數(shù)據(jù)設計、接口設計和構件級設計4部分。結(jié)構化設計和結(jié)構化分析的關系：總體設計過程：首先尋找實現(xiàn)目標系統(tǒng)的各種不同的方案；然后分析員從這些供選擇的方案中選取若干個合理的方案，從中選出一個最佳方案向用戶和使用部門負責人推薦；分析員應該進一步為這個最佳方案設計軟件結(jié)構，進行必要的數(shù)據(jù)庫設計，確定測試要求并且制定測試計劃。必要性：總體設計可以站在全局高度上，花較少成本，從較抽象的層次上分析對比多種可能的系統(tǒng)實現(xiàn)方案和軟件結(jié)構，從中選出最佳方案和最合理的軟件結(jié)構從而用較低成本開發(fā)出較高質(zhì)量的軟件系統(tǒng)。5.1設計過程由兩個主要階段組成：系統(tǒng)設計階段，確定系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案設想供選擇的方案選取合理的方案推薦最佳方案結(jié)構設計階段，確定軟件結(jié)構功能分解設計軟件結(jié)構設計數(shù)據(jù)庫制定測試計劃書寫文檔審查和復審典型的總體設計過程包括下述9個步驟：1.設想供選擇的方案根據(jù)需求分析階段得出的數(shù)據(jù)流圖考慮各種可能的實現(xiàn)方案，力求從中選出最佳方案。2.選取合理的方案從前一步得到的一系列供選擇的方案中選取若干個合理的方案。對每個合理的方案分析員都應該準備下列4份資料：系統(tǒng)流程圖；組成系統(tǒng)的物理元素清單；成本/效益分析；實現(xiàn)這個系統(tǒng)的進度計劃。3.推薦最佳方案分析員應該綜合分析對比各種合理方案的利弊，推薦一個最佳的方案，并且為推薦的方案制定詳細的實現(xiàn)計劃。4.功能分解首先進行結(jié)構設計，然后進行過程設計。結(jié)構設計確定程序由哪些模塊組成，以及這些模塊之間的關系；過程設計確定每個模塊的處理過程。結(jié)構設計是總體設計階段的任務，過程設計是詳細設計階段的任務。5.設計軟件結(jié)構通常程序中的一個模塊完成一個適當?shù)淖庸δ堋摪涯K組織成良好的層次系統(tǒng)。軟件結(jié)構可以用層次圖或結(jié)構圖來描繪。如果數(shù)據(jù)流圖已經(jīng)細化到適當?shù)膶哟危瑒t可以直接從數(shù)據(jù)流圖映射出軟件結(jié)構，這就是面向數(shù)據(jù)流的設計方法。6.設計數(shù)據(jù)庫對于需要使用數(shù)據(jù)庫的那些應用系統(tǒng)，軟件工程師應該在需求分析階段所確定的系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求的基礎上，進一步設計數(shù)據(jù)庫。7.制定測試計劃在軟件開發(fā)的早期階段考慮測試問題，能促使軟件設計人員在設計時注意提高軟件的可測試性。8.書寫文檔應該用正式的文檔記錄總體設計的結(jié)果，在這個階段應該完成的文檔通常有下述幾種：

(1)系統(tǒng)說明；(2)用戶手冊；(3)測試計劃；

(4)詳細的實現(xiàn)計劃；(5)數(shù)據(jù)庫設計結(jié)果。9.審查和復審最后應該對總體設計的結(jié)果進行嚴格的技術審查和管理復審。5.2設計原理

5.2.1模塊化模塊：是由邊界元素限定的相鄰程序元素的序列，而且有一個總體標識符代表它。模塊化：就是把程序劃分成獨立命名且可獨立訪問的模塊，每個模塊完成一個子功能，把這些模塊集成起來構成一個整體，可以完成指定的功能滿足用戶的需求。為什么要模塊化？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，軟件應該具備的惟一屬性。如果一個大型程序僅由一個模塊組成，它將很難被人所理解。

