? 软件设计的目标和任务
? 软件设计基础
? 模块独立性
? 结构化设计方法
? 数据设计和文件设计
? 过程设计
软件设计的目标和任务
? 根据用信息域表示的软件需求，
以及功能和性能需求，进行
?数据设计
?系统结构设计
?过程设计。
? 数据设计 侧重于数据结构的定义。
? 系统结构设计 定义软件系统各主
要成份之间的关系。
? 过程设计 则是把结构成份转换成
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。
开发阶段的信息流
程序模块
测试
编码
设计
信息域需求
功能与性
能需求
数据设计
过程设计
系统结构设计
组装好的有效的软件
? 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
软件设计任务
? 从工程管理的角度来看，软件设计
分两步完成。
? 概要设计,将软件需求转化为数
据结构和软件的系统结构。
? 详细设计,即过程设计。通过对
结构表示进行细化，得到软件的
详细的数据结构和算法。
软件设计过程
1,制定规范
? 在进入软件开发阶段之初，首先应
为软件开发组制定在设计时应该共
同遵守的标准，以便协调组内各成
员的工作。包括,
? 阅读和理解软件需求说明书，确
认用户要求能否实现，明确实现
的条件，从而确定设计的目标，
以及它们的优先顺序
? 根据目标确定最合适的设计方法
? 规定设计文档的编制标准
? 规定编码的信息形式，与硬件，
操作系统的接口规约，命名规则
2,软件系统结构的总体设计
? 基于功能层次结构建立系统。
? 采用某种设计方法，将系统按功
能 划分成模块的层次结构
? 确定每个 模块的功能
? 建立与已确定的 软件需求的对应
关系
? 确定模块间的 调用关系
? 确定模块间的 接口
? 评估模块 划分的质量
3,处理方式设计
? 确定为实现系统的功能需求所必需
的 算法,评估算法的性能
? 确定为满足系统的性能需求所必需
的算法和模块间的控制方式
? 周转时间
? 响应时间
? 吞吐量
? 精度
? 确定外部信号的接收发送形式
4,数据结构设计
? 确定软件涉及的文件系统的结构以
及数据库的模式、子模式，进行数
据完整性和安全性的设计
? 确定输入，输出文件的详细的数据
结构
? 结合算法设计，确定算法所必需的
逻辑数据结构及其操作
? 确定对逻辑数据结构所必需的那些
操作的程序模块 (软件包 )
? 限制和确定各个数据设计决策的影
响范围
? 若需要与操作系统或调度程序接口
所必须的控制表等数据时，确定其
详细的数据结构和使用规则
? 数据的保护性设计
? 防卫性设计,在软件设计中就插
入自动检错，报错和纠错的功能
? 一致性设计,
? 保证软件运行过程中所使用的数
据的类型和取值范围不变
? 在并发处理过程中使用封锁和解
除封锁机制保持数据不被破坏
? 冗余性设计,针对同一问题，由两
个开发者采用不同的程序设计风格
不同的算法设计软件，当两者运行
结果之差不在允许范围内时，利用
检错系统予以纠正，或使用表决技
术决定一个正确结果。
5.可靠性设计
? 可靠性设计也叫做质量设计
? 在运行过程中，为了适应环境的变
化和用户新的要求，需经常对软件
进行改造和修正。在软件开发的一
开始就要确定软件可靠性和其它质
量指标，考虑相应措施，以使得软
件易于修改和易于维护。
6.编写概要设计阶段的文档
? 概要设计阶段完成时应编写以下
文档：
? 概要设计说明书
? 数据库设计说明书
? 用户手册
? 制定初步的测试计划
7.概要设计评审
? 可追溯性,确认该设计是否复盖了
所有已确定的软件需求，软件每一
成份是否可追溯到某一项需求
? 接口,确认该软件的内部接口与外
部接口是否已经明确定义。模块是
否满足高内聚和低耦合的要求。模
块作用范围是否在其控制范围之内
? 风险,确认该设计在现有技术条件
下和预算范围内是否能按时实现
? 实用性,确认该设计对于需求的解
决方案是否实用
? 技术清晰度,确认该设计是否以一
种易于翻译成代码的形式表达
? 可维护性,确认该设计是否考虑了
方便未来的维护
? 质量,确认该设计是否表现出良好
的质量特征
? 各种选择方案,看是否考虑过其
它方案，比较各种选择方案的标
准是什么
? 限制,评估对该软件的限制是否
现实，是否与需求一致
? 其它具体问题,对于文档、可测
试性、设计过程,.等进行评估
? 在详细设计过程中，需要完成的
工作是：
? 确定软件各个组成部分内的算
法以及各部分的内部数据组织
? 选定某种过程的表达形式来描
述各种算法。
? 进行详细设计的评审
详细设计
软件设计基础
? 自顶向下，逐步细化
? 软件结构
? 程序结构
? 结构图
? 模块化
? 抽象化
? 信息隐蔽
自顶向下，逐步细化
? 将软件的体系结构按自顶向下方
式，对各个层次的过程细节和数
据细节逐层细化，直到用程序设
计语言的语句能够实现为止，从
而最后确立整个的体系结构。
软件结构
? 软件结构包括两部分。 程序的模块
结构 和 数据的结构
? 软件的体系结构通过一个划分过程
来完成 。该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，使其每个部分用一
个或几个软件成份加以解决，整个
问题就解决了
程序结构
? 程序结构表明了程序各个部件 (模块 )
的组织情况，是软件的过程表示。
结构图
? 结构图反映程序中模块之间的层次
调用关系和联系：它以特定的符号
表示模块、模块间的调用关系和模
块间信息的传递
① 模块：模块用矩形框表示，并用
模块的名字标记它。
② 模块的调用关系和接口：模块之
间用单向箭头联结，箭头从调用模
块指向被调用模块。
③ 模块间的信息传递：当一个模块
调用另一个模块时，调用模块把数
据或控制信息传送给被调用模块，
以使被调用模块能够运行。而被调
用模块在执行过程中又把它产生的
数据或控制信息回送给调用模块
④ 在模块 A的箭头尾部标以一个菱
形符号，表示模块 A有条件地调用
另一个模块 B。当一个在调用箭头
尾部标以一个弧形符号，表示模
块 A反复调用模块 C和模块 D。
程序的系统结构图
模块化
? 软件系统的模块化是指整个软件被
划分成若干单独命名和可编址的部
分，称之为模块。这些模块可以被
组装起来以满足整个问题的需求。
? 把问题／子问题的分解与软件开发
中的系统／子系统或系统／模块对
应起来，就能够把一个大而复杂的
软件系统划分成易于理解的比较单
纯的模块结构。
抽象化
? 软件系统进行模块设计时，可有不
同的抽象层次。
? 在最高的抽象层次上，可以使用问
题所处环境的语言概括地描述问题
的解法。
? 在较低的抽象层次上，则采用过程
化的方法。
(1) 过程的抽象
在软件工程中，从系统定义到实现，
每进展一步都可以看做是对软件解决
方法的抽象化过程的一次细化。
?在软件需求分析阶段，用“问题所
处环境的为大家所熟悉的术语”来描
述软件的解决方法。
?在从概要设计到详细设计的过程中，
抽象化的层次逐次降低。当产生源程
序时到达最低抽象层次。
例, 开发一个 CAD软件的三层抽象
? 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 …… 。
? 抽象层次 Ⅱ, 任务需求的描述。
CAD SOFTWARE TASKS
user interaction task;
2-D drawing creation task;
graphics display task;
drawing file management task;
end,
在这个抽象层次上，未给出“怎
样做”的信息，不能直接实现。
? 抽象层次 Ⅲ,程序过程表示。以 2-D
(二维 )绘图生成任务为例,
PROCEDURE,2-D drawing creation
