軟件工程4軟件設(shè)計(jì).ppt

第4章 軟件設(shè)計(jì),掌握：概要設(shè)計(jì)的方法、詳細(xì)設(shè)計(jì)的方法、軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明書的規(guī)范化編寫。,4.1 軟件設(shè)計(jì)概述,4.1.1 軟件設(shè)計(jì)的任務(wù),軟件設(shè)計(jì)的基本目的就是回答“系統(tǒng)應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)？”這個(gè)問(wèn)題。軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是把分析階段產(chǎn)生的軟件需求說(shuō)明轉(zhuǎn)換為用適當(dāng)手段表示的軟件設(shè)計(jì)文檔。,1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于定義軟件主要結(jié)構(gòu)性元素之間的關(guān)系。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表示（即基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)的框架）可以從系統(tǒng)規(guī)約、分析模型以及分析模型中所定義的子系統(tǒng)的交互中導(dǎo)出。 2數(shù)據(jù)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)用于將分析階段創(chuàng)建的信息模型，如數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)流圖等，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)現(xiàn)軟件所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。部分?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)可能和軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)同時(shí)發(fā)生，但更詳細(xì)的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)活動(dòng)則會(huì)發(fā)生在設(shè)計(jì)每個(gè)具體軟件構(gòu)件（或模塊）的時(shí)候。,3接口設(shè)計(jì) 接口設(shè)計(jì)描述軟件內(nèi)部模塊之間以及軟件與人之間是如何通信的（包括數(shù)據(jù)流和控制流）。一個(gè)接口意味著特定的信息流（如數(shù)據(jù)流或控制流）以及行為類型，因此，數(shù)據(jù)和控制流圖提供了接口設(shè)計(jì)所需的信息。 4構(gòu)件設(shè)計(jì) 從工程管理的角度來(lái)看，傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)任務(wù)通常分兩個(gè)階段完成，即概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。,4.1.2 模塊與模塊化,在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，模塊是一個(gè)明確定義的輸入、輸出和特性的程序?qū)嶓w，通常程序中單獨(dú)命名且可通過(guò)名字訪問(wèn)的過(guò)程函數(shù)、子程序或宏調(diào)用都可看作模塊。一般模塊具有以下幾種特征： （1）接口：模塊的輸入/輸出。 （2）功能：模塊實(shí)現(xiàn)什么功能，有什么作用。 （3）邏輯：描述模塊內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)需求及所需數(shù)據(jù)。 （4）狀態(tài)：模塊的運(yùn)行環(huán)境，模塊間調(diào)用與被調(diào)用關(guān)系。,軟件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循“模塊化”的原則。所謂“模塊化”，就是將程序劃分成若干個(gè)獨(dú)立的模塊的過(guò)程，其中，每個(gè)模塊完成一個(gè)特定子功能，每個(gè)模塊既相對(duì)獨(dú)立，又相互聯(lián)系，它們共同完成系統(tǒng)指定的各項(xiàng)功能。,4.1.3 抽象與細(xì)化,抽象是指從一些事物中抽取其本質(zhì)的共同的特性，而忽略其非本質(zhì)細(xì)節(jié)的差異。 細(xì)化是一種先總體、后局部的思維原則，也就是一種逐層分解、分而治之的方法。 模塊的“粒度”是指模塊的規(guī)模。如果模塊的規(guī)模過(guò)大，會(huì)使得模塊的可重用性差，同時(shí)，修改、維護(hù)也比較困難。在模塊設(shè)計(jì)中，“細(xì)化”與“抽象”的思想極為重要。