模塊化的根據(jù)：假設：C(x)定義問題的復雜度

E(x)確定解決問題x需要的工作量設有兩個問題：P1和P2如果C(P1)>C(P2)，顯然E(P1)>E(P2)根據(jù)人類解決一般問題的經(jīng)驗得到的規(guī)律：C(P1+P2)>C(P1)+C(P2)綜上所述，得到下面的不等式E(P1+P2)>E(P1)+E(P2)每個程序都相應地有一個最適當?shù)哪K數(shù)目M，使得系統(tǒng)的開發(fā)成本最小。

模塊化和軟件成本模塊化的作用：采用模塊化原理可以使軟件結(jié)構清晰，不僅容易設計也容易閱讀和理解。模塊化使軟件容易測試和調(diào)試，因而有助于提高軟件的可靠性。模塊化能夠提高軟件的可修改性。模塊化也有助于軟件開發(fā)工程的組織管理。5.2.2抽象抽象：現(xiàn)實世界中一定事物、狀態(tài)或過程之間總存在著某些相似的方面(共性)。把這些相似的方面集中和概括起來，暫時忽略它們之間的差異，這就是抽象。抽象就是抽出事物本質(zhì)特性而暫時不考慮細節(jié)?！俺橄笫侨祟愄幚韽碗s問題的基本方法之一?！?/p>

——GradyBoach一般抽象過程：處理復雜系統(tǒng)的惟一有效的方法是用層次的方式構造和分析它。一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)首先可以用一些高級的抽象概念構造和理解，這些高級概念又可以用一些較低級的概念構造和理解，如此進行下去，直至最低層次的具體元素。

例：過程抽象、數(shù)據(jù)抽象軟件工程抽象過程：軟件工程過程的每一步都是對軟件解法的抽象層次的一次精化。在可行性研究階段，軟件作為系統(tǒng)的一個完整部件；在需求分析期間，軟件解法是使用在問題環(huán)境內(nèi)熟悉的方式描述的；當由總體設計向詳細設計過渡時，抽象的程度也就隨之減少了；最后，當源程序?qū)懗鰜硪院?，也就達到了抽象的最低層。

5.2.3逐步求精逐步求精：為了能集中精力解決主要問題而盡量推遲對問題細節(jié)的考慮。逐步求精是人類解決復雜問題時采用的基本方法，也是許多軟件工程技術的基礎。Miller法則：一個人在任何時候都只能把注意力集中在（7±2）個知識塊上。例：用篩選法求100以內(nèi)的素數(shù)。所謂的篩選法，就是從2到100中去掉2，3，5，7的倍數(shù)，剩下的就是100以內(nèi)的素數(shù)。首先按程序功能寫出一個框架main(){

建立2到100的數(shù)組A[]，其中A[i]＝i；..........................1

建立2到10的素數(shù)表B[]，存放2到10以內(nèi)的素數(shù)；......2

若A[i]=i是B[]中任一數(shù)的倍數(shù)，則剔除A[i]；............3

輸出A[]中所有沒有被剔除的數(shù)；…..………………....4}上述框架中每一個加工語句都可進一步細化main(){

/*建立2到100的數(shù)組A[]，其中A[i]＝i*/………..………1for（i=2；i<=100；i++）A[i]=i；

/*建立2到10的素數(shù)表B[]，存放2到10以內(nèi)的素數(shù)*/….2B[1]=2；B[2]=3；B[3]=5；B[4]=7；

/*若A[i]＝i是B[]中任一數(shù)的倍數(shù)，則剔除A[i]*/.…..….3for（j=1；j<=4；j++）檢查A[]所有數(shù)能否被B[j]整除并將其從A[]剔除；.....3.1