REPEAT UNTIL (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;
……
(2) 数据抽象
在不同层次上描述数据对象的细节，
定义与该数据对象相关的操作。
例如，在 CAD软件中，定义一个
叫做 drawing的数据对象。可将
drawing规定为一个抽象数据类型，
定义它的内部细节为,
TYPE drawing IS STRUCTURE
DEFIND
number IS STRING LENGTH(12);
geometry DEFIND ……
notes IS STRING LENGTH(256);
BOM DEFIND
END drawing TYPE;
? 数据抽象 drawing本身由另外一些数据
抽象，如 geometry,BOM (bill of
materials) 构成
? 定义 drawing的抽象数据类型之后，可
引用它来定义其它数据对象，而不必涉
及 drawing的内部细节
? 例如，定义,
blue-print IS INSTANCE OF drawing;
或
schematic IS INSTANCE OF drawing;
信息隐蔽
? 由 parnas 方法提倡的 信息隐蔽 是
指,每个模块的实现细节对于其它
模块来说是隐蔽的。 也就是说，模
块中所包含的信息（包括数据和过
程）不允许其它不需要这些信息的
模块使用。
模块的独立性
? 模块（ Module）
“模块”，又称“组件”。它一般
具有如下三个基本属性,
?功能,描述该模块实现什么功能
?逻辑,描述模块内部怎么做
?状态,该模块使用时的环境和条
件
? 在描述一个模块时，还必须按模块
的 外部特性 与 内部特性 分别描述
? 模块的 外部特性
? 模块的模块名、参数表、其中的
输入参数和输出参数，以及给程序
以至整个系统造成的影响
? 模块的 内部特性
? 完成其功能的程序代码和仅供该
模块内部使用的数据
? 模块独立性
? 模块独立性,是指软件系统中每个
模块只涉及软件要求的具体的子功
能,而和软件系统中其它的模块的
接口是简单的
? 例如,若一个模块只具有单一的功
能且与其它模块没有太多的联系,
则称此模块具有模块独立性
? 一般采用两个准则度量模块独立
性。即模块间 耦合 和模块 内聚
? 耦合 是模块之间的互相连接的紧
密程度的度量。
? 内聚 是模块功能强度 (一个模块内
部各个元素彼此结合的紧密程度 )
的度量。
? 模块独立性比较强的模块应是 高
内聚低耦合 的模块。
模块间的耦合
非直接耦合 (Nondirect Coupling)
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。
非直接耦合的
模块独立性最
强。
数据耦合 (Data Coupling)
一个模块访问另一个模块时，彼此
之间是通过 简单数据参数 (不是控
制参数、公共数据结构或外部变量 )
来交换输入、输出信息的。
标记耦合 (Stamp Coupling)
一组模块通过参数表传递 记录信息,
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。
控制耦合 (Control Coupling)
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。
外部耦合（ External Coupling）
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，则
称之为外部耦合。
公共耦合（ Common Coupling）
若一组模块都访问 同一个公共数据环
境,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、共享的通信区、内存的公共覆
盖区等。
? 公共耦合的复杂程度随耦合模块的个
数增加而显著增加。若只是两模块间
有公共数据环境，则公共耦合有两种
情况。松散公共耦合和紧密公共耦合。
内容耦合 (Content Coupling)
如果发生下列情形，两个模块之间
就发生了内容耦合
(1) 一个模块直接访问另一个模
块的内部数据 ;
(2) 一个模块不通过正常入口转
到另一模块内部 ;
(3) 两个模块有一部分程序代码
重迭 (只可能出现在汇编语言中 );
(4) 一个模块有多个入口。
c
模块内聚
功能内聚
(Functional Cohesion)
一个模块中各个部分都是 完成某
一具体功能 必不可少的组成部分，
或者说该模块中所有部分都是为
了完成一项具体功能而协同工作，
紧密联系，不可分割的。则称该
模块为功能内聚模块。
信息内聚
(Informational Cohesion)
这种模块 完成多个功能, 各个功能
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，确定该执行
哪一个功能。由于这个模块的所有
功能都是基于同一个数据结构（符
号表），因此，它是一个信息内聚
的模块。
? 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。即把某个数据结构、
资源或设备隐蔽在一个模块内，
不为别的模块所知晓。
通信内聚
(Communication Cohesion)
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，通信内聚模块是通过数
据流图来定义的。
过程内聚
（ Procedural Cohesion）
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，
把流程图中的循环部分、判定部分、
计算部分分成三个模块，这三个模
块都是过程内聚模块。
时间内聚
（ Classical Cohesion）
时间内聚又称为经典内聚。这种模
块大多为多功能模块，但模块的各
个功能的执行与时间有关，通常要
求所有功能必须在同一时间段内执
行。例如初始化模块和终止模块。
逻辑内聚（ Logical Cohesion）
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
应执行哪一种功
能。
巧合内聚（ Coincidental Cohesion）
巧合内聚 (偶然内聚 )。当模块内各
部分之间没有联系，或者即使有联
系，这种联
系也很松散，
则称这种模
块为巧合内
聚模块，它
是内聚程度
最低的模块。
结构化设计方法
? 首先研究、分析和审查数据流图。
从软件的需求规格说明中弄清数据
流加工的过程，对于发现的问题及
时解决。
? 然后根据数据流图决定问题的类型。
数据处理问题典型的类型有两种：
变换型 和 事务型 。针对两种不同的
类型分别进行分析处理。
? 由数据流图推导出系统的初始结构
图。
? 利用一些启发式原则来改进系统的
初始结构图，直到得到符合要求的
结构图为止。
? 修改和补充数据词典。
? 制定测试计划。
在系统结构图中的模块
? 传入模块 ─ 从下属模块取得数据，
经过某些处理，再将其传送给上级
模块。它传送的数据流叫做逻辑输
入数据流。
? 传出模块 ─ 从上级模块获得数据，
进行某些处理，再将其传送给下属
模块。它传送的数据流叫做逻辑输
出数据流。
? 变换模块 ─ 它从上级模块取得数
据，进行特定的处理，转换成其它
形式，再传送回上级模块。它加工
的数据流叫做变换数据流。
? 协调模块 ─ 对所有下属模块进行
协调和管理的模块。
变换型系统结构图
? 变换型数据处理问题的工作过程大
致分为三步，即取得数据，变换数
据和给出数据。
? 相应于取得数据、变换数据、给出
数据，变换型系统结构图由输入、
中心变换和输出等三部分组成。
