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1、第 5 讲 需求分析建模,需求分析建模,抽象与模型需求分析建模的过程需求分析建模的方法结构化分析面向对象分析Jackson分析结构化分析数据建模功能建模和信息流行为建模,抽象(Abstract),计算中抽象的本质和使用。在处理复杂事务、构造系统、隐藏细节和获取重复模式方面使用抽象，通过对不同层次的细节和指标的抽象，能够表达一个实体和系统。源于实验科学，主要要素是数据采集方法和假设的形式说明，模型的构造与预测实验分析结果分析。在为可能的算法、数据结构和系统结构等构造模型时使用抽象。抽象的结果是概念符号模型。,模型(model),模型是对现实世界某些重要方面的抽象表示。模型是一种抽象，从某个视点、
2、在某种抽象层次上详细说明被建模的系统。有时我们使用术语“抽象”来表示模型，因为我们从现实世界中抽象出对我们特别有用的东西。分类具体模型：直观模型、物理模型等；抽象模型：思维模型、符号模型、数学模型等。,系统包含一组模型，每个参与软件系统开发的人员都需要有一个独特的系统视角。,1 通过对现实环境的调查，获得当前系统的物理模型。,学生购买教材的实际处理流程：当前系统物理模型,需求分析的过程,需求分析的过程,2 去掉具体模型中的非本质因素：抽取现实系统的实质，抽象出当前系统的逻辑模型。,学生购买教材的逻辑模型,需求分析的过程,3 分析当前系统与目标系统的差别，建立目标系 统的逻辑模型。,计算机教材管
3、理系统的逻辑模型,需求分析的过程,4 对目标系统的逻辑模型进行细化、改进与优化5 需求分析的验证,逻辑模型,模型化,抽象化,具体化,实例化,怎么做,做什么,当前系统,目标系统,需求定义,需求分析的过程,逻辑模型和物理模型,模型是对对象系统的形式化的特征抽象，概括性或近似地表示；构造模型的过程是一个抽象、分析的过程。,对象系统,模型系统,抽象（映射）,模型应用,模型构造的过程,逻辑模型 物理模型(本质模型、概念模型)(实施模型、技术模型),现行系统,目标系统,描述重要的业务功能，无论系统是如何实施的。,描述现实系统是如何在物理上实现的。,描述新系统的主要业务功能和用户新的需求，无论系统应如何实施
4、。,描述新系统是如何实施的（包括技术）。,模型化或模型方法是通过抽象、概括和一般化，把研究的对象或问题转化为本质（关系或结构）相同的另一对象或问题，从而加以解决的方法。模型化方法要求所建立的模型能真实反映所研究对象的整体结构、关系或某一过程、某一局部、某一侧面的本质特征和变化规律。,模型的作用,在建模过程中了解系统通过抽象降低复杂性有助于回忆所有的细节有助于开发小组间的交流有助于与用户的交流为系统的维护提供文档,需求分析建模方法,按照信息的流向、结构、和内容三个方面可以将现有的需求分析建模方法划分为：面向信息流向：结构化分析方法面向信息结构：Jackson分析方法面向信息内容：面向对象分析方法
5、描述系统需求时可以从系统的功能、行为和信息三个方面进行，侧重点可以不一样。,计算机世界,现实世界,影射,传统的开发模型不能完全适应具体的应用领域开发,软件开发过程实际是：人通过抽象、归纳把客观系统变换到软件系统，并保证软件系统的解等价客观系统的解。,由于客观系统与软件系统差异很大，所以变换过程必须通过一个中间过渡系统。不同的软件开发模型采用不同的过度系统完成变换过程。,客观系统,客观系统的解,软件系统,软件系统的解,变换,解的等价,计算机世界,现实世界,结构化开发方法,结构化分析,结构化设计,结构化编程,OOA,OOD,OOP,面向对象开发方法,结构化分析方法 SA,结构化分析（Structu
6、red Analysis，SA）是由Douglas Ross 提出的，由DeMarco进行推广的。采用自顶向下、逐层进行功能分解的系统分析方法来定义系统的需求。适用于分析大型的数据处理系统。方法的特点：利用数据流图（Data Flow Diagram，DFD）来帮助理解问题，对问题进行分析。一般工具：DFD、数据字典、结构化英语、判定表、判定树等。,结构化分析方法,功能分析工具：DFD、DD、结构化英语、判定表和判定树。行为分析工具：状态迁移图、Petri网等。数据分析工具：ER图或者EER（扩展ER）图。SA主要针对数据处理领域，因此，系统分析的侧重点在于功能分析和数据分析，而行为分析使用得
