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独立性的度量：耦合(Coupling)&内聚(Cohesion)
模块的独立程度可以由两个定性标准度量，这两个 标准分别称为内聚和耦合。耦合衡量不同模块彼此 间互相依赖（连接）的紧密程度；内聚衡量一个模 块内部各个元素彼此结合的紧密程度。以下分别详 细阐述。
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需求 软件用问 题域约定 的习惯用 语表达
设计 概要设计 过渡到详 细设计时， 抽象级再 一次降低
实现
编码完成 后达到了 抽象的最 低级
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例7.1 考虑适用于低级CAD的图形软件包
CAD软 用户 抽象3（仅以“创建二维图形任务”为例） 抽象 1： 件任务 界面 PROCEDURE 创建二维图形
1. 输入系数 求一元二次方程 根的模块 2. 求方程的根
3. 打印方程的根
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七种“内聚模块”的性能比 较
形式 偶然 逻辑 时间 过程 通信 顺序 功能 评价
最坏
可修 改性
最坏
可读性
最坏
黑箱程度
黑箱
通用性
好
最坏
不好 中 中 好
最坏
不好 中 中 好
不好
中 中 中 好
不完全黑
不完全黑 半透明 半透明 透明
好
中 不好 不好 最坏
好
好
好
透明
最坏
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耦合是对一个软件结构内不同模块之间互连程度的度量。耦 合强弱取决于模块间接口的复杂程度，进入或访问一个模块的点， 以及通过接口的数据。 在软件设计中应该追求尽可能松散耦合的系统。在这样的系统 中可以研究、测试或维护任何一个模块，而不需要对系统的其他模 块有很多了解。此外，由于模块间联系简单，发生在一处的错误传 播到整个系统的可能性就很小。因此，模块间的耦合程度强烈影响 系统的可理解性、可测试性、可靠性和可维护性。 Great deal of Independent dependence
软件工程
教材：主编 曹哲 高诚 中国水利水电出版社
教案：河北工业大学廊坊分院
计算机系 黄南川
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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
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软件工程
第 7 章 软 件 设 计 基 础
概 念
基本概念
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7.1.2 抽象与逐步求精
抽象 过程抽象 数据抽象 把完成一个特定功能的动作序列抽象为 抽出事务的本质特性而暂时不考虑它们 把一个数据对象的定义（或描述）抽象 一个过程名和参数表 的细节。是控制复杂性的基本策略 。 为一个数据类型名
定义 软件系统 被描述为 基于计算 机的大系 统的一个 组成部分
一个模块内各成分为完成一组功能而组合在一 起，它们相互之间即使有关系，也很松散。
有时在写完一个程序之后，发现一 组语句在两处或多处出现，于是把 这些语句作为一个模块以节省内存， 这样就出现了偶然内聚的模块
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2
逻辑
一个模块完成的诸任务逻辑上相关
例如一个计算全部同学平均分和最高 分的模块。无论计算哪种分数，都要 经过读入全班学生分数，进行计算， 输出计算结果等步骤。实际上除中间 的一步须按不同的方法计算外，前、 后这两步都是相同的。把这两种在逻 辑上相似的功能放在一个模块中，就 可以省去程序中的重复部分。缺点是 执行中要从模块外引入用作判断的开 关键，从而增加了块间的耦合
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中级内聚度（2个）
4 模块内成分彼此相关，并且必须 过程 按特定的次序执行
enter data
循环体
事务记录
check data
manipulate data
累积销售额
累积订货量
循环传送事务记录 给计算累积模块， 得到累积订货量之 后，也得到了累积 销售量。
计算累积
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抽象2： REPEAT UNTIL<创建图形任务终止> 该CAD 软件系统配有与绘图员进行可视化通信的图 CAD软件任务； DO WHILE DO WHILE 形界面，能用鼠标代替绘图工具画各种直线和曲线； 用户界面子任务； <出现与数字仪的交互时 > <出现与键盘的交互时> 数字仪接口任务； 创建二维图形子任务； 能完成所有几何计算以及所有截面视图和辅助视图的 键盘接口任务； 判断作图请求； 显示图形子任务； 选择分析或计算； 线：画线任务； 设计。图形设计的结果保存在图形文件中，图形文件 辅助视图：辅助视图任务； 管理图形文件子任务； 圆：画圆任务； 截面视图：截面视图任务； 可以包含几何的、正文的和其他各种补充设计信息。 …… end CAD. ……