/*輸出A[]中所有沒有被剔除的數(shù)*/…….4for（i=2；i<=100；i++）若A[i]沒有被剔除，則輸出之……..…..4.1}繼續(xù)對3.1和4.1細化，直到每個語句都能用程序設計語言來表示逐步求精的作用：它能幫助軟件工程師把精力集中在與當前開發(fā)階段最相關的那些方面上，而忽略那些對整體解決方案來說雖然是必要的，然而目前還不需要考慮的細節(jié)。逐步求精方法確保每個問題都將被解決，而且每個問題都將在適當?shù)臅r候被解決，但是，在任何時候一個人都不需要同時處理7個以上知識塊。Wirth本人對逐步求精策略的概括說明：我們對付復雜問題的最重要的辦法是抽象，因此，對一個復雜的問題不應該立刻用計算機指令、數(shù)字和邏輯符號來表示，而應該用較自然的抽象語句來表示，從而得出抽象程序。抽象程序?qū)Τ橄蟮臄?shù)據(jù)進行某些特定的運算并用某些合適的記號（可能是自然語言）來表示。對抽象程序做進一步的分解，并進入下一個抽象層次；這樣的精細化過程一直進行下去，直到程序能被計算機接受為止。這時的程序可能是用某種高級語言或機器指令書寫的。5.2.4信息隱藏和局部化

問題：為了得到最好的一組模塊，應怎樣分解軟件呢？信息隱藏：應該這樣設計和確定模塊，使得一個模塊內(nèi)包含的信息(過程和數(shù)據(jù))對于不需要這些信息的模塊來說，是不能訪問的。局部化：局部化的概念和信息隱藏概念是密切相關的。所謂局部化是指把一些關系密切的軟件元素物理地放得彼此靠近。顯然，局部化有助于實現(xiàn)信息隱藏。信息隱藏和局部化的作用：“隱藏”意味著有效的模塊化可以通過定義一組獨立的模塊而實現(xiàn)，這些獨立的模塊彼此間僅僅交換那些為了完成系統(tǒng)功能而必須交換的信息。使用信息隱藏原理作為模塊化系統(tǒng)設計的標準就會帶來極大好處。因為絕大多數(shù)數(shù)據(jù)和過程對于軟件的其他部分而言是隱藏的，在修改期間由于疏忽而引入的錯誤就很少可能傳播到軟件的其他部分。5.2.5模塊獨立模塊獨立：模塊獨立的概念是模塊化、抽象、信息隱藏和局部化概念的直接結(jié)果。希望這樣設計軟件結(jié)構，使得每個模塊完成一個相對獨立的特定子功能，并且和其他模塊之間的關系很簡單。模塊獨立的重要性：有效的模塊化(即具有獨立的模塊)的軟件比較容易開發(fā)出來。這是由于能夠分割功能而且接口可以簡化，當許多人分工合作開發(fā)同一個軟件時，這個優(yōu)點尤其重要。獨立的模塊比較容易測試和維護。這是因為相對說來，修改設計和程序需要的工作量比較小，錯誤傳播范圍小，需要擴充功能時能夠“插入”模塊。模塊獨立程度的兩個定性標準度量：耦合衡量不同模塊彼此間互相依賴(連接)的緊密程度。耦合要低，即每個模塊和其他模塊之間的關系要簡單；內(nèi)聚衡量一個模塊內(nèi)部各個元素彼此結(jié)合的緊密程度。內(nèi)聚要高，每個模塊完成一個相對獨立的特定子功能。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。要求：在軟件設計中應該追求盡可能松散耦合的系統(tǒng)?？梢匝芯?、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；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；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。耦合程度的度量：(1)非直接耦合/完全獨立(nodirectcoupling)如果兩個模塊中的每一個都能獨立地工作而不需要另一個模塊的存在，那么它們完全獨立。在一個軟件系統(tǒng)中不可能所有模塊之間都沒有任何連接。(2)數(shù)據(jù)耦合(datacoupling)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。評價：系統(tǒng)中至少必須存在這種耦合。一般說來，一個系統(tǒng)內(nèi)可以只包含數(shù)據(jù)耦合。數(shù)據(jù)耦合是理想的目標。維護更容易，對一個模塊的修改不會是另一個模塊產(chǎn)生退化錯誤。(3)控制耦合(controlcoupling)如果兩個模塊彼此間傳遞的信息中有控制信息，這種耦合稱為控制耦合。評價：控制耦合往往是多余的，把模塊適當分解之后通?？梢杂脭?shù)據(jù)耦合代替它。（如何分解？）被調(diào)用的模塊需知道調(diào)用模塊的內(nèi)部結(jié)構和邏輯，降低了重用的可能性。(4)特征耦合(stampcoupling)當把整個數(shù)據(jù)結(jié)構作為參數(shù)傳遞而被調(diào)用的模塊只需要使用其中一部分數(shù)據(jù)元素時，就出現(xiàn)了特征耦合。評價：被調(diào)用的模塊可使用的數(shù)據(jù)多于它確實需要的數(shù)據(jù)，這將導致對數(shù)據(jù)的訪問失去控制，從而給計算機犯罪提供了機會。無論何時把指針作為參數(shù)進行傳遞，都應該仔細檢查該耦合。(5)公共環(huán)境耦合(commoncoupling)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。公共環(huán)境可以是全程變量、共享的通信區(qū)、內(nèi)存的公共覆蓋區(qū)、任何存儲介質(zhì)上的文件、物理設備等等。公共環(huán)境耦合的類型：

