軟件設計是把許多事物和問題抽象起來，并且抽象它們不同的層次和角度。建議用數學語言來抽象事務和問題，因為數學是最好的抽象語言，并且它的本質就是抽象。將復雜的問題分解成可以管理的片斷會更容易。將問題或事物分解并模塊化這使得解決問題變得容易，分解的越細模塊數量也就越多，它的副作用就是使得設計者考慮更多的模塊之間耦合度的情況。
設計簡介
軟件設計即“…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 ) 。
任務
含義
軟件設計的任務是從軟件需求規格說明書出發，根據需求分析階段確定的功能設計軟件系統的整體結構、劃分功能模塊、確定每個模塊的實現算法以及編寫具體的代碼，形成軟件的具體設計方案。
設計階段
概要設計，主要包括：
1、結構設計
2、接口設計
3、全局數據結構設計
4、過程設計
詳細設計
特征
一，抽象
二，模塊化
三，信息隱蔽
四，模塊獨立性：模塊獨立性可以從兩個方面度量：
1，內聚性：偶然內聚、邏輯內聚、時間內聚、過程內聚、通信內聚、順序內聚、功能內聚，它們之間的內聚度由弱到強排列。
2，耦合性：內容耦合、公共耦合、外部耦合、控制耦合、標記耦合、數據耦合、非直接耦合。它們之間的耦合度由高到低排列。軟件設計在程序結構中，各模塊的內聚性越強，則耦合性越弱。
設計要素
軟件設計包括軟件的結構設計，數據設計，接口設計和過程設計。
結構設計是指：定義軟件系統各主要部件之間的關系。
數據設計是指：將分析時創建的模型轉換成數據結構的定義。
接口設計是指：軟件內部，軟件和協作系統間以及軟件和人之間如何通信。
過程設計是指：系統結構部件轉換成軟件的過程性描述。
設計原則
一、設計對于分析模型應該是可跟蹤的：軟件的模塊可能被映射到多個需求上。
二、設計結構應該盡可能的模擬實際問題。
三、設計應該表現出一致性。
四、不要把設計當成編寫代碼。
五、在創建設計時就應該能夠評估質量。
六、評審設計以減少語義性的錯誤。
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 設計 ，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 接口 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 商品評價 或 設計排演 設計 walkthroughs 來評價。
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。
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。
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） 軟件 建筑 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 ctrl 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。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 數據 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 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。
設計方法論
設計過程中用以促成模塊化設計的四個區域：模塊 Modular 、數據 數據 、體系 Architectural 和 程序 Procedural 設計。
模塊設計 Modular 設計 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。
2. 增量 incremental 模塊，可被應用程序先行中斷，而后再從中斷點重新開始。
3. 并行 緯線 模塊，在多處理器環境下可以與其他模塊同時執行。
單獨的模塊更容易開發，因為功能可以被劃分出來，而界面只是用來確保功能的獨立。功能的獨立性可以使用兩個定性的標準來衡量：凝聚性 cohesion －衡量模塊的功能強度的相關性，和耦合性 coupling －衡量模塊間的相互依賴的相關性。
