軟件工程導(dǎo)論第五版.ppt

軟件工程,( Software Engineering ),信息學(xué)院,第1章：軟件工程學(xué)概述,1.1 軟件危機(jī) 60年代中期以前：通用硬件相當(dāng)普遍，軟件卻是為某個(gè)具體的應(yīng)用而編寫的。 60年代中到70年代中：軟件作坊。,軟件危機(jī)：計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)過(guò)程中所遇到的一系列嚴(yán)重問(wèn)題。（正常、不正常運(yùn)行軟件都具有這種問(wèn)題）,1.1.1 軟件危機(jī)的介紹,1）對(duì)軟件開(kāi)發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常很不準(zhǔn)確； 2）用戶對(duì)完成的軟件系統(tǒng)不滿意的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生； 3）軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不?。?軟件危機(jī)的典型表現(xiàn)：,4）軟件常常是不可維護(hù)的； 5）軟件通常沒(méi)有適當(dāng)?shù)奈臋n資料； 6）軟件成本在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總成本中所占的比例逐年上升； 7）軟件開(kāi)發(fā)生產(chǎn)率提高的速度跟不上計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。,1.1.2 產(chǎn)生軟件危機(jī)的原因,1）軟件本身特點(diǎn)造成； 2）軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)的方法不正確。,主要表現(xiàn)： （a）忽視軟件需求分析； （b）認(rèn)為軟件開(kāi)發(fā)就是寫程序并使之運(yùn)行； （c）輕視軟件維護(hù)；,在軟件開(kāi)發(fā)的不同階段進(jìn)行修改需要付出的代價(jià)很不相同：,1）推廣使用在實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的開(kāi)發(fā)軟件的成功技術(shù)和方法，并研究探索更有效的技術(shù)和方法； 2）開(kāi)發(fā)和使用更好的軟件工具； 3）良好的組織管理措施。,1.1.3 解決軟件危機(jī)的途徑,為了解決軟件危機(jī)產(chǎn)生的問(wèn)題，軟件工程與方法學(xué)逐漸形成，然后出現(xiàn)了兩個(gè)相互相承又各有側(cè)重的學(xué)科： 1）軟件工程學(xué)：主要應(yīng)用工程的方法和技術(shù)研究軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)的方法、工具和管理的一門交叉學(xué)科。 2）程序設(shè)計(jì)方法學(xué)：主要應(yīng)用數(shù)學(xué)的方法研究程序的性質(zhì)以及程序設(shè)計(jì)的理論和方法的學(xué)科。,1.2 軟件工程,1.2.1 軟件工程的介紹,1968年NATO會(huì)議：軟件工程就是為了經(jīng)濟(jì)地獲得可靠的且能在實(shí)際機(jī)器上有效地運(yùn)行的軟件，而建立和使用完善的工程原理。,1993年IEEE：軟件工程是（1）把系統(tǒng)的、規(guī)范的、可度量的途徑應(yīng)用于軟件開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程；（2）研究（1）中提到的途徑。,1. 軟件工程關(guān)注于大型程序的構(gòu)造； 2. 軟件工程的中心課題是控制復(fù)雜性； 3. 軟件經(jīng)常變化； 4. 開(kāi)發(fā)軟件的效率非常重要； 5. 和諧地合作是軟件開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵； 6. 軟件必須有效地支持它的用戶； 7. 在軟件工程領(lǐng)域中是由具有一種文化背景的人替具有另一種文化背景的人創(chuàng)造產(chǎn)品。,軟件工程的本質(zhì)特性：,1.2.2 軟件工程的基本原理,1. 用分階段的生命周期計(jì)劃嚴(yán)格管理； 2. 堅(jiān)持進(jìn)行階段評(píng)審； 3. 實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制； 4. 