通過(guò)細(xì)化，可以將一個(gè)大模塊分解成若干個(gè)小模塊；通過(guò)抽象，可以將多個(gè)模塊中的公共部分概括出來(lái)，用單獨(dú)的模塊表示，從而降低了模塊的粒度。,4.1.4 信息隱蔽,信息隱蔽是在設(shè)計(jì)和確定模塊時(shí)，使得一個(gè)模塊內(nèi)包含的信息（過(guò)程和數(shù)據(jù)）對(duì)于不需要這些信息的模塊來(lái)說(shuō)是不能訪問(wèn)的。它通過(guò)定義一組獨(dú)立的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的模塊化。信息隱蔽作為一種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則用于模塊化系統(tǒng)，在測(cè)試與維護(hù)期間會(huì)為軟件修改帶來(lái)極大的好處。,4.1.5 模塊的獨(dú)立性,模塊的獨(dú)立性是指軟件系統(tǒng)中的每個(gè)模塊只涉及軟件要求的具體的子功能，應(yīng)與軟件系統(tǒng)中其他模塊的接口保持簡(jiǎn)單化，即模塊間的聯(lián)系不要太多。例如，若一個(gè)模塊只具有單一的功能，且與其他模塊沒(méi)有太多的聯(lián)系，那么稱此模塊具有模塊獨(dú)立性。,1. 耦合,耦合是模塊之間的相對(duì)獨(dú)立性（互相連接的緊密程度)的度量。模塊之間的連接越緊密，聯(lián)系越多，耦合性就越高，而其模塊獨(dú)立性就越弱。 1）非直接耦合 非直接耦合是指兩個(gè)模塊之間無(wú)直接關(guān)系，它們之間的聯(lián)系完全是通過(guò)主程序的控制和調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。非直接耦合的模塊間耦合程度最低，即模塊獨(dú)立性最強(qiáng)。,2）數(shù)據(jù)耦合 數(shù)據(jù)耦合指的是模塊間的通信參數(shù)都是數(shù)據(jù)項(xiàng)。數(shù)據(jù)是模塊間進(jìn)行信息交流的一種必不可少的聯(lián)系形式。在模塊之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)越少，產(chǎn)生的不利影響越少。,圖4-1 數(shù)據(jù)耦合,3）標(biāo)記耦合 如果兩個(gè)模塊通過(guò)參數(shù)表傳遞記錄信息，而這個(gè)記錄是某一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)（如字符串），而不是簡(jiǎn)單變量 4）控制耦合 控制耦合是指一個(gè)模塊向另一個(gè)模塊傳送的信息控制了另一個(gè)模塊的執(zhí)行。,圖4-2 控制耦合,圖4-3 控制耦合的修改,5）外部耦合 如果一組模塊通過(guò)同個(gè)全局簡(jiǎn)單變量相互作用，那么它們之間的耦合稱為外部耦合。 6）公共耦合 公共耦合就是一組模塊都訪問(wèn)同一全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 7）內(nèi)容耦合 內(nèi)容耦合是指一個(gè)模塊直接訪問(wèn)另一模塊的內(nèi)容。,圖4-4 7種耦合的耦合性及數(shù)據(jù)獨(dú)立性,2. 內(nèi)聚,內(nèi)聚是模塊功能強(qiáng)度(一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度)的度量。一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素之間的聯(lián)系越緊密，則它的內(nèi)聚性就越高，相對(duì)地，它與其他模塊之間的耦合性就會(huì)減低，而模塊獨(dú)立性也就越強(qiáng)。 1）偶然內(nèi)聚 如果一個(gè)模塊的各個(gè)部分之間沒(méi)有聯(lián)系，或者即使有聯(lián)系，這種聯(lián)系也是很松散的，就稱為偶然內(nèi)聚。 2）邏輯內(nèi)聚 如果把幾個(gè)邏輯上相關(guān)的功能放在同一個(gè)模塊中，則模塊每次被調(diào)用時(shí)，根據(jù)傳送給該模塊的判定參數(shù)來(lái)確定模塊應(yīng)執(zhí)行的功能，就稱為邏輯內(nèi)聚。,3）時(shí)間內(nèi)聚 時(shí)間內(nèi)聚是指一個(gè)模塊的各個(gè)組成部分的處理動(dòng)作和時(shí)間有關(guān)。 4）通信內(nèi)聚 通信內(nèi)聚是指一個(gè)模塊內(nèi)各個(gè)組成部分的處理動(dòng)作都使用相同的輸入數(shù)據(jù)或產(chǎn)生相同的輸出數(shù)據(jù)。 5）順序內(nèi)聚 順序內(nèi)聚是指一個(gè)模塊內(nèi)部的各個(gè)組成部分執(zhí)行的幾個(gè)處理動(dòng)作有這樣的特征：前一處理動(dòng)作所產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)是下一個(gè)處理動(dòng)作的輸入數(shù)據(jù)。 