软件设计与编码

第三章

软件设计与编码

3.1软件设计阶段的任务与目标

软件微材阶段的值务与目标

软件设计是对实现软件的结构、系统的数据、系统

组件之间的接口以及所用算法的描述。

软件设计是软件开发的关键步骤，直接影响软件的

质量。

在软件需求分析阶段已经完全弄清楚了软件的各种

需求，较好地解决了所开发的软件“做什么”的问题，

并已在软件需求说明书和数据要求说明书中详尽和充分

地阐明了这些需求以后，下一步就要着手实现软件的需

求，即软件设计阶段要解决“怎么做”的问题。

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微奸过福的一般模型

设计产品

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03.1.1软件设计在开发阶段中的重要性

3/7软件微必左界或阶段中的童要促

软件设计阶段要解决“如何做”的问题。这显然是整个软

件开发过程的核心问题，所有的开发工作都将根据设计的方案

进行。系统的总体结构在该阶段决定，因此软件的总体设计决

定了系统的质量。

系统结构设计定义软件系统的整体结构，是软件开发的核

心步骤。在设计步骤中，建立软件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。

在编码步骤中，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。

系统结构

开发阶段信息流

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03.1.2软件设计阶段的任务

5/2软件核计阶段的值务

［一、软件设计的任务

从工程管理的角度来看，软件设计分两步完成；分为

总体设计（概要设计）和详细设计两个阶段。其工作流程

如图所示。

首先做概要设计，将软件需求转化为数据结构和软件

的系统结构。然后是详细设计，即过程设计。通过对结构

表示进行细化，得到软件详细的数据结构和算法。

软件设计工作流程

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3.1.2软件设计阶段的任务

.因此，软件设计阶段的任务可分为三部分：

1、划分模块，确定软件结构

开发方法不同，确定软件结构的方法也不同。例如SD法,

是从分层的DFD图导出初始的结构图，再对初始的结构图进

行改进，获得最终的结构图。

一般包括确定系统的软件结构，分解模块，确定系统

的模块层次关系。

2、确定系统的数据结构

数据结构的建立对于信息系统而言尤为重要。要确定

数据的类型，组织、存取方式，相关程度及处理方式等。

3、设计用户界面

作为人机接口的用户界面起着越来越重要的作用，它直

接影响到软件的寿命。

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3.1.2软件设计阶段的任务

二、软件设计的目标

在设计阶段应达到的目标是：

提高可靠性；提高可维护性；提高可理解性；提高效率。

衡量该目标的准则：

1、软件实体有明显的层次结构，利于软件元素间控制。

2、软件实体应该是模块化的，模块具有独立功能。

3、软件实体与环境的界面清晰。

4、设计规格说明清晰、简洁、完整和无二义性。

软件设计的目标

常用的设计方法有：SD法、Jackson法、HIP0法、Parnas法、

Warnier法等。

3.2软件结构与软件结构图

3.2软件秸构与软件秸构画

1软件结构是软件模块之间关系的表示，它决定了整个系

统的结构，也确定了系统的质量。模块之间的关系可有多

种，但都可以归结为一种层次关系。

软件结构图是总体设计阶段的主要描述工具，它描述了

构成系统的基本元素——模块及模块之间的调用关系，模

块之间的数据传递关系。

本节讨论如何进行软件结构的设计，设计的准则以及为

了提高软件系统的质量，如何对软件结构进行改进的技

术。

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3.2.1软件结构的基本概念

软件秸构的基存朝念

软件结构表示软件系统的构成，是软件模块间关系的表

示，下图则为软件结构示意图。下面先介绍几个相关的的概

念。

一模块(Module)

模块是程序对象有名字的集

合。例如，过程、函数、子程

序、宏等，是构成软件系统结

构的基本元素。

二、模块化

模块化就是将系统划分为若干个模块，每个模块完成一

个子功能。模块化的目的是将系统“分而治之”，模块化能

够降低问题的复杂性，使软件结构清晰，易阅读、易理解，

易于测试和调试，因而也有助于提高软件的可靠性。

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3.2.1软件结构的基本概念

模块化降低软件复杂度的简单证明

令：C(X)表示问题X的复杂度函数；

E(X)解决问题X所需工作量的复

杂度函数；

若：有问题PLP2；

C(Pl)>C(P2)；

显然：E(Pl)>E(P2)