事务型系统结构图
? 它接受一项事务，根据事务处理的
特点和性质，选择分派一个适当的
处理单元，然后给出结果。
? 在事务型系统结构图中，事务中心
模块按所接受的事务的类型，选择
某一事务处理模块执行。各事务处
理模块并列。每个事务处理模块可
能要调用若干个操作模块，而操作
模块又可能调用若干个细节模块。
变换分析
? 变换分析方法由以下四步组成：
? 重画数据流图；
? 区分有效 (逻辑 )输入、有效 (逻辑 )
输出和中心变换部分；
? 进行一级分解，设计上层模块；
? 进行二级分解，设计输入、输出
和中心变换部分的中、下层模块。
① 在选择模块设计的 次序 时，必须
对一个模块的 全部直接下属模块 都
设计完成
之后，才
能转向另
一个模块
的下层模
块的设计。
② 在设计下层模块时，应考虑模块的
耦合 和 内聚 问题，以提高初始结构图
的质量。
③ 使用“黑箱”技术, 在设计当前模块
时,先把这个模块的所有下层模块定
义成,黑箱”，在设计中利用它们时，
暂时不考虑其内部结构和实现。在这
一步定义好的“黑箱”，在下一步就
可以对它们进行设计和加工。这样，
又会导致更多的“黑箱”。最后，全
部“黑箱”的内容和结构应完全被确
定。
④ 在模块划分时，一个模块的直接下
属模块一般在 5个 左右。如果直接下
属模块超过 10个，可设立中间层次。
⑤ 如果出现了以下情况，就停止模块
的功能分解：
?当模块不能再细分为明显的子任务
时；
?当分解成用户提供的模块或程序库
的子程序时；
?当模块的界面是输入／输出设备传
送的信息时；
?当模块不宜再分解得过小时。
事务分析
? 在很多软件应用中，存在某种作业
数据流，它可以引发一个或多个处
理，这些处理能够完成该作业要求
的功能。这种数据流就叫做事务。
? 与变换分析一样，事务分析也是从
分析数据流图开始，自顶向下，逐
步分解，建立系统到结构图。
事务分析过程
① 识别事务源
利用数据流图和数据词典，从问题
定义和需求分析的结果中，找出各
种需要处理的事务。通常，事务来
自物理输入装臵。有时，设计人员
还必须区别系统的输入、中心加工
和输出中产生的事务。
② 规定适当的事务型结构
在确定了该数据流图具有事务型特
征之后，根据模块划分理论，建立
适当的事务型结构。
③ 识别各种事务和它们定义的操作。
从问题定义和需求分析中找出的事
务及其操作所必需的全部信息，对
于系统内部产生的事务，必须仔细
地定义它们的操作。
④ 注意利用公用模块
在事务分析的过程中，如果不同事
务的一些中间模块可由具有类似的
语法和语义的若干个低层模块组成，
则可以把这些低层模块构造成公用
模块。
⑤ 对每一事务，或对联系密切的一
组事务，建立一个事务处理模块；
如果发现在系统中有类似的事务，
可以把它们组成一个事务处理模块。
⑥ 对事务处理模块规定它们全部的下
层操作模块
⑦ 对操作模块规定它们的全部细节模
块
变换分析是软件系统结构设计的主
要方法。 一般，一个大型的软件系
统是变换型结构和事务型结构的混
合结构。所以，我们通常利用以变
换分析为主，事务分析为辅的方式
进行软件结构设计。
软件模块结构的改进
? 模块功能的完善化
一个完整的模块应当有以下几部分：
① 执行规定的功能的部分；
② 出错处理的部分。当模块不能
完成规定的功能时，必须回送出错
标志，出现例外情况的原因。
③ 如果需要返回数据给它的调用
者，在完成数据加工或结束时，
应当给它的调用者返回一个状态码。
? 消除重复功能，改善软件结构
① 完全相似,在结构上完全相似，
可能只是在数据类型上不一致。此
时可以采取完全合并的方法。
② 局部相似,找出其相同部分，分
离出去，重新定义成一个独立的下
一层模块。还可以与它的上级模块
合并。
? 模块的作用范围应在控制范围之内
? 模块的 控制范围 包括它本身及其
所有的从属模块。
? 模块的 作用范围 是指模块内一个
判定的作用范围，凡是受这个判
定影响的所有模块都属于这个判
定的作用范围。
? 如果一个判定的作用范围包含在
这个判定所在模块的控制范围之
内，则这种结构是简单的，否则，
它的结构是不简单的。
? 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。
? 避免或减少使用病态联接
应限制使用如下三种病态联接：
① 直接病态联接 即模块 A直接从模
块 B内部取出某些数据，或者把某
些数据直接送到模块 B内部。
② 公共数据域病态联接 模块 A和模
块 B通过公共数据域，直接传送或
接受数据，而不是通过它们的上级
模块。这种方式将使得模块间的耦
合程度剧增。它不仅影响模块Ａ和
模块Ｂ，而且影响与公共数据域有
关联的所有模块。
③ 通信模块联接 即模块 A和模块 B
通过通信模块 TABLEIT传送数据。
从表面看，这不是病态联接，因
为模块Ａ和模块 B都未涉及通信
模块 TABLEIT 的内部。然而，
它们之间的通信（即数据传送）
没有通过它们的上级模块。从这
个意义上讲，这种联接是病态的。
? 模块的大小要适中
模块的大小，可以用模块中所含语
句的数量的多少来衡量。把模块的
大小限制在一定的范围之内。通常
规定其语句行数在 50～ 100左右，
保持在一页纸之内，最多不超过
500行。
? 设计功能可预测的模块，但要避免
过分受限制的模块
? 一个功能可预测的模块，不论内
部处理细节如何，但对 相同的输入
数据,总能产生 同样的结果 。但是，
如果模块内部蕴藏有一些特殊的鲜
为人知的功能时，这个模块就可能
是不可预测的。对于这种模块，如
果调用者不小心使用，其结果将不
可预测。
? 如果一个模块的局部数据结构的
大小、控制流的选择或者与外界
(人、硬软件 ) 的接口模式被限制
死了，则很难适应用户新的要求
或环境的变更。
? 为了能够适应将来的变更，软件
模块中局部数据结构的大小应当
是可控制的，控制流的选择对于
调用者来说，应当是可预测的。
而与外界的接口应当是灵活的。
? 软件包应满足设计约束和可移植性
为了使得软件包可以在某些特定的
环境下能够安装和运行，对软件包
提出了一些设计约束和可移植的要
求。例如，设计约束有时要求一个
程序段在存储器中覆盖自身。当这
种情况出现时，设计出来的软件程
序结构不得不根据重复程度、访问
频率、调用间隔等等特性，重新加
以组织。
设计的后处理
? 为每一个模块写一份处理说明
? 为每一个模块提供一份接口说明
? 确定全局数据结构和局部数据结
构
? 指出所有的设计约束和限制
? 进行概要设计的评审
? 进行设计的优化 (如果需要和可能
的话 )
数据设计及文件设计
? 数据设计的原则
? 文件设计
数据设计的原则
? R.S.Pressman数据设计的过程
? 为在需求分析阶段所确定的数据
对象选择逻辑表示，需要对不同
结构进行算法分析，以便选择一
个最有效的结构；设计对于这种
逻辑数据结构的一组操作，以实
现各种所期望的运算。
? 确定对逻辑数据结构所必需的那
些操作的程序模块 (软件包 )，以
便限制或确定各个数据设计决策
的影响范围。
? Pressman提出了一组原则，用来定
义和设计数据。实际上，在进行需
求分析时往往就开始了数据设计。
1.用于软件的系统化方法也适用于数
据 。 在导出、评审和定义软件的需
求和软件系统结构时，必须定义和
评审其中所用到的数据流、数据对
象及数据结构的表示。应当考虑几
种不同的数据组织方案，还应当分
析数据设计给软件设计带来的影响。
2.确定所有的数据结构和在每种数据
结构上施加的操作 。 设计有效的数
据结构，必须考虑到要对该数据结
构进行的各种操作。
3.应当建立一个数据词典并用它来定
义数据和软件的设计 。 数据词典清
楚地说明了各个数据之间的关系和
对数据结构内各个数据元素的约束。
4.低层数据设计的决策应推迟到设计
