模块化设计modulardesign.ppt

1、4.1 4.1 软件设计基础软件设计基础 软件设计的基本目标是软件设计的基本目标是用比较抽象概括的方式用比较抽象概括的方式确定目标系统如何完成预定的任务确定目标系统如何完成预定的任务，即软件设，即软件设计是确定系统的计是确定系统的物理模型物理模型。从技术观点来看，软件设计包括从技术观点来看，软件设计包括数据设计数据设计、体体系结构设计系结构设计、接口设计接口设计、过程设计过程设计。从工程管理角度来看，软件设计分两步完成：从工程管理角度来看，软件设计分两步完成：概要设计和详细设计。概要设计和详细设计。概要设计概要设计将软件需求将软件需求转化为软件体系结构转化为软件体系结构确定系统级接口确定系统级

2、接口全局数据结构或数据库模式。全局数据结构或数据库模式。详细设计详细设计确立每个模块的实现算法和局部数据结构确立每个模块的实现算法和局部数据结构用适当方法表示算法和数据结构的细节用适当方法表示算法和数据结构的细节将分析模型转换为设计将分析模型转换为设计数据字典数据字典数数据据流流图图实实体体关关系系图图状态转换图状态转换图加加工工规规格格说说明明控控制制规规格格说说明明数数据据对对象象描描述述过程设计过程设计接口设计接口设计体系结构设计体系结构设计数据设计数据设计软件设计的重要性软件设计的重要性 软件设计是后续开发步骤及软件维护工作的基础。如软件设计是后续开发步骤及软件维护工作的基础。如果没有

3、设计，只能建立一个不稳定的系统结构。果没有设计，只能建立一个不稳定的系统结构。设计设计编码编码测试测试维护维护测试测试编码编码维护维护有软件设计有软件设计 没有软件设计没有软件设计4、1软件设计基础4.1.14.1.1软件设计阶段的任务软件设计阶段的任务高可靠性高可靠性高可维护性高可维护性高可理解性高可理解性高效率高效率 软件设计的目标软件设计的目标4.1.24.1.2软件设计的目标软件设计的目标4 4、1 1、4 4 软件设计的原则软件设计的原则 设计对于分析模型应该是设计对于分析模型应该是可跟踪可跟踪的；的；设计应该尽量采用设计应该尽量采用可重用可重用设计构件方法；设计构件方法；软件的结构

4、应该尽可能软件的结构应该尽可能模拟问题域模拟问题域的结构；的结构；设计应该表现出设计应该表现出一致性和集成性一致性和集成性；设计的构造应能设计的构造应能适应修改适应修改；区别区别设计与编码的关系设计与编码的关系；在构造设计时就应该在构造设计时就应该能够评估质量能够评估质量；复审设计以复审设计以减少概念性错误减少概念性错误。软件设计内容软件设计内容1 1、设想供选择的方案；、设想供选择的方案；2 2、选取合理的方案；、选取合理的方案；3 3、推荐最佳方案；、推荐最佳方案；4 4、功能分解；、功能分解；5 5、设计软件结构；、设计软件结构；6 6、设计数据库；、设计数据库；7 7、制定测试计划；、

5、制定测试计划；8 8、书写文档；、书写文档；9 9、审查和复查。、审查和复查。4.1.5 4.1.5 概要设计过程概要设计过程检查需求检查需求说明书及说明书及数据要求数据要求数据库设计数据库设计改编已有软件改编已有软件概要结概要结构设计构设计分配需求分配需求安排安排进度进度鉴定已鉴定已有软件有软件设计设计接口接口检查检查数据流数据流确定模确定模块功能块功能分析分析确定系统确定系统数据结构数据结构和文件结构和文件结构设计数据设计数据库模式与库模式与子模式子模式编写概要编写概要设计文档设计文档评审评审顶层顶层1层层2层层ABCDEFGHIJKLMN深度深度扇入为扇入为2扇出为扇出为3扇入为扇入为3