7、较少。,结构化分析,结构化分析遵循的三条基本原则：分解 抽象 映射三个主要目标：描述用户需要建立创建软件设计的基础定义软件完成后可被确认的一组需求,SA的结构,分析模型的构成元素,数据字典(DD)模型核心，包含了所有数据对象的描述的中心库。E-R图(ERD)表示数据对象以及相互的关系，用于数据建模。数据流图(DFD)指明数据在系统中移动时如何被变换;描述对数据流进行变换的功能;DFD中每个功能的描述包含在加工规约(小说明)。用于功能建模。状态变迁图(STD)指明作为外部事件的结果,系统将如何动作。用于行为建模。,数据建模,最常用的表示概念性数据模型的方法，是实体联系方法（Entity-Rela
8、tionship Approach）ER图描述现实世界中的实体，而不涉及这些实体在系统中的实现方法。,E-R图元素,实体是客观世界中存在的且可相互区分的事务。实体可以是人也可以是物，可以是具体的事物也可以是抽象概念。例如，职工、学生、课程、教师等都是实体。,E-R图元素,客观世界中的事物彼此间往往是有联系的，例如，教师与课程间存在“教”这种联系。,E-R图元素,属性是实体或联系所具有的性质。通常一个实体由若干个属性来刻画。例如，“学生”实体有学号、姓名、性别、系、年级,E-R图,例：,客人,入住,客房状态,客房,服务,服务类别,姓名地址身份证号码护照号码电话,客房号床位数房间类别价格1,住宿编
9、号住宿时间支付方式,日期，客人数状态(已预定/占用/维修中),日期，数量,名称，价格,数据建模实例：简单的酒店系统数据模型,变换,输入信息,信息流模型,输出信息,外部实体,外部实体,外部实体,输入信息,外部实体,外部实体,输出信息,输出信息,功能建模和信息流,数据存储,1 数据流图,数据流图说明(Yourdon表示)：表示外部实体，代表数据源和数据池。表示加工，代表接收输入，经过变换，继而产生输出的处理过程。表示数据流，代表数据的流向和路径。表示数据存储，代表系统加工的数据所存储的地方。,外部实体,数据流,过程(加工),数据存储,条目查询请求,查询可用条目,1,客户,目录,产品条目,库存条目,
10、可用条目查询结果,目的地,响应,来源,触发器,动作,DFD的Gane表示,1 数据流图,数据流图(DFD，Data Flow Diagram)描述逻辑模型的图形工具，表示数据在系统内的变化。DFD可以分层表示信息流和功能的细节，既提供了功能建模的机制，又提供了信息流建模的机制。第0层的DFD也被称为基本系统模型或语境模型。DFD没有提供显式的处理顺序，过程或顺序式隐含在DFD中的，显式的推迟到系统设计时。不要混淆DFD和程序流程图！,人事部门,人事工资管理系统,会计部门,职工出缺勤报表,职工出缺勤信息,职工工资信息,职工工资报表,职工,职工基本信息,职工工资单,人事工资管理系统的顶层DFD(概
11、图)范例,职工基本信息管理子系统,1.0,2.0,人事工资管理系统0层DFD范例,职工出缺勤信息,职工工资管理子系统,3.0,职工出缺勤管理子系统,职工基本信息,职工工资信息,人事部门,会计部门,职工,职工出缺勤报表,职工出缺勤信息,职工工资信息,职工工资报表,职工基本信息,职工工资单,建立职工出缺勤信息,3.1,人事工资管理系统1层DFD：加工3.0的分解图,职工出缺勤信息,3.2,制作职工出缺勤信息统计表,职工基本信息,职工出缺勤报表,职工出缺勤信息,分层DFD实例,一个简单的考务处理系统功能描述：(1)对考生送来的报名单进行检查;(2)对合格的报名单编好准考证号后将准考证送给 考生，并将
12、汇总后的考生名单送给阅卷站;(3)对阅卷站送来的成绩单进行检查，并根据考试中心制定的合格标准审定合格者;(4)制作考生通知单(含成绩及合格/不合格标志)送给考生;(5)按地区进行成绩分类统计和试题难度分析，产生统计分析表。,考生,考务处理系统,考试中心,阅卷站,不合格报名单,报名单,准考证,考生通知单,成绩清单,合格标准,错误成绩清单,考生名单,统计分析表,顶层数据流图,登记报名单,报名单,准考证,1,统计成绩,2,不合格报名单,考生通知单,成,统计分析表,考生名册,绩,清,单,合格标准,考生名单,成,绩,清,单,错,误,0层数据流图,1层数据流图(a),检查报名单,报名单,准考证,1.1,编