6）功能內(nèi)聚 功能內(nèi)聚是指一個(gè)模塊內(nèi)部的各個(gè)組成部分的處理動(dòng)作全部都為執(zhí)行同一個(gè)功能而存在，并且只執(zhí)行一個(gè)功能。,圖4-5 6種耦合的耦合性及數(shù)據(jù)獨(dú)立,4.1.6 自底向上與自頂向下設(shè)計(jì)策略,采用自頂向下的策略，首先將整個(gè)系統(tǒng)分解成子系統(tǒng)，再將子系統(tǒng)分解成更小的子系統(tǒng)，直至分解為能夠直接實(shí)現(xiàn)的軟件模塊。 采用自底向上的策略則首先考慮最基本的系統(tǒng)構(gòu)件和系統(tǒng)的內(nèi)部函數(shù)，然后逐步將這些構(gòu)件聚合成更大的軟件模塊、子系統(tǒng)，最終形成整個(gè)系統(tǒng)。,4.1.7 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)原則,（1）設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)該能夠預(yù)測(cè)和評(píng)估。 （2）設(shè)計(jì)對(duì)于分析模型應(yīng)該是可跟蹤的。 （3）設(shè)計(jì)應(yīng)該重視資源重用。 （4）設(shè)計(jì)應(yīng)該使最終軟件盡可能和現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題“相似”，也就是說(shuō)，軟件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能地模擬問(wèn)題域的結(jié)構(gòu)。 （5）設(shè)計(jì)應(yīng)該表現(xiàn)出一致性和集成性。 （6）設(shè)計(jì)應(yīng)該適應(yīng)擴(kuò)展和變更。 （7）設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮軟件的容錯(cuò)性和處理錯(cuò)誤、異常的能力。 （8）設(shè)計(jì)不是編碼，編碼也不是設(shè)計(jì)。 （9）在創(chuàng)建設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該能夠評(píng)估質(zhì)量，而不是在事情完成之后評(píng)估。 （10）應(yīng)該評(píng)審設(shè)計(jì)，以減少概念性（語(yǔ)義性）錯(cuò)誤。,4.2 概要設(shè)計(jì),4.2.1 概要設(shè)計(jì)的基本任務(wù),1. 制定規(guī)范,如規(guī)定代碼體系、接口規(guī)約、命名規(guī)則等。,2. 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),（1）將軟件功能轉(zhuǎn)換成模塊，規(guī)定每個(gè)功能用哪些模塊實(shí)現(xiàn)，保證每個(gè)功能都有相應(yīng)的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （2）決定模塊層次結(jié)構(gòu)和模塊間的調(diào)用關(guān)系。 （3）模塊間的接口設(shè)計(jì)決定模塊間傳遞的信息及結(jié)構(gòu)。 （4）用戶界面設(shè)計(jì)。 （5）詳細(xì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如表、索引、文件等。 （6）與算法相關(guān)的邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及操作。 （7）其他性能方面的設(shè)計(jì)。,4.2.2 概要設(shè)計(jì)的步驟,1. 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法,結(jié)構(gòu)化軟件概要設(shè)計(jì)的步驟如下： （1）詳細(xì)閱讀需求規(guī)格說(shuō)明書，理解系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)、業(yè)務(wù)現(xiàn)狀、現(xiàn)有系統(tǒng)、用戶需求的各功能說(shuō)明。 （2）分析數(shù)據(jù)流圖，弄清數(shù)據(jù)流加工的過(guò)程。 （3）根據(jù)數(shù)據(jù)流圖來(lái)決定數(shù)據(jù)處理問(wèn)題的類型，一般分為變換型、事務(wù)型。 （4）推導(dǎo)出系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)圖。 一般遵循以下步驟： 找出系統(tǒng)底層邏輯輸入、主加工和邏輯輸出； 設(shè)計(jì)頂層模塊和第一層模塊； 對(duì)輸入、變換、輸出模塊逐個(gè)分解，便可得到初始結(jié)構(gòu)圖,（5）對(duì)初始結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行改進(jìn)完善：所有的加工都要能對(duì)應(yīng)到相應(yīng)模塊（模塊的完整性在于它們完成了需求中的所有加工），消除完全相似或局部相似的重復(fù)功能，理清模塊間的層次、控制關(guān)系，平衡模塊大小。 （6）由數(shù)據(jù)字典導(dǎo)出邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作，操作應(yīng)當(dāng)屬于某個(gè)模塊。 （7）確定系統(tǒng)包含哪些應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)、客戶端、數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)。 （8）對(duì)每個(gè)篩選后的模塊進(jìn)行列表說(shuō)明。 （9）對(duì)邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行列表說(shuō)明。 （10）編寫概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書。,2. 面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法,使用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，首先需要構(gòu)建軟件的體系結(jié)構(gòu)，其過(guò)程是：先將系統(tǒng)劃分為子系統(tǒng)（可以使用包來(lái)描述子系統(tǒng)），根據(jù)子系統(tǒng)提供的操作定義它們的接口，然后設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的概念模型。對(duì)復(fù)雜的子系統(tǒng)，可以繼續(xù)將其分解，得到更簡(jiǎn)單的子系統(tǒng)。,3. 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法和面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法之間的比較,（1）從概念方面看，結(jié)構(gòu)化軟件是功能的集合，通過(guò)模塊以及模塊和模塊之間的分層調(diào)用關(guān)系實(shí)現(xiàn)；面向?qū)ο筌浖鞘挛锏募?，通過(guò)對(duì)象以及對(duì)象和對(duì)象之間的通訊聯(lián)系實(shí)現(xiàn)。 （2）從構(gòu)成方面看，結(jié)構(gòu)化軟件過(guò)程數(shù)據(jù)，以過(guò)程為中心；面向?qū)ο筌浖〝?shù)據(jù)相應(yīng)操作）的封裝，以數(shù)據(jù)為中心。 （3）從運(yùn)行控制方面看，結(jié)構(gòu)化軟件采用順序處理方式，由過(guò)程驅(qū)動(dòng)控制；面向?qū)ο筌浖捎媒换ナ?、并行處理方式，由消息?qū)動(dòng)控制。,（4）從開發(fā)方面看，結(jié)構(gòu)化方法的工作重點(diǎn)是設(shè)計(jì)；面向?qū)ο蠓椒ǖ墓ぷ髦攸c(diǎn)是分析。但是，在結(jié)構(gòu)化方法中，分析階段和設(shè)計(jì)階段采用了不相吻合的表達(dá)方式，需要把在分析階段采用的具有網(wǎng)絡(luò)特征的數(shù)據(jù)流圖轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)階段采用的具有分層特征的結(jié)構(gòu)圖，而在面向?qū)ο蠓椒ㄖ袆t不存在這一問(wèn)題。 （5）從應(yīng)用方面看，相對(duì)而言，結(jié)構(gòu)化方法和面向?qū)ο蟮姆椒ňm合數(shù)據(jù)處理、事務(wù)處理軟件的開發(fā)，但相對(duì)而言，結(jié)構(gòu)化方法更適合數(shù)據(jù)類型比較簡(jiǎn)單的數(shù)值計(jì)算軟件的開發(fā)，面向?qū)ο蠓椒▌t更適合大型復(fù)雜軟件的開發(fā)。,4.2.3 軟件結(jié)構(gòu)圖,圖4-6 成績(jī)管理系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖,4.2.4 數(shù)據(jù)流圖,數(shù)據(jù)流圖簡(jiǎn)稱DFD，是采用圖形方式來(lái)表達(dá)系統(tǒng)的邏輯功能、數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯流向和邏輯變換過(guò)程，是結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析方法的主要表達(dá)工具及用于表示軟件模型的一種圖示方法。,4.3 詳細(xì)設(shè)計(jì),4.3.1 詳細(xì)設(shè)計(jì)的基本任務(wù),（1）對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)的算法設(shè)計(jì)。用某種圖形、表格、語(yǔ)言工具將每個(gè)模塊處理過(guò)程的詳細(xì)算法描述出來(lái)。 （2）對(duì)模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)需求分析、概要設(shè)計(jì)確定的概念性的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行確切的定義。 （3）對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理設(shè)計(jì)，即確定數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)。物理結(jié)構(gòu)主要指數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)記錄格式、存儲(chǔ)記錄安排和存儲(chǔ)方法，這些都依賴于具體所使用的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。 （4）其他設(shè)計(jì)：為了提高數(shù)據(jù)的輸入、分類、存儲(chǔ)、檢索等操作的效率，節(jié)約內(nèi)存空間，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的某些數(shù)據(jù)項(xiàng)的值要進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)。為了規(guī)范系統(tǒng)的輸入和輸出，還需要進(jìn)行輸入/輸出格式設(shè)計(jì)。對(duì)于一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，用戶與計(jì)算機(jī)頻繁對(duì)話，因此要進(jìn)行對(duì)話方式、內(nèi)容、格式的具體設(shè)計(jì)。 （5）編寫詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 （6）評(píng)審。對(duì)處理過(guò)程的算法和數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)都要評(píng)審。,4.3.2 程序流程圖,表4-1 程序流程圖的符號(hào)說(shuō)明,圖4-7 程序流程圖的一個(gè)簡(jiǎn)單例子,4.3.3 盒圖,圖4-8 盒圖的順序結(jié)構(gòu),圖4-9 盒圖的條件結(jié)構(gòu),圖4-10 盒圖的While循環(huán)結(jié)構(gòu),圖4-11 盒圖的Until循環(huán)結(jié)構(gòu),圖4-12 盒圖的選擇結(jié)構(gòu),圖4-13 盒圖的端點(diǎn)表示,圖4-14 盒圖的模塊調(diào)用,圖4-15 盒圖表示的一個(gè)簡(jiǎn)單例子,4.3.4 詳細(xì)設(shè)計(jì)中的IPO圖,IPO圖既是需求分析的工具，也是詳細(xì)設(shè)計(jì)的工具。它的優(yōu)點(diǎn)是輸入、輸出明顯，容易被人理解，適合于進(jìn)行自頂向下設(shè)計(jì)，有一定的靈活性。另外，使用IPO圖開發(fā)軟件還可以便于人員分工，具有易于測(cè)試、糾錯(cuò)等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是：制作量較大，修改較困難。,4.3.5 PAD圖,圖4-16 PAD圖的常見(jiàn)結(jié)構(gòu),4.3.6 偽代碼,偽代碼是一種算法描述語(yǔ)言，它介于自然語(yǔ)言與實(shí)際的編程語(yǔ)言之間。相比實(shí)際的編程語(yǔ)言而言，偽代碼的代碼簡(jiǎn)單、可讀性好，但它不可以在實(shí)際的編程環(huán)境中編譯運(yùn)行。相比自然語(yǔ)言而言，偽代碼更容易被轉(zhuǎn)換為實(shí)際的程序。一般來(lái)說(shuō)，在軟件設(shè)計(jì)中，一些復(fù)雜的算法可以用偽代碼來(lái)表示。,4.4 軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明書與案例分析,4.4.1 軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明書,1. 概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書,1引言 1.1編寫目的 1.2背景 1.3定義 1.4參考資料 2總體設(shè)計(jì) 2.1需求規(guī)定 2.2運(yùn)行環(huán)境 2.3基本設(shè)計(jì)概念和處理流程 2.4結(jié)構(gòu) 2.5功能需求與程序的關(guān)系 2.6人工處理過(guò)程 2.7尚未問(wèn)決的問(wèn)題,3接口設(shè)計(jì) 3.1用戶接口 3.2外部接口 3.3內(nèi)部接口 4運(yùn)行設(shè)計(jì) 4.1運(yùn)行模塊組合 4.2運(yùn)行控制 4.3運(yùn)行時(shí)間 5系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)