6、3层层4层层宽度宽度宽度宽度 程序模块示意图程序模块示意图：深度：深度：表示软件结构中表示软件结构中从顶层模块到最底层模块从顶层模块到最底层模块的层数。的层数。宽度：宽度：表示控制的总分表示控制的总分布。布。扇出数：扇出数：指一个模块直指一个模块直接控制下属的模块个数。接控制下属的模块个数。扇入数：扇入数：指一个模块的指一个模块的直接上属模块个数。直接上属模块个数。1 1、程序结构图：、程序结构图：表示软件的系统结构，它是软件模块间关系的表示，软表示软件的系统结构，它是软件模块间关系的表示，软件之间的各种关系，均可表示为层次结构。如图所示。件之间的各种关系，均可表示为层次结构。如图所示。4.2

7、 4.2 软件设计的概念和原理软件设计的概念和原理4.2.14.2.1、软件体系结构、软件体系结构由模块连接而得到的软件结构最普通的形式就是树状结构和网状结构。由模块连接而得到的软件结构最普通的形式就是树状结构和网状结构。顶层顶层1 1层层2 2层层3 3层层 软件的软件的树状结构树状结构ABCDEFGHIKLMABCDEFGH 网状结构网状结构4.2.24.2.2、模块化设计、模块化设计:模块化设计模块化设计（modular designmodular design）：）：把大型软件按照把大型软件按照规定的原则规定的原则划分为划分为一个个较小的、一个个较小的、相对独立相对独立但又但又相关相关

8、的模块的模块的设计方法。的设计方法。模块模块（modulemodule）：是）：是数据说明和可数据说明和可执行语句执行语句等程序对象的集合，每个等程序对象的集合，每个模块单独命名并且可以通过名字对模块单独命名并且可以通过名字对模块进行访问。模块进行访问。ABCDEFGHIJKLM4.2 4.2 软件设计的概念和原理软件设计的概念和原理 实现模块化设计的重实现模块化设计的重 要要指导思想是分解、信息指导思想是分解、信息隐藏和模块独立性。隐藏和模块独立性。一、分解一、分解设函数设函数C(x)C(x)定义问题定义问题x x的复杂程度，函数的复杂程度，函数E(x)E(x)确定解决问题确定解决问题x x

9、所需所需要的工作量（时间）。对于两个问题要的工作量（时间）。对于两个问题P Pl l和和P P2 2，如果如果 C(PC(P1 1)C(PC(P2 2)，显然显然 E(PE(P1 1)E(PE(P2 2)根据人类解决一般问题的经验，如果一个问题由根据人类解决一般问题的经验，如果一个问题由P Pl l和和P P2 2两个问题组两个问题组合而成，那么它的复杂程序大于分别考虑每个问题时的复杂程度之和，合而成，那么它的复杂程序大于分别考虑每个问题时的复杂程度之和，即即C(PC(Pl lP P2 2)C(PC(P1 1)C(PC(P2 2)综上所述，可得到下面的不等式综上所述，可得到下面的不等式 E(P

10、E(Pl lP P2 2)E(PE(Pl l)E(PE(P2 2)模块化降低软件复杂度的简单证明模块化降低软件复杂度的简单证明 注意：注意：并非模块分得越小越好，因为模块之间接口的复杂度和工作并非模块分得越小越好，因为模块之间接口的复杂度和工作量增加。显然，每个软件系统都有一个最佳模块数量增加。显然，每个软件系统都有一个最佳模块数M M。注意选择分。注意选择分解的最佳模块数。上图描述了模块化与软件成本的关系。解的最佳模块数。上图描述了模块化与软件成本的关系。软件总成本软件总成本 模块化与软件成本的关系图模块化与软件成本的关系图成本成本模块模块数目数目模块成本模块成本接口成本接口成本最小成本区最

