軟件設計是軟件開發(fā)的核心活動，軟件設計理論的發(fā)展推動著軟件工程的發(fā)展。本書梳理了基礎的軟件設計理論，可幫助讀者更好地理解各種軟件設計技術。全書共分為5章，第1章介紹軟件設計基礎原則；第2章介紹程序設計，幫助讀者深刻認識程序設計工作背后的機理，而不是僅僅停留在掌握一門或幾門程序設計語言上；第3章介紹復雜軟件設計，重點包括模塊化設計、信息隱藏與設計原則；第4章介紹軟件設計方法學，指導讀者用系統(tǒng)化、規(guī)范化的方式開展軟件設計活動，解決軟件設計問題；第5章介紹大規(guī)模軟件系統(tǒng)設計，關注可靠性、效率、可移植性、市場特性、人員與分工等各種要素。
本書適合作為軟件工程相關專業(yè)本科生和研究生的教材，也可作為軟件領域相關技術人員的參考書。
本書面向軟件設計初學者和有一定經驗的軟件設計師，介紹和探討軟件設計活動中蘊藏的基礎理論和原則，突出軟件設計關鍵理論和決策中的質量和審美追求，包括程序設計與正確性、復雜軟件設計與模塊化、信息隱藏及其背后的可修改性等質量、大規(guī)模系統(tǒng)體系結構設計與可靠性等系統(tǒng)質量。主要特點總結和探討了軟件設計的基礎要素，包括軟件設計的根本目標、衡量標準、抽象與分解、物理與邏輯、設計決策等�；诨A要素分析各種軟件設計方法和技術的關鍵考慮點，包括結構化編程理論、類型、模塊化、信息隱藏、軟件設計方法學、軟件體系結構理論等。始終貫徹軟件設計的基礎要素，尤其是質量和審美觀念，分析不同規(guī)模軟件設計活動對方法和技術的要求，包括小規(guī)模軟件的程序正確性，中大規(guī)模系統(tǒng)的可修改性，大規(guī)模軟件系統(tǒng)的可靠性、性能、安全等。結合案例解釋較為晦澀難懂的設計方法和技術，力求做到深入淺出。
前 言
軟件設計是軟件開發(fā)的核心活動，軟件設計理論的發(fā)展推動著軟件工程的發(fā)展。很多基礎的軟件設計理論因為產生時間較早，已經很少被人提及，但它們仍然是理解軟件設計、做好軟件設計活動的基礎。
本書的目的是重新將這些基礎的軟件設計理論梳理出來，作為學習軟件設計新方法的基礎，幫助讀者更好地理解各種軟件設計技術。
本書的基本思路是：
1）介紹最為基礎的軟件設計理論，包括結構化編程理論、類型、模塊化、信息隱藏、面向對象設計原則、軟件設計方法學、軟件體系結構理論等。這些理論構成了不同階段、不同類型軟件設計活動的基礎。
2）始終貫徹軟件設計最為重要的質量觀念。從小規(guī)模軟件的程序正確性，到中大規(guī)模系統(tǒng)的可修改性，再到大規(guī)模軟件系統(tǒng)的可靠性、性能、安全性等質量，關注各種設計理論對這些質量的滿足能力。
3）書中設計了大量案例，通過案例解釋較為晦澀難懂的設計方法和技術，力求做到深入淺出。
4）探索軟件設計的根本目標、衡量標準、抽象與分解、物理與邏輯等較為深入的內容，希望能幫助讀者更深刻地理解軟件設計。
在過去的數年間，作者多次嘗試寫作本書，都因為各種緣由耽擱下來。直到這次，終于有時間完成。其中必有不足之處，希望后續(xù)能在讀者的反饋中完善。有建議和意見的讀者可以聯系eryuding@hotmail.com。
本書寫作過程中，得到了家人和朋友的大力支持。非常感謝他們，沒有他們的鼓勵，我可能沒有毅力堅持完成本書的寫作。
作者
2024年1月于南京
曾任職南京大學軟件學院教師、院長助理，主講軟件需求工程和軟件設計課程。先后多次獲得國家級、省部級教學獎項，出版著作多部。
近些年創(chuàng)立源圖品牌，從事軟件產業(yè)的人才數字化管理工作，包括崗位勝任力定義、能力測評、個性化培養(yǎng)、人才畫像與盤點等，成功服務于數十家國內頭部金融企業(yè)和數百家軟件企業(yè)。
目錄
前言
第1章 軟件設計基礎原則 1
1.1 什么是軟件設計 1
1.1.1 設計是一種“規(guī)劃” 1
1.1.2 軟件的材料載體與廣義的軟件設計內涵 2
1.1.3 狹義的軟件設計內涵 2
1.2 為什么要進行軟件設計 2
1.3 復雜度控制的關鍵之一： 設計分層 3
1.3.1 分層抽象方法 3
1.3.2 軟件設計的分層 3
1.3.3 設計層次驗證 4
1.3.4 軟件設計分層要點 4
1.3.5 產品設計與工程設計 5
1.4 復雜度控制的關鍵之二：關注點分離 6
1.4.1 分離設計主題 6
1.4.2 多視點方法 6
1.5 軟件設計的目標與衡量標準 7
1.5.1 根本標準：功能、質量、審美 8
1.5.2 設計目標和衡量標準應用示例 8