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)。數(shù)據(jù)耦合的一種形式，是比較松散的耦合。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。評價：與結(jié)構化編程矛盾，生成的代碼完全不可讀。如果在一個模塊中對一個全局變量的聲明進行修改，必須修改能夠訪問該全局變量的每一個模塊。公共環(huán)境耦合的模塊難于重用，必須提供一個全局變量的清單。即使模塊本身不改變，它和產(chǎn)品中其他模塊之間公共環(huán)境耦合的實例數(shù)也會變化非常大。潛在危險很大。模塊暴露出必需要更多的數(shù)據(jù)，難以控制數(shù)據(jù)存取，而且會導致計算機犯罪。(6)內(nèi)容耦合(contentcoupling)最高程度的耦合是內(nèi)容耦合。如果出現(xiàn)下列情況之一，兩個模塊間就發(fā)生了內(nèi)容耦合：一個模塊訪問另一個模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)；一個模塊不通過正常入口轉(zhuǎn)到另一個模塊的內(nèi)部；兩個模塊有一部分程序代碼重疊；一個模塊有多個入口。耦合是影響軟件復雜程度的一個重要因素。應該采取下述設計原則：

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，它是信息隱藏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。要求：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)聚不要使用。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。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。內(nèi)聚程度的度量：(1)偶然內(nèi)聚(coincidentalcohesion)如果一個模塊完成一組任務，這些任務彼此間即使有關系，關系也是很松散的，就叫做偶然內(nèi)聚。MA=B+CGETCHERIFR=5THENS=1評價：模塊內(nèi)各元素之間沒有實質(zhì)性聯(lián)系，很可能在一種應用場合需要修改這個模塊，在另一種應用場合又不允許這種修改，從而陷入困境；可理解性差，可維護性產(chǎn)生退化；模塊是不可重用的。解決方案：將模塊分成更小的模塊，每個小模塊執(zhí)行一個操作。(2)邏輯內(nèi)聚(logicalcohesion)如果一個模塊完成的任務在邏輯上屬于相同或相似的一類，則稱為邏輯內(nèi)聚。評價：接口難以理解，造成整體上不易理解；完成多個操作的代碼互相糾纏在一起，即使局部功能的修改有時也會影響全局，導致嚴重的維護問題；難以重用。解決方案：模塊分解。(3)時間內(nèi)聚(temporalcohesion)如果一個模塊包含的任務必須在同一段時間內(nèi)執(zhí)行，就叫時間內(nèi)聚。各種初始化工作打開舊主文件、新主文件、事務文件和打印文件；初始化銷售地區(qū)表；讀第一條事務記錄和第一條舊主文件記錄；評價：時間關系在一定程度上反映了程序某些實質(zhì)，所以時間內(nèi)聚比邏輯內(nèi)聚好一些。模塊內(nèi)操作之間的關系很弱，與其他模塊的操作卻有很強的關聯(lián)。時間內(nèi)聚的模塊不太可能重用。(4)過程內(nèi)聚(proceduralcohesion)如果一個模塊內(nèi)的處理元素是相關的，而且必須以特定次序執(zhí)行，則稱為過程內(nèi)聚。使用程序流程圖作為工具設計軟件時，常常通過研究流程圖確定模塊的劃分，這樣得到的往往是過程內(nèi)聚的模塊。評價：比時間內(nèi)聚好，至少操作之間是過程關聯(lián)的。仍是弱連接，不太可能重用模塊。解決方案：分割為單獨的模塊，每個模塊執(zhí)行一個操作。(5)通信內(nèi)聚(communicationalcohesion)如果模塊中所有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)，則稱為通信內(nèi)聚。即在同一個數(shù)據(jù)結(jié)構上操作。評價：模塊中各操作緊密相連，比過程內(nèi)聚更好。不能重用。解決方案：分成多個模塊，每個模塊執(zhí)行一個操作。(6)順序內(nèi)聚(sequentialcohesion)如果一個模塊內(nèi)的處理元素和同一個功能密切相關，而且這些處理必須順序執(zhí)行，則稱為順序內(nèi)聚。評價：根據(jù)數(shù)據(jù)流圖劃分模塊時，通常得到順序內(nèi)聚的模塊，這種模塊彼此間的連接往往比較簡單。(7)功能內(nèi)聚(functionalcohesion)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。評價：模塊可重用，應盡可能重用；可隔離錯誤，維護更容易；擴充產(chǎn)品功能時更容易。七種內(nèi)聚的優(yōu)劣評分結(jié)果：高內(nèi)聚：功能內(nèi)聚10分順序內(nèi)聚 9分 中內(nèi)聚：通信內(nèi)聚 7分 過程內(nèi)聚 5分低內(nèi)聚：時間內(nèi)聚 3分邏輯內(nèi)聚 1分偶然內(nèi)聚 0分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。5.3啟發(fā)規(guī)則1.改進軟件結(jié)構提高模塊獨立性通過模塊分解或合并，降低耦合提高內(nèi)聚。兩個方面：