采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)； 5. 結(jié)果能清楚地審查； 6. 開(kāi)發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精； 7. 承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實(shí)踐的必要性。,1.2.3 軟件工程方法學(xué) 通常把在軟件生命周期全過(guò)程中使用的一整套技術(shù)方法的集合稱為方法學(xué)（Methodology），也稱為范型（Paradigm）。 軟件工程方法學(xué)的3要素：方法、工具和過(guò)程,1. 傳統(tǒng)方法學(xué) 也稱為生命周期方法學(xué)或結(jié)構(gòu)化范型。 結(jié)構(gòu)化方法（Structure Method）有： 1）結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法（SD）； 2）結(jié)構(gòu)化分析方法（SA）； 3）結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)技術(shù)（SADT） 4）JACKSON方法 5）WARNIER方法,2. 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué) 把數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)的操作緊密結(jié)合起來(lái)的方法，模擬人類認(rèn)識(shí)世界解決問(wèn)題的方法和過(guò)程。 面向?qū)ο蟮姆椒?=對(duì)象（屬性與服務(wù)的封裝） +分類 +繼承 +通過(guò)消息的通訊,1）適用于實(shí)時(shí)事物處理系統(tǒng)的有限狀態(tài)機(jī)方法（FSM）； 2）適用于并發(fā)軟件系統(tǒng)的PETRI網(wǎng)方法； 3）以數(shù)學(xué)概念和理論為基礎(chǔ)的形式化方法，如 SDC公司的形式化開(kāi)發(fā)方法FDM： （Formal Development Methodology） IBM公司的維也納開(kāi)發(fā)方法VDM： （Vienna Development Method ）,3. 其他開(kāi)發(fā)方法,1.3 軟件生命周期,軟件生命周期： 指軟件從提出到最終被淘汰的這個(gè)存在期。,軟件生命周期組成： 1）軟件定義； A.問(wèn)題定義 B.可行性研究 C.需求分析 2）軟件開(kāi)發(fā)； D.總體設(shè)計(jì) E.詳細(xì)設(shè)計(jì) F.編碼和單元測(cè)試 G.綜合測(cè)試 3）運(yùn)行維護(hù)。,1.問(wèn)題定義； 2.可行性研究； 3.需求分析； 4.總體設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)）； 5.詳細(xì)設(shè)計(jì)； 6.編碼與單元測(cè)試； 7.綜合測(cè)試； 8.維護(hù)。,軟件生命周期各個(gè)階段：,1.4 軟件過(guò)程,軟件過(guò)程：為了獲得高質(zhì)量軟件所需要完成的一系列任務(wù)的框架，它規(guī)定了完成各項(xiàng)任務(wù)的工作步驟。 軟件過(guò)程（ISO9000）：使用資源將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的活動(dòng)所構(gòu)成的系統(tǒng)。 輸入：如軟件需求 輸出：如軟件產(chǎn)品,1.4.1 瀑布模型,1. 階段間具有順序性和依賴性 2. 推遲實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn) 3. 質(zhì)量保證的觀點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：采用規(guī)范的方法；嚴(yán)格規(guī)定每個(gè)階段提交的文檔；要求每個(gè)階段交出的產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。,1.4.2 快速原型模型 優(yōu)點(diǎn)：不帶反饋環(huán)，基本上是線性順序進(jìn)行。,1.4.3 增量模型,優(yōu)點(diǎn)：能較短時(shí)間內(nèi)提交可完成部分工作的產(chǎn)品；可以使用戶有充裕的時(shí)間學(xué)習(xí)和適應(yīng)新產(chǎn)品。