11、小成本区M模块化与软件成本的关系模块化与软件成本的关系 抽象：抽象：在现实世界中，事物、状态或过程之间总存在某在现实世界中，事物、状态或过程之间总存在某些共性，把这些共性集中、概括起来，而暂时忽略它们些共性，把这些共性集中、概括起来，而暂时忽略它们之间的差异。之间的差异。高级别抽象高级别抽象较低级别抽象较低级别抽象较低级别抽象较低级别抽象较低级别抽象较低级别抽象注意：注意：抽象过程是一个命名的指令序列，它具有特抽象过程是一个命名的指令序列，它具有特定的、有限的功能。定的、有限的功能。逐步求精：逐步求精：是一个推敲的过程，与抽象是互补的，有是一个推敲的过程，与抽象是互补的，有助于设计者在数据处理

12、过程中揭示底层的细节。助于设计者在数据处理过程中揭示底层的细节。二、抽象和逐步求精二、抽象和逐步求精 抽象层次抽象层次.抽象层次抽象层次.任务需求的描述。任务需求的描述。CAD SOFTWARE TASKSCAD SOFTWARE TASKS user interaction task;user interaction task;2-D drawing creation task;2-D drawing creation task;graphics display task;graphics display task;drawing file management task;drawing f

13、ile management task;end.end.在这个抽象层次上，未给出在这个抽象层次上，未给出“怎样做怎样做”的信息，不能的信息，不能直接实现。直接实现。抽象层次抽象层次.程序过程表示。以程序过程表示。以2-D(2-D(二维二维)绘图生成任务为例绘图生成任务为例:PROCEDURE PROCEDURE：2-D drawing creation2-D drawing creation REPEAT UNTIL(drawing creation task terminates)REPEAT UNTIL(drawing creation task terminates)DO WHILE(d

14、igitizer interaction occurs)DO WHILE(digitizer interaction occurs)digitizer interface task;digitizer interface task;DETERMINE drawing request CASE;DETERMINE drawing request CASE;line line：line drawing task;line drawing task;rectangle rectangle：rectangle drawing task;rectangle drawing task;circle cir

15、cle：circle drawing task;circle drawing task;信息隐蔽原理信息隐蔽原理指出：模块内部的数据与过程，应该指出：模块内部的数据与过程，应该对不需要了解这些数据与过程的模块隐藏起来。也对不需要了解这些数据与过程的模块隐藏起来。也就是说，就是说，模块中所包括的信息不允许其它不需要这模块中所包括的信息不允许其它不需要这些信息的模块调用。些信息的模块调用。局部化局部化是指把一些关系密切的软件元素物理地放得是指把一些关系密切的软件元素物理地放得彼此靠近。彼此靠近。三、信息隐藏和局部化三、信息隐藏和局部化1 1、基本概念、基本概念 “模块模块”，又称，又称“构件构件”

16、，一般指用一个名字可调用的一，一般指用一个名字可调用的一段程序。它一般具有如下段程序。它一般具有如下三个基本属性三个基本属性：4.2.24.2.2、有效的模块设计有效的模块设计2 2、模块独立性的度量标准是两个定性准则：、模块独立性的度量标准是两个定性准则：用于描述模块之间联系的紧密程度。用于描述模块之间联系的紧密程度。用于描述模块内部联系的紧密程度。用于描述模块内部联系的紧密程度。模块独立性比较强的模块应该是具有模块独立性比较强的模块应该是具有高内聚性和高内聚性和的低耦合度的低耦合度。模块的独立性：模块的独立性：是指软件系统中每个模块只涉及软件要求是指软件系统中每个模块只涉及软件要求的的具体

17、的子功能具体的子功能，而和软件系统中其他模块的，而和软件系统中其他模块的接口是简单接口是简单的。的。即即功能专一功能专一，模块之间无过多的，模块之间无过多的相互作用相互作用的模块。的模块。耦合性是指软件结构中模块相互连接的紧密程度，是耦合性是指软件结构中模块相互连接的紧密程度，是模块间模块间相互连相互连接性的度量。模块分解的一个目标是使块间联系尽可能小，块间联系的接性的度量。模块分解的一个目标是使块间联系尽可能小，块间联系的大小可从三个方面衡量：大小可从三个方面衡量：数据数据方式方式作用作用少少多多数据数据控制控制混合混合直接直接调用调用过程过程调用调用模块间的耦合的分类模块间的耦合的分类p0