數據設計 數據 設計 首先并且有些人也堅信，是最重要的設計行為。數據結構的影響和程序上的復雜性導致數據設計對軟件質量有著深遠的影響。這種質量由以下的原理來實施：
1. 適用于功能和行為分析的系統分析原理同樣應該適用于數據。
2. 所有的數據結構，以及各自所完成的操作都應該被確定。
3. 創建數據詞典并用來詳細說明數據和程序的設計。
4. 底層的數據設計決定應該延遲至設計過程的后期。
5. 數據結構的陳述（具體說明）應該只被那些直接使用包含在此結構內的數據的模塊所知道。
6. 有用的數據結構和操作庫可以在適當的時候使用。
7. 軟件設計和編程語言應該支持抽象數據類型的規范和實現。
體系設計 Architectural 設計 的主要目標是開發模塊化的程序結構并表達出模塊間的控制相關性。另外，體系設計融合了程序結構與數據結構，以及使得數據得以在程序中流動的界面定義。這種方法鼓勵設計者關注系統的整體設計而不是系統中單獨的組件。選用不同的方法會采用不同的途徑來接近體系的原點，但所有這些方法都應該認識到具有軟件全局觀念的重要性。
程序設計 Procedural Design 在數據、程序結構、和陳述詳細算法的說明都已使用類似英語的自然語言來呈現后，再確定程序設計。使用自然語言來陳述的原因是當開發小組的絕大多數成員使用自然語言來交流的話，那么小組外的一個新手在不經學習的情況下會更容易理解這些說明。這里有個問題：程序設計必須毫無歧義的來詳細說明程序，但我們都知道不含糊的自然語言也就不自然了。
設計文檔
在任何系統中，開發文檔都是有價值的東西。現在已經有許多不同的經過發展的文檔計劃可供您在創建系統時候進行選擇。其中相當不錯的一種模型就是所謂的設計規范（譯者注：此處原有的超鏈接已經失效，所以無法得到其原始的模板。但 CKER 還有一套被稱作的APM 的文檔模板似乎不錯。以后也許會翻給大家來看看 ……^_^ ） 。當您察看此文檔的大綱的時候 , 請注意各級別的詳細內容。第一部分展示了源自于系統說明和其他定義文檔的設計成果的總體范圍。第二部分展示的是涉及支持文檔的詳細說明。第三部分的內容又稱作設計描述，在初步設計階段完成。第四、五部分的內容將初步設計階段的內容發展至詳細設計階段。第六部分展示了確保以下兩條原則的交叉參考矩陣：
1. 用軟件設計滿足所有的需求。
2. 指出實現特定需求的關鍵模塊。
第七部分在開發測試程序（步驟）的第一步對系統的功能性和正確性進行測試是必要的。如果在開發設計規范的同時已經并行開發了詳細的測試程序規范的話，本部分可以刪除。第八部分詳細說明了將系統打包傳送至用戶站點的考慮和要求。在文檔剩下的第九、十部分中包括了算法描述、選擇程序、列表數據、流程圖、偽代碼、數據流圖表、以及所有在設計規范開發時所用到的相關信息都可以放在此處。
面向對象
面向對象的設計（ OOD ）通過模塊化信息及其加工方法而不單單是加工方法來讓數據對象和加工操作得以互相連接。這個過程依賴于三個極其重要的設計概念：抽象、信息隱藏、和模塊化。所有的設計方法都力爭展現這些特性；但只有 OOD 的機制才能使設計者能夠無需增加復雜性或加以折衷就獲得所有三種特性。在 OOD 中，我們有 objects （對象） , operations （操作） ,和 messages （消息） 。 Objects （對象） , 又稱作類，可以是人、機器、命令、文件、汽車、房子，等等。 operations （操作） , 包含了私有的數據結構和用于變換數據結構的加工方法。 messages （消息）用于激活調用操作控制和對象的程序構造。這就是說對象的共享部分是其的接口而消息在接口之間移動并指定希望使用對象的何種操作，但并不知道操作是怎樣具體實現的。對象在收到消息之后決定如何來執行消息。現在讓我們來看看在面向對象的系統中的某些工具是如何使用的：
1.偽代碼 － 接近計算機編程語言的指令，但使用的是近似英語的語言而不是真正的編程語言以便于查看程序邏輯。下面是一個加工文件中的記錄的范例 :
Start ( 開始 )
Initialize program ( 初始化程序 )
Read a record ( 讀一個記錄 )
Process record ( 加工記錄 )