13、准考证号,1.2,不合格报名单,考生名册,考生名单,合格报名单,登记考生,1.3,一层数据流图(b),检查成绩清单,2.1,审定合格者,2.2,考生名册,正确成绩清单,制作通知单,2.3,分析统计成绩,2.4,分析试题难度,2.5,试题得分清单,考生通知单,难度分析表,合格标准,分类统计表,成绩清单,错误成绩清单,经审定的成绩清单,数据流图分解原则,DFD可以用来表示一个系统或软件在任何层次上的抽象。较大型软件系统DFD分成多层(子图、父图概念),可以表示数据流和功能的进一步的细节。0层数据流图应当把系统或软件作为一个单一的功能来描述。应当注意原始的输入和输出。每个过程的每次细化一般控制在34
14、个分过程。所有圆圈和箭头应用有意义的名称标注。一个名称标注在 同一个DFD中只能出现一次。每次细化时，细化部分的输入和输出必须保持一致，即保持信息流连续性，有时称为平衡。一次最好只对一个圆圈细化。,S,2,1,3,2.2,2.1,2.3,3.1,3.2,顶层（不编号）,0层,1层,监控固件和操作接口,每个固件状态,动作警告,机器人初始化控制,操作命令,部件状态缓冲器,位置命令,开始/停止,处理机器人命令,机器人命令文件,操作设置,处理活动,记录机器人动作,位串,数据流和控制流举例（使用Ward和Mellor符号）,数据和控制模型的关系,DFD,加工规约,加工模型,DFD,控制规约,控制模型,数
15、据输出,数据条件,数据输入,控制输入,控制输出,加工激活者,SafeHomede控制面板,与用户交互,SAFEHOME,ARMED POWER,01,1,2,3,4,5,6,7,8,9,*,0,#,OFF ARAY STAY,MAX TEST BYPASS,INSTANT CODE CHIME,READY,panic,alarmcheckfire,awaystayinstantbypassnot ready,SafeHomede的第0层,SafeHomede软件系统,用户命令和数据,显示信息,控制面板,传感器,传感器状态,警铃,电话线,警告类型,电话号码拨音,控制面板显示,SafeHomede
16、的第1层,控制面板,与用户交互,控制面板显示,密码,电话号码拨音,传感器状态,显示信息,配置请求,用户命令和数据,配置系统,警铃,电话线,传感器,配置信息,显示信息和状态,监控传感器,激活不激活系统,传感器信息,密码处理,警告类型,检验id信息,开始停止,状态信息,监控传感器的第2层,电话号码拨音,传感器状态,配置数据,显示格式,配置信息,产生警告信息,拨号,评估设置,传感器信息,读传感器,警告类型,传感器id类型,传感器id类型定位,SafeHomede的第一层,控制面板,与用户交互,控制面板显示,显示活动状态（完成、在处理中）,配置系统,警铃,电话线,传感器,配置信息,显示信息和状态,监控
17、传感器,激活不激活系统,警告信号,密码处理,传感器事件,警告状态,超时,闪烁标志,开关切换,控制规格说明,控制规格说明用两种不同的方法表示系统的行为。状态转换图STD 顺序说明过程启动表PAT 组合说明,过程规格说明,过程规格说明描述所有流模型的过程，该过程是最后的细化层次上的过程。包括解说词文本、用PDL描述的过程算法、数学方程、图或表。,行为建模,采用动态分析方法，直观地分析系统的动作。最常用的动态分析方法：状态迁移图 STD STD通过描述状态以及导致系统改变状态的事件来表示系统的行为。状态是任意可观察的行为模式，一个状态代表系统的一种行为模式。STD指明了系统如何在状态间移动。时序图