18、(x0,y0)p1(x1,y1)数据耦合数据耦合 LINE(x0,y0,x1,y1)如果一组模块通过参数表传递如果一组模块通过参数表传递记录信息记录信息，就是标记耦合。，就是标记耦合。这个记录是某一数据结构的子结构，而不是简单变量。这个记录是某一数据结构的子结构，而不是简单变量。p0(x0,y0)p1(x1,y1)标记标记耦合耦合 LINE(p0,p1)如果一个模块通过传送开关、标志、名字等控制信息，如果一个模块通过传送开关、标志、名字等控制信息，明显地控制选择另一模块的功能，就是控制耦合。明显地控制选择另一模块的功能，就是控制耦合。FlagFlagf1f2fncommon公共数据区公共数据区

19、ABcommon公共数据区公共数据区AB松散的公共耦合松散的公共耦合紧密的公共耦合紧密的公共耦合 若一组模块都访问若一组模块都访问同一个公共数据环境同一个公共数据环境，则它们之间的耦合，则它们之间的耦合就称为公共耦合。公共的数据环境可以是全局数据结构、就称为公共耦合。公共的数据环境可以是全局数据结构、共享的通信区、内存的公共覆盖区等。共享的通信区、内存的公共覆盖区等。c AB进入另一模块内部进入另一模块内部模块代码重叠模块代码重叠ABentry1 entry2 模块多个入口模块多个入口二、内聚性二、内聚性(cohesion)内聚性表示一个模块内部各种数据和各种处理之间联内聚性表示一个模块内部各

20、种数据和各种处理之间联系的紧密程度，它是从功能的角度来度量模块间的联系。系的紧密程度，它是从功能的角度来度量模块间的联系。显然显然,块内联系愈紧块内联系愈紧,即内聚性愈强即内聚性愈强,模块独立性愈好。模块独立性愈好。c 巧合巧合 逻辑逻辑 时间时间 过程过程 通信通信 信息信息 功能功能内聚内聚 内聚内聚 内聚内聚 内聚内聚 内聚内聚 内聚内聚 内聚内聚内聚性内聚性功能独立性功能独立性 这种模块完成多个功能，各个功能相互独立但都在同一数据结构上操作，这种模块完成多个功能，各个功能相互独立但都在同一数据结构上操作，每一项功能有一个唯一的入口点。这个模块将根据不同的要求，确定该执每一项功能有一个唯

21、一的入口点。这个模块将根据不同的要求，确定该执行哪一个功能。信息内聚模块可以看成是多个功能内聚模块的组合，并且行哪一个功能。信息内聚模块可以看成是多个功能内聚模块的组合，并且达到信息的隐蔽。达到信息的隐蔽。初始化初始化插入插入删除删除查找查找修改修改符符 号号 表表 如果一个模块内各功能部分都使用了相同的输入数据，或如果一个模块内各功能部分都使用了相同的输入数据，或产生了相同的输出数据，则称之为通信内聚模块。通常，通产生了相同的输出数据，则称之为通信内聚模块。通常，通信内聚模块是通过数据流图来定义的。信内聚模块是通过数据流图来定义的。打印打印检验结检验结果果读文件读文件文件文件计算计算A计算计

22、算B合并合并修改修改文件文件新文件新文件A结果结果B结果结果 使用流程图做为工具设计程序时，把流程图中的某使用流程图做为工具设计程序时，把流程图中的某一部分划出组成模块，就得到过程内聚模块。例如，一部分划出组成模块，就得到过程内聚模块。例如，把流程图中的把流程图中的循环部分、判定部分、计算部分循环部分、判定部分、计算部分分成三分成三个模块，这三个模块都是过程内聚模块。个模块，这三个模块都是过程内聚模块。这种模块把几种相关的功能组合在一起，每次被调这种模块把几种相关的功能组合在一起，每次被调用时，由传送给模块的判定参数来确定该模块应执行用时，由传送给模块的判定参数来确定该模块应执行哪一种功能。哪