,一種風(fēng)險(xiǎn)更大的增量模型：,1.4.4 螺旋模型 可把它看作在每個(gè)階段之前都增加風(fēng)險(xiǎn)分析的快速原型模型。,1.4.5 噴泉模型,典型的面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)過(guò)程模型之一。,1.4.6 Rational 統(tǒng)一過(guò)程,1. RUP軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn) （1）迭代式開(kāi)發(fā) （2）管理需求 （3）使用基于構(gòu)件的體系結(jié)構(gòu) （4）可視化建模 （5）貫穿于開(kāi)發(fā)過(guò)程的軟件質(zhì)量驗(yàn)證 （6）控制軟件變更,1.4.7 敏捷過(guò)程與極限編程,1.敏捷過(guò)程 具有高效、快速響應(yīng)變化的開(kāi)發(fā)過(guò)程。 （1）個(gè)體和交互勝過(guò)過(guò)程和工具； （2）可以工作的軟件勝過(guò)面面俱到的文檔； （3）客戶合作勝過(guò)合同談判； （4）響應(yīng)變化勝過(guò)遵循計(jì)劃。 2.極限編程 敏捷過(guò)程中最著名的一種，指把好的開(kāi)發(fā)實(shí)踐運(yùn)用到極致，多應(yīng)用于軟件需求模糊的場(chǎng)合。,1.4.8 微軟過(guò)程,1.微軟過(guò)程準(zhǔn)則 2.微軟軟件生命周期 （1）規(guī)劃階段 （2）設(shè)計(jì)階段 （3）開(kāi)發(fā)階段 （4）穩(wěn)定階段 （5）發(fā)布階段 3.微軟過(guò)程模型,問(wèn)題定義就是要確定為用戶建立什么樣的軟件系統(tǒng)，軟件叫什么樣的名稱等等?！皢?wèn)題”是指軟件最基本的問(wèn)題，如： 軟件的總體目標(biāo)什么？ 有什么用途？ 為那些用戶設(shè)計(jì)？,1.5 問(wèn)題定義階段,問(wèn)題定義報(bào)告的內(nèi)容包括： 1）軟件項(xiàng)目標(biāo)題； 2）軟件目標(biāo)； 3）軟件用戶對(duì)象； 4）軟件規(guī)模。,問(wèn)題定義是軟件生命周期中時(shí)間最短的階段，一般都比較簡(jiǎn)單，因此在實(shí)際開(kāi)發(fā)中它是最容易被忽視的一個(gè)階段。 這一階段工作主要由系統(tǒng)分析員來(lái)完成，系統(tǒng)分析員要盡可能從較高的角度概括軟件所要做的工作，而不用寫明問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。,第2章：可行性研究,可行性研究就是要回答“所定義的問(wèn)題有可行的解決辦法嗎？”。 可行性研究的目的是：用最小的代價(jià)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)確定問(wèn)題是否有解，以及是否值得去解。,2.1 可行性研究的任務(wù),可行性研究所需的時(shí)間取決于工程的規(guī)模，所需要的成本要占工程總成本的5%10%。,可行性研究的內(nèi)容： 1）技術(shù)可行性 技術(shù)可行性要分析各種技術(shù)因素，例如： 使用現(xiàn)有的技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)？ 是否有勝任開(kāi)發(fā)該項(xiàng)目的熟練技術(shù)人員？ 能否按期得到開(kāi)發(fā)該項(xiàng)目所需的軟件、硬件資源？,2）經(jīng)濟(jì)可行性 對(duì)經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)，所要考慮的問(wèn)題是： 這個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益能否超過(guò)它的開(kāi)發(fā)成本？ 這就需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行價(jià)格/利益分析，即“投入/產(chǎn)出”分析。 由于利益分析取決于軟件系統(tǒng)的特點(diǎn)，因此在軟件開(kāi)發(fā)之前，很難對(duì)新系統(tǒng)產(chǎn)生的效益作出精確的定量描述，所以往往采用一些估算方法。,3）操作可行性 操作可行性評(píng)價(jià)系統(tǒng)運(yùn)行后會(huì)引起的各方面變化，如：對(duì)組織機(jī)構(gòu)管理模式、用戶工作環(huán)境等產(chǎn)生的影響。