由经验：C(P1+P2)>C(Pl)+C(P2)

于是：E(P1+P2)>E(Pl)+E(P2)

将问题(P1+P2)划分为两个问题P1和P2模块化与软件成本的关系

后，其工作量和复杂度都降低。

并非模块分得越小越好，因为模块之间接口的复杂度和工作量增加。

显然，每个软件系统都有一个最佳模块数M。注意选择分解的最佳模块数。

右上图描述了模块化与软件成本的关系。

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3.2.1软件结构的基本概念

软件的层次结构

软件结构图表示软件的系统结构，它是软件模块间关系的表

示，软件之间的各种关系,均可表示为层次结构。如图所示。

有关指标：

⑴深度：表示软件结构中

从顶层模块到最底层模块

的层数。

⑵宽度：表示控制的总分

布。

⑶扇出数：指一个模块直

接控制下属的模块个数。

⑷扇人数：指一个模块的

直接上属模块个数。

一个好的软件结构的形态准则是：顶部宽度小，中部宽

度大，底郢宽度次之；在结构顶部有较高的扇出数，在底部

有较高的扇人数。

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3.2.2软件的树状结构和网状结构

M22教件的树收秸构和网状给构

由模块连接而得到的软件结构最普通的形式就是树状结

构和网状结构。

在树状结构中，位于最上层的根部是顶层模块，它是程

序的主模块。与其联系的有若干下属模块，各下属模块还可

以进一步引出更下一层的下属模块，如图所示的树状结构。

树状结构的特点是：

整个结构只有一

个顶层模块，而对于

任何一个下属模块来

说，它只有一个上级

模块，而且同一层模

块之间不发生关系。

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03.2.2软件的树状结构和网状结构

①(b)

网状结构

在网状结构中，任何两个模块间都可以有双向的关系，不分层

次。任何两个模块都是平等的，没有从属关系。

比较两种结构的特点：对于不加限制的网状结构，由于模块间

相互关系的任意性，使得整个结构十分复杂，处理起来势必引起许

多麻烦，这与原来划分模块为便于处理的意图相矛盾。所以在软件

开发的实践中，人们通常采用树状结构，而不采用网状结构。

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3.2.3软件结构图（SC图）

软件中构囹（SC囹）

结构图（StructureChart,简称SC图）是精确表达软件

结构的图形表示方法，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。结构图的主要构成有：

⑴模块(Module):

⑵调用：

⑶数据：鬲J息

控制信息模块调用图

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3.2.3软件结构图（SC图）

例：画出打印报告的软件结构图

调用次序为上层调用下层;同层按照数据传递关系确

定；一般从左到右执行。

执行过程即按照数据流向进行O

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3.3模块的独立性

3.3模块的独贪喝

上一节讨论了关于软件结构与软件结构图的概念，本

节进一步讨论影响软件系统质量的另一个关键问题，模

块的独立性问题。

模块化方法已经为所有工程领域所接受。模块化的

主要优点是，模块化设计降低了软件系统的复杂性，使

得系统容易修改，同时使得系统各个部分可以并行开

发，从而提高了软件的生产率。

提高模块质量在于提高模块独立性。模块的独立性

用耦合性和内聚性来衡量。

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3.3.1模块独立性

MM7核块独会(moduleindependence)

“模块”，又称“构件”，一般指用一个名字可调用的一

段程序。它一般具有如下三个基本属性：

⑴功能即指该模块实现什么功能，做什么事情。必须注意：

模块功能，应是该模块本身的功能加上它所调用的所有子模块

的功能。

⑵逻辑即描述模块内部怎么做。

⑶状态即该模块使用时的环境和条件。

所谓模块的独立性，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，而和软件系统中其他模块的接口是简单

的。即功能专一，模块之间无过多的相互作用的模块。

这种类型的模块可以并行开发，模块独立性越强，开发越

容易。独立性强的模块，还能减少错误的影响，使模块容易组

合、修改及测试。

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3.3.1模块独立性

MM7模块独走(moduleindependence)