23、一种功能。写一个记录写一个记录读一个记录读一个记录判定判定调用模块调用模块被调用被调用模块模块 当几个模块内正好有一段代码是相同的，将它们抽当几个模块内正好有一段代码是相同的，将它们抽取出来形成单独的模块，即巧合内聚模块。这种模块没取出来形成单独的模块，即巧合内聚模块。这种模块没有独立功能，各部分之间没有联系，或联系很松散。有独立功能，各部分之间没有联系，或联系很松散。ABCM STORE REC()TO N READ MASTER FILE ADD 1 TO x 4.3.14.3.1面向数据流的设计方法面向数据流的设计方法基本概念：基本概念：数据流是软件开发人员考虑问题的数据流是软件开发人员

24、考虑问题的 出发点和基础。出发点和基础。目标：目标：给出设计软件结构的一个系统化途径。给出设计软件结构的一个系统化途径。任务：任务：在需求分析的基础上，把用在需求分析的基础上，把用DFDDFD表示的表示的 系统逻辑模型转换成软件结构的初始设系统逻辑模型转换成软件结构的初始设 计描述，即将计描述，即将DFDDFD映射为软件系统的结构。映射为软件系统的结构。映射工具：映射工具：SDSD法。法。SDSD方法的步骤方法的步骤细化、修改细化、修改DFD图图事务型事务型变换型变换型映射为映射为初始结构图初始结构图获得最终获得最终结构图结构图中心变换型中心变换型(transform center(trans

25、form center）其特点是：其特点是：DFDDFD图可以明显分为图可以明显分为“输入输入-处理处理-输出输出”三部分。三部分。变换流：变换流：信息沿输入信息沿输入通路进入系统，同时通路进入系统，同时由外部形式变换成内由外部形式变换成内部形式，进入系统的部形式，进入系统的信息通过变换中心，信息通过变换中心，经加工处理以后再沿经加工处理以后再沿输出通路变换成外部输出通路变换成外部形式离开软件系统。形式离开软件系统。如右图所示。如右图所示。检查检查顺序顺序（物理输入）（物理输入）检查检查合理性合理性扩充扩充代码代码核对核对检查和检查和修改修改压缩压缩代码代码检查检查（逻辑输入（逻辑输入）（逻辑

26、输出（逻辑输出）输输 入入主加工主加工输输 出出卡卡 片片 旧文件旧文件（物理输出）（物理输出）新文件新文件相应于取得数据、变换数据、给出数据，变换流型系统相应于取得数据、变换数据、给出数据，变换流型系统结构图由输入、变换中心和输出等三部分组成。结构图由输入、变换中心和输出等三部分组成。主模块主模块B变换成变换成C输入输入B输出输出CA变换成变换成B输入输入AC变换成变换成D输出输出DAABBBCCCDD分类分类报名报名付款付款注销注销查询查询复审复审数据沿输入通路到达一个处理数据沿输入通路到达一个处理T T时，这个处理根据输入数据的类型在若时，这个处理根据输入数据的类型在若干动作序列中选择一

27、个来执行。干动作序列中选择一个来执行。组成：组成：至少一条接受路径；至少一条接受路径；一个事务中心；一个事务中心；若干动作路径。若干动作路径。任务：任务：接受输入数据（事接受输入数据（事 务）；务）；分析每个事务确定分析每个事务确定 类型；类型；根据事务类型选取根据事务类型选取 一条活动通路。一条活动通路。事务处理型事务处理型(transaction)(transaction)事务中心事务中心分派模块分派模块输出结果输出结果事务事务1 1输入作业信息输入作业信息事务事务2 2事务事务3 3事务事务4 4作业信息作业信息作业作业信息信息结果结果结果结果操作操作1 1操作操作2 2操作操作3 3操