18、Petri网,就绪,t1,t4,t2,t3,等待,运行,状态,事件,运行,就绪,等待,t1,t2,t3,t4,运行,就绪,就绪,等待,进程的状态迁移图和状态迁移表,状态迁移图,SafeHomede的状态变迁图,读用户输入,超时,监视系统状态,传感器事件行为,显示用户反馈,与“用户交互”有关,开关/切换,与“监视&控制系统”有关,显示活动状态,与“用户交互”有关,传感器事件,与“显示信息&状态”有关,与“监视&控制系统”有关,传感器事件,传感器事件,与“监视&控制系统”有关,传感器事件,与“显示信息&状态”有关,闪烁,与“显示信息&状态”有关,数据字典,DD是对所有与系统相关的数据元素的一个有组
19、织的列表，以及精确的、严格的定义，使得用户和系统分析员对于输入、输出、存储成分和中间计算有共同的理解。,数据字典的内容,名称数据项或控制项、数据存储或外部实体的主要名称。要求命名唯一性、一致性、“见名知义”。别名（alias）最早使用的另一个名称何处用/如何用使用数据或控制项的加工列表，以及如何使用。内容描述表示内容的符号。附加信息关于数据类型、预设值、限制或局限等信息。,操作符 含义描述 定义为 与(顺序结构).n 重复n次(循环结构).或(选择结构).,.(.)任选 m.n 界域.,注释符,DD内容描述符号表示,F1:航班信息文件航空公司名称航班号起点终点日期 起飞时间降落时间航空公司名称
20、2字母4 航班号3十进制数字3 字母“A”“Z”十进制数字“0”“9”起点终点1汉字10 起飞时间降落时间时分 时“00”“23”分“00”“59”日期年月日 年2000200120022004 月“01”“12”日“01”“31”,重复项：起点终点1汉字10 航空公司名称2字母4 航班号3十进制数字3 组合项：日期年月日 起飞时间降落时间时分选择项：年2000200120022004原数据项：字母“A”“Z”十进制数字“0”“9”时“00”“23”分“00”“59”月“01”“12”日“01”“31”,数据流条目,给出DFD中某个数据流的定义，通常包括：数据流标识 数据流来源 数据流去向 数
21、据流的数据组成 流动属性描述：频率、数据量,购书单,发票,领书单,审查并开发票,开领书单,无效书单,学生,1,2,各班学生用 书 表,举例：,学生,教材存量表,数据流条目说明举例,数据流名:发票别名:无简述:学生购书时填写的项目来源:学生去向:加工1“审查并开发票”组成:(学号)姓名书号数量数据流量:1000次/周 高峰值：开学期间1000次/天,数据存储条目(数据文件词条),对某个文件的定义，包括：文件名 描述 数据结构 数据存储方式 关键码 存取频率和数据量 安全性要求,数据存储条目说明举例,文件名:库存记录别名:无简述:存放库存所有可供货物的信息组成：货物名称编号生产厂家 单价库存量组织
22、方式：索引文件，以货物编号为 关键字查询要求:要求能够立即查询,数据项条目(数据元素词条),不可再分解的数据单位，包括：名称 描述 数据类型 长度(精度)取值范围及缺省值 计量单位 相关数据元素及数据结构,数据项条目说明举例,数据项名:货物编号别名:G-No,G-num简述:本公司的所有货物的编号类型:字符串长度：10取值范围及含义:第1位：JG(进口/国产)第24位：LB01.LB29(类别)第57位：“A00”.“A99”(规格)第810位：“001”.“999”(品名编号),(1)人工方法(2)自动方法(利用字典管理程序)DD应具特点(1)通过名字可方便查阅数据定义(2)无冗余(3)易更
23、新修改,数据字典实现方法,1.确定系统边界,画出系统环境图2.自顶向下，画出各层数据流图3.定义数据字典,结构化分析实施步骤,结构化分析方法的弊病,基于功能分析和数据分析，将功能和数据分离，与人类现实世界环境不一样，和人的自然思维也就不一致了。以功能为主，数据只是被动的信息载体。当系统行为发生变化时，系统维护非常困难。DFD中不涉及系统的控制信息，因此，SA不适合于分析以控制信息为主的系统需求。,小结,需求分析建模的过程需求分析建模的方法结构化分析面向对象分析Jackson分析结构化分析数据建模功能建模和信息流行为建模,第 6 讲 设计概念与原理,内容提要,软件设计的重要性设计过程设计基本原则
