第5章系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)需求分析中得到的系統(tǒng)分析模型解決了“系統(tǒng)必須做什么”的問(wèn)題，而“系統(tǒng)怎么做”是由系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)來(lái)完成的。概要設(shè)計(jì)的基本目的就是回答“系統(tǒng)應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)?”這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)這個(gè)階段的工作將劃分出組成系統(tǒng)的物理元素: 模塊、文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等等，但是每個(gè)物理元素仍然為“黑盒子”——即內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不可見(jiàn)、不明確的。概要設(shè)計(jì)階段的另一項(xiàng)重要任務(wù)是設(shè)計(jì)軟件的結(jié)構(gòu)，也就是要確定系統(tǒng)中每個(gè)程序是由哪些模塊組成的，以及這些模塊相互間的關(guān)系。
    本章主要介紹系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)的任務(wù)、基本原理、概要設(shè)計(jì)的基本方法以及軟件結(jié)構(gòu)的描述工具。
    本章要點(diǎn)：
    �r 概要設(shè)計(jì)的基本任務(wù)；
    �r 概要設(shè)計(jì)基本原理；
    �r 內(nèi)聚和耦合；
    �r 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì): 軟件結(jié)構(gòu)圖、變換型和事務(wù)型設(shè)計(jì)；
    �r 軟件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
    5.1簡(jiǎn)述
    我們知道，軟件設(shè)計(jì)是把一個(gè)軟件需求轉(zhuǎn)換為軟件表示的過(guò)程，而概要設(shè)計(jì)(又稱(chēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))就是軟件設(shè)計(jì)最初形成的一個(gè)表示(這里的表示是一個(gè)名詞)，它描述了軟件總的體系結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，軟件概要設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)出軟件的總體結(jié)構(gòu)框架。
    5.1.1概要設(shè)計(jì)基本任務(wù)
    軟件概要設(shè)計(jì)階段要完成的任務(wù)主要體現(xiàn)在這樣4個(gè)方面: 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、編寫(xiě)概要設(shè)計(jì)文檔、設(shè)計(jì)評(píng)審。
    1. 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    在需求分析階段，采用結(jié)構(gòu)化技術(shù)已經(jīng)通過(guò)抽象確定出軟件系統(tǒng)的功能，并按自頂向下分層描述的方法構(gòu)建出功能模型——數(shù)據(jù)流程圖，而在概要設(shè)計(jì)階段，需要進(jìn)一步分解，將邏輯功能轉(zhuǎn)化為功能模塊，并按層次體現(xiàn)模塊間的結(jié)構(gòu)。具體過(guò)程如下:
    (1) 采用某種設(shè)計(jì)方法，將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)按功能劃分成模塊。所謂模塊就是可獨(dú)立存在、有唯一的命名且可直接訪問(wèn)的程序單元，每個(gè)模塊完成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能，通常具有功能、邏輯、接口和狀態(tài)等4個(gè)基本屬性。
    (2) 確定每個(gè)模塊的功能。
    (3) 確定模塊之間的調(diào)用關(guān)系。
    (4) 軟件工程基礎(chǔ)與應(yīng)用（第2版）第5章系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)[3]〖3〗(4) 確定模塊之間的接口，即模塊之間傳遞的信息。
    (5) 評(píng)價(jià)模塊結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
    2. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
    對(duì)于大型數(shù)據(jù)處理的軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的核心內(nèi)容和處理對(duì)象，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確定義和描述是系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)的重要工作，其中包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)兩方面的內(nèi)容。
    (1) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。逐步細(xì)化的方法也適用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在需求分析階段，已通過(guò)數(shù)據(jù)字典對(duì)數(shù)據(jù)的組成、操作約束、數(shù)據(jù)之間的關(guān)系等方面進(jìn)行了描述，確定了數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特性，在概要設(shè)計(jì)階段要進(jìn)一步細(xì)化。