,4）社會(huì)可行性 社會(huì)可行性主要討論法律方面和使用方面的可行性。 例如，被開(kāi)發(fā)軟件的權(quán)利歸屬問(wèn)題、軟件所使用的技術(shù)是否會(huì)造成侵權(quán)等問(wèn)題。,2.2 可行性研究的步驟,1）復(fù)查系統(tǒng)規(guī)模和目標(biāo)； 2）研究目前正在使用的系統(tǒng)； 3）導(dǎo)出新系統(tǒng)的高層邏輯模型（數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典）； 4）重新定義問(wèn)題；,5）導(dǎo)出和評(píng)價(jià)供選擇的解法（物理解決方案）； 6）推薦行動(dòng)方案； 7）草擬開(kāi)發(fā)計(jì)劃； 8）書(shū)寫文檔提交審查。,2.2 可行性研究的步驟,2.3 系統(tǒng)流程圖 （描繪物理系統(tǒng)的工具）,2.3.1 符號(hào),2.3.2 例子,2.4 數(shù)據(jù)流圖（描繪數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動(dòng)的邏輯過(guò)程）,2.4.1 符號(hào),注意： “處理”可表示：?jiǎn)蝹€(gè)程序、一系列程序、程序的一個(gè)模塊、人工處理過(guò)程等等； “數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”可表示：一個(gè)文件、文件的一部分、數(shù)據(jù)庫(kù)記錄等等； 數(shù)據(jù)流圖忽略出錯(cuò)處理、打開(kāi)文件、關(guān)閉文件。,2.4.2 繪制數(shù)據(jù)流圖的例子,2.4.2 繪制數(shù)據(jù)流圖的例子,倉(cāng)庫(kù) 管理員,采購(gòu)員,定貨系統(tǒng),事務(wù),定貨報(bào)表,圖2.5 定貨系統(tǒng)的基本系統(tǒng)模型,2.4.2 繪制數(shù)據(jù)流圖的例子,庫(kù)存清單,倉(cāng)庫(kù) 管理員,采購(gòu)員,事務(wù),定貨報(bào)表,圖2.6 定貨系統(tǒng)的功能級(jí)數(shù)據(jù)流圖,定貨信息,定貨信息,組成該例子的數(shù)據(jù)流圖的元素,上述數(shù)據(jù)流圖所描述的功能夠詳細(xì)了嗎？,2.4.2 繪制數(shù)據(jù)流圖的例子,1）為數(shù)據(jù)流（或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）命名 A名字應(yīng)該代表整個(gè)數(shù)據(jù)流（或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）的內(nèi)容； B不要使用空洞的、缺乏具體含義的名字（如“數(shù)據(jù)”、“輸入”）；,2.4.3 命名,C如果為某個(gè)數(shù)據(jù)流（或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）起名字時(shí)遇到困難，則很可能是因?yàn)閷?duì)數(shù)據(jù)流圖的分解不恰當(dāng)造成的，應(yīng)該試試重新分解數(shù)據(jù)流圖；,2）為處理命名 A通常先為數(shù)據(jù)流命名，然后再為與之相關(guān)聯(lián)的處理命名； B名字應(yīng)該反映整個(gè)處理的功能； C應(yīng)該盡量避免空洞籠統(tǒng)的動(dòng)詞做名字，如“處理”、“加工”；,D通常用一個(gè)動(dòng)詞命名，如果必須用兩個(gè)動(dòng)詞才能描述整個(gè)處理的功能，則可能要把這個(gè)處理分解成兩個(gè)處理更恰當(dāng)； E如果在為某個(gè)處理命名時(shí)遇到困難，則很可能是發(fā)現(xiàn)了分解不當(dāng)?shù)那闆r，應(yīng)考慮重新分解。,通常，為“數(shù)據(jù)源點(diǎn)/終點(diǎn)”命名時(shí)，采用它們?cè)趩?wèn)題域中習(xí)慣使用的名字（如“倉(cāng)庫(kù)管理員”、“采購(gòu)員”）。,1）利用它作為交流信息的工具； 2）作為軟件分析和設(shè)計(jì)的工具。