24、设计概念模块化设计模块设计的启发规则,概述,软件设计：应用各种技术和原理，对一个软件系统做出足够详细的决策，使之有可能在物理上得以实现的过程。软件是一个迭代的过程。设计目标：将需求分析的结果（分析模型与需求分析规约）转化为实际软件系统的一个模型或软件表达式，即用于构造软件的“蓝图”。最终产品：设计规约，包括描述体系结构、数据、过程和界面设计模型。评审：清晰性、正确性、完整性。软件设计与程序设计不同。,1.软件设计的重要性,软件需求分析和定义完成之后，进入软件设计阶段。软件设计是构造和验证软件所需的技术（设计、编码、测试）之一。,开发阶段的信息流,翻译分析模型到软件设计,翻译分析模型到软件设计,
25、数据设计将分析时创建的信息域模型变换为软件所需的数据结构，侧重于数据结构的定义。体系结构设计定义软件系统各主要结构构件之间的关系。过程设计则是把结构构件转换成软件的过程性描述。在编码步骤，根据这种过程性描述，生成源程序代码，然后通过测试最终得到完整有效的软件。接口设计是建立软件内部的关系以及软件人机之间的交互机制。软件设计的重要性可以用“质量”表达。,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。如果没有设计，只能建立一个不稳定的系统结构。,总体设计,从回答“做什么”到回答“怎样做”划分出组成系统的物理元素程序、文件、数据库、过程和文档等等每个元素还是黑盒子-“全局高度，抽象层
26、次”,2.设计过程,从项目管理的角度来看，软件设计分两步完成。概要设计，将软件需求转化为数据结构和软件体系结构。详细设计，即过程设计。通过对体系结构表示进行细化，得到软件的详细的数据结构和算法。P.63 设计技术和管理方面之间的关系,设计和软件质量,McGlaughlin提出的良好设计的演化的特征：设计必须实现所有在分析模型中的显式需求，并且满足用户希望的隐式需求。设计必须是可读的、可理解的指南，对于编码和测试人员。设计应该提供软件的完整概貌。,设计和软件质量,指导性原则设计应该展示一种层次性结构。设计应该模块化。设计应该包括数据、体系结构、接口和模块（构件）的清楚的表示。设计应有性质不同的可
27、区分的数据结构和过程。设计应该具有独立功能特征的模块。设计应该降低模块和外部环境之间接口的复杂性。设计应该利用需求分析中获得的信息和可重复的方法。,软件设计的演化,模块化程序设计和自顶向下求精软件体系结构的方法。结构化程序设计面向数据流的程序设计面向对象的设计方法软件体系结构的设计基于设计模式的软件设计,3.设计基本原理,软件设计概念提供了完善的设计方法，还可以帮助软件设计人员回答下列问题：能使用什么标准将软件化分为单个构件？如何将功能或数据结构的细节与软件的概念表达分离?是否存在定义软件设计的技术质量的统一标准？,设计基本原理,1.抽象 Abstraction：抽出事物的本质特性而暂时不考虑
28、无关的细节。忽略细节，分层理解问题，自顶向下层层细化，包括对过程、数据和控制抽象。过程抽象：一个命名的指令序列，具有特定和有限的功能。数据抽象是命名的数据集合，描述一个数据对象。控制抽象隐含了不必说明的内部细节的程序控制机制。是实现模块化的手段之一。,walk to door;reach for knob;switch the knobopen door;walk through;close door.,过程抽象,例：开发一个CAD软件，实现一个二维绘图系统的全部功能，供低级计算机辅助设计使用。抽象层次I：用问题所处环境的术语来描述这个软件。该软件包括一个计算机绘图界面，向绘图员显示图形，以及
29、一个数字化仪界面，用以代替绘图板和丁字尺。所有直线、折线、矩形、圆及曲线的描画、所有的几何计算、所有的剖面图和辅助视图都可以用这个CAD软件实现。,过程抽象,抽象层次II：任务需求的描述。列出“What”而不是“How”。CAD SOFTWARE TASKS:user interaction task;2-D drawing creation task;graphics display task;drawing file management task;END,过程抽象,抽象层次III：程序过程表示。以2-D绘图生成任务为例：PROCEDURE 2-D drawing creation REP
