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软件设计元素

软件设计是软件开发阶段的重要步骤，它的主要任务是在需求分析的基础上，形成软件系统的设计方案。

软件交互设计通过分析和理解用户的任务需求，对软件的人机、交互操作逻辑和用户界面进行设计。系统总体设计主要关注系统的质量属性、对整个系统进行模块化的分解，并且选择合适的设计策略。模块设计和实现则是应用良好的设计原则，进一步地细化和实现所分解的模块单元，可能涉及到数据结构、算法设计和数据库设计等。

系统总体设计

系统总体设计是整个软件设计的关键环节，它是在需求分析的基础上定义系统的设计目标，将整个系统划分成若干子系统或模块，建立整个系统的体系结构，并选择合适的系统设计策略。

系统总体设计首先要明确系统应该关注的质量属性，定义系统满足的设计目标。然后按照高内聚、低耦合的原则，把整个系统进行模块化的分解。并且选择系统部署方案，把所分解的模块映射到相应的硬件上。接下来进一步地定义数据存储、访问控制、全局控制等一系列的设计策略。最后通过评审活动来进一步地改进设计质量，确保设计方案的正确性、完备性、一致性和可实现性。

以一个平面规划的例子，来说明如何进行系统设计：

假设图1住宅的住户是一对夫妻，他们和一个孩子共同生活，要求有单独学习和会客的空间，住户每天行走的路程要求最短，卧室的白天采光量要求达到最大。假设住户大部分的时间集中在客厅/餐厅和主卧室的区域进行活动，那么如何给出满足上述约束的平面规划方案呢？

设计师根据功能使用的要求把整个住宅划分成两个卧室、一个书房、一个客厅/餐厅、一个厨房和一个盥洗室，形成图2 version1的方案。在这个版本中仔细分析可以发现，厨房和客厅/餐厅的距离太远，不方便用餐时餐具的端进端出，所以我们把卧室 2 和客厅/餐厅进行对换，而且客厅/餐厅调整到南面也有好处，形成 version 2 方案。在版本 2 中，发现厨房和楼梯距离大门太远，所以把大门移动到北边的楼梯上，重新定位卧室 2，并把盥洗室调整到书房旁边，更靠近两个卧室，形成 version 3 方案。

建筑规划设计和软件系统的总体设计很相以，我们考虑系统的功能需求和非功能需求，把整个系统划分成更为简单的模块和接口，在系统设计发生变化的时候会造成代价很高的返工。

系统设计目标

一般而言，系统的很多质量需求，尤其是非功能需求，主要体现在系统的总体设计方案中，而不是具体的功能模块的实现上。

性能是影响系统使用的重要因素，主要考虑响应时间、吞吐量和存储量。由于系统的硬件资源和服务能力是有限的，响应时间和吞吐量不太可能同时达到最优，有时候可能以响应时间为代价来获得更高的吞吐量，有时候又要以吞吐量为代价来得到更好的响应时间，所以在设计的时候需要对这两个方面进行权衡。另外也要考虑是采用内存空间来换取更高的速度，还是在可接受的一个速度范围内有限度地使用内存空间。总之，在系统设计时要综合考虑硬件资源和业务使用的情况，来选择合适的方案使系统的性能达到一个可接受的程度。

可靠性涉及到系统运行时发生崩溃的可能性，系统对可用性和容错性的支持以及安全防范等方面的问题，在系统设计时，需要考虑这些因素在设计方案上给出可能的实现方法。

系统在投入使用之后还要进行维护和扩展新功能，在系统设计时，也要考虑到如何才能更容易地进行修改，这会涉及到代码的可读性、可扩展性等一系列的属性。

从最终用户的角度来说，除了要考虑性能、可靠性这些因素之外，还要考虑到是不是可以提高工作效率，或者很容易使用等方面的问题。

成本也是影响系统设计方案的一个因素，需要考虑开发、部署、升级和维护的成本。

在系统设计时，我们会重点考虑几个少数的主要目标，但是这些目标有可能是互相牵制的，例如开发一个安全、可靠而且廉价的系统可能就是不现实的。在这种情况下，需要优先考虑一些主要的目标，然后再把这些目标来结合其他的目标进行权衡。

权衡设计目标

下面是几种设计目标权衡的例子：

对于系统性能方面，如果响应时间和吞吐量不能满足系统需求，就有可能使用更多的存储空间来进行加速，如果软件受到存储空间的限制，也有可能牺牲一定的速度对数据进行压缩处理。
在开发管理方面，如果进度出现了延迟，可以考虑减少一定的功能来保证按时的交付，也可以考虑推迟交付的时间保证交付所有的功能。不过在互联网时代，通常及时的上线交付是更重要的。
为了及时上线，有时候也会选择先发布一个有少量缺陷的系统，随后再进行升级和修复。
当然，赶进度也是经常发生，加班是一个有效的方法，在项目的后期，增加人手是不可取的。

确定子系统或模块

系统设计的一个关键步骤是进行模块化的分解，一般情况下，首先按功能进行模块划分，在此基础上，把数据、硬件、时间要求很高的部分独立出来，并把用户界面、业务逻辑进行分离等等。

确定系统结构时，可能会选择已有的体系结构风格或者软件框架，这一部分的内容在上一章已经进行了讲解。

在模块分解之后，可以把这些模块通过简单的统一接口进行封装，从而减少模块之间的依赖程度。