过程的后期进行 。 在进行需求分析
时确定的总体数据组织，应在概要
设计阶段加以细化，在详细设计阶
段才规定具体的细节。
5.数据结构的表示只限于那些必须直
接使用该数据结构内数据的模块才
能知道 。 此原则就是信息隐蔽和与
此相关的耦合性原则。
6.应当建立一个存放有效数据结构及
相关操作的库 。 数据结构应当设计
成为可复用的。建立一个存有各种
可复用的数据结构模型的部件库。
7.软件设计和程序设计语言应当支持
抽象数据类型的定义和实现 。
以上原则适用于软件工程的定义阶
段和开发阶段。,清晰的信息定义
是软件开发成功的关键” 。
文件设计
文件设计的过程，主要分两个阶段。
第一个阶段是文件的逻辑设计，主
要在概要设计阶段实施。
(1) 整理必须的数据元素：
在软件设计中所使用的数据，有长
期的，有短期的，还有临时的。它
们都可以存放在文件中，在需要时
对它们进行访问。因此首先必须整
理应存储的数据元素，给它们一个
易于理解的名字，指明其类型和位
数，以及其内容涵义。
(2) 分析数据间的关系：
分析在业务处理中哪些数据元素是
同时使用的。把同时使用次数多的
数据元素归纳成一个文件进行管理。
分析数据元素的内容，研究数据元
素与数据元素之间的逻辑关系，根
据分析，弄清数据元素的含义及其
属性。
(3) 确定文件的逻辑设计：
根据数据关联性分析，明确哪些数
据元素应当归于一组进行管理，把
应当归于一组的数据元素进行统一
布局，产生文件的逻辑设计。应用
关系模型设计文件的逻辑结构时，
必须使其达到第三范式 (3NF)，以
减少数据的冗余，提高存取的效率。
顾客文件 商品文件
X, 英文字母＋数字 ; K, 汉字 ; N, 数字
第二个阶段是文件的物理设计，主
要在软件的详细设计阶段实施
(4) 理解文件的特性：
对于文件的逻辑规格说明，研究从
业务处理的观点来看所要求的一些
特性，包括文件的使用率、追加率
和删除率，以及保护和保密等。考
虑需要采用什么文件组织形式。
(5)确定文件的组织方式
一般要根据文件的特性，来确定文
件的组织方式。
顺序文件,
连续文件
串联文件。
直接存取文件,
无关键字直接存取文件
带关键字直接存取文件
桶式直接存取文件。
索引顺序文件,
其基本数据记录按顺序文件组
织，记录排列顺序必须按关键
字值升序或降序安排，且具有
索引部分，也按同一关键字进
行索引。
分区文件,
这类文件主要用于存放程序。
它由若干称为成员的顺序组织
的记录组和索引组成。
虚拟存储文件,
这是基于操作系统的请求页式
存储管理功能而建立的索引顺
序文件。
倒排文件,
按候选属性建立索引表。
(6)确定文件的存储介质 ;
(7)确定文件的记录格式 ;
确定文件记录中各数据项以及
它们在记录中的物理安排。
?记录的长度,设计记录的长
度要确保能满足需要，还要考虑使
用设备的制约和效率，尽可能与读
写单位匹配，并尽可能减少处理过
程中内外存的交换次数。
?数据项的顺序,对于可变长
记录，应在记录的开头记入长度信
息；对于关键字项，应尽量按级别
高低，顺序配臵；联系较密切的数
据项，应归纳在一起进行配臵。
?数据项的属性,属性相同的
数据项，应尽量归纳在一起配臵；
数据项应按双字长，全字长，半字
长和字节的属性，顺序配臵。
?预留空间,考虑到将来可能的
变更或扩充，应当预先留一些空闲
空间。不必统一地预留，可在有可
能变更或扩充的项旁边，在相邻接
处预留。
(8) 估算存取时间和存储容量。
过程设计
? 从软件开发的工程化观点来看，在
使用程序设计语言编制程序以前，
需要对所采用算法的逻辑关系进行
分析，设计出全部必要的过程细节，
并给予清晰的表达。这就是过程设
计的任务。
? 在过程设计阶段，要决定各个模块
的实现算法，并精确地表达这些算
法。表达过程规格说明的工具叫做
详细设计工具，它可以分为以下三
类,
?图形工具
?表格工具
?语言工具
程序流程图
? 程序流程图也称为程序框图，程序
流程图使用 五种基本控制结构 是,
示例
程序流程图的标准符号
循环的标准符号 注解的使用
多出口判断
N-S图
? N-S图也叫做盒图。五种基本控制
结构由五种图形构件表示。
示例
N-S图的嵌套定义形式
? PAD也设臵了五种基本控制结构的
图式，并允许递归使用。
问题分析图 (PAD)
PAD描述的示例
对应于增量型循环结构
for i,= n1 to n2 step n3 do
在 PAD中有相应的循环控制结构
PAD的扩充控制结构
判定表
? 判定表用于表示程序的 静态逻辑
? 在判定表中的条件部分给出所有
的 两分支判断 的列表，动作部分
给出 相应的处理
? 要求将程序流程图中的多分支判
断都改成两分支判断
无多分支判断结构
建立判定表的步骤
? 列出与一个具体过程 (或模块 )有关
的所有处理。
? 列出过程执行期间的所有条件 (或
所有判断 )。
? 将特定条件取值组合与特定的处理
相匹配，消去不可能发生的条件取
值组合。
? 将右部每一纵列规定为一个处理规
则，即对于某一条件取值组合将有
什么动作。
PDL (Program Design Language)
? PDL是一种用于描述功能模块的 算
法设计 和 加工细节 的语言。称为设
计程序用语言。它是一种伪码。
? 伪码的语法规则分为“外语法”和
“内语法”。
? PDL具有严格的 关键字外语法,用
于定义控制结构和数据结构，同时
它的 表示实际操作和条件的内语法
可使用自然语言的词汇。
示例, 拼词检查程序
PROCEDURE spellcheck IS
BEGIN
split document into single words
lood up words in dictionary
display words which are not in dictionary
create a new dictionary
END spellcheck
PDL的特点
? 提供全部结构化控制结构、数据说
明和模块特征。能对 PDL正文进行
结构分割，使之变得易于理解。
? 为了区别关键字，规定关键字一律
大写，其它单词一律小写。或者规
定关键字加下划线，或者规定它们
为黑体字。
? 内语法使用自然语言来描述处理特
性。内语法比较灵活，只要写清楚
就可以，不必考虑语法错，以利于
人们可把主要精力放在描述算法的
逻辑上。
? 有数据说明机制，包括简单的 (如
标量和数组 )与复杂的 (如链表和层
次结构 )的数据结构。
? 有子程序定义与调用机制，用以表
达各种方式的接口说明。
使用 PDL语言, 逐步求精：
PROCEDURE spellcheck
BEGIN
--* split document into single words
LOOP get next word
add word to word list in sortorder
EXIT WHEN all words processed
END LOOP
--* look up words in dictionary
LOOP get word from word list
IF word not in dictionary THEN
--* display words not in dictionary
display word
prompt on user terminal
IF user response says word OK THEN
add word to good word list
ELSE
add word to bad word list
ENDIF
ENDIF
EXIT WHEN all words processed
END LOOP
--* create a new words dictionary
dictionary,＝
merge dictionary and good word list
END spellcheck
