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软件模块化设计

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② 模块独立性的度量
模块独立性取决于模块的内部和外部特征。 SD方法提出的定性的度量标准: 模块自身的内聚性 模块之间的耦合性
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2. 模块独立性的度量之一:内聚性
一个模块内部各成分之间相互关联的强度 设计目标:高内聚(一模块的所有成分都直接参与 并且对于完成同一功能来说都是最基本的)
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1.软件的总体结构主要回答的问题
软件的组成部分 软件的层次关系 模块的内部处理逻辑 模块之间的界面
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2. 软件设计方法
结构化设计方法(SD) 面向数据结构的设计方法(JSD方法) 面向对象的设计方法(OOD)
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3. 软件设计分为两个阶段:
(1)概要设计(总体设计) 确定软件的结构以及各组成成分(子系统或模块) 之间的相互关系。
成本越高。
如何确定模块化分的最小成本区,并保证模块的最佳性能,是设 计活动中的主要任务之一。
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模块数与开发工作量的关系
软件总成本

本 或
最小成本区域
集成成本

M


成本/模块
模块数量
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2. 模块的独立性
① 模块独立性的概念 模块完成独立的功能 符合信息隐蔽和信息局部化原则 模块间关连和依赖程度尽量小
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模块化设计的原则和目标
耦合是影响软件复杂程度和设计质量的重要因素 目标:建立模块间耦合度尽可能松散的系统。
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如何降低模块间耦合度?
(1) 如模块必须存在耦合,选择适当的耦合类型 原则:尽量使用数据耦合
少用控制耦合 限制公共耦合的范围 坚决避免使用内容耦合 (2) 降低模块间接口的复杂性
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(7) 功能内聚
模块仅包括为完成某个功能所必须的所有成分。 ( 模块所有成分共同完成一个功能,缺一不可 ) 内聚性最强
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功能内聚模块
建立方程组系数矩阵
高斯消去法


高斯消去法解题流程 33
模块独立性的度量之二:
耦合性是模块间相互依赖程度的度量,耦合 的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。
构有关。 “计算水费”和“计算电费”本无关,由于引用了此数 据结构产生依赖关系,它们之间也是标记偶合。
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将标记耦合修改为数据耦合举例
计算水电费
本月 用水量
本月
水费
用电量
电费
计算水费
计算电费
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(4) 控制耦合
一模块通过开关量、标志、名字等控制信息, 明显地控制另一模块的功能。
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控制耦合举例
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(2) 逻辑内聚
把几种相关功能(逻辑上相似的功能)组合在一 模块内,每次调用由传给模块的参数确定执行 哪种功能。
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A BC
逻辑内聚模块 公用代码段
E FG
E、F、G逻辑 功能相似,组
A1 B1 C1
成新模块EFG
A BC
公用代码段
EFG
EFG模块内部逻辑
缺点:增强了耦合程度(控制耦合)不易修改, 效率低。
1.分解
C(p1)>C(p2) 则 E(p1)>E(p2)
其中: p1和p2是两个问题
C(p1+p2)> C(p1) +C(p2)
试验发现
C(x)是由x问题决定的复杂性 E(x)是解决x问题所需要的工作量
E(p1+p2)> E(p1) +E(p2)
"各个击破"理论
模块划分得越小成本越低 ,但是
集成成本却随着模块划分得越小
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抽象(Abstraction)
抽象原则应用举例 Windows NT一体化的I/O系统设计
文件管理 O 网络管理 S 设备管理
高速缓冲存储器
抽象
对虚拟文件的 字节流, 虚拟文件可为 任何设备和实 体
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细化:即分解。 在逐步细化中,特别强调这种分解的“逐步” 性质,即每一部分仅较其前一部增加“少量” 的细节。这样,在相邻两部之间就只有微小的 变化,不难验证它们的内容是否等效。
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(5) 通信内聚
模块内各部分使用相同的输入数据,或产生 相同的输出结果。
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通信内聚模块例
职工工 资记录
产生工 资报表
职工工 资报表
计算平 均工资
平均 工资
产生职工工资报表并计算平均工资模块 30
(6)信息内聚
信息内聚指模块完成多个功能,各个功能 都在同一数据结构上操作,每个功能有 唯一入口。如对同一个数据库的“查找 —添加—删除—修改”模块。
50ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
公共耦合举例
AB
common 公共数据区
松散的公共耦合
AB
common 公共数据区
紧密的公共耦合
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公共耦合举例
AB C
公共数据区 模块A、B、C间存在错综复杂的联系
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公共耦合举例
B
6个模块共享一
A
个公共数据区
E
C
所有的公共耦合 关系
D
F
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公共耦合存在的问题:
(1)软件可理解性降低 (模块间存在错综复杂的连系)
第五章 软件设计概述
§5.1 软件设计的目标和任务 §5.2 软件设计基本概念 §5.3 模块化设计
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§5.1 软件设计的任务
软件需求:解决“做什么” 软件设计:解决“怎么做”
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软件设计的任务
问题结构(软件需求)映射 软件结构;
从软件需求规格说明书出发,形成软件 的具体设计方案。
耦合性越高,模块独立性越弱
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耦合强度依赖的因素:
一模块对另一模块的引用 一模块向另一模块传递的数据量 一模块施加到另一模块的控制的数量 模块间接口的复杂程度
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模块间耦合的类型:

非直接耦合
耦 (低耦合) 数据耦合

标志耦合
性 (中耦合) 控制耦合
外部耦合
(较强耦合)
公共耦合
高 (强耦合) 内容耦合
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3.信息隐蔽(Information Hiding)
信息隐蔽:对模块内部信息访问的约束
信息隐蔽的含义:有效的模块化可以通过定义一 组独立模块来实现,这些模块相互之间只交流软件 功能必需的信息。 换句话说:模块所包含的信息,不允许其它不需要这
些信息的模块访问,独立的模块间仅仅交换为完成 系统功能而必须交换的信息。
信息隐蔽的基本原则: 功能独立,高内聚且低耦合
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§5.3 模块化设计
1.分解 2.模块独立性 内聚 耦合 自顶向下与自底向上设计
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模块化(Modularity)
模块化是好的软件设计的一个基本准则 从整体上把握问题,隐蔽细节
分解
复杂问题
较小问题
分解
可减小解题所需的总的工作
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A
平均/最高
成绩
B
计算平均分 或最高分
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控制耦合举例
B
读入分数
调用逻辑性模块
B时,须先传递
平均/最高?
控制信号(平均分 /最高分),以选
择所需的操作。
计算平均分 计算最高分 控制模块必须知
道被控模块的内
部逻辑,增强了
输出结果
相互依赖。
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控制耦合增加了理解和编程的复杂性,调用模块 必须知道被调模块的内部逻辑,增加了相互依赖。 去除模块间控制耦合的方法: (1)将被调用模块内的判定上移到调用模块中进行; (2)被调用模块分解成若干单一功能模块。
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(3) 时间内聚
模块完成的功能必须在同一时间内执行,这些功能只 因时间因素关联在一起。 例如:初始化系统模块、
系统结束模块、 紧急故障处理模块等。
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(4) 过程内聚
模块内各处理成分相关,且必须以特定次序执行。
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过程内聚模块
读入 成绩单
审查 成绩单
统计 成绩
打印 成绩
读入并审查 成绩单
统计并打印 成绩
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模块的内聚性类型:
低 巧合内聚 内 逻辑内聚 聚 时间内聚 性 过程内聚
通信内聚 信息内聚 高 功能内聚
弱(功能分散)
模 块 独 立 性
强(功能单一)
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(1) 巧合内聚(偶然内聚)
模块内各部分间无联系
例: A
B
C
M MOVE O TO R
READ FILE F MOVE S TO T 模块M中的三个语句没有任何联系 缺点:可理解性差, 可修改性差。
接口复杂性与耦合类型的关系: 直接引用
接口方式 过程调用语句
数据项作参数

口 复 接口数据
数据结构,变 量名作参数
杂 的复杂性 性
开关量,起 控制变量作用
公用数据区 无接口关系
内容耦合 其它耦合 数据耦合
标记耦合
控制耦合
外部耦合 公共耦合 非直接耦合59
内聚与耦合密切相关,同其它模块强耦合的模块 意味着弱内聚,强内聚模块意味着与其它模块间 松散耦合。 设计目标:力争强内聚、弱耦合。

模 块 独 立 性

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(1) 非直接耦合
两个模块没有直接关系(模快1和模快2),模块独立性 最强。
模块1
模块2
模块3
模块4
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(2) 数据耦合
一模块调用另一模块时,被调用模块的输入、 输出都是简单的数据,属松散耦合。
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数据耦合举例
开发票
单价 数量
金额
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