    (2) 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)指數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件的設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行以下幾方面設(shè)計(jì):
    �r 邏輯設(shè)計(jì)。在E�睷模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的DBMS特征來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)。對(duì)于關(guān)系型的DBMS來(lái)說(shuō)，將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)，要給出數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)的定義，即定義所含的數(shù)據(jù)項(xiàng)、類(lèi)型、長(zhǎng)度及它們之間的層次或相互關(guān)系的表格等。
    �r 物理設(shè)計(jì)。物理設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模式的物理細(xì)節(jié)，如數(shù)據(jù)項(xiàng)存儲(chǔ)要求、存取方式、索引的建立等。
    3. 編寫(xiě)概要設(shè)計(jì)文檔
    按照軟件工程的理念和生存周期的要求，在概要設(shè)計(jì)結(jié)束之前，需要編寫(xiě)概要設(shè)計(jì)文檔，為后期軟件實(shí)現(xiàn)、修改和升級(jí)打下基礎(chǔ)，同時(shí)也為用戶(hù)使用提供幫助。在概要設(shè)計(jì)階段，主要有以下文檔需要編寫(xiě):
    (1) 概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
    (2) 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
    (3) 用戶(hù)手冊(cè)。
    (4) 測(cè)試計(jì)劃的修訂版。
    4. 評(píng)審
    概要設(shè)計(jì)的最后一個(gè)任務(wù)就是評(píng)審，在概要設(shè)計(jì)中，對(duì)設(shè)計(jì)部分是否完整地實(shí)現(xiàn)了需求中規(guī)定的功能和性能要求、設(shè)計(jì)方案的可行性、關(guān)鍵的處理和內(nèi)外部接口定義正確性與有效性以及各部分之間的一致性等都要進(jìn)行評(píng)審，以免在后續(xù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中出現(xiàn)大的問(wèn)題而返工。
    以上就是軟件概要設(shè)計(jì)的4個(gè)基本任務(wù)，可以用8個(gè)字總結(jié)概括: 兩類(lèi)結(jié)構(gòu)，文檔評(píng)審。
    5.1.2概要設(shè)計(jì)基本方法
    軟件概要設(shè)計(jì)的方法主要有結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)和面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本節(jié)主要介紹這幾種廣泛使用的概要設(shè)計(jì)方法。
    1. 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法
    結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是基于模塊化、自頂向下細(xì)化、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)等技術(shù)思想的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法給出一組幫助設(shè)計(jì)人員在模塊層次上區(qū)分設(shè)計(jì)質(zhì)量的原理與技術(shù)，與結(jié)構(gòu)化分析方法銜接起來(lái)使用，以數(shù)據(jù)流程圖為基礎(chǔ)導(dǎo)出軟件的模塊結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，它從整個(gè)軟件的結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用軟件結(jié)構(gòu)圖表述模塊之間的調(diào)用關(guān)系。
    結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的步驟如下:
    (1) 評(píng)審和細(xì)化數(shù)據(jù)流程圖。
    (2) 分析并確定數(shù)據(jù)流程圖的類(lèi)型。
    (3) 基于上層數(shù)據(jù)流程圖映射出軟件模塊結(jié)構(gòu)的上層框架。
    (4) 基于下層數(shù)據(jù)流程圖逐步分解高層模塊，設(shè)計(jì)中下層模塊結(jié)構(gòu)。
    (5) 對(duì)模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到更為合理的軟件結(jié)構(gòu)。
    (6) 描述模塊接口。
    2. 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法
    面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法是面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)面向?qū)ο蠓治龅哪Ｐ瓦M(jìn)行完善設(shè)計(jì)。面向?qū)ο蠓治龇椒ㄊ前褑?wèn)題當(dāng)作一組相互作用的實(shí)體，并確定實(shí)體間的關(guān)系。而面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)更多地關(guān)心對(duì)象間的協(xié)作。