,2.4.4 數(shù)據(jù)流圖的用途,2.4.4 數(shù)據(jù)流圖的用途,圖2.8 對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)硬件方案,2.4.4 數(shù)據(jù)流圖的用途,圖2.9 對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)硬件方案,數(shù)據(jù)字典：對(duì)數(shù)據(jù)流圖中包含的所有元素的定義的集合； 可行性研究階段，數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典共同構(gòu)成系統(tǒng)的邏輯模型。,2.5 數(shù)據(jù)字典,2.5.1 數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容 數(shù)據(jù)字典應(yīng)該對(duì)下列元素進(jìn)行定義： 1）數(shù)據(jù)流； 2）數(shù)據(jù)元素（數(shù)據(jù)流分量）； 3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)； 4）處理。,1）數(shù)據(jù)元素字典定義 其定義的基本內(nèi)容有： A數(shù)據(jù)元素編號(hào)、名稱及其含義； B數(shù)據(jù)類型和長(zhǎng)度； C合理取值； D其他內(nèi)容，如它與其它數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系等。,2.5.2 定義數(shù)據(jù)的方法,數(shù)據(jù)元素字典定義實(shí)例：,2）數(shù)據(jù)流字典定義 其定義的基本內(nèi)容有： A數(shù)據(jù)流編號(hào)及名稱； B數(shù)據(jù)流來(lái)源； C數(shù)據(jù)流去處； D數(shù)據(jù)流的組成； E流通量； F峰值。,數(shù)據(jù)流字典定義實(shí)例：,3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)字典定義 其定義的基本內(nèi)容有： A數(shù)據(jù)存儲(chǔ)編號(hào)及名稱； B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的組成； C其它要求。,4）數(shù)據(jù)處理字典定義 其定義的基本內(nèi)容有： A數(shù)據(jù)處理編號(hào)及名稱； B簡(jiǎn)單描述； C輸入/輸出； D功能描述； E有關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。,數(shù)據(jù)處理字典定義實(shí)例：,5）組成數(shù)據(jù)項(xiàng)的表示方法 = 表示“等價(jià)于”或“定義為” + 表示“與” 與 | 表示“或” 表示重復(fù) ( ) 表示可選項(xiàng) 通訊錄=通訊地址 通訊地址=姓名+郵編+省|直轄市|自治區(qū)+市|縣+街道+門牌號(hào)+（電話）,1. 作為分析階段的重要工具； 2. 數(shù)據(jù)元素的控制信息非常有用； 3. 有助于開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)。,2.5.3 數(shù)據(jù)字典的用途,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)字典： 1）程序處理； 2）卡片式人工書(shū)寫；,2.5.4 數(shù)據(jù)字典的實(shí)現(xiàn),2.6 成本/效益分析,1）代碼行技術(shù) 軟件成本 = 每行代碼的平均成本估計(jì)的源代碼總行數(shù),2.6.1 成本估計(jì),2）任務(wù)分解技術(shù) 軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目分解為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)，分別估計(jì)每個(gè)單獨(dú)任務(wù)的成本： 單獨(dú)任務(wù)成本 = 任務(wù)所需人力估計(jì)值每人每月平均工資； 軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目總成本估計(jì) = 各個(gè)單獨(dú)任務(wù)成本估計(jì)值之和。,常用的辦法是按開(kāi)發(fā)階段劃分任務(wù)，典型環(huán)境下各個(gè)開(kāi)發(fā)階段需要使用的人力百分比大致如下：,3）自動(dòng)估計(jì)成本技術(shù) 采用自動(dòng)估計(jì)成本的軟件工具估計(jì)。