Move record to print 面積 ( 將記錄移至打印區 )
Write a line ( 寫一行 )
End job ( 結束任務 )
Stop run. ( 停止運行 )
2. 原型 － 在開發軟件包的第一個版本或模型，或者計算機硬件準備好作生產前測試時的步驟。通常可以使用您所喜愛的 RAD 工具來創建。
3. TOE 圖表 － (Task 任務 , Object 對象 , Event 事件 圖表 ) 用來展示需要完成的任務或工作、執行工作的對象、以及完成此過程的事件或動作。請看下面將兩個數相加的 TOE 圖表：
任務、對象、事件
啟動程序 Main Form OnStartup
輸入第一個數 EdtFirstNumber User types in
輸入第二個數 EdtSecondNumber User types in
求和 EdtResult OnClick
程序退出 BtnExit OnClick
正如您在上例中所見，這正確說明了要執行什么、誰來執行、以及什么時候來執行。
應用領域
在現代社會中，軟件應用于多個方面。典型的軟件比如有電子郵件嵌入式系統，人機交互、辦公套件、操作系統、編譯器、數據庫、游戲等。
kd櫥柜設計軟件
各個行業幾乎都有計算機軟件的應用，比如工業、農業、銀行、航空，政府部門等。這些應用促進了經濟和社會的發展，提高人們的工作效率，同時提升了生活質量。
軟件設計存在于各種應用中，存在于軟件開發的各個方面。而程序設計通常包含了程序設計和編碼的反復迭代的過程，它是軟件開發的一個階段。
軟件工程力圖對軟件項目的各個方面作出指導，從軟件的可行性分析直到軟件完成以后的維護工作。軟件工程認為軟件開發與各種市場活動密切相關。比如軟件的銷售，用戶培訓，與之相關的軟件和硬件安裝等。軟件工程的方法學認為一個獨立的程序員不應當脫離團隊而進行開發，同時程序的編寫不能夠脫離軟件的需求，設計，以及客戶的利益。
軟件工程的發展是計算機程序設計工業化的體現。
發展方向
軟件開發過程是隨著開發技術的演化而隨之改進的。從早期的瀑布式(Waterfall)的開發模型到后來出現的螺旋式的迭代(Spiral)開發，以致最近開始興起的敏捷開發方法（agile），他們展示出了在不同的時代軟件產業對于開發過程的不同的認識，以及對于不同類型項目的理解方法。
注意區分軟件開發過程和軟件過程改進之間的重要區別。諸如像ISO15504,ISO9000,CMM,CMMI這樣的名詞闡述的是一些軟件過程改進框架，他們提供了一系列的標準和策略來指導軟件組織如何提升軟件開發過程的質量、軟件組織的能力，而不是給出具體的開發過程的定義。
“敏捷開發”（AgileDevelopment）是軟件工程的一個重要的發展。它強調軟件開發應當是能夠對未來可能出現的變化和不確定性作出全面反應的。
敏捷開發被認為是一種“輕量級”的方法。在輕量級方法中最負盛名的應該是“極限編程”（ExtremeProgramming），簡稱為XP）。而與輕量級方法相對應的是“重量級方法”的存在。重量級方法強調以開發過程為中心，而不是以人為中心。重量級方法的例子比如CMM、PSP、TSP。
面向側面的程序設計（AspectOrientedProgramming），簡稱（AOP）被認為是近年來軟件工程的另外一個重要發展。這里的方面指的是完成一個功能的對象和函數的集合。在這一方面相關的內容有泛型編程（GenericProgramming）和模板。
設計準則
軟件設計的重要性表現在軟件的質量。軟件設計描述了軟件是如何被分解和集成為組件的，同時也描述了組件之間的接口以及組件之間是如何發揮軟件構建功能的。如何設計才能保證質量？這里，我們給出軟件設計的一般原則：
（1）要有分層的組織結構，便于對軟件各個構件進行控制；
（2）應形成具有獨立功能特征的模塊（模塊化）；
（3）應有性質不同、可區分的數據和過程描述（表達式）；
（4）應使模塊之間和與外部環境之間接口的復雜性盡量地減小；
（5）應利用軟件需求分析中得到的信息和可重復的方法。
要想得到一個滿意的設計結果，不光要有基本設計原則的指導，還要有系統化的設計方法和科學嚴格的評審機制相結合才能達到預想的目的。
軟件設計原則從宏觀上指導著軟件設計，但軟件設計的具體實現還要遵循軟件設計的基本準則。下面就討論軟件設計的準則問題。
參考資料 >