模块独立性的度量标准是两个定性准则：

耦合性用于描述模块之间联系的紧密程度。

内聚性用于描述模块内部联系的紧密程度。

模块独立性比较强的模块应该是具有高内聚性和的低耦

合度。

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03.3.2耦合性

3.5,2耦合H（Coupling）

耦合性是指软件结构中模块相互连接的紧密程度，是模

块间相互连接性的度量。模块分解的一个目标是使块间联系

尽可能小，块间联系的大小可从三个方面衡量：

t作用

卜昆合

①方式一块间联系方式有“直接引用”或

“用过程语句调用”。+控制

②作用—块间传送的共用信息（参数）类

型，可为“数据型”、“控制型”或“混合型

（数据/控制型）。少

③数量一块间传送的共用信息的数量。乏/调用调用

数据

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3.3.2耦合性

耦合性的几种类型

内容耦含一公共耦合控制耦合

复合耦合数据耦合

耦合性高

低

1>内容耦合(contentcoupling)

G一个模块直接访问另一模块的内部数据。

F!一个模块不通过正常入口转到另一模块的内部。

G一个模块有多个入口。

B两个模块有部分代码重迭。

I

进入另一模块内部分代码重迭多重入口

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3.3.3内聚性

3.3.3内聚*tii(cohesion)

内聚性表示一个模块内部各种数据和各种处理之间联

系的紧密程度，它是从功能的角度来度量模块间的联系o

显然,块内联系愈紧，即内聚性愈强，模块独立性愈好。

块内联系的类型分为六类：

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3.3.4信息隐蔽

334传息想融

由parnas方法提倡的信息隐蔽如下：

每个模块的实现细节对于其他模块来说是隐蔽的。也就是

说，模块中所包含的信息（数据和过程）不允许其他不需要这

些信息的模块使用。

该原则有利于提高模块的内聚性。由于一个软件系统在整

个软件生存期内要经过多次修改，在划分模块时要采取措施，

使得大多数过程和数据对软件的其他部分是隐蔽的。这样，在

将来修改软件时，可将偶然引入错误所造成的影响限制在一个

局部范围之内，不致波及到软件的其他部分。

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3.4结构化设计(SD)法

3.4秸相把世奸(SV)方收

结构化设计方法(StructuredDesign,SD)是结

构化开发方法的核心，与SA法、SD法密切联系，主要完成

软件系统的总体结构设计。

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3.4.1结构化设计方法概述

三、SD法的设计步骤

由于软件具有两类特征：

软件（层次性：反映软件整体的性质（结构图）

・过程性：反映局部的性质（框图）

SD法也分为总体设计和详细设计两个阶段：

1、总体设计

解决系统的模块结构，即分解模块，确定系统模块的层次结

构。

任务：

①划分模块

②确定模块功能

③确定模块间调用关系

④确定模块间界面

文档：模块结构图及其模块功能说明。

2、详细设计

对模块图中每个模块的过程进行描述，常用的描述的方式有:

伪代码,

流程图,N—S图,PAD图等。<返回

3.4.1结构化设计方法概述

SA法总体设计的步骤是：

(1)从DFD图导出初始的模块结构图。

⑵按照SD法设计总则，改进模块结构图。

四、SD法的设计总则

根据软件结构的准则，模块化准则，软件独立性准则

得到结构化设计的总则是：

“降低块间联系，提高块内联系”