? 软件设计基础
? 模块独立性
? 结构化设计方法
? 数据设计和文件设计
? 过程设计
软件设计的目标和任务
? 根据用信息域表示的软件需求，
以及功能和性能需求，进行
?数据设计
?系统结构设计
?过程设计。
? 数据设计 侧重于数据结构的定义。
? 系统结构设计 定义软件系统各主
要成份之间的关系。
? 过程设计 则是把结构成份转换成
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。
开发阶段的信息流
程序模块
测试
编码
设计
信息域需求
功能与性
能需求
数据设计
过程设计
系统结构设计
组装好的有效的软件
? 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
软件设计任务
? 从工程管理的角度来看，软件设计
分两步完成。
? 概要设计,将软件需求转化为数
据结构和软件的系统结构。
? 详细设计,即过程设计。通过对
结构表示进行细化，得到软件的
详细的数据结构和算法。
软件设计过程
1,制定规范
? 在进入软件开发阶段之初，首先应
为软件开发组制定在设计时应该共
同遵守的标准，以便协调组内各成
员的工作。包括,
? 阅读和理解软件需求说明书，确
认用户要求能否实现，明确实现
的条件，从而确定设计的目标，
以及它们的优先顺序
? 根据目标确定最合适的设计方法
? 规定设计文档的编制标准
? 规定编码的信息形式，与硬件，
操作系统的接口规约，命名规则
2,软件系统结构的总体设计
? 基于功能层次结构建立系统。
? 采用某种设计方法，将系统按功
能 划分成模块的层次结构
? 确定每个 模块的功能
? 建立与已确定的 软件需求的对应
关系
? 确定模块间的 调用关系
? 确定模块间的 接口
? 评估模块 划分的质量
3,处理方式设计
? 确定为实现系统的功能需求所必需
的 算法,评估算法的性能
? 确定为满足系统的性能需求所必需
的算法和模块间的控制方式
? 周转时间
? 响应时间
? 吞吐量
? 精度
? 确定外部信号的接收发送形式
4,数据结构设计
? 确定软件涉及的文件系统的结构以
及数据库的模式、子模式，进行数
据完整性和安全性的设计
? 确定输入，输出文件的详细的数据
结构
? 结合算法设计，确定算法所必需的
逻辑数据结构及其操作
? 确定对逻辑数据结构所必需的那些
操作的程序模块 (软件包 )
? 限制和确定各个数据设计决策的影
响范围
? 若需要与操作系统或调度程序接口
所必须的控制表等数据时，确定其
详细的数据结构和使用规则
? 数据的保护性设计
? 防卫性设计,在软件设计中就插
入自动检错，报错和纠错的功能
? 一致性设计,
? 保证软件运行过程中所使用的数
据的类型和取值范围不变
? 在并发处理过程中使用封锁和解
除封锁机制保持数据不被破坏
? 冗余性设计,针对同一问题，由两
个开发者采用不同的程序设计风格
不同的算法设计软件，当两者运行
结果之差不在允许范围内时，利用
检错系统予以纠正，或使用表决技
术决定一个正确结果。
5.可靠性设计
? 可靠性设计也叫做质量设计
? 在运行过程中，为了适应环境的变
化和用户新的要求，需经常对软件
进行改造和修正。在软件开发的一
开始就要确定软件可靠性和其它质
量指标，考虑相应措施，以使得软
件易于修改和易于维护。
6.编写概要设计阶段的文档
? 概要设计阶段完成时应编写以下
文档：
? 概要设计说明书
? 数据库设计说明书
? 用户手册
? 制定初步的测试计划
7.概要设计评审
? 可追溯性,确认该设计是否复盖了
所有已确定的软件需求，软件每一
成份是否可追溯到某一项需求
? 接口,确认该软件的内部接口与外
部接口是否已经明确定义。模块是
否满足高内聚和低耦合的要求。模
块作用范围是否在其控制范围之内
? 风险,确认该设计在现有技术条件
下和预算范围内是否能按时实现
? 实用性,确认该设计对于需求的解
决方案是否实用
? 技术清晰度,确认该设计是否以一
种易于翻译成代码的形式表达
? 可维护性,确认该设计是否考虑了
方便未来的维护
? 质量,确认该设计是否表现出良好
的质量特征
? 各种选择方案,看是否考虑过其
它方案，比较各种选择方案的标
准是什么
? 限制,评估对该软件的限制是否
现实，是否与需求一致
? 其它具体问题,对于文档、可测
试性、设计过程,.等进行评估
? 在详细设计过程中，需要完成的
工作是：
? 确定软件各个组成部分内的算
法以及各部分的内部数据组织
? 选定某种过程的表达形式来描
述各种算法。
? 进行详细设计的评审
详细设计
软件设计基础
? 自顶向下，逐步细化
? 软件结构
? 程序结构
? 结构图
? 模块化
? 抽象化
? 信息隐蔽
自顶向下，逐步细化
? 将软件的体系结构按自顶向下方
式，对各个层次的过程细节和数
据细节逐层细化，直到用程序设
计语言的语句能够实现为止，从
而最后确立整个的体系结构。
软件结构
? 软件结构包括两部分。 程序的模块
结构 和 数据的结构
? 软件的体系结构通过一个划分过程
来完成 。该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，使其每个部分用一
个或几个软件成份加以解决，整个
问题就解决了
程序结构
? 程序结构表明了程序各个部件 (模块 )
的组织情况，是软件的过程表示。
结构图
? 结构图反映程序中模块之间的层次
调用关系和联系：它以特定的符号
表示模块、模块间的调用关系和模
块间信息的传递
① 模块：模块用矩形框表示，并用
模块的名字标记它。
② 模块的调用关系和接口：模块之
间用单向箭头联结，箭头从调用模
块指向被调用模块。
③ 模块间的信息传递：当一个模块
调用另一个模块时，调用模块把数
据或控制信息传送给被调用模块，
以使被调用模块能够运行。而被调
用模块在执行过程中又把它产生的
数据或控制信息回送给调用模块
④ 在模块 A的箭头尾部标以一个菱
形符号，表示模块 A有条件地调用
另一个模块 B。当一个在调用箭头
尾部标以一个弧形符号，表示模
块 A反复调用模块 C和模块 D。
程序的系统结构图
模块化
? 软件系统的模块化是指整个软件被
划分成若干单独命名和可编址的部
分，称之为模块。这些模块可以被
组装起来以满足整个问题的需求。
? 把问题／子问题的分解与软件开发
中的系统／子系统或系统／模块对
应起来，就能够把一个大而复杂的
软件系统划分成易于理解的比较单
纯的模块结构。
抽象化
? 软件系统进行模块设计时，可有不
同的抽象层次。
? 在最高的抽象层次上，可以使用问
题所处环境的语言概括地描述问题
的解法。
? 在较低的抽象层次上，则采用过程
化的方法。
(1) 过程的抽象
在软件工程中，从系统定义到实现，
每进展一步都可以看做是对软件解决
方法的抽象化过程的一次细化。
?在软件需求分析阶段，用“问题所
处环境的为大家所熟悉的术语”来描
述软件的解决方法。
?在从概要设计到详细设计的过程中，
抽象化的层次逐次降低。当产生源程
序时到达最低抽象层次。
例, 开发一个 CAD软件的三层抽象
? 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 …… 。
? 抽象层次 Ⅱ, 任务需求的描述。
CAD SOFTWARE TASKS
user interaction task;
2-D drawing creation task;
graphics display task;
drawing file management task;
end,
在这个抽象层次上，未给出“怎
样做”的信息，不能直接实现。
? 抽象层次 Ⅲ,程序过程表示。以 2-D
(二维 )绘图生成任务为例,
PROCEDURE,2-D drawing creation