模塊功能完善化。一個完整的模塊包含：執(zhí)行規(guī)定的功能的部分出錯處理的部分返回一個“結(jié)束標志”消除重復功能，改善軟件結(jié)構。完全相似局部相似2.模塊規(guī)模應該適中經(jīng)驗表明，一個模塊的規(guī)模不應過大，最好能寫在一頁紙內(nèi)。通常不超過60行語句。數(shù)字只能作為參考，根本問題是要保證模塊的獨立性。過大的模塊往往是由于分解不充分，但是進一步分解必須符合問題結(jié)構，一般說來，分解后不應該降低模塊獨立性。過小的模塊開銷大于有效操作，而且模塊數(shù)目過多將使系統(tǒng)接口復雜。3.深度、寬度、扇出和扇入都應適當深度：軟件結(jié)構中控制的層數(shù)，它往往能粗略地標志一個系統(tǒng)的大小和復雜程度。寬度：軟件結(jié)構內(nèi)同一個層次上的模塊總數(shù)的最大值。扇出：一個模塊直接控制(調(diào)用)的模塊數(shù)目。扇入：有多少個上級模塊直接調(diào)用它。4.模塊的作用域應該在控制域之內(nèi)模塊的作用域：定義為受該模塊內(nèi)一個判定影響的所有模塊的集合。模塊的控制域：是這個模塊本身以及所有直接或間接從屬于它的模塊的集合。在一個設計得很好的系統(tǒng)中，所有受判定影響的模塊應該都從屬于做出判定的那個模塊，最好局限于做出判定的那個模塊本身及它的直屬下級模塊。解決方案：把模塊A中的判定移到模塊M中；把模塊G移到模塊A下面，作為他的下級模塊。5.力爭降低模塊接口的復雜程度模塊接口復雜是軟件發(fā)生錯誤的一個主要原因。應該仔細設計模塊接口，使得信息傳遞簡單并且和模塊的功能一致。例：解一元二次方程的函數(shù)QUAD_ROOT(TBL,X)其中數(shù)組TBL傳送方程的系數(shù)數(shù)組X送回求得的根QUAD_ROOT(A,B,C,ROOT1,ROOT2)6.設計單入口單出口的模塊警告軟件工程師不要使模塊間出現(xiàn)內(nèi)容耦合。當從頂部進入模塊并且從底部退出來時，軟件是比較容易理解的，因此也是比較容易維護的。7.模塊功能應該可以預測模塊的功能應該能夠預測，但也要防止模塊功能過分局限。功能可預測：如果一個模塊可以當做一個黑盒子，只要輸入的數(shù)據(jù)相同就產(chǎn)生同樣的輸出，這個模塊的功能就是可以預測的。5.4描繪軟件結(jié)構的圖形工具

