软件工程
电子教案
王树林
总
体
设
计
––– Structune Design
一、引言：
又称概要设计 (Preliminary Design)
或结构设计 (Architectural Design)
1,基本任务：
(1) 将系统划分为模块。
(2) 决定每个模块的功能。
(3) 决策模块的调用关系。
(4) 决定模块间的接口。
2,模块,(Module)
指具有独立功能的使名的一段程序语句。
例如，过程、函数、子程序、宏、程序包
和类等。
3,主要内容：
(1) SD方法和描述方法。
(2) 模块划分的质量度量。
(3) 结构优化准则。
(4) 基于 DFD的结构化设计方法。
二、软件工程学的基本原则：
1,模块化,(Modularity)
按一定原则把程序划分为若干个模块。
使每一个模块完成一个子功能。
Th1,问题 X的复杂性 C(X),工作量 E(X)。
如果有问题 P1,P2,
且 C ( P1) > C ( P2)
且 E ( P1) > E ( P2)
Th2,如果 P = ( P1+ P2 )，则：
C ( P) > C ( P1) + C ( P2)
? E( P ) > E ( P1) + E ( P2)
最佳区
开发软件的总工作量
定义模块接口的总工作量
开发模块的总工作量
模块总数
工
作
量
2,抽象,(Abstraction)
就是从一些事物中抽取其本质的共同的
特性，而忽略其非本质的细节的差异。
例,1993,Windows NT
输入 / 输出系统。
3,信息隐藏,(Aiding)
指在设计和确定模块时, 使得一个模块
内包含的信息 (过程和数据 )对于不需要这些
信息的模块来说是不可访问的 。
4,信息局部化,(Localization)
指把一些密切的软件元素，物理地放得
彼此靠近。
5,一致性,(Uniformity)
6,完整性,(Completeness)
7,确定性,(Comfirmability)
三、模块独立性的度量：
1,模块独立性的概念：
(1) 模块完成独立的功能
(2) 符合信息隐藏和信息局部化的原则
(3)模块间关联和依赖程度要尽量小
2,模块独立性的度量之一：耦合性 ––– 外部特征，
指模块间的相互关连。是程序结构中模块相互连
接的测度。
耦合谱系底 高
内容耦合无直接
耦合
数据耦
合
控制耦
合 公用耦
合
外部
的印记
耦合
软件模块间相互独立性的度量
耦合
(1) 非直接耦合：指两个模块能彼此独立地工作,
没有直接的关系, 并且之间不
传递任何信息 。
(2) 数据耦合：
带数据调用
A
分配主存
地
址
大
小
指模块 A带参数调用另一个模块。
(3) 印记耦合：
传送的参数为复合结构
(复合耦合 )
A
求 平 均
学生成绩表
List1
平均成绩表
List1
指模块调用时传递的是存放数据的变量名
或文件名。
(4) 控制耦合：
A
发 奖 牌
奖
牌
名
次
A
发 银 牌发 金 牌 发 铜 牌
(5) 外部耦合：计算机与外设有关的模块。
(6) 公共耦合：公用数据区 (公共数据块和全局变量 )。
存在的问题：
?可理解性降低
?可维护性差
?可靠性差
(7) 内容耦合：直接访问模块内部信息,(程序或代码 )
3,模块独立性的度量之二：
(1) 偶然内聚：
模块内各成分之间不存在有意义的联系：
内聚性 ––– 指内部各成分之间的联系。
低 精力分散的 高
功能性偶然性
逻辑性 过程性 顺序性通讯
性
时序性
用心专一的
A B C D
E MOVE O TO R
READ FILE F
MOVE S TO T
缺点,?可理解性差
?可修改性差,
(2) 逻辑内聚：
指把几个在逻辑上具有相同 (似 )功能
的模块合并，形成一个新模块。
A B C