,1）Putnam 模型 1978年P(guān)utnam提出的，一種動(dòng)態(tài)多變量模型：,軟件開(kāi)發(fā)成本估算的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?Ck為技術(shù)狀態(tài)常數(shù)，它反映“妨礙開(kāi)發(fā)進(jìn)展的限制”，取值因開(kāi)發(fā)環(huán)境而異，見(jiàn)下表：,2）COCOMO模型(constructive cost model) 這是由TRW公司開(kāi)發(fā)，Boehm提出的結(jié)構(gòu)化成本估算模型，是一種精確的、易于使用的成本估算方法。 基本COCOMO模型估算工作量和進(jìn)度的公式如下： 工 作 量： MM = r(KDSI)c （人月） 開(kāi)發(fā)時(shí)間： TDKV = a(MM)b （月） DSI：源指令條數(shù)，不包括注釋，1KDSI = 1000DSI MM：開(kāi)發(fā)工作量（以人月計(jì)），1MM = 19 人日 = 152 人時(shí) =1/12 人年 經(jīng)驗(yàn)常數(shù) r, c, a, b 取決于項(xiàng)目的總體類型,COCOMO模型中，考慮開(kāi)發(fā)環(huán)境，軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的類型可以分為3種： 1）組織型(organic) 相對(duì)較小、較簡(jiǎn)單的軟件項(xiàng)目。開(kāi)發(fā)人員對(duì)開(kāi)發(fā)目標(biāo)理解比較充分，與軟件系統(tǒng)相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)豐富，對(duì)軟件的使用環(huán)境很熟悉，受硬件的約束較小，程序的規(guī)模不是很大（50000行）,2）嵌入型(embedded) 要求在緊密聯(lián)系的硬件、軟件和操作的限制條件下運(yùn)行，通常與某種復(fù)雜的硬件設(shè)備緊密結(jié)合在一起。對(duì)接口，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，算法的要求高。軟件規(guī)模任意。 如大而復(fù)雜的事務(wù)處理系統(tǒng)，大型/超大型操作系統(tǒng)，航天用控制系統(tǒng)，大型指揮系統(tǒng)等。,3）半獨(dú)立型（semidetached） 介于上述兩種軟件之間。規(guī)模和復(fù)雜度都屬于中等或更高。最大可達(dá)30萬(wàn)行。,COCOMO模型按其詳細(xì)程度可以分為三級(jí)： 1）基本COCOMO模型 是一個(gè)靜態(tài)單變量模型，它用一個(gè)以已估算出來(lái)的原代碼行數(shù)(LOC)為自變量的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)工作量。,基本COCOMO模型 通過(guò)統(tǒng)計(jì)63個(gè)歷史項(xiàng)目的歷史數(shù)據(jù)，得到如下計(jì)算公式：,2）中級(jí)COCOMO模型 在基本COCOMO模型的基礎(chǔ)上，再用涉及產(chǎn)品、硬件、人員、項(xiàng)目等方面的影響因素調(diào)整工作量的估算。 3）詳細(xì)COCOMO模型 包括中級(jí)COCOMO模型的所有特性，但更進(jìn)一步考慮了軟件工程中每一步驟（如分析、設(shè)計(jì)）的影響。,1）貨幣的時(shí)間價(jià)值 假設(shè)年利率為i,如果現(xiàn)在存入P元錢，則n年以后可以得到的錢數(shù)為： 反之，如果n年后能收入F元錢，那么這些錢現(xiàn)在的價(jià)值是：,2.6.2 成本/效益分析,例：修改一個(gè)已有的庫(kù)存管理系統(tǒng)，估計(jì)需要5000元，系統(tǒng)修改后使用5年，每年可節(jié)省2500元。請(qǐng)進(jìn)行成本/效益分析。,表1：將來(lái)的收入折算成現(xiàn)在值,2）投資回收期 第一、第二年回收：4225元 第三年用于回收投資要： ( 5000 - 4225 ) / 1779 = 0.44年 總的投資回收期 = 2.44年,3）純收入 9011.94 - 5000 = 4011.94 （元）,4）投資回收率 其中：P是現(xiàn)在的投資額； Fi是第i年年底的效益（i=1,2,3,n）; n是系統(tǒng)的使用壽命（一般假設(shè)n=5）； j是投資回收率。 