5.4.1層次圖和HIPO圖1.層次圖(H圖)層次圖用來描繪軟件的層次結(jié)構。很適于在自頂向下設計軟件的過程中使用。層次圖和層次方框圖的區(qū)別：層次圖層次方框圖作用描繪軟件結(jié)構描繪數(shù)據(jù)結(jié)構矩形框模塊數(shù)據(jù)元素連線調(diào)用關系組成關系正文加工系統(tǒng)的層次圖2.HIPO圖HIPO圖是美國IBM公司發(fā)明的“層次圖+輸入/處理/輸出圖”的英文縮寫。為了能使HIPO圖具有可追蹤性，在H圖(層次圖)里除了最頂層的方框之外，每個方框都加了編號。和H圖中每個方框相對應，應該有一張IPO圖描繪這個方框代表的模塊的處理過程。模塊在H圖中的編號便于追蹤了解這個模塊在軟件結(jié)構中的位置。5.4.2結(jié)構圖Yourdon提出的結(jié)構圖是進行軟件結(jié)構設計的另一個有力工具。結(jié)構圖和層次圖類似，也是描繪軟件結(jié)構的圖形工具?；痉枺悍娇虼硪粋€模塊；方框之間的直線表示模塊的調(diào)用關系；尾部是空心圓箭頭表示傳遞的是數(shù)據(jù)；尾部實心圓箭頭表示傳遞的是控制信息。附加符號：選擇調(diào)用：判定為真時調(diào)用A，為假時調(diào)用B。附加符號：循環(huán)調(diào)用：模塊M循環(huán)調(diào)用模塊A、B、C。注意：層次圖和結(jié)構圖并不嚴格表示模塊的調(diào)用次序，多數(shù)人習慣按調(diào)用次序從左到右畫模塊；層次圖和結(jié)構圖并不指明何時調(diào)用下層模塊；層次圖和結(jié)構圖只表明一個模塊調(diào)用那些模塊，沒有表示模塊內(nèi)還有沒有其他成分；通常用層次圖作為描繪軟件結(jié)構的文檔；由層次圖導出結(jié)構圖的過程，可以作為檢查設計正確性和評價模塊獨立性的好方法。5.5面向數(shù)據(jù)流的設計方法面向數(shù)據(jù)流的設計方法定可以把數(shù)據(jù)流圖變換成軟件結(jié)構。因為任何軟件系統(tǒng)都可以用數(shù)據(jù)流圖表示，所以面向數(shù)據(jù)流的設計方法理論上可以設計任何軟件的結(jié)構。通常所說的結(jié)構化設計方法(簡稱SD方法)，也就是基于數(shù)據(jù)流的設計方法。

