软工学习笔记（4）- 设计工程

软件设计的任务

• 数据/类设计
• 体系结构设计
• 接口设计
  • 设计软件模块间的接口
  • 设计模块与其他非人的信息生产者和消费者（如外部实体）之间的外部接口
  • 设计人（用户）与计算机间的人机接口。

• 部件级设计

  
  
  

软件设计

软件设计是把软件需求变换成软件表示的过程，它主要包含两个阶段：软件体系结构设计阶段和部件级设计（另外一种说法是概要设计阶段和详细设计阶段）

软件设计的目标

在进行软件设计的过程中，要密切关注软件的质量因素。

McGlanghlin 软件设计过程的目标：

1. 设计必须实现分析模型中描述的所有显式需求，必须满足用户希望的所有隐式需求。
2. 设计必须是可读、可理解的，使得将来易于编程、易于测试、易于维护。
3. 设计应从实现角度出发，给出与数据、功能、行为相关的软件全貌。

衡量设计的技术标准

1. 设计出来的结构应是分层结构，从而建立软件成份之间的控制。
2. 设计应当模块化，从逻辑上将软件划分为完成特定功能或子功能的部件。
3. 设计应当既包含数据抽象，也包含过程抽象。
4. 设计应当建立具有独立功能特征的模块。
5. 设计应当建立能够降低模块与外部环境之间复杂连接的接口。
6. 设计应能根据软件需求分析获取的信息，建立可驱动、可重复的方法。

软件设计的过程

1. 制定规范
2. 体系结构和接口设计
3. 数据/类设计
4. 部件级（过程）设计
5. 编写设计文档
6. 设计评审

过程抽象和数据抽象

软件设计中主要抽象手段有：过程抽象和数据抽象

• 过程抽象（也称功能抽象）是指任何一个完成明确定义功能的操作都可被使用者当作单个实体看待，尽管这个操作实际上是由一系列更低级的操作来完成的。（结构化程序设计中的函数设计）
• 数据抽象是指定义数据类型和施加于该类型对象的操作，并限定了对象的取值范围，只能通过这些操作修改和观察数据。（面向对象程序设计中的类设计）

模块化

模块化，即把软件按照规定原则，划分为一个个较小的，相互独立的但又相互关联的部件。模块化实际上是系统分解和抽象的过程。

模块

模块是数据说明、可执行语句等程序对象的集合，它是单独命名的，并且可以通过名字来访问。 例如，过程。函数、子程序、宏等

模块是组成程序的基本单元。一个模块具有其外部特征和内部特征。

• 外部特征包括：模块的接口(模块名、输入/输出参数、返回值等)和模块的功能
• 内部特征包括：模块的内部数据和完成其功能的程序代码（SD（结构化设计）中忽略）

模块化的必要性

C(p1＋p2)＞C(p1)＋C(p2)
E(p1＋p2) > E(p1)＋E(p2)

模块化的论据：将复杂问题分解成可以管理的片断会更使解决问题更加容易。

如果模块是相互独立的，当模块变得越小，每个模块花费的工作量越低；
但当模块数增加时，模块间的联系也随之增加，把这些模块联接起来的工作量也随之增加。

信息隐藏

每个模块的实现细节对于其它模块来说应该是隐蔽的。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。通过信息隐蔽，则可定义和实施对模块的过程细节和局部数据结构的存取限制 。
类的封装，Java中访问修辞：public, protected, private和默认

功能独立

功能独立性可以由两项指标来衡量：内聚度与耦合度 。

• 内聚（cohesion）是一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度的度量
  

  

• 耦合(coupling)是模块之间的相对独立性（互相连接的紧密程度）的度量
  

  

功能独立性比较强的模块应是高内聚低耦合的模块。

调用和返回风格的体系结构

• 这种风格使一个软件设计者设计出非常容易修改和扩充的体系结构。

• 包含：主程序/子程序风格体系结构和远程过程调用风格的体系结构

  
  
  

部件级设计技术

部件级设计是编码的先导，这个阶段所产生的设计文档的质量，将直接影响下一阶段程序的质量。

在部件级设计阶段，主要完成如下工作：

• 为每个部件确定采用的算法，选择某种适当的工具表达算法的过程，编写部件的详细过程性描述；
• 确定每一部件内部使用的数据结构
• 在部件级设计结束时，应该把上述结果写入部件级设计说明书，并且通过复审形成正式文档，作为下一阶段（编码阶段）的工作依据。

程序流程图

程序流程图独立于任何一种程序设计语言，比较直观、清晰、易于学习掌握
为使用流程图描述结构化程序，必须限制流程图只能使用五种基本控制结构

判定表

判定表能清晰地表达复杂的条件组合与应做动作之间的对应关系。

反映程序逻辑的判定表

• 判定表的优点：能够简洁，无二义性地描述所有的处理规则。
• 局限：表示的是静态逻辑，是在某种条件取值组合情况下可能的结果，它不能表达加工的顺序，也不能表达循环结构

设计规约

软件设计阶段的主要输出是设计规约。

软件设计的最终目标是要取得最佳方案 。“最佳”是指在所有候选方案中，就节省开发费用，降低资源消耗，缩短开发时间的条件，选择能够赢得较高的生产率、较高的可靠性和可维护性的方案