28、作操作4 4操作操作5 5操作操作6 6细节细节1 1细节细节2 2细节细节3 3细节细节4 4细节细节5 5细节细节6 6精化数据流图精化数据流图流类型流类型区分事务中心区分事务中心和数据接收通道和数据接收通道映射成事务结构映射成事务结构区分输入和区分输入和输出分支输出分支映射成变换结构映射成变换结构运用模块设计原则运用模块设计原则精化软件结构精化软件结构导出接口描述导出接口描述和全程数据结构和全程数据结构复查复查详细设计详细设计事务分析事务分析变换分析变换分析面向数据流方法设计过程面向数据流方法设计过程4.3.34.3.3系统结构图的组成系统结构图的组成一、一、SDSD方法的主要表达工具方

29、法的主要表达工具 SC:SC:用来显示软件的组成模块及其调用关系。用来显示软件的组成模块及其调用关系。二、模块的表示符号二、模块的表示符号 完全因子分解的系统：完全因子分解的系统：如果一个系统的全部实际加工由原子模块来如果一个系统的全部实际加工由原子模块来完成，而其他原子模块只执行控制和协调工作。完成，而其他原子模块只执行控制和协调工作。系统结构图的基本符号系统结构图的基本符号模块模块调用调用数据数据控制信息控制信息转接符号转接符号系统结构图的基本符系统结构图的基本符号号选择（判断）选择（判断）重复重复模块调用示例模块调用示例(a)调用调用(b)判断调用判断调用(c)循环调用循环调用简单调用举

30、例简单调用举例模块的选择调用模块的选择调用模块的循环调用模块的循环调用变换型变换型DFD图图变换分析变换分析初始初始SC图图事务型事务型DFD图图初始初始SC图图变换分析变换分析 主加工主加工 描述了系统的主要功能、特征。其特点是：输入描述了系统的主要功能、特征。其特点是：输入/输出数输出数 据流较多，往往主加工不止一个。据流较多，往往主加工不止一个。逻辑输入逻辑输入/输出输出 是指输入是指输入/输出主加工的数据流。输出主加工的数据流。输入流输入流 是把物理输入转换为逻辑输入的数据流。是把物理输入转换为逻辑输入的数据流。输出流输出流 是将逻辑输出转换为物理输出的数据流。是将逻辑输出转换为物理输

31、出的数据流。4.3.4 4.3.4 变换分析技术变换分析技术 这一步要画出初这一步要画出初始的始的SC图，主要是画图，主要是画出它最上面的两层模出它最上面的两层模块块顶层和第一层顶层和第一层。任何系统的顶层都只任何系统的顶层都只有一个用于控制的主有一个用于控制的主模块。它的下一层模块。它的下一层（第一层）一般包括（第一层）一般包括输入、输出和中心变输入、输出和中心变换换三个模块，分别代三个模块，分别代表系统的三个相应分表系统的三个相应分支。两种画法如右图支。两种画法如右图所示。所示。第一层图第一层图模块间的调用模块间的调用2.2.完成第一级分解完成第一级分解对上步的结果继续进行对上步的结果继续

32、进行由顶向下由顶向下的分解，直至画出每个的分解，直至画出每个分支所需要的全部模块，称为第二级分解。这一步得到分支所需要的全部模块，称为第二级分解。这一步得到的结果，便是系统的初始的结果，便是系统的初始SC图。图。第二级分解第二级分解3.3.完成第二级分解完成第二级分解3.3.完成第二级分解完成第二级分解输入分支的第二种分解输入分支的第二种分解 模块的调用和执行过程模块的调用和执行过程输出分支的两种分解输出分支的两种分解中心加工分支第二级分解中心加工分支第二级分解3.3.完成第二级分解完成第二级分解初始初始SC图图3.3.完成第二级分解完成第二级分解变换中心变换中心ABBCEGGHDFCDEABCDEFGH物理输入物理输入物理输出物理输出逻辑输入逻辑输入逻辑输出逻辑输出主模块主模块B C输入输入C输出输出D输出输出ECCD,EDE逻辑输入逻辑输入变换中心变换中心逻辑输出逻辑输出输出输出HG H主模块主模块CD,E输入输入C输出输出D输出输出ECCD,EDE输入输入BBBCBC输入输入AABABA输出输出GE G输出输出FDFDFFEGGGHH