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3.4.2数据流图的分类与典型的系统结构

3.4.2破据流囹的今类鸟典型的系疮殆构

一、DFD图的分类

。中心变换型(transformcenter)一变换分析

其特点是：DFD图可以明显分为“输入-处理-输出”三部分。

口事务处理型(transaction)—事务分析

这类数据流图可看成是对一个数据经过某种加工后，按加

工的结果选择一个输出数据流继续执行的处理。

查

检输入1主加工

营

卡

序

顺

人

)物

理

输

核

对

检

查

利

「

件

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3.4.2数据流图的分类与典型的系统结构

二、典型的系统结构

⑴变换型系统结构图

通过变换分析技术，将中心变换型的DFD图转换而得的SC

图，称为变换型系统结构图。

⑵事务型系统结构图

通过事务分析技术，将事务处理型的DFD图转换为的SC图,

称为事务型的系统结构图。

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03.4.3变换分析技术

343变换台折技术

①确定主加工及逻辑输入/输出

主加工一描述了系统的主要功能、特征。其特点是：输入/输出数

据流较多，往往主加工不止一个。

逻辑输入/输出一是指输入/输出主加工的数据流。

输入流一是把物理输入转换为逻辑输入的数据流。

输出流一是将逻辑输出转换为物理输出的数据流。

②进行一级分解,设计上层模块

为每个输入设计一个输入模块，为每个输出设计一个输出模块，同时

为每个主加工设计一个处理模块。

A流转换流流F、

变换分析技术

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3.4.3变换分析技术

③进行二级分解，设计中下层模块

这一步的工作是自顶向下，逐步细化，为第一层的每一个输入模块、

输出模块、处理模块设计它们的从属模块,设计下层模块的顺序一般从设

计输入模块的下层开始。

④进一步细化

变换分析技术

返回

3.4.4“事务分析”技术

54“事务台祈技术

①确定流界；首先从数据流图中找出事务流、事务处理中心和事

务路径。

②进行一级分析，设计上层模块；对事务中心应设计“事物控制

模块；对事物流应设计“接受事物”模块；对事务路径，应设计

“发送控制”模块。

③进行二级分解，设计中下层模块；接受分支，用类似于转换处理

型数据流图中对输入数据流的方法设计中下层。对于发送分支，在

发送控制模块下为每条事务路径设计一个事务处理模块，这一层称

为事务层。

对

海一应

模

块

图

事物流I事务中心I事务处理

■

原始的数据流图

事务分析技术返回

3.4.5应用举例

345实例：皴行要款丈件管理(MFUP)

每个贷款用户在贷款文件中占有一个记录，记录结构如表3・1。

序号内容长度(字节)数据类型可否修改

1账号5数字否

2户名30数字字母可一

3地址30数字字母可

4省10字母可

5市15字母可

6邮政编码6数字可

7电话8数字可

8类型1字母否

9信贷员号5数字nJ-

10最近一次业务日期6数字否

11最近一次付息日期6数字否

12余额8数字否

13业务总量8数字否

14限额6数字否

表3-1<返回

3.4.5应用举例

分析：

1.贷款文件的记录格式（如表3-1）

2.修改记录（卡片）格式

要求对贷款文件进行修改，修改信息由卡片输入，卡片上的修改信息格

式如下：

1-5位6-9位10位起

III

账号空xX修改值1*XX修改值2*….**

（序号）

其中*为分界符，**为结束符

贷款文件的DFD图，是一种混合的DFD图。

输入为：卡片和旧记录。

输出为：新记录和报告。

4、将DFD图转换为模块结构图。

<返回

3.4.5应用举例

需求分析结果一DFD图

簿颔、

何顺序要修改

Z的记录/

旧记录查

次

.」

不修改已修改

主加工的记录的记录

写

记/

答案录

编辑卡片加工分解

主加工是？？

修改贷款文件的DFD图

返回

3.4.5应用举例

将DFD图转换为模块结构图k片顺序卡片

修改信息

转换后的模块图如图所示。

顺序记录要修改哆

旧记录的元齐改

记

寻

贷款文件不修改写f已修改

的记录记k的记录

管理系统录

已修改

新记录

历

眦

较

比

修

改

录

记打印

号

账

记

录

报告

序

旧

编辑

已

录

记

顺

序

顺

片

卡

卡

录M

片

卡“编辑卡片”应继

取

编

辑

读旧检查续向下分解，是典

田

顺序

卡

记录片

/'型的“事务处理”