30、EAT UNTILE(drawing creation task terminates)DO WHILE(digitizer interaction occurs)Digitizer interface task;DETERMINE drawing request CASE Line:line drawing task;Rectangle:rectangle drawing task;Circle:circle drawing task;END；DO WHILE(keyboard interaction occurs)keyboard interaction task;PROCESS anal
31、ysis/computation CASE View:auxiliary view task;Section:cross sectioning task;END；END REPETITION；END PROCEDURE.,过程抽象,在这个抽象层次上，给出了初步的过程表示，所用的术语都已面向软件，而且模块化的工作已经开始显露。逐步细化和模块化的概念与抽象紧密相连。,数据抽象,定义“绘图 drawing”数据对象作为一种抽象数据类型。TYPE drawing IS STRUCTURE DEFINED number IS STRING LENGTH(12)geometry DEFINED notes
32、 IS STRING LENGTH(256)ENF drawing TYPE;Blueprint IS INSTANCE OF drawing;Schematic IS INSTANCE OF drawing;,设计基本原理,2.细化 Refinement:自顶向下的设计策略。,walk to door;reach for knob;Switch the knob;open door;walk through;close door.,细化,设计的细化过程与需求分析的划分类似，只是考虑的细节层次不同，而不是方法。细化实际是一个详细描述的过程。抽象与细化是互补的概念。,设计基本原理,模块化：Mod
33、ularity模块是数据说明、可执行语句等程序对象的集合，是单独命名的并且可以通过名字来访问，例如过程、函数、子程序、宏、modula等。软件被划分成独立命名和可独立访问的被称作模块的构件，每个模块完成一个子功能，它们集成到一起满足问题需求。,模块化,模块化论据：C(x)定义为问题x的感知复杂性E(x)定义为解决问题x所需要的工作量对p1和p2两个问题，若 C(p1)C(p2)，则 E(p1)E(p2)C(p1+p2)C(p1)+C(p2)E(p1+p2)E(p1)+E(p2)不要过度模块化！每个模块的简单性将被集成的复杂性所掩盖。,模块化,模块化和软件成本如何确定地预测最小成本区？,模块化,
34、如何确定模块的大小：模块可分解性模块可组装性模块可理解性模块连续性模块保护,设计基本原理,4.软件体系结构 Architecture是过程构件（模块）的层次结构、模块间交互的方式以及其使用的数据结构。软件结构的演变从确定问题开始，当该问题的每个部分用一个或多个软件加以解决以后，整个问题的解也就有了。,软件体系结构,结构的演化,P3,P1,P2,P4,P5,S1,S2,S3,S4,S5,体系结构,设计基本原理,5.控制层次 Control Hierarchy也称为程序结构深度：表示控制的层数。宽度：表示控制（同一层次）总跨度。扇出数：指由一模块直接控制的其他模块的数目。扇入数：指有多少个模块直接
35、控制一个给定的模块。上级模块从属模块,控制层次,M,c,b,a,l,k,e,d,m,f,g,i,h,j,n,o,p,q,r,Width,Depth,Fan-out,Fan-in,控制层次,控制层次代表了两种不同的体系结构特征：可见性 visibility 和连接性 connectivity。可见性：构件集合可以直接或间接引用一个给定构件作为数据。连接性：构件集合直接引用一个给定构件作为数据。,设计基本原理,M,c,b,a,l,k,e,d,m,f,g,h,6.结构划分如体系结构是层次式的，则程序结构可以被水平划分和垂直划分。,n,设计基本原理,M,c,b,a,l,k,e,d,m,f,g,h,6.