这个不等式导致“各个击破”的结论——把复杂的问题分解 成许多容易解决的小问题，原来的问题也就容易解决了。这就是模 块化的根据。 由上面的不等式似乎还能得出下述结论：如果无限地分割软件， 最后为了开发软件而需要的工作量也就小得可以忽略了。事实上， 还有另一个因素在起作用，从而使得上述结论不能成立。 参看上图，当模块数目增加时每个模块的规模将减小，开发单 个模块需要的成本（工作量）确实减少了；但是，随着模块数目增 加，设计模块问接口所需要的工作量也将增加。根据这两个因素， 得出了图中的总成本曲线。每个程序都相应地有一个最适当的模块 数目M，使得系统的开发成本最小。 虽然目前我们还不能精确地决定M的数值，但是在考虑模块化 的时候总成本曲线确实是有用的指南。
I/O、功能，程序、数据
分 治 法：
C(P1+P2)>C(P1)+C(P2) E(P1+P2)>E(P1)+E(P2
软件总成本 理论 模块 属性 例：库存管理系统的模块划分 成本或 信息隐藏 依据 事务接收模块 工作量 内聚度 最小成本 更新库存清单 区域M 耦合度 订货处理 用于接口的成本 生成报表 大小 例：人事管理系统 理想的 每个模块成本之和 O 程序、程序段、子程序 输入职 工档案 职工档案 管理系统
END; 管理图 …… 形文件 END REPETITION; END PROCEDURE.; END; 显示图形 任务
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创建二 维图形
数据抽象
数据对象：
TYPE drawing IS STRUCTURE DEFINED number IS STRING LENTH(12); geometry DEFINED… notes IS STRING LENTH(256); bom DEFINED… END drawing TYPE; 或
设计 过程
设计 工具
说明 与评审
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7.1.1 软件设计过程
结构设计 管 技 概要设计 过程设计 完成每一部件的过程化描述 理与术 数据设计 角 角 Text 详细设计 度 度 过程设计 Text 把信息描述转换为实现软件所 数据设计 要求的数据结构 结构设计 确定程序各主要部件之间的关系 根据需求确定软件和数据的总体 将 “概设” 结果进一步精化 详细设计 框架 成算法表示和数据结构 概要设计
5 通信
模块中各成分都将对数据结构的同一区域进行操作， 即如果模块中所有元素都使用同一个输入数据和 （或）产生同一个输出数据，则称为通信内聚。
从文件FILE读出数据
模块A 1. 由数据产生报表一 2. 由数据产生报表二
领书单 开领书单 发票
删除 文件
登记售书 售书登记表 修改
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模块独立性
为什么模块的独立性很重要呢?主要有两条理由：第 一，有效的模块化（即具有独立的模块）的软件比较 容易开发出来。这是由于能够分割功能而且接口可以 简化，当许多人分工合作开发同一个软件时，这个优 点尤其重要。第二，独立的模块比较容易测试相维护。 这是因为相对说来，修改设计和程序需要的工作量比 较小，错误传播范围小，需要扩充功能时能够“插入” 模块。总之，模块独立是好设计的关键，而设计又是 决定软件质量的关键环节。
生成职工档 案报表系统
一个功能、易理解、独立 河北工业大学廊坊分院计算机系
模块总数
有人说，模块化是为了使一个复杂的大型程序能被人的智力 所管理，软件应该具备的唯一属性。如果一个大型程序仅由一个模 块组成，它将很难被入所理解。下面根据人类解决问题的一般规律， 论证上面的结论。 设函数C（x）定义问题x的复杂程度，函数E（x）确定解决 问题x需要的工作量（时间）。对于两个问题Pl和P2，如果 C（P1）＞C（P2） 即P1比P2复杂，显然 E（PI）＞E（P2） 即问题越复杂，所需的工作量越大。 根据人类解决一般问题的经验，另一个有趣的规律是 C（P1十P2）＞C（PI）十C（P2） 也就是说，如果一个问题由Pl和P2两个问题组合而成那么它的复杂 程序大于分别考虑每个问题时的复杂程度之和。 综上所述，得到下面的不等式 E（Pl十P2）＞E（PI）十E（P2 ） 河北工业大学廊坊分院计算机系
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信息隐藏
模块内所含信息对那些不需要这些信息的模块不可
访问，每个模块只完成一个相对独立的特定功能。
应用模块化原理时，自然会产生的一个问题是：“为了得到 最好的一组模块，应该怎样分解软件呢?”信息隐蔽原理指出： 应该这样设计和确定模块，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，是不能访问的。 局部化的概念和信息隐蔽概念是密切相关的。所谓局部化是 指把一些关系密切的软件元素物理地放得彼此靠近。在模块中 使用局部数据元素是局部他的一个例子。显然，局部化有助于 实现信息隐蔽。 “隐蔽”意味着有效的模块化可以通过定义一组独立的模块 而实现，这些独立的模块彼此间仅仅交换那些为了完成系统功 河北工业大学廊坊分院计算机系 能而必须交换的信息。