E F G
A B C
EFG
缺点,?不易修改
?效率不高浪费主存。
(3) 时间内聚：
指在软件运行中有若干动作经常需要
在同一时间段内完成。
(4) 过程内聚：
指一个模块内的各成分是相关的。
初始化
文件结束
哪类事务
计算累积
销售量
计算累积
订货量
读事务记录
事务处理
置初值 统计各配
件的累积
计算累积读事务 记录
程序框图
结构图
(5) 通信内聚：
模块中所有成分都使用相同的输入或
产生相同的输出。
(6) 顺序内聚：
是模块内各成分的执行顺序是以确定的
顺序执行。
读入事务
计算累积值
求总计
求平均
(7) 功能内聚：
指模块内仅包含为完成某个功能所
必须的所有成分。
4,耦合、内聚与模块独立性关系：
两种看法,?同等地位，同样重要。
?高内聚，低耦合。
独立性,?独立
?信息隐藏和局部化
?关联紧
(1) 耦合是直接的主导因素。
(2) 内聚是辅助因素。
例如,Myers 质量度量模型中权重为 7:3。
结
论
四、软件结构的优化准则：
1,修改软件结构以提高模块独立性。
2,控制范围与作用范围。 (作用范围应在控制范围内 )
3,模块的规模应适中。 (50～ 150)
4,深度, 宽度, 扇出 和 扇入 应适当。
控制层数 控制分布 直接控制 直接调用
5,设计单入口单出口的模块。
有效模块设计的启发原则
1、评估程序结构的“第一次迭代”以降低耦合
并提高内聚。
2、试图用高扇出使结构最小化；当深度增加时
争取提高扇入。
3、将模块的影响限制在模块的控制范围内。
4、将模块的影响限制在模块的控制范围内。
5、评估模块接口以降低复杂度和冗余并提高一
致性。
有效模块设计的启发原则
6、定义功能可以预测的模块，但要避免
过分限制的模块。
7、力争“受控入口”模块，避免“病态
连接”。
8、根据设计约束和可移植性需求，对软
件进行打包。
五、结构设计中的图形工具：
1,层次图和 HIPO图,(Hierachy Input Process Output)
2,结构图,Yourdon 公司 1974
(1) 主要成分：
?模块：
?数据：
?调用：
不加区分
的信息
数据信息 控制信息
编辑
学生记录
读
学生记录
学生数据
无此学生
?判断调用
(2) 附加的符号：
?循环调用
(3) 位置调整：
六、面向数据流的设计方法：
1,变换流和事务流：,把输入数据转换为输出数据”
输入 ––– 变换 (处理 ) ––– 输出
(1) 变换流：变换中心
(2) 事务流：事务中心
特点,某个加工只有一个输入数据流，
但具有多个输出流呈放射状。
2,面向数据流设计方法的步骤：
(1) 精化 DFD；
(2) 确认是变换流还是事务流；
(3) 找出变换中心，输入流，输出流；
(4) 将变换流类型的数据流图映射到软件结构；
(5) 找出事务中心和事务接收通路；
(6) 将事务流类型的数据流图映射到软件结构。
设计规约大纲
一、范围
1、系统目标
2、主要软件需求
3、设计约束和限制
二、数据设计
1、数据对象和形成的数据结构
2、文件和数据库结构
（ 1）外部文件结构
逻辑结构
设计规约大纲
逻辑记录描述
访问方法
（ 2）全局数据
（ 3）文件和数据交叉索引
三、体系结构设计
1、数据和控制流复审
2、得出的程序结构
四、接口设计
设计规约大纲
1、人机界面设计
2、人机界面设计规则
3、外部接口设计
（ 1）外部数据接口；
（ 2）外部系统或设备接口
4、内部接口设计规则
五、过程设计（每个模块）
设计规约大纲
1、处理说明
2、接口描述
3、设计语言描述
4、使用的模块
5、内部设计结构
6、注释 /约束 /限制
六、需求交叉索引
设计规约大纲
七、测试部分
1、测试方针
2、集成策略
3、特殊考虑
八、特殊注解