36、垂直划分,n,设计基本原理,7.数据结构数据结构是数据元素之间逻辑关系的表示。数据结构决定了信息的组织、访问方法、关联程度、可替换的处理方法。典型的数据结构：标量项、顺序向量、数组、链表、树、堆等。,设计基本原理,8.软件过程 software procedure体系结构定义了控制层次，而软件过程着重于每个单独模块的处理细节。过程必须提供精确定义，包括事件顺序、准确的抉择点、重复的操作，以及数据组织和结构。体系结构与软件过程是相互关联的。,设计基本原理,9.信息隐藏 information hiding 信息隐蔽：应该这样设计和确定模块，使得一个模块内包含的信息（过程和数据）对于不需要这些信息
37、的模块来说，是不可访问的。是实现模块化的手段之一。The clients of a module know about its services only through its interface;the implementation is hidden from them(hence may change without affecting the clients).隐藏就是有效的模块化可以通过定义一组独立模块来实现。,信息隐藏,信息隐藏,“信息隐藏”，更准确地描述应是“细节隐藏”，因为隐藏的不是信息，而是实现的细节。,4.模块化设计,实现模块化的手段：抽象和信息隐蔽。在软件体系结构中，从
38、绑定时间、激活机制和控制模式来划分模块类型。在程序结构中，分为顺序、增量和并行模块。,模块化设计,模块独立性通过开发具有单一功能和反对同其它模块的过多交互的模块而实现的。好设计的关键：每个模块完成一个相对独立的子功能，并且与其它模块间的接口简单。好处：更有利于开发、设计/编码修改的副作用减小、模块的复用可能。功能独立性是良好设计的关键，设计又是软件质量的关键。度量标准：内聚 cohesion 和耦合 coupling。内聚是一个模块内部的交互程度；耦合是模块之间交互的程度。,内聚,内聚：The elements of a module are directed to perform the s
39、ame task.Goal:as cohesive as possible.内聚级别：偶然内聚 逻辑内聚 时间内聚 过程内聚 通信内聚 顺序内聚 功能内聚,最差,最好,内聚,低内聚偶然内聚(Coincidental cohesion):Unrelated functions,processes,or data are found in the same module(for convenience).例：read disk file;calculate current values;produce user output;严重的缺点：产品的可维护性退化；模块是不可复用的，增加软件成本。解决途径
40、：将模块分成更小的模块，每个小模块执行一个操作。,内聚,低内聚逻辑内聚（Logical cohesion）：Logically related functions or data are placed in the same module.问题：接口难于理解；完成多个操作的代码互相纠缠在一起，导致严重的维护问题。,内聚,低内聚时间内聚(Temporal cohesion):The functions are related only by the timing involved.例如：系统的初始化 open old master file;new master file,transaction
41、 file and print file;initialize sales region table;read first transaction record and first old master file record;问题：不同的功能混在一个模块中，有时共用部分编码，使局部功能的修改牵动全局。,内聚,中内聚过程内聚(Procedural cohesion):Functions are grouped together in a module to ensure a certain order of performance.例子：Read part number from databa
42、se and update repair record on maintenance file.,内聚,中内聚通信内聚（Communicational cohesion）：All the functions in a module operate on or produce the same data set.例如：从同一磁带上读取不相干的数据 可能破坏独立性。,内聚,高内聚顺序内聚(Sequential cohesion)：The output from one part of a module is the input to the next part.功能内聚(Functional co