5.5.1概念面向數(shù)據(jù)流的設計方法把信息流映射成軟件結(jié)構，信息流的類型決定了映射的方法。信息流有兩種類型：變換流事務流1.變換流信息沿輸入通路進入系統(tǒng)，同時由外部形式變換成內(nèi)部形式，進入系統(tǒng)的信息通過變換中心，經(jīng)加工處理以后再沿輸出通路變換成外部形式離開軟件系統(tǒng)。2.事務流數(shù)據(jù)沿輸入通路到達一個處理T，T根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型在若干個動作序列中選出一個來執(zhí)行。處理T稱為事務中心，它完成下述任務：接收輸入數(shù)據(jù)；分析每個事務以確定它的類型；根據(jù)事務類型選取一條活動通路。3.設計過程任何設計過程都不是機械一成不變的，設計首先需要人的判斷力和創(chuàng)造力，這往往會凌駕于方法和規(guī)則之上。5.5.2變換分析變換分析是一系列設計步驟的總稱，經(jīng)過這些步驟把具有變換流特點的數(shù)據(jù)流圖按預先確定的模式映射成軟件結(jié)構。設計步驟：(1)復查基本系統(tǒng)模型確保系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)符合實際。(2)復查并精化數(shù)據(jù)流圖對需求分析階段得出的數(shù)據(jù)流圖認真復查，并且在必要時進行精化。不僅要確保數(shù)據(jù)流圖給出了目標系統(tǒng)的正確的邏輯模型，而且應該使數(shù)據(jù)流圖中每個處理都代表一個規(guī)模適中相對獨立的子功能。(3)確定數(shù)據(jù)流圖具有變換特性還是事務特性一個系統(tǒng)中的所有信息流都可以認為是變換流，但是，當遇到有明顯事務特性的信息流時，建議采用事務分析方法進行設計。確定數(shù)據(jù)流的全局特性和局部特性。(4)確定輸入流和輸出流的邊界，從而孤立出變換中心輸入流和輸出流的邊界和對它們的解釋有關，不同設計人員可能會在流內(nèi)選取稍微不同的點作為邊界的位置。(5)完成“第一級分解”。位于軟件結(jié)構最頂層的控制模塊Cm協(xié)調(diào)下述從屬的控制功能：輸入信息處理控制模塊Ca,協(xié)調(diào)對所有輸入數(shù)據(jù)的接收；變換中心控制模塊Ct,管理對內(nèi)部形式的數(shù)據(jù)的所有操作；輸出信息處理控制模塊Ce，協(xié)調(diào)輸出信息的產(chǎn)生過程。第一級分解方法(6)完成“第二級分解”處理映射成軟件結(jié)構中一個適當?shù)哪K。完成第二級分解的方法是：從變換中心的邊界開始沿著輸入通路向外移動，把輸入通路中每個處理映射成軟件結(jié)構中Ca控制下的一個低層模塊；然后沿輸出通路向外移動，把輸出通路中每個處理映射成直接或間接受模塊Ce控制的一個低層模塊；最后把變換中心內(nèi)的每個處理映射成受Ct控制的一個模塊。第二級分解方法(7)使用設計度量和啟發(fā)式規(guī)則對第一次分割得到的軟件結(jié)構進一步精化為了產(chǎn)生合理的分解，得到盡可能高的內(nèi)聚、盡可能松散的耦合，為了得到一個易于實現(xiàn)、易于測試和易于維護的軟件結(jié)構，應該對初步分割得到的模塊進行再分解或合并。5.5.3事務分析雖然在任何情況下都可以使用變換分析方法設計軟件結(jié)構，但是在數(shù)據(jù)流具有明顯的事務特點時，也就是有一個明顯的“發(fā)射中心”(事務中心)時，還是以采用事務分析方法為宜。

事務分析的設計步驟和變換分析的設計步驟大部分相同或類似，主要差別僅在于由數(shù)據(jù)流圖到軟件結(jié)構的映射方法不同：由事務流映射成的軟件結(jié)構包括一個接收分支和一個發(fā)送分支；映射出接收分支結(jié)構的方法和變換分析映射出輸入結(jié)構的方法很相像，即從事務中心的邊界開始，把沿著接收流通路的處理映射成模塊；發(fā)送分支的結(jié)構包含一個調(diào)度模塊，它控制下層的所有活動模塊；然后把數(shù)據(jù)流圖中的每個活動流通路映射成與它的流特征相對應的結(jié)構。例1（補充）設計一個產(chǎn)品，它將一個文件名作為輸入，并返回文件中的字數(shù)。第一級分解第二級分解精化本章主要內(nèi)容回顧一、軟件總體設計的目的：

