软件设计概述

一、软件设计基本原则

1 . 模块

是指执行某一特定任务的数据结构和程序代码。

  • 将模块的接口和功能定义为其外部特性
  • 将模块的局部数据和实现该模块的程序代码称为内部特性。

在模块设计时，最重要的原则就是实现信息隐蔽和模块独立。

2 . 信息隐蔽

将每个程序的成分隐蔽或封装在一个单一的设计模块中，并且尽可能少地暴露其内部的处理过程。
信息隐蔽可以提高软件的可修改性、可测试性和可移植性。

3 . 模块独立

模块独立是指每个模块完成一个相对独立的特定子功能，并且与其他模块之间的联系最简单。
通常用耦合（模块之间联系的紧密程度）和内聚（模块内部各元素之间联系的紧密程度）两个标准来衡量，我们的目标是“高内聚、低耦合”。

4 . 内聚

指模块内部各元素之间联系的紧密程度。模块的内聚类型分为7种，根据内聚度从高到低的排序。

  • (1)功能内聚：指模块内所有元素共同完成某一功能，联系紧密 ，缺一不可，是最强的内聚类型。
  • (2) 顺序内聚：指一个模块中各个处理元素都密切相关于同一功能且必须顺序执行，前一功能元素输出是下一功能元素的输入。即一个模块完成多个功能，这些模块又必须顺序执行。
  • (3) 通信内聚：指模块内所有处理元素都在同一个数据结构上操作，或者指各处理使用相同的输入数据或者产生相同的输出数据。
  • (4) 过程内聚：构件或者操作的组合方式是，允许在调用前面的构件或操作之后，马上调用后面的构件或操作，即使两者之间没 有数据进行传递。
  • (5)时间内聚：把需要同时执行的动作组合在一起形成的模块为时间内聚模块，所有的动作需在同一个时间段内执行。
  • (6) 逻辑内聚：把几种相关的功能组合在一起， 每次被调用时， 由传送给模块参数来确定该模块应完成哪一种功能。
  • (7) 偶然内聚：模块内各部分之间没有联系，或者有联系，这种联系也很松散，是内聚度最低的模块。

例：某模块实现两个功能：向某个数据结构区域写数据和从该 区域读数据。该模块的内聚类型为（ D ）内聚。
A. 过程 B. 时间 C. 逻辑 D. 通信

5 .耦合

指模块之间联系的紧密程度。模块的耦合类型分为7种，根据耦合度从低到高排序。

  • (1)非直接耦合：两个模块之间没有直接关系，它们之间的联系完全是通过主模块的控制和调用来实现的。这种模块的耦合度最低、模块独立性最强。
  • (2)数据耦合：指两个模块之间有调用关系，传递的是简单的数据值，相当于高级语言的值传递。
  • (3)标记耦合: 指两个模块之间传递的是数据结构，如高级语言中的数组名、记录名、文件名等这些名字即标记，其实传递的是这个数据结构的地址。
  • (4)控制耦合：指一个模块调用另一个模块时，传递的是控制变量（如开关、标志等），被调模块通过该控制变量的值有选择地执行模块内某一功能。
  • (5)外部耦合：一组模块都访问同一全局简单变量而不是同一全 局数据结构，而且不是通过参数表传递该全局变量的信息。
  • (6)公共耦合：指一组模块都访问同一个公共数据环境，如全局数据结构，共享通信区。
  • (7)内容耦合 : 一个模块直接使用另一个模块的内部数据，或通过非正常入口而转入另一个模块内部。是最差的耦合。

6 .深度

表示软件结构中控制的层数，它往往能粗略地标志一个系统的大小和复杂程度。如果层数过多则应该考虑是否有许多管理模块过分简单，能否适当合并。

7 .宽度

是软件结构内同一个层次上的模块总数的最大值。宽度越大系统越复杂。对宽度影响最大的因素是模块的扇出。

8 .扇出

模块的扇出是指一个模块直接控制(调用)的下层模块数目。扇出过大意味着模块过分复杂，需要控制和协调过多的下级模块；扇出过小也不好。设计得好的系统平均扇出是3或4。

9 .扇入

是指有多少个上级模块调用它，扇入越大则共享该模块的上级模块数目越多。

在模块分解时需要注意：

  • 保持模块的大小适中
  • 尽可能减少调用的深度
  • 直接调用该模块的次数应该尽最多，但调用其他模块的次数则不宜过多(扇入大，扇出小)。好的软件设计结构顶层高扇出 ，中间扇出较少，底层高扇入。
  • 保证模块是单入口、单出口的
  • 模块的作用域应该在模块之内
  • 功能应该是可预测的

二、结构化设计方法

一、软件设计

从工程管理的角度，将软件设计分为：

  • 概要设计阶段
  • 详细设计阶段

从技术的角度，将软件设计分为：

  • 体系结构设计
  • 数据设计
  • 接口设计
  • 过程设计

一般通过功能划分过程来完成软件结构设计。功能划分过程从需求分析确立的目标系统的模型出发，对整个问题进行分割，使其每一部分用一个或几个软件模块加以解决，整个问题就解决了。

二、模块的分类

1.传入模块：从下属模块取数据，进行某些处理，再将其传送给上级模块。
2.传出模块：从上级模块取得数据，进行某些处理，传送给下属模块。
3.变换模块：从上级模块取来数据，进行特定处理后，送回原上级模块。
4.协调模块：对其下属模块进行控制和管理的模块。

例：模块A提供某个班级某门课程的成绩给模块B，模块B计算平均成绩、最高分和最低分，将计算结果返回给模块A，则模块B 在软件结构图中属于（ C ）模块。
A. 传入 B. 传出 C. 变换 D. 协调

三、McCabe复杂性度量

McCabe方法是一种软件质量度量方法，它是基于对程序拓扑结构复杂度的分析。

二种方法计算复杂度：

  • 流图G的圈复杂度V(G)，为V(G)=E-N+2，E是流图中边的数量，N是流图中结点的数量
  • 流图中区域的数量等于圈复杂性


    将程序流程图简化成控制流图时，应注意：
  • 在选择或多分支结构中，分支的汇聚处应有一个汇聚结点。
  • 对区域计数时，图形外的区域也应记为一个区域。

例1：采用McCabe度量法计算下列程序图的环路复杂性为 （ ）。
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5