43、hesion)：Every processing element is essential to the performance of a single function.原则：在实际工作中，确定内聚的精确级别是不必要的，重要的是力争高内聚和识别低内聚，可以使得设计的软件具有较高的功能独立性。,内聚示例,？,？,耦合,耦合是度量系统中模块之间的交互程度。Goal:as loose as possible=as independent as possible耦合从低到高依次为：非直接耦合（最好），数据耦合，标记耦合，控制耦合，外部耦合，公共耦合和内容耦合（最差）。,耦合,内容耦合 content
44、 coupling如果两个模块中的一个直接引用了另一个模块的内容，则它们之间是内容耦合。One module modifies another.,例1：A访问C的内部数据或不通过正常入口而转入C的内部。,例2：部分代码重叠（常出现在汇编程序中）,例3：一个模块有多个入口（功能）,The least desirable must be avoided,耦合,耦合,公共耦合 common coupling 如果两个模块都可以存取相同的全局数据，则它们之间是公共耦合。Data are accessible from a common data store.,耦合,公共耦合存在的问题：公共部分的改动将
45、影响所有调用它的模块；公共部分的数据存取无法控制；复杂程度随耦合模块的个数增加而增加。解决方法:通过使用信息隐藏来避免公共耦合。,耦合,外部耦合 external coupling 当模块与软件的外部环境联结在一起，并受到约束时就出现较高程度的耦合，则它们之间为外部耦合。,E和L为外部模块；C、F和N为公共模块；B和D为内容模块,耦合,控制耦合 control coupling 如果两个模块中的一个模块给另一个模块传递控制信息，则它们具有控制耦合。One module passes parameters to control the activity of another module.,特点
46、：接口单一，但仍然影响被控模块的内部逻辑。,耦合,标记耦合 stamp coupling如果两个模块都要使用同一数据结构的一部分，不是采用全局公共数据区共享，而是通过模块结构传递数据结构的一部分，则它们之间为标记耦合。数据耦合 data coupling被调用模块的输入与输出是简单的参数或者是数据结构（该数据结构中的所有元素为被调用的模块使用），则它们之间为数据耦合。非直接耦合 no direct coupling 两个模块之间没有联系，则它们之间为非直接耦合。,The most desirable.,耦合,实现低耦合，采取下列措施：耦合方式采用非直接耦合，不采用融合耦合。传递信息类型尽量使用
47、数据耦合，少采用控制耦合，外部耦合和公共耦合限制使用。耦合数量模块间相互调用时，传递参数最好只有一个。原则：尽量使用数据耦合，少用控制耦合，限制公共耦合的范围，完全不用内容耦合。,2.模块规模适中：过大分解不充分不易理解；太小则开销过大、接口复杂。注意分解后不应降低模块的独立性。3.适当控制 深度=分层的层数。过大表示分工过细。宽度=同一层上模块数的最大值。过大表示系统复杂度大。,1.争取低耦合、高内聚（增加内聚 减少耦合）,启发性规则,启发性规则,系统结构,扇出=一个模块直接调用控制的模块数。3 fan-out 9,扇入=直接调用该模块的模块数在不破坏独立性的前提下，fan-in 大的比较好
48、。,启发性规则,启发性规则,尽可能减少高扇出结构，随着深度增大扇入。如果一个模块的扇出数过大，就意味着该模块过分复杂，需要协调和控制过多的下属模块。应当适当增加中间层次的控制模块。一般来说，顶层扇出高，中间扇出少，低层高扇入。,控制域,M的控制域为 M，A，B，C,作用域：M中的一个判定所影响的模块。,启发性规则,作用域是指该模块中一个判断所影响的所有其它模块；控制域指该模块本身以及所有直接或间接从属于它的模块。,4.模块的作用范围保持在该模块的控制范围内,例：,上例中A的作用超出了控制域。改进方法之一，可以把A中的 if 移到M中；改进方法之二，可以把C移到A下面。,M,A,C,B,5、降低接口的复杂程度：模块接口的复杂性是引起软件错误的一个主要原因。接口设计应该使得信息传递简单并且与模块的功能一致。6、单出单入，避免内容耦合，易于理解和维护。7、模块功能可预测 相同输入必产生相同输出。反例：模块中使用全局变量或静态变量，则可能导致不可预测。,启发性规则,小结,软件设计的重要性设计过程设计的基本原理抽象、细化、模块化、体系结构、控制层次、数据结构、软件过程、信息隐藏。模块化设计内聚、耦合，启发规则。,