1.5.3 功能是設計方案的特征 12
1.5.4 質量是工程設計的重點 12
1.5.5 審美是超越合格達到優(yōu)秀的路徑 14
1.5.6 軟件設計的結果是一種折中與妥協 16
1.6 外部表現與內部結構 17
1.6.1 軟件設計的重點是堅固、優(yōu)雅的內部結構 17
1.6.2 外部表現和內部結構的區(qū)分示例 17
1.6.3 抽象、分解與層次結構 21
1.6.4 常見的設計對象及其外部表現和內部結構 23
1.6.5 設計整個系統(tǒng)時區(qū)分外部表現和內部結構 24
1.6.6 設計模塊時區(qū)分外部表現和內部結構 25
1.6.7 設計類時區(qū)分外部表現和內部結構 29
1.6.8 設計數據結構時區(qū)分外部表現和內部結構 33
1.6.9 設計代碼時區(qū)分外部表現和內部結構 34
1.7 邏輯設計與物理設計 35
1.7.1 載體介質及其匹配 35
1.7.2 區(qū)分邏輯設計與物理設計 35
1.7.3 設計數據類型時邏輯設計與物理設計的失配 36
1.7.4 設計數據結構時邏輯設計與物理設計的失配 37
1.7.5 設計面向對象機制時邏輯設計與物理設計的失配 37
1.7.6 設計模塊時邏輯設計與物理設計的失配 38
1.7.7 設計質量時邏輯設計與物理設計的失配 38
1.8 軟件設計是持續(xù)決策的過程 39
1.8.1 設計結果與設計過程 39
1.8.2 決策的要素 39
1.8.3 設計是一個跳躍性過程，驗證設計是一個推理過程 40
1.8.4 選擇一個可行答案，沒有唯一正確答案 40
1.8.5 設計決策有順序影響，而且影響不可逆 41
1.8.6 設計約束：是友非敵 41
1.9 工程與藝術 42
1.9.1 工程設計與藝術設計 42
1.9.2 理性主義與經驗主義 42
1.9.3 設計兼具科學性與藝術性 43
1.10 總結 43
第2章 程序設計 44
2.1 如何保證程序正確性 44
2.1.1 像設計硬件一樣設計軟件嗎 44
2.1.2 測試不能保證正確性 45
2.1.3 用程序設計方法實現正確性 45
2.2 結構化編程與功能正確性 46
2.2.1 使用簡單結構—三種控制結構 46
2.2.2 使用塊結構組織復雜代碼 48
2.2.3 兼顧正確性與復雜度控制：函數/方法 54
2.3 數據抽象、類型與數據操作正確性 55
2.3.1 類型 55
2.3.2 結構化類型：強正確性保證 56
2.3.3 非結構化類型：弱正確性保證 57
2.3.4 復雜抽象數據類型（數據結構）及其質量 60
2.4 程序契約與正確性 62
2.4.1 前置條件與后置條件 62
2.4.2 不變量 63
2.4.3 程序契約的局限性 64
2.5 面向對象編程與可復用性 64
2.5.1 可復用性需要的出現 64
2.5.2 面向對象編程與可復用性 65
2.5.3 類和對象 65
2.5.4 封裝 68
2.5.5 繼承 71
2.5.6 多態(tài) 73
2.6 軟件構造與更多代碼質量 73
2.6.1 什么是軟件構造 73
2.6.2 軟件構造技術與代碼質量 74
2.6.3 軟件構造技術示例 75
2.7 總結 81
第3章 復雜軟件設計 82
3.1 控制更高的復雜度需要模塊 82
3.1.1 模塊 82
3.1.2 模塊分解質量與模塊化、信息隱藏 83
3.2 模塊化 83
3.2.1 模塊分割的質量考慮 83
3.2.2 理想中的模塊分割—完全獨立 83
3.2.3 現實中的模塊分割—低耦合、高內聚 84
3.2.4 代碼組織及聯系方式分析 84
3.3�。ńY構化）函數/方法之間的耦合 86
3.3.1 內容耦合 86
3.3.2 公共耦合 88
3.3.3 控制耦合 90
3.3.4 印記耦合 92
3.3.5 數據耦合 95
3.3.6 隱式的耦合 97
3.3.7 函數/方法之間的耦合小結 100
3.4�。ńY構化）函數/方法的內聚 101
3.4.1 偶然內聚 102
3.4.2 邏輯內聚 102
3.4.3 時間內聚 103
3.4.4 過程內聚 104
3.4.5 通信內聚 106
3.4.6 順序內聚 107
3.4.7 功能內聚 108
3.4.8 函數/方法的內聚小結 110
3.5�。嫦驅ο螅╊�/對象之間的耦合 110
3.5.1 類/對象之間的耦合類型 110
3.5.2 方法之間的
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