REPEAT UNTIL (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;
……
(2) 数据抽象
在不同层次上描述数据对象的细节，
定义与该数据对象相关的操作。
例如，在 CAD软件中，定义一个
叫做 drawing的数据对象。可将
drawing规定为一个抽象数据类型，
定义它的内部细节为,
TYPE drawing IS STRUCTURE
DEFIND
number IS STRING LENGTH(12);
geometry DEFIND ……
notes IS STRING LENGTH(256);
BOM DEFIND
END drawing TYPE;
? 数据抽象 drawing本身由另外一些数据
抽象，如 geometry,BOM (bill of
materials) 构成
? 定义 drawing的抽象数据类型之后，可
引用它来定义其它数据对象，而不必涉
及 drawing的内部细节
? 例如，定义,
blue-print IS INSTANCE OF drawing;
或
schematic IS INSTANCE OF drawing;
信息隐蔽
? 由 parnas 方法提倡的 信息隐蔽 是
指,每个模块的实现细节对于其它
模块来说是隐蔽的。 也就是说，模
块中所包含的信息（包括数据和过
程）不允许其它不需要这些信息的
模块使用。
模块的独立性
? 模块（ Module）
“模块”，又称“组件”。它一般
具有如下三个基本属性,
?功能,描述该模块实现什么功能
?逻辑,描述模块内部怎么做
?状态,该模块使用时的环境和条
件
? 在描述一个模块时，还必须按模块
的 外部特性 与 内部特性 分别描述
? 模块的 外部特性
? 模块的模块名、参数表、其中的
输入参数和输出参数，以及给程序
以至整个系统造成的影响
? 模块的 内部特性
? 完成其功能的程序代码和仅供该
模块内部使用的数据
? 模块独立性
? 模块独立性,是指软件系统中每个
模块只涉及软件要求的具体的子功
能,而和软件系统中其它的模块的
接口是简单的
? 例如,若一个模块只具有单一的功
能且与其它模块没有太多的联系,
则称此模块具有模块独立性
? 一般采用两个准则度量模块独立
性。即模块间 耦合 和模块 内聚
? 耦合 是模块之间的互相连接的紧
密程度的度量。
? 内聚 是模块功能强度 (一个模块内
部各个元素彼此结合的紧密程度 )
的度量。
? 模块独立性比较强的模块应是 高
内聚低耦合 的模块。
模块间的耦合
非直接耦合 (Nondirect Coupling)
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。
非直接耦合的
模块独立性最
强。
数据耦合 (Data Coupling)
一个模块访问另一个模块时，彼此
之间是通过 简单数据参数 (不是控
制参数、公共数据结构或外部变量 )
来交换输入、输出信息的。
标记耦合 (Stamp Coupling)
一组模块通过参数表传递 记录信息,
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。
控制耦合 (Control Coupling)
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。
外部耦合（ External Coupling）
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，则
称之为外部耦合。
公共耦合（ Common Coupling）
若一组模块都访问 同一个公共数据环
境,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、共享的通信区、内存的公共覆
盖区等。
? 公共耦合的复杂程度随耦合模块的个
数增加而显著增加。若只是两模块间
有公共数据环境，则公共耦合有两种
情况。松散公共耦合和紧密公共耦合。
内容耦合 (Content Coupling)
如果发生下列情形，两个模块之间
就发生了内容耦合
(1) 一个模块直接访问另一个模
块的内部数据 ;
(2) 一个模块不通过正常入口转
到另一模块内部 ;
(3) 两个模块有一部分程序代码
重迭 (只可能出现在汇编语言中 );
(4) 一个模块有多个入口。
c
模块内聚
功能内聚
(Functional Cohesion)
一个模块中各个部分都是 完成某
一具体功能 必不可少的组成部分，
或者说该模块中所有部分都是为
了完成一项具体功能而协同工作，
紧密联系，不可分割的。则称该
模块为功能内聚模块。
信息内聚
(Informational Cohesion)
这种模块 完成多个功能, 各个功能
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，确定该执行
哪一个功能。由于这个模块的所有
功能都是基于同一个数据结构（符
号表），因此，它是一个信息内聚
的模块。
? 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。即把某个数据结构、
资源或设备隐蔽在一个模块内，
不为别的模块所知晓。
通信内聚
(Communication Cohesion)
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，通信内聚模块是通过数
据流图来定义的。
过程内聚
（ Procedural Cohesion）
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，
把流程图中的循环部分、判定部分、
计算部分分成三个模块，这三个模
块都是过程内聚模块。
时间内聚
（ Classical Cohesion）
时间内聚又称为经典内聚。这种模
块大多为多功能模块，但模块的各
个功能的执行与时间有关，通常要
求所有功能必须在同一时间段内执
行。例如初始化模块和终止模块。
逻辑内聚（ Logical Cohesion）
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
应执行哪一种功
能。
巧合内聚（ Coincidental Cohesion）
巧合内聚 (偶然内聚 )。当模块内各
部分之间没有联系，或者即使有联
系，这种联
系也很松散，
则称这种模
块为巧合内
聚模块，它
是内聚程度
最低的模块。
结构化设计方法
? 首先研究、分析和审查数据流图。
从软件的需求规格说明中弄清数据
流加工的过程，对于发现的问题及
时解决。
? 然后根据数据流图决定问题的类型。
数据处理问题典型的类型有两种：
变换型 和 事务型 。针对两种不同的
类型分别进行分析处理。
? 由数据流图推导出系统的初始结构
图。
? 利用一些启发式原则来改进系统的
初始结构图，直到得到符合要求的
结构图为止。
? 修改和补充数据词典。
? 制定测试计划。
在系统结构图中的模块
? 传入模块 ─ 从下属模块取得数据，
经过某些处理，再将其传送给上级
模块。它传送的数据流叫做逻辑输
入数据流。
? 传出模块 ─ 从上级模块获得数据，
进行某些处理，再将其传送给下属
模块。它传送的数据流叫做逻辑输
出数据流。
? 变换模块 ─ 它从上级模块取得数
据，进行特定的处理，转换成其它
形式，再传送回上级模块。它加工
的数据流叫做变换数据流。
? 协调模块 ─ 对所有下属模块进行
协调和管理的模块。
变换型系统结构图
? 变换型数据处理问题的工作过程大
致分为三步，即取得数据，变换数
据和给出数据。
? 相应于取得数据、变换数据、给出
数据，变换型系统结构图由输入、
中心变换和输出等三部分组成。
