作者：hxfwsk
email: hxfwsk@hotmail.com
日期：2001-6-15 17:09:53
1. 簡介
2.（軟件）設計是什么？
3.（軟件）設計過程
4.（軟件）設計基礎
5.（軟件）設計方法論
6.（軟件）設計文檔
7.面向對象的（軟件）設計
8.結論

簡介
您是如何開始一個新工程的？是不是跳到計算機前，打開您喜愛的RAD工具開始輸入代碼？有沒有想過程序會執行些什么或者系統是如何操縱數據的？有沒有想過要記下些東西來幫助提醒您或闡明您已經開發的代碼的邏輯實現？如果您對第一個問題答"不"，而其他問題答"是"的話，您可以跳過這篇文檔。否則的話，請好好讀讀這篇文章。您應該有個計劃、藍圖，并且在手邊有個對您的問題解決方案的簡明安排。"您必須知道您要去哪兒得到一切！"讓我們來看看開發一個能實現您所設計的功能的程序時，什么最棘手。

（軟件）設計是什么？
E.S. Taylor給設計下的定義是:
"…the process of applying various techniques and principles for the purpose of defining a device, a process or a system in sufficient detail to permit its physical realization. "
"…應用各種各樣的技術和原理，并用它們足夠詳細的定義一個設備、一個程序或系統的物理實現的過程。 "
對任意的工程產品或系統，開發階段絕對的第一步是確定將來所要構建的制造原型或實體表現的目標構思。這個步驟是由多方面的直覺與判斷力來共同決定的。這些方面包括構建類似模型的經驗、一組引領模型發展的原則、一套啟動質量評價的標準、以及重復修改直至設計最后定型的過程本身。計算機軟件設計與其他工程學科相比還處在幼年時期，仍在不斷變化中，例如更新的方法、更好的算法分析、以及理解力的顯著進化。軟件設計的方法論的出現也只有三十年多一點，仍然缺乏深度、適應性和定量性質，通常更多的與經典工程設計學科相聯系。盡管如此，現今的軟件技術已經存在、設計質量的標準也可使用、設計符號亦可以應用。帶著這些意見，我們一起來看看什么有助于程序員們找到他們的軟件涅盤(天堂的意思)。

（軟件）設計過程 
軟件的設計是一個將需求轉變為軟件陳述（表達）的過程。這種陳述給我們一個對軟件的全局觀點。系統通過逐步求精使得設計陳述逐漸接近源代碼。這里有兩個基本步驟；第一步是初步設計Preliminary design ，關注于如何將需求轉換成數據和軟件框架。第二步是詳細設計Detail design ，關注于將框架逐步求精細化為具體的數據結構和軟件的算法表達。發生中的設計行為、數據、算法和程序設計都需要由現代程序所需的界面設計這一清晰的行為來結合起來。界面設計Interface design 建立程序布局和人機交互機制。貫穿設計過程的質量由一系列的正式技術評定formal technical reviews 或設計排演design walkthroughs 來評價。良好的設計規范必須建立在對設計陳述（表達）的評估之上，以下是一些指導方針：
1. 設計應該展現層次結構使得軟件各部分之間的控制更明智。
2. 設計應當模塊化；這就是說，軟件應在邏輯上分割為實現特定的功能和子功能的部分。
3. 設計應當由清晰且可分離的數據和過程表達來構成。
4. 設計應使得模塊展現獨立的功能特性。
5. 設計應使得界面能降低模塊之間及其與外部環境的連接復雜性。
6. 設計應源自于軟件需求分析期間獲得的信息所定之可重復方法的使用。
要擁有良好的設計特征不是靠碰運氣，而在設計過程中通過綜合運用基礎設計原理、系統方法論、徹底的評定回顧可以有助于良好的設計。軟件設計方法每天都在進化，作為已經經過測試和細化的方法，良好的設計應具有以下的四種特性，并在所有這些特性之間保持一致。
1. 將信息領域的表達轉換為軟件設計的表達的機制。
2. 表示功能組件及其界面的符號。
3. 逐步求精和分割的試探。
4. 質量評估的指導方針。
開發軟件的時候，不管采用何種設計方法您必須能夠熟練運用一套關于數據、算法和程序設計的基本原理。 