九、附录
电子教案
王树林
总
体
设
计
––– Structune Design
一、引言：
又称概要设计 (Preliminary Design)
或结构设计 (Architectural Design)
1,基本任务：
(1) 将系统划分为模块。
(2) 决定每个模块的功能。
(3) 决策模块的调用关系。
(4) 决定模块间的接口。
2,模块,(Module)
指具有独立功能的使名的一段程序语句。
例如，过程、函数、子程序、宏、程序包
和类等。
3,主要内容：
(1) SD方法和描述方法。
(2) 模块划分的质量度量。
(3) 结构优化准则。
(4) 基于 DFD的结构化设计方法。
二、软件工程学的基本原则：
1,模块化,(Modularity)
按一定原则把程序划分为若干个模块。
使每一个模块完成一个子功能。
Th1,问题 X的复杂性 C(X),工作量 E(X)。
如果有问题 P1,P2,
且 C ( P1) > C ( P2)
且 E ( P1) > E ( P2)
Th2,如果 P = ( P1+ P2 )，则：
C ( P) > C ( P1) + C ( P2)
? E( P ) > E ( P1) + E ( P2)
最佳区
开发软件的总工作量
定义模块接口的总工作量
开发模块的总工作量
模块总数
工
作
量
2,抽象,(Abstraction)
就是从一些事物中抽取其本质的共同的
特性，而忽略其非本质的细节的差异。
例,1993,Windows NT
输入 / 输出系统。
3,信息隐藏,(Aiding)
指在设计和确定模块时, 使得一个模块
内包含的信息 (过程和数据 )对于不需要这些
信息的模块来说是不可访问的 。
4,信息局部化,(Localization)
指把一些密切的软件元素，物理地放得
彼此靠近。
5,一致性,(Uniformity)
6,完整性,(Completeness)
7,确定性,(Comfirmability)
三、模块独立性的度量：
1,模块独立性的概念：
(1) 模块完成独立的功能
(2) 符合信息隐藏和信息局部化的原则
(3)模块间关联和依赖程度要尽量小
2,模块独立性的度量之一：耦合性 ––– 外部特征，
指模块间的相互关连。是程序结构中模块相互连
接的测度。
耦合谱系底 高
内容耦合无直接
耦合
数据耦
合
控制耦
合 公用耦
合
外部
的印记
耦合
软件模块间相互独立性的度量
耦合
(1) 非直接耦合：指两个模块能彼此独立地工作,
没有直接的关系, 并且之间不
传递任何信息 。
(2) 数据耦合：
带数据调用
A
分配主存
地
址
大
小
指模块 A带参数调用另一个模块。
(3) 印记耦合：
传送的参数为复合结构
(复合耦合 )
A
求 平 均
学生成绩表
List1
平均成绩表
List1
指模块调用时传递的是存放数据的变量名
或文件名。
(4) 控制耦合：
A
发 奖 牌
奖
牌
名
次
A
发 银 牌发 金 牌 发 铜 牌
(5) 外部耦合：计算机与外设有关的模块。
(6) 公共耦合：公用数据区 (公共数据块和全局变量 )。
存在的问题：
?可理解性降低
?可维护性差
?可靠性差
(7) 内容耦合：直接访问模块内部信息,(程序或代码 )
3,模块独立性的度量之二：
(1) 偶然内聚：
模块内各成分之间不存在有意义的联系：
内聚性 ––– 指内部各成分之间的联系。
低 精力分散的 高
功能性偶然性
逻辑性 过程性 顺序性通讯
性
时序性
用心专一的
A B C D
E MOVE O TO R
READ FILE F
MOVE S TO T
缺点,?可理解性差
?可修改性差,
(2) 逻辑内聚：
指把几个在逻辑上具有相同 (似 )功能
的模块合并，形成一个新模块。
A B C
