软件设计基本原理

第三讲 软件设计基本原理
本讲目的： 了解软件设计的基本原理 作为设计工作指南
1. 软件设计的基本原理
放之四海而皆准的原则
– 抽象 – 自顶向下逐步求精 – 模块化 – 信息隐蔽与局部化 – 模块独立性 – 启发式规则
2. 模块化
模块
可以组合、分解、更换的单元，如过程、函数、 子程序、宏等 完成特定的子功能
模块化
解决一个复杂问题时，自顶向下逐层将软件分解 成若干模块的过程
软件总成本 最小成本区 M 成本或工作量 接口成本
成本/模块
模块数目
– C(p1)>C(p2)
E(p1)>E(p2) – C(p1+p2)>C(p1)+C(p2) E(p1+p2)>E(p1)+E(p2) – 结论：分解软件可以减少工作量，但增加接口成本
10. 面向对象设计方法(OOD) 面向对象设计方法(
运用问题域的思考方式，解放程序员的生产力 软件重用（软件复用）（Reuse） 主要概念：类和对象（属性+方法）、消息机 制、继承、多态性 对象与抽象数据类型（ ADT） 主要产品：CORBA、OLE/COM(ActiveX Control)等 主要平台：MS Visual C/C++(MFC)、 C++Builder等
高内聚的耦合原则
尽量使用数据耦合，少用控制耦合，限制公共环 境耦合，不用内容耦合 力求高内聚（信息内聚、功能内聚），可用中内 聚（过程内聚、通信内聚），不用低内聚（巧合 内聚、逻辑内聚、时间内聚）
7. 模块层次化
层次结构：树状结构 上层模块调用下层模块 不允许下层模块调用上层模块 避免上层模块越级调用下层模块
3. Байду номын сангаас象
抽象是一种思维方法：忽略细节，把握本质 软件工程过程的每一步，都是对软件解法的抽象 层次的一次细化 抽象的层次
可行性研究阶段：抽象的最高层，软件被看作一个完整的系 统 需求分析阶段：使用问题环境的术语来描述软件的解法 总体设计阶段：使用计算机环境的术语来描述软件的解法 编程序阶段：抽象的最低层，对计算机底层软硬件依赖性强
首先对设计的系统要有一个全面的理解 然后从顶层开始，连续地逐层向下分解 直至系统的所有模块都小到便于掌握为止
6. 模块独立性
模块独立性：模块化、抽象、信息隐蔽和 局部化直接结果 模块独立的好处：
使软件开发更容易、适合分工合作 使软件测试和维护更容易
模块独立的度量
内聚：一个模块内部各元素之间彼此结合的紧密 程度的度量 耦合：不同模块之间互连程度的度量
模块评价标准：
模块可分解性：把问题分解为子问题的系统化机 制 模块可组装性 ：把现有的可重用模块组装成新 系统 模块可理解性 ：一个模块作为独立单元无需参 考其他模块来理解 模块连续性：系统需求的微小修改只导致对个别 模块，而不是对整个系统的修改 模块保护性 ：一个模块内出现异常情况时，它 的影响局限在该模块内部
耦合
非直接耦合：两个模块之间没有直接联系，只有 控制和调用 数据耦合：一个模块访问另一个模块时通过数据 参数来交换信息 标记耦合：一组模块通过参数表传递记录信息 控制耦合：一个模块通过控制信息控制另一个模 块 外部耦合：一组模块都访问同一全局变量 公共环境耦合：一组模块都访问同一个公共数据 环境（如共享通信区、文件、内存公共缓冲区） 内容耦合：一个模块直接访问另一个模块的内部 数据；一个模块不通过正常入口转入另一模块； 多个模块有部分代码重叠
内聚
巧合内聚（偶然内聚）：一个模块内各元素之间没有 任何联系或者联系很松散 逻辑内聚：模块内执行几个逻辑上相似的功能，并通 过参数确定该模块完成哪一个功能 时间内聚：把需要同时执行的动作组合在一起 过程内聚：一个模块中各元素密切相关且顺序执行 通信内聚：一个模块内各功能使用了相同的输入数据 或产生相同的输出数据 顺序内聚：模块内各元素与同一功能相关且顺序执行， 通常一个元素的输出是另一个元素的输入 功能内聚：模块内所有元素共同完成一个功能，模块 已不可再分
正文加 工系统
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输出
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编目录
格式化
添加
删除
插入
修改
合并
列表
8. 启发式规则
改进软件结构提高模块独立性 模块规模应该适中：一页（30，<60行） 模块的深度、宽度、扇出和扇入都应适当：扇 出3/4，<5/9；扇入较高 降低模块接口的复杂程度：简单、清晰、含义 明确 设计单入口单出口的模块：避免“病态连接” 模块功能应该可以预测：避免内部存储器（记 忆效应）
4. 信息隐蔽与局部化
信息隐蔽（又称信息隐藏）：一个模块内 包含的信息(过程或数据) 对于不需要这些 信息的其他模块来说不可见（不能访问） 局部化：将关系密切的软件元素的位置尽 量靠近 信息隐蔽与局部化有利于软件的可维护性， 可以防止误操作和误修改
5. 自顶向下逐步求精
自顶向下 vs 自底向上 自顶向下、逐步求精、各个击破 分解步骤
9. 结构化设计方法(SD) 结构化设计方法(
E.W.Dijkstra：
可以从高级语言中取消goto语句，程序质量与程 序中的goto语句的数量成反比
Bohm & Jacopini：
只用三种基本结构（顺序、选择、循环）就能实 现任何单入口单出口的程序
结构化设计
自顶向下、逐步求精 单入口单出口 三种基本结构