事务型系统结构图
? 它接受一项事务，根据事务处理的
特点和性质，选择分派一个适当的
处理单元，然后给出结果。
? 在事务型系统结构图中，事务中心
模块按所接受的事务的类型，选择
某一事务处理模块执行。各事务处
理模块并列。每个事务处理模块可
能要调用若干个操作模块，而操作
模块又可能调用若干个细节模块。
变换分析
? 变换分析方法由以下四步组成：
? 重画数据流图；
? 区分有效 (逻辑 )输入、有效 (逻辑 )
输出和中心变换部分；
? 进行一级分解，设计上层模块；
? 进行二级分解，设计输入、输出
和中心变换部分的中、下层模块。
① 在选择模块设计的 次序 时，必须
对一个模块的 全部直接下属模块 都
设计完成
之后，才
能转向另
一个模块
的下层模
块的设计。
② 在设计下层模块时，应考虑模块的
耦合 和 内聚 问题，以提高初始结构图
的质量。
③ 使用“黑箱”技术, 在设计当前模块
时,先把这个模块的所有下层模块定
义成,黑箱”，在设计中利用它们时，
暂时不考虑其内部结构和实现。在这
一步定义好的“黑箱”，在下一步就
可以对它们进行设计和加工。这样，
又会导致更多的“黑箱”。最后，全
部“黑箱”的内容和结构应完全被确
定。
④ 在模块划分时，一个模块的直接下
属模块一般在 5个 左右。如果直接下
属模块超过 10个，可设立中间层次。
⑤ 如果出现了以下情况，就停止模块
的功能分解：
?当模块不能再细分为明显的子任务
时；
?当分解成用户提供的模块或程序库
的子程序时；
?当模块的界面是输入／输出设备传
送的信息时；
?当模块不宜再分解得过小时。
事务分析
? 在很多软件应用中，存在某种作业
数据流，它可以引发一个或多个处
理，这些处理能够完成该作业要求
的功能。这种数据流就叫做事务。
? 与变换分析一样，事务分析也是从
分析数据流图开始，自顶向下，逐
步分解，建立系统到结构图。
事务分析过程
① 识别事务源
利用数据流图和数据词典，从问题
定义和需求分析的结果中，找出各
种需要处理的事务。通常，事务来
自物理输入装臵。有时，设计人员
还必须区别系统的输入、中心加工
和输出中产生的事务。
② 规定适当的事务型结构
在确定了该数据流图具有事务型特
征之后，根据模块划分理论，建立
适当的事务型结构。
③ 识别各种事务和它们定义的操作。
从问题定义和需求分析中找出的事
务及其操作所必需的全部信息，对
于系统内部产生的事务，必须仔细
地定义它们的操作。
④ 注意利用公用模块
在事务分析的过程中，如果不同事
务的一些中间模块可由具有类似的
语法和语义的若干个低层模块组成，
则可以把这些低层模块构造成公用
模块。
⑤ 对每一事务，或对联系密切的一
组事务，建立一个事务处理模块；
如果发现在系统中有类似的事务，
可以把它们组成一个事务处理模块。
⑥ 对事务处理模块规定它们全部的下
层操作模块
⑦ 对操作模块规定它们的全部细节模
块
变换分析是软件系统结构设计的主
要方法。 一般，一个大型的软件系
统是变换型结构和事务型结构的混
合结构。所以，我们通常利用以变
换分析为主，事务分析为辅的方式
进行软件结构设计。
软件模块结构的改进
? 模块功能的完善化
一个完整的模块应当有以下几部分：
① 执行规定的功能的部分；
② 出错处理的部分。当模块不能
完成规定的功能时，必须回送出错
标志，出现例外情况的原因。
③ 如果需要返回数据给它的调用
者，在完成数据加工或结束时，
应当给它的调用者返回一个状态码。
? 消除重复功能，改善软件结构
① 完全相似,在结构上完全相似，
可能只是在数据类型上不一致。此
时可以采取完全合并的方法。
② 局部相似,找出其相同部分，分
离出去，重新定义成一个独立的下
一层模块。还可以与它的上级模块
合并。
? 模块的作用范围应在控制范围之内
? 模块的 控制范围 包括它本身及其
所有的从属模块。
? 模块的 作用范围 是指模块内一个
判定的作用范围，凡是受这个判
定影响的所有模块都属于这个判
定的作用范围。
? 如果一个判定的作用范围包含在
这个判定所在模块的控制范围之
内，则这种结构是简单的，否则，
它的结构是不简单的。
? 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。
? 避免或减少使用病态联接
应限制使用如下三种病态联接：
① 直接病态联接 即模块 A直接从模
块 B内部取出某些数据，或者把某
些数据直接送到模块 B内部。
② 公共数据域病态联接 模块 A和模
块 B通过公共数据域，直接传送或
接受数据，而不是通过它们的上级
模块。这种方式将使得模块间的耦
合程度剧增。它不仅影响模块Ａ和
模块Ｂ，而且影响与公共数据域有
关联的所有模块。
③ 通信模块联接 即模块 A和模块 B
通过通信模块 TABLEIT传送数据。
从表面看，这不是病态联接，因
为模块Ａ和模块 B都未涉及通信
模块 TABLEIT 的内部。然而，
它们之间的通信（即数据传送）
没有通过它们的上级模块。从这
个意义上讲，这种联接是病态的。
? 模块的大小要适中
模块的大小，可以用模块中所含语
句的数量的多少来衡量。把模块的
大小限制在一定的范围之内。通常
规定其语句行数在 50～ 100左右，
保持在一页纸之内，最多不超过
500行。
? 设计功能可预测的模块，但要避免
过分受限制的模块
? 一个功能可预测的模块，不论内
部处理细节如何，但对 相同的输入
数据,总能产生 同样的结果 。但是，
如果模块内部蕴藏有一些特殊的鲜
为人知的功能时，这个模块就可能
是不可预测的。对于这种模块，如
果调用者不小心使用，其结果将不
可预测。
? 如果一个模块的局部数据结构的
大小、控制流的选择或者与外界
(人、硬软件 ) 的接口模式被限制
死了，则很难适应用户新的要求
或环境的变更。
? 为了能够适应将来的变更，软件
模块中局部数据结构的大小应当
是可控制的，控制流的选择对于
调用者来说，应当是可预测的。
而与外界的接口应当是灵活的。
? 软件包应满足设计约束和可移植性
为了使得软件包可以在某些特定的
环境下能够安装和运行，对软件包
提出了一些设计约束和可移植的要
求。例如，设计约束有时要求一个
程序段在存储器中覆盖自身。当这
种情况出现时，设计出来的软件程
序结构不得不根据重复程度、访问
频率、调用间隔等等特性，重新加
以组织。
设计的后处理
? 为每一个模块写一份处理说明
? 为每一个模块提供一份接口说明
? 确定全局数据结构和局部数据结
构
? 指出所有的设计约束和限制
? 进行概要设计的评审
? 进行设计的优化 (如果需要和可能
的话 )
数据设计及文件设计
? 数据设计的原则
? 文件设计
数据设计的原则
? R.S.Pressman数据设计的过程
? 为在需求分析阶段所确定的数据
对象选择逻辑表示，需要对不同
结构进行算法分析，以便选择一
个最有效的结构；设计对于这种
逻辑数据结构的一组操作，以实
现各种所期望的运算。
? 确定对逻辑数据结构所必需的那
些操作的程序模块 (软件包 )，以
便限制或确定各个数据设计决策
的影响范围。
? Pressman提出了一组原则，用来定
义和设计数据。实际上，在进行需
求分析时往往就开始了数据设计。
1.用于软件的系统化方法也适用于数
据 。 在导出、评审和定义软件的需
求和软件系统结构时，必须定义和
评审其中所用到的数据流、数据对
象及数据结构的表示。应当考虑几
种不同的数据组织方案，还应当分
析数据设计给软件设计带来的影响。
2.确定所有的数据结构和在每种数据
结构上施加的操作 。 设计有效的数
据结构，必须考虑到要对该数据结
构进行的各种操作。
3.应当建立一个数据词典并用它来定
义数据和软件的设计 。 数据词典清
楚地说明了各个数据之间的关系和
对数据结构内各个数据元素的约束。
4.低层数据设计的决策应推迟到设计
过程的后期进行 。 在进行需求分析