上述修改系統(tǒng)的工程的投資回收率是41%-42%,第2章小結(jié), 可行性分析報(bào)告 說(shuō)明該軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和社會(huì)因素上的可行性，評(píng)述為了合理地達(dá)到開(kāi)發(fā)目標(biāo)可供選擇的各種可能實(shí)施方案，說(shuō)明并論證所選定實(shí)施方案的理由。 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃 為軟件項(xiàng)目實(shí)施方案制訂出具體計(jì)劃，應(yīng)該包括各部分工作的負(fù)責(zé)人員、開(kāi)發(fā)的進(jìn)度、開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)的預(yù)算、所需的硬件及軟件資源等。,第3章：需求分析,3.1.1 確定對(duì)系統(tǒng)的綜合要求 1功能需求 2性能需求 如：相應(yīng)時(shí)間（速度）、主存容量、磁盤容量、安全性、等。,3.1 需求分析的任務(wù),3. 可靠性和可用性需求 4. 出錯(cuò)處理需求 系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)采取的行動(dòng)，主要在系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)置。 5. 接口需求 用戶接口、硬件接口、軟件接口、通信接口、等。 6. 約束 精度、工具和語(yǔ)言、設(shè)計(jì)約束、硬件約束、標(biāo)準(zhǔn)，等。 7. 逆向需求 8. 將來(lái)可能提出的要求,3.1.3 導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯模型 包括完善的數(shù)據(jù)流圖、實(shí)體聯(lián)系圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、數(shù)據(jù)字典、主要的處理算法（IPO圖）等。,3.1.2 分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求 通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型來(lái)分析，如數(shù)據(jù)字典、層次方框圖、Warnier圖，并將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范化。,3.1.4 修正系統(tǒng)開(kāi)發(fā)計(jì)劃 修訂前期制定的開(kāi)發(fā)進(jìn)度計(jì)劃、等。,3.2 與用戶溝通獲取需求的方法,3.2.1 訪談,正式訪談：系統(tǒng)分析員提出事先準(zhǔn)備好的問(wèn)題。 非正式訪談：提出一些用戶可以自由回答的開(kāi)放性問(wèn)題，鼓勵(lì)被訪者說(shuō)出自己的想法。 需要訪問(wèn)大量人員時(shí)，利用調(diào)查表訪問(wèn)較佳。,3.2.2 面向數(shù)據(jù)流自頂向下求精,借助數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典、IPO圖等，細(xì)化、完善詳細(xì)的數(shù)據(jù)流圖，等到各處理環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的功能。,例：,分析銷售趨勢(shì),統(tǒng)計(jì)功能,3.2.3 簡(jiǎn)易的應(yīng)用規(guī)格說(shuō)明技術(shù),面向團(tuán)隊(duì)的需求收集法： （用戶與開(kāi)發(fā)者配合） 1）初步訪談； 2）開(kāi)發(fā)者和用戶分別寫出“產(chǎn)品需求”； 3）開(kāi)會(huì)討論，各自展示需求列表； 4）得出一致意見(jiàn)，為需求列表制定小型規(guī)格說(shuō)明； 5）根據(jù)會(huì)議成果，起草完整的軟件需求規(guī)格說(shuō)明。,3.2.4 快速建立軟件原型,快速建立能演示目標(biāo)系統(tǒng)主要功能的程序。 （1）第四代技術(shù) （2）可重用的軟件構(gòu)件 （3）形式化規(guī)格說(shuō)明和原型環(huán)境,3.3 分析建模與規(guī)格說(shuō)明,3.3.1 分析建模 為了開(kāi)發(fā)復(fù)雜的系統(tǒng)，應(yīng)從不同角度（模型）抽象出目標(biāo)系統(tǒng)的特性（數(shù)據(jù)模型、功能模型、行為模型）。 