E F G
A B C
EFG
缺点,?不易修改
?效率不高浪费主存。
(3) 时间内聚：
指在软件运行中有若干动作经常需要
在同一时间段内完成。
(4) 过程内聚：
指一个模块内的各成分是相关的。
初始化
文件结束
哪类事务
计算累积
销售量
计算累积
订货量
读事务记录
事务处理
置初值 统计各配
件的累积
计算累积读事务 记录
程序框图
结构图
(5) 通信内聚：
模块中所有成分都使用相同的输入或
产生相同的输出。
(6) 顺序内聚：
是模块内各成分的执行顺序是以确定的
顺序执行。
读入事务
计算累积值
求总计
求平均
(7) 功能内聚：
指模块内仅包含为完成某个功能所
必须的所有成分。
4,耦合、内聚与模块独立性关系：
两种看法,?同等地位，同样重要。
?高内聚，低耦合。
独立性,?独立
?信息隐藏和局部化
?关联紧
(1) 耦合是直接的主导因素。
(2) 内聚是辅助因素。
例如,Myers 质量度量模型中权重为 7:3。
结
论
四、软件结构的优化准则：
1,修改软件结构以提高模块独立性。
2,控制范围与作用范围。 (作用范围应在控制范围内 )
3,模块的规模应适中。 (50～ 150)
4,深度, 宽度, 扇出 和 扇入 应适当。
控制层数 控制分布 直接控制 直接调用
5,设计单入口单出口的模块。
有效模块设计的启发原则
1、评估程序结构的“第一次迭代”以降低耦合
并提高内聚。
2、试图用高扇出使结构最小化；当深度增加时
争取提高扇入。
3、将模块的影响限制在模块的控制范围内。
4、将模块的影响限制在模块的控制范围内。
5、评估模块接口以降低复杂度和冗余并提高一
致性。
有效模块设计的启发原则
6、定义功能可以预测的模块，但要避免
过分限制的模块。
7、力争“受控入口”模块，避免“病态
连接”。
8、根据设计约束和可移植性需求，对软
件进行打包。
五、结构设计中的图形工具：
1,层次图和 HIPO图,(Hierachy Input Process Output)
2,结构图,Yourdon 公司 1974
(1) 主要成分：
?模块：
?数据：
?调用：
不加区分
的信息
数据信息 控制信息
编辑
学生记录
读
学生记录
学生数据
无此学生
?判断调用
(2) 附加的符号：
?循环调用
(3) 位置调整：
六、面向数据流的设计方法：
1,变换流和事务流：,把输入数据转换为输出数据”
输入 ––– 变换 (处理 ) ––– 输出
(1) 变换流：变换中心
(2) 事务流：事务中心
特点,某个加工只有一个输入数据流，
但具有多个输出流呈放射状。
2,面向数据流设计方法的步骤：
(1) 精化 DFD；
(2) 确认是变换流还是事务流；
(3) 找出变换中心，输入流，输出流；
(4) 将变换流类型的数据流图映射到软件结构；
(5) 找出事务中心和事务接收通路；
(6) 将事务流类型的数据流图映射到软件结构。
设计规约大纲
一、范围
1、系统目标
2、主要软件需求
3、设计约束和限制
二、数据设计
1、数据对象和形成的数据结构
2、文件和数据库结构
（ 1）外部文件结构
逻辑结构
设计规约大纲
逻辑记录描述
访问方法
（ 2）全局数据
（ 3）文件和数据交叉索引
三、体系结构设计
1、数据和控制流复审
2、得出的程序结构
四、接口设计
设计规约大纲
1、人机界面设计
2、人机界面设计规则
3、外部接口设计
（ 1）外部数据接口；
（ 2）外部系统或设备接口
4、内部接口设计规则
五、过程设计（每个模块）
设计规约大纲
1、处理说明
2、接口描述
3、设计语言描述
4、使用的模块
5、内部设计结构
6、注释 /约束 /限制
六、需求交叉索引
设计规约大纲
七、测试部分
1、测试方针
2、集成策略
3、特殊考虑
八、特殊注解
九、附录