（軟件）設計基礎 
軟件設計方法論的這套基本原理已經經過了多年的進化。每種概念的影響程度不盡相同，但它們都經歷了時間的洗禮。基于這些基本原理設計者可以采用更多更成熟的設計方法。這些基本原理有助于設計者回答以下的問題：
1. 將軟件分割成獨立的組件時會采用何種標準？
2. 怎樣將軟件的原則性表示詳細分割成函數或數據結構？
3. 有沒有定義一個軟件設計的技術質量的統一標準？
M.A. Jackson曾經說過："對一個計算機程序員來說，分辨讓程序運行和讓程序正確之間的差異是一個良好的開端。"為了 "使程序正確 "，基本設計原理提供了必須的框架。因此讓我們來對這些基本原理作個簡短的檢視。
抽象Abstraction 在最高層次上指的是使用待解決的問題領域內的術語描述的解決方案。相對較低層次的抽象則更多的面向程序語言，最低層的抽象則是解決方案的可直接實現的方式描述。軟件設計的每一個步驟都是對相應層次解決方案的抽象的逐步求精。
求精Refinement 又叫做逐步求精指的是通過程序細節連續細化來開發程序體系的策略。分步驟的對程序抽象進行分解直至成為編程語言的過程同時造就了程序的層次結構。在這一點上要對細節多做考慮，這也展示了求精實際上是個苦心經營的過程。
模塊化Modularity 指的是軟件可被分割為分別命名并可尋址的組件（也叫做模塊），將模塊綜合起來又可以滿足問題的需求的性質。"軟件的模塊化是允許智能化管理程序的唯一屬性。"換句話說，當您將一個復雜問題分解為一些小問題時會更容易解決。需要重點解釋的是即使一個系統必須象"單片機"一樣來實現，它也可以采用模塊化設計。
軟件體系（架構）Software Architecture 涉及到程序的兩個重要特性：1)模塊的層次結構。2)數據結構。這源自于需求分析時將真實世界問題的含蓄定義與軟件解決方案的要素關聯起來的分割過程。當問題的每個部分通過一個或多個軟件要素得到解決后，與問題的定義和解決相一致軟件和數據結構的進化就開始了。這個過程代表了軟件的需求分析和設計之間的位置。
控制層級Control Hierarchy 也稱作程序結構，描述程序組件的組織并意味著控制層級。它并不描述軟件的程序方面，比如進程順序、決定的事件/命令、或工作循環。如下的層級圖表展示了模塊之間的通信流，并顯示哪些模塊是重復的（右上角變黑的塊）。這個圖表描述了一個能夠讀文件，計算每個記錄的值并書寫報表來顯示記錄的信息和所完成的計算。

數據結構Data structure 描述了單個數據間的邏輯關系。數據結構規定了數據的組織、訪問方法、關聯程度、和信息的選擇處理。數據結構的組織和復雜性只受限于設計者的靈活性。唯一的限制就是經典數據結構的數量阻礙了更多的久經考驗的結構出現。
軟件程序Software Procedure 著重于處理每個模塊的細節并必須提供一個精確的處理規范，包括事件順序、準確的判定點、重復操作、甚至數據結構。軟件的程序表現是分層的，處理方法應該包括其所有子模塊的參考。
信息隱藏Information Hiding 的法則建議由設計決定所刻劃的模塊特性應該對其余的模塊不可見。換句話說，模塊應被設計和指定為包含在模塊內部且其他模塊不可訪問的內容對其他模塊來說是無需的。隱藏意味著有效的模塊性能夠通過定義一套獨立的模塊來實現，這些模塊相互之間的通信僅僅包括實現軟件功能的所必須的信息。將使用信息隱藏作為設計標準在測試或今后的維護期間需要修改系統時帶來了最大的好處。　


（軟件）設計方法論 
讓我們來遍歷設計過程中用以促成模塊化設計的四個區域：模塊Modular、數據Data、體系Architectural 和程序Procedural 設計。
模塊設計Modular design 減低了復雜性、便于修改、且使得支持系統不同部分的并行開發實現起來更容易。模塊類型提供的操作特性通過結合時間歷史、激活機制、和控制模式來表現。在程序結構內部，模塊可以被分類為：
1. 順序sequential模塊，由應用程序引用和執行，但不能從表觀上中斷。