1）實(shí)體聯(lián)系圖：建立數(shù)據(jù)模型，描述數(shù)據(jù)對(duì)象及數(shù)據(jù)對(duì)象之間的關(guān)系； 2）數(shù)據(jù)流圖：建立功能模型的基礎(chǔ)； 3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：描繪系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的方式。,3.3.2 軟件需求規(guī)格說(shuō)明,3.4 實(shí)體聯(lián)系圖,數(shù)據(jù)對(duì)象可以是外部實(shí)體、事物、行為、事件、角色、單位、地點(diǎn)、結(jié)構(gòu)等。,3.4.1 數(shù)據(jù)對(duì)象,3.4.2 屬性 屬性定義了數(shù)據(jù)對(duì)象的性質(zhì)。,屬性,3.4.3 聯(lián)系 （1）一對(duì)一聯(lián)系（1：1） （2）一對(duì)多聯(lián)系（1：N） （3）多對(duì)多聯(lián)系（M：N） 在ER圖中，用菱形框表示聯(lián)系。,聯(lián)系,例子：,通常用范式定義消除數(shù)據(jù)冗余的程度。 1）第一范式 2）第二范式 3）第三范式,3.5 數(shù)據(jù)規(guī)范化,3.6 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,3.6.1 狀態(tài) 狀態(tài)是任何可以被觀察到的系統(tǒng)行為模式，一個(gè)狀態(tài)代表系統(tǒng)的一種行為模式。 3.6.2 事件 事件是某個(gè)特定時(shí)刻發(fā)生的事情，它是引起系統(tǒng)做動(dòng)作或狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制信息。,3.6.3 符號(hào),3.6.4 例子,3.7 其他圖形工具,層次方框圖用樹(shù)形結(jié)構(gòu)的一系列多層次的矩形框描繪數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)。,3.7.1 層次方框圖,Warnier圖也用樹(shù)形結(jié)構(gòu)描繪信息，但是這種圖形工具比層次方框圖提供了更豐富的描繪手段。,3.7.2 Warnier圖,IPO圖是輸入/處理/輸出圖。,3.7.3 IPO圖,3.8 驗(yàn)證軟件需求,1）一致性 2）完整性 3）現(xiàn)實(shí)性 4）有效性,3.8.1 驗(yàn)證軟件需求的正確性,1）驗(yàn)證需求的一致性 2）驗(yàn)證需求的現(xiàn)實(shí)性 3）驗(yàn)證需求的完整性和有效性,3.8.2 驗(yàn)證軟件需求的方法,用于需求分析的軟件應(yīng)該滿足下列要求： 1）必須有形式化的語(yǔ)法 2）使用這個(gè)軟件工具能夠?qū)С鲈敿?xì)的文檔 3）必須提供分析規(guī)格說(shuō)明書(shū)的不一致性和冗余性的手段 4）使用這個(gè)軟件工具后，應(yīng)該能夠改進(jìn)通信狀況,3.8.3 用于需求分析的軟件工具,RSL（需求陳述語(yǔ)言）：信息集ASSMPASCAL模擬程序 PSL/PSA（問(wèn)題陳述語(yǔ)言/問(wèn)題陳述分析程序）系統(tǒng),第3章小結(jié), 軟件需求說(shuō)明書(shū)（軟件規(guī)格說(shuō)明書(shū)） 對(duì)所開(kāi)發(fā)軟件的功能、性能、用戶界面及運(yùn)行環(huán)境等作出詳細(xì)的說(shuō)明。 它是在用戶與開(kāi)發(fā)人員雙方對(duì)軟件需求取得共同理解并達(dá)成協(xié)議的條件下編寫的，也是實(shí)施開(kāi)發(fā)工作的基礎(chǔ)。該說(shuō)明書(shū)應(yīng)給出數(shù)據(jù)邏輯和數(shù)據(jù)采集的各項(xiàng)要求，為生成和維護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件做好準(zhǔn)備。,第4章：形式化說(shuō)明技術(shù),1.非形式化方法：自然語(yǔ)言描述 2.半形式化方法：數(shù)據(jù)流圖或?qū)嶓w聯(lián)系圖 3.形式化方法：基于數(shù)學(xué)技術(shù)描述,4.1 概述,4.1.1 非形式化方法的缺點(diǎn) 自然語(yǔ)言書(shū)寫的系統(tǒng)規(