    面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的主要作用是對(duì)分析模型進(jìn)行整理，生成設(shè)計(jì)模型，為面向?qū)ο缶幊烫峁╅_(kāi)發(fā)依據(jù)。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)內(nèi)容包括架構(gòu)設(shè)計(jì)、用例設(shè)計(jì)、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和類(lèi)設(shè)計(jì)等。其中，架構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于系統(tǒng)的體系框架的合理性，保證系統(tǒng)架構(gòu)在系統(tǒng)的各個(gè)非功能性需求中保持一種平衡；子系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般是采用縱向切割，關(guān)注的是系統(tǒng)的功能劃分；類(lèi)設(shè)計(jì)是通過(guò)一組對(duì)象交互展示系統(tǒng)的邏輯實(shí)現(xiàn)。具體論述詳見(jiàn)7.3節(jié)。
    3. Jackson設(shè)計(jì)方法
    該方法由M．A．Jackson提出，其特點(diǎn)是從目標(biāo)系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手，導(dǎo)出程序框架結(jié)構(gòu)，再補(bǔ)充其他細(xì)節(jié)，即能夠得到完整的程序結(jié)構(gòu)圖。這一方法對(duì)輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)明確的中小型系統(tǒng)特別有效，如商業(yè)應(yīng)用中的文件表格處理。該方法也可與其他方法結(jié)合，用于模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)。
    Jackson方法有時(shí)也稱(chēng)為面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)方法。該方法一般通過(guò)以下5個(gè)步驟來(lái)完成設(shè)計(jì):
    (1) 分析并確定輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，并用Jackson結(jié)構(gòu)圖來(lái)表示這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
    (2) 找出輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元。
    (3) 按以下的規(guī)則由輸入、輸出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)出程序結(jié)構(gòu)。
    為每一對(duì)在輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對(duì)應(yīng)關(guān)系的單元畫(huà)一個(gè)處理框。
    為輸入和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的數(shù)據(jù)單元畫(huà)一個(gè)處理框。所有處理框在程序結(jié)構(gòu)圖上的位置，應(yīng)與由它處理的數(shù)據(jù)單元在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Jackson圖上的位置一致。必要時(shí)，可以對(duì)映射導(dǎo)出的程序結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化。
    (4) 列出對(duì)每一對(duì)輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所做的基本操作以及操作的條件，并把它們分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置。
    (5) 用偽碼寫(xiě)出每個(gè)處理框的算法。
    5.2概要設(shè)計(jì)基本原理
    本節(jié)講述在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該遵循的基本原理和相關(guān)概念。
    5.2.1模塊化
    如前所述已知，模塊是具有特定功能且可以獨(dú)立存在的單元，對(duì)后期編碼而言，就是程序代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合體。按照模塊的定義，過(guò)程、函數(shù)、子程序和宏等都可視為模塊。面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中的類(lèi)是模塊，類(lèi)內(nèi)的方法(或稱(chēng)為服務(wù))也可以是模塊。模塊是構(gòu)成軟件的基本單元。
    模塊化就是把一個(gè)大的軟件系統(tǒng)劃分為多個(gè)模塊的過(guò)程，其中的每個(gè)模塊完成一個(gè)簡(jiǎn)單功能，把這些模塊集成起來(lái)構(gòu)成一個(gè)軟件系統(tǒng)，可以滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，完成指定的功能。
    如果一個(gè)軟件系統(tǒng)僅設(shè)計(jì)為由一個(gè)模塊組成，它的復(fù)雜性將增加，很難被人理解，也不可能做到全面考慮。所以，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)一般要將一個(gè)大的系統(tǒng)基于模塊化進(jìn)行分解，降低軟件開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度。根據(jù)人類(lèi)解決問(wèn)題的一般規(guī)律，模塊越復(fù)雜，開(kāi)發(fā)的難度也越大。具體理由論述如下。
    ……