“概括地說，系統(tǒng)應當如何實現(xiàn)”二、設計過程由兩個主要階段9個步驟組成：系統(tǒng)設計階段，確定系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案設想供選擇的方案選取合理的方案推薦最佳方案結(jié)構設計階段，確定軟件結(jié)構功能分解設計軟件結(jié)構設計數(shù)據(jù)庫制定測試計劃書寫文檔審查和復審本章主要內(nèi)容回顧三、模塊的獨立性及度量標準

模塊獨立性是指模塊內(nèi)部各部分及模塊間的關系的一種衡量標準，由內(nèi)聚和耦合來度量。設計模塊時要求高內(nèi)聚、低耦合。四、什么是模塊間的耦合？有哪幾種？

耦合衡量不同模塊彼此間互相依賴(連接)的緊密程度。耦合要低，即每個模塊和其他模塊之間的關系要簡單；模塊間耦合程度的強弱的標準如下（6類）：

非直接耦合、數(shù)據(jù)耦合、控制耦合特征耦合、公共環(huán)境耦合、內(nèi)容耦合本章主要內(nèi)容回顧五、什么是模塊間的內(nèi)聚？有哪幾種？

內(nèi)聚是標志一個模塊內(nèi)各個元素彼此結(jié)合的緊密程度，它是信息隱藏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，要求高內(nèi)聚。內(nèi)聚按強弱程度分類如下（7類）：

偶然內(nèi)聚邏輯內(nèi)聚時間內(nèi)聚過程內(nèi)聚通信內(nèi)聚順序內(nèi)聚功能內(nèi)聚高內(nèi)聚

中內(nèi)聚

低內(nèi)聚

本章主要內(nèi)容回顧六、啟發(fā)性規(guī)則？

1.改進軟件結(jié)構提高模塊獨立性2.模塊規(guī)模應該適中

3.深度、寬度、扇出和扇入都應適當

4.模塊的作用域應該在控制域之內(nèi)5.力爭降低模塊接口的復雜程度

6.設計單入口單出口的模塊7.模塊功能應該可以預測本章主要內(nèi)容回顧七、面向數(shù)據(jù)流的設計方法

把數(shù)據(jù)流圖變換成軟件結(jié)構，即把信息流映射成軟件結(jié)構。八、信息流類型變換流事務流本章主要內(nèi)容回顧九、變換分析步驟

1.復查基本系統(tǒng)模型2.復查并精化數(shù)據(jù)流圖

3.確定數(shù)據(jù)流圖具有變換特性還是事務特性

4.確定輸入流和輸出流的邊界，從而孤立出變換中心

本章主要內(nèi)容回顧

5.完成“第一級分解”。

最頂層的控制模塊Cm協(xié)調(diào)下述從屬的控制功能本章主要內(nèi)容回顧6.完成“第二級分解”。

處理映射成軟件結(jié)構中一個適當?shù)哪K第二級分解方法本章主要內(nèi)容回顧九、變換分析步驟

7.使用設計度量和啟發(fā)式規(guī)則對第一次分割得到的軟件結(jié)構進一步精化本章主要內(nèi)容回顧十、事務分析的設計步驟與變換分析相比，差別在于由數(shù)據(jù)流圖到軟件結(jié)構的映射方法不同由事務流映射成的軟件結(jié)構包括一個接收分支和一個發(fā)送分支；從事務中心的邊界開始，把沿著接收流通路的處理映射成接收模塊；發(fā)送分支的結(jié)構包含一個調(diào)度模塊，它控制下層的所有活動模塊；然后把數(shù)據(jù)流圖中的每個活動流通路映射成與它的流特征相對應的結(jié)構。

例2：汽車數(shù)字儀表板通過模數(shù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)傳感器和微處理機接口；在發(fā)光二極管面板上顯示數(shù)據(jù)；指示每小時英里數(shù)(mph)，行駛的里程，每加侖油行駛的英里數(shù)(mpg)等等；指示加速或減速；超速警告：如果車速超過55英里/小時，則發(fā)出超速警告鈴聲。變換分析步驟1.復查基本系統(tǒng)模型2.復查并精化數(shù)據(jù)流圖3.確定數(shù)據(jù)流圖具有變換特性4.確定輸入流和輸出流的邊界，從而孤立出