时确定的总体数据组织，应在概要
设计阶段加以细化，在详细设计阶
段才规定具体的细节。
5.数据结构的表示只限于那些必须直
接使用该数据结构内数据的模块才
能知道 。 此原则就是信息隐蔽和与
此相关的耦合性原则。
6.应当建立一个存放有效数据结构及
相关操作的库 。 数据结构应当设计
成为可复用的。建立一个存有各种
可复用的数据结构模型的部件库。
7.软件设计和程序设计语言应当支持
抽象数据类型的定义和实现 。
以上原则适用于软件工程的定义阶
段和开发阶段。,清晰的信息定义
是软件开发成功的关键” 。
文件设计
文件设计的过程，主要分两个阶段。
第一个阶段是文件的逻辑设计，主
要在概要设计阶段实施。
(1) 整理必须的数据元素：
在软件设计中所使用的数据，有长
期的，有短期的，还有临时的。它
们都可以存放在文件中，在需要时
对它们进行访问。因此首先必须整
理应存储的数据元素，给它们一个
易于理解的名字，指明其类型和位
数，以及其内容涵义。
(2) 分析数据间的关系：
分析在业务处理中哪些数据元素是
同时使用的。把同时使用次数多的
数据元素归纳成一个文件进行管理。
分析数据元素的内容，研究数据元
素与数据元素之间的逻辑关系，根
据分析，弄清数据元素的含义及其
属性。
(3) 确定文件的逻辑设计：
根据数据关联性分析，明确哪些数
据元素应当归于一组进行管理，把
应当归于一组的数据元素进行统一
布局，产生文件的逻辑设计。应用
关系模型设计文件的逻辑结构时，
必须使其达到第三范式 (3NF)，以
减少数据的冗余，提高存取的效率。
顾客文件 商品文件
X, 英文字母＋数字 ; K, 汉字 ; N, 数字
第二个阶段是文件的物理设计，主
要在软件的详细设计阶段实施
(4) 理解文件的特性：
对于文件的逻辑规格说明，研究从
业务处理的观点来看所要求的一些
特性，包括文件的使用率、追加率
和删除率，以及保护和保密等。考
虑需要采用什么文件组织形式。
(5)确定文件的组织方式
一般要根据文件的特性，来确定文
件的组织方式。
顺序文件,
连续文件
串联文件。
直接存取文件,
无关键字直接存取文件
带关键字直接存取文件
桶式直接存取文件。
索引顺序文件,
其基本数据记录按顺序文件组
织，记录排列顺序必须按关键
字值升序或降序安排，且具有
索引部分，也按同一关键字进
行索引。
分区文件,
这类文件主要用于存放程序。
它由若干称为成员的顺序组织
的记录组和索引组成。
虚拟存储文件,
这是基于操作系统的请求页式
存储管理功能而建立的索引顺
序文件。
倒排文件,
按候选属性建立索引表。
(6)确定文件的存储介质 ;
(7)确定文件的记录格式 ;
确定文件记录中各数据项以及
它们在记录中的物理安排。
?记录的长度,设计记录的长
度要确保能满足需要，还要考虑使
用设备的制约和效率，尽可能与读
写单位匹配，并尽可能减少处理过
程中内外存的交换次数。
?数据项的顺序,对于可变长
记录，应在记录的开头记入长度信
息；对于关键字项，应尽量按级别
高低，顺序配臵；联系较密切的数
据项，应归纳在一起进行配臵。
?数据项的属性,属性相同的
数据项，应尽量归纳在一起配臵；
数据项应按双字长，全字长，半字
长和字节的属性，顺序配臵。
?预留空间,考虑到将来可能的
变更或扩充，应当预先留一些空闲
空间。不必统一地预留，可在有可
能变更或扩充的项旁边，在相邻接
处预留。
(8) 估算存取时间和存储容量。
过程设计
? 从软件开发的工程化观点来看，在
使用程序设计语言编制程序以前，
需要对所采用算法的逻辑关系进行
分析，设计出全部必要的过程细节，
并给予清晰的表达。这就是过程设
计的任务。
? 在过程设计阶段，要决定各个模块
的实现算法，并精确地表达这些算
法。表达过程规格说明的工具叫做
详细设计工具，它可以分为以下三
类,
?图形工具
?表格工具
?语言工具
程序流程图
? 程序流程图也称为程序框图，程序
流程图使用 五种基本控制结构 是,
示例
程序流程图的标准符号
循环的标准符号 注解的使用
多出口判断
N-S图
? N-S图也叫做盒图。五种基本控制
结构由五种图形构件表示。
示例
N-S图的嵌套定义形式
? PAD也设臵了五种基本控制结构的
图式，并允许递归使用。
问题分析图 (PAD)
PAD描述的示例
对应于增量型循环结构
for i,= n1 to n2 step n3 do
在 PAD中有相应的循环控制结构
PAD的扩充控制结构
判定表
? 判定表用于表示程序的 静态逻辑
? 在判定表中的条件部分给出所有
的 两分支判断 的列表，动作部分
给出 相应的处理
? 要求将程序流程图中的多分支判
断都改成两分支判断
无多分支判断结构
建立判定表的步骤
? 列出与一个具体过程 (或模块 )有关
的所有处理。
? 列出过程执行期间的所有条件 (或
所有判断 )。
? 将特定条件取值组合与特定的处理
相匹配，消去不可能发生的条件取
值组合。
? 将右部每一纵列规定为一个处理规
则，即对于某一条件取值组合将有
什么动作。
PDL (Program Design Language)
? PDL是一种用于描述功能模块的 算
法设计 和 加工细节 的语言。称为设
计程序用语言。它是一种伪码。
? 伪码的语法规则分为“外语法”和
“内语法”。
? PDL具有严格的 关键字外语法,用
于定义控制结构和数据结构，同时
它的 表示实际操作和条件的内语法
可使用自然语言的词汇。
示例, 拼词检查程序
PROCEDURE spellcheck IS
BEGIN
split document into single words
lood up words in dictionary
display words which are not in dictionary
create a new dictionary
END spellcheck
PDL的特点
? 提供全部结构化控制结构、数据说
明和模块特征。能对 PDL正文进行
结构分割，使之变得易于理解。
? 为了区别关键字，规定关键字一律
大写，其它单词一律小写。或者规
定关键字加下划线，或者规定它们
为黑体字。
? 内语法使用自然语言来描述处理特
性。内语法比较灵活，只要写清楚
就可以，不必考虑语法错，以利于
人们可把主要精力放在描述算法的
逻辑上。
? 有数据说明机制，包括简单的 (如
标量和数组 )与复杂的 (如链表和层
次结构 )的数据结构。
? 有子程序定义与调用机制，用以表
达各种方式的接口说明。
使用 PDL语言, 逐步求精：
PROCEDURE spellcheck
BEGIN
--* split document into single words
LOOP get next word
add word to word list in sortorder
EXIT WHEN all words processed
END LOOP
--* look up words in dictionary
LOOP get word from word list
IF word not in dictionary THEN
--* display words not in dictionary
display word
prompt on user terminal
IF user response says word OK THEN
add word to good word list
ELSE
add word to bad word list
ENDIF
ENDIF
EXIT WHEN all words processed
END LOOP
--* create a new words dictionary
dictionary,＝
merge dictionary and good word list
END spellcheck
