第7章思考题-软件设计

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软件设计的目标及主要任务有哪些?

软件设计的目标：软件系统设计是把软件需求“变换”为用于构造软件的蓝图，“输入”是需求分析各种模型元素，“输出”是软件设计模型和表示，软件设计阶段的基本目标是构造系统“怎么做”的模型描述 ，“设计先于编码”，这是软件工程“推迟实现”的基本原则。

主要任务：主要有以下几类设计活动

总体设计：也称为概要设计，软件结构设计，或高层设计。
体系结构设计：定义软件模块（构件）及模块之间的关系。
接口设计：包括用户接口（界面），外部接口，内部接口。
数据设计：软件涉及的数据结构，文件系统结构，数据库的表结构等。
软件详细设计：也称为模块过程设计，或低层设计。
模块内部细节设计：包括模块所需的算法和数据结构等。

什么是模块（构件）化设计思想？

模块是一个独立命名的，拥有明确定义的输入、输出和特性的程序实体。
把一个大型软件系统的全部功能，按照一定的原则合理地划分为若干个模块，每个模块完成一个特定的子功能，所有的这些模块以某种结构形式组成一个整体，这就是软件的模块化设计。
软件模块化设计可以简化软件的设计和实现，提高软件的可理解性和可测试性，并使软件更容易得到维护。
分解、抽象、逐步求精、信息隐蔽和模块独立性，是软件模块化设计的指导思想。

模块独立性的两个度量标准是什么？

模块自身的内聚：也称为模块内联系，指一个模块内部元素彼此结合的紧密程度。
模块之间的耦合：也称为块间联系。
模块独立性愈高，则块内联系越强，块间联系越弱，即高内聚，低耦合。

内聚和耦合的含义是什么？各有那些种类？请举例说明每一类型。

内聚的含义：内聚性是从功能的角度对模块内部聚合能力的量度。高内聚是模块独立性追求的目标。

内聚的种类（从上到下内聚性依次减弱）：

1.功能性内聚：模块各个成分结合在一起，完成一个特定的功能，功能性模块具有内聚性最强，与其它模块联系少的特点。例如：解析XML文档模块（解析XML元素，解析XML属性，解析XML注释等）。
2.顺序性内聚：模块内的各个任务是顺序执行的。通常，上一个任务的输出是下一个任务的输入。例如：规则引擎：一个任务读配置，输出执行计划，另一个任务以执行计划为输入，执行该计划。
3.通信性内聚：模块内部的各个任务靠公用数据联系在一起，即都使用同一个输入数据，或者产生同一个输出数据。例如：学生管理系统的数据库CRUD操作，都对学生信息进行增删改查操作。
4.过程性内聚：模块内个各个任务必须按照某一特定次序执行。例如：读/写文件操作：判断文件是否存在，判断文件是否有相应权限，打开文件，读，写文件。
5.时间性内聚：模块内的各个子任务由相同的执行时间联系在一起。例如：初始化模块，异常处理模块，某个异常处理模块封装了“释放资源”，“记录日志”，“通知用户”等几个任务。
6.逻辑性内聚：模块通常由若干个逻辑功能相似的任务组成，通过模块外引入的一个开关量选择其一执行。这种内聚增大了模块间的耦合。例如：一个输出设备模块将打印机类和显示器类封装到同一个包里，该包即输出设备模块。打印机类和显示器类虽然都具有输出功能，但是具有不同的职责。
7.偶然性内聚：模块内的各个任务在功能上没有实质性联系，纯属“偶然”因素组合子块内各个互不相关的任务。例如：一个处理正方形的模块有两个功能，计算面积，画出这个正方形。
内聚性总结：在软件设计中，应力求做到高内聚、尽量少用中内聚，不用低内聚。一般来说，在系统较高层次上的模块功能复杂，内聚要低一些；而较低层次上的模块内聚程度较高，达到功能内聚的可能性比较大。
耦合的含义：耦合性是对一个软件结构内不同模块之间的互连程度的度量。耦合性的强弱取决于模块间接口的复杂程度，以及通过接口的数据类型和数目。弱耦合是模块独立性追求的目标。

耦合的种类（从上到下耦合性依次增强）：

1.非直接耦合：同级模块相互之间没有信息传递，即没有耦合。非常底层的模块，自给自足，可以无耦合。较高层的模块，通常需要重用其他模块的功能，产生耦合。
2.数据耦合：调用下属模块时，如果交换的都是简单变量，便构成数据耦合。
3.特征耦合（数据结构耦合）：调用下属模块时，如果交换的是数据结构，便构成数据特性耦合。由于传递的是数据结构，不仅数据量增加，而且会使模块的相关性增加。
4.控制耦合：模块间传递的信息不是一般的数据，而是作为控制信息的开关值或标志量。
5.外部耦合：若允许一组模块访问同一个全局变量，可称他们为外部耦合。
6.公共耦合：若允许一组模块访问同一个全局性的数据结构，则称他们为公共耦合。全局性的数据结构可以是共享的通信区，公共的内存区域，任何存储介质文件，物理设备等。
7.内容耦合：若一个模块可以直接访问为另一个模块中的内部数据，或者一个模块直接转到另一个模块的内部，或者一个模块有多个入口，则称为内容耦合。
耦合性总结：耦合是影响模块结构和软件复杂程度的一个重要因素，应该遵循如下的设计原则：尽量使用数据耦合，少用控制耦合，限制公共耦合，完全不用内容耦合。

为什么要高内聚和低耦合？高内聚低耦合是否意味着内聚越高越好，耦合越低越好呢？

高内聚，低耦合的好处体现在系统持续发展的过程中，高内聚，低耦合的系统具有更好的重用性，维护性，扩展性，可以更高效的完成系统的维护开发，持续的支持业务的发展，而不会成为业务发展的障碍。

要知道
1.并不是内聚越高越好，耦合越低越好，真正好的设计是在高内聚和低耦合间进行平衡，也就是说高内聚和低耦合是冲突的。

2.最强的内聚莫过于一个类只写一个函数，这样内聚性绝对是最高的。但这会带来一个明显的问题：类的数量急剧增多，这样就导致了其它类的耦合特别多，于是整个设计就变成了“高内聚高耦合”了。由于高耦合，整个系统变动同样非常频繁。

3.对于耦合来说，最弱的耦合是一个类将所有的函数都包含了，这样类完全不依赖其它类，耦合性是最低的。但这样会带来一个明显的问题：内聚性很低，于是整个设计就变成了“低耦合低内聚”了。由于低内聚，整个类的变动同样非常频繁。

4.真正做到高内聚、低耦合是很难的，很多时候未必一定要这样，更多的时候“最适合”的才是最好的，不过、审时度势、融会贯通、人尽其才、物尽其用，才是设计的王道。

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