5.3 软件设计

需求阶段解决“做什么”的问题，而软件设计阶段解决“怎么做”的问题。软件设计分为结构化设计与面向对象设计。

5.3.1 结构化设计

结构化设计(SD)是一种面向数据流的方法，其目的在于确定软件结构。它以SRS和SA阶段所产生的DFD和数据字典等文档为基础，是一个自顶向下、逐层分解、逐步求精和模块化的过程。

从管理角度讲，其分为概要设计和详细设计两个阶段。

·概要设计又称为总体结构设计，它是开发过程中很关键的一步，其主要任务是确定软件系统的结构，将系统的功能需求进行模块划分，确定每个模块的功能、接口和模块之间的调用关系，形成软件的模块结构图，即系统结构图。

·详细设计的主要任务是为每个模块设计实现的细节，根据任务的不同，详细设计又可分为多种，例如，输入/输出 设计、处理流程设计、数据存储设计、用户界面设计、安全性和可靠性设计等。

1.模块结构

在SD中，这种功能分解就是将系统划分为模块，模块是组成系统的基本单位，它的特点是可以自由组合、分解和变换，系统中任何一个处理功能都可以看成一个模块。

(1)信息隐藏与抽象

信息隐藏原则要求采用封装技术，将程序模块的实现细节(过程或数据等)

隐藏起来，对于不需要这些信息的其他模块来说是不能访问的，使模块接口尽量简单。按照信息隐藏的原则，系统中的模块应设计成“黑盒”，模块外部只能使用模块接口说明中给出的信息，如操作和数据类型等。

(2)模块化。

在SD方法中，模块是实现功能的基本单位，它一般具有功能、逻辑和状态3个基本属性。其中，功能是指该模块“做什么”，逻辑是描述模块内部“怎么做”，状态是该模块使用时的环境和条件。在描述一个模块时，必须按模块的外部特性与内部特性分别描述。软件设计阶段，通常是先确定模块的外部特性，然后再确定它的内部特性。

(3)耦合。耦合表示模块之间联系的程度。紧密耦合表示模块之间联系非常强，松散耦合表示模块之间联系比较弱，非直接耦合则表示模块之间无任何直接联系。模块的耦合类型通常分为7种，根据耦合度从低到高排序如表所示：

(4)内聚。内聚表示模块内部各代码成分之联系的紧密程度，是从功能角度来度量模块内的联系，一个好的内聚模块应当恰好做目标单一的一件事情。模块的内聚类型通常也可以分为7种，根据内聚度从高到低排序如表5.2所示。在模块的分解中应尽量减少模块的耦合，力求增加模块的内聚，遵循”低耦合、高内聚”的设计原则。

2.系统结构图

系统结构图 (SC)，又称为模块结构图，它是软件概要设计阶段的工具，反映系统的功能实现和模块之间的联系与通信，包括各模块之间的层次结构，即反映了系统的总体结构。

详细设计的主要任务是设计每个模块的实现算法、所需的局部数据结构。

详细设计的目标有两个：实现模块功能的算法要逻辑上正确，算法描述要简明易懂。

详细设计必须遵循概要设计来进行。详细设计方案的更改，不得影响到概要设计方案；如果需要更改概要设计，必须经过项目经理的同意。详细设计应该完成详细设计文档，主要是模块的详细设计方案说明。

详细设计的表示工具有图形工具、表格工具和语言工具。

(1)图形工具。利用图形工具可以把过程的细节用图形描述出来。具体的图形有业务流程图、程序流程图、问题分析图 (PAD)、NS流程图等。

(2)表格工具。可以用一张表来描述过程的细节，在这张表中列出了各种可能的操作和相应的条件。

(3)语言工具。用某种高级语言来描述过程的细节，例如伪码或PDL (程设计语言)等。

·PDL的优点：可以作为注释直接插在源程序中；可以使用普通的文本编辑工具或文字处理工具产生和管理，已经有自动处理程序存在，而且可以自动由PDL生成程序代码。

·PDL的不足:不如图形工具形象直观，描述复杂的条件组合与动作间的对应关系时不如判定树清晰简单。

5.3.2 面向对象设计

面向对象设计OOD其基本思想包括抽象、封装、可扩展性，其中可扩展性主要是通过继承和多态来实现。

OOD的主要任务是对类和对象进行设计，这是OOD中最重要的组成部分也是最复杂和最耗时的部分。其主要包括类的属性、方法，以及类与类之间的关系。

常用的面向对象设计原则包括：

在OOD中，类可以分为3种类型：实体类、控制类和边界类。

5.3.3 统一建模语言

统一建模语言(UML)是一种定义良好，易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。(不是编程语言)

UML的结构包括构造块、规则和公共机制3个部分。

1.UML中的事物

UML中的事物也称为建模元素，包括结构事物、行为事物、分组事物和注释事物。

2.UML中的关系

UML用关系把事物结合在一起，主要有4种关系：依赖、关联、泛化和实现。

3.UML2.0-14种图

4.UML视图

5.3.4 设计模式

设计模式是前人经验的总结，它使人们可以方便地复用成功的软件设计。

根据处理范围不同，设计模式可分为类模式和对象模式。

根据目的和用途不同，设计模式可分为创建型模式、结构型模式和行为型模式三种。

①创建型模式主要用于创建对象。

②结构型模式主要用于处理类或对象的组合。

③行为型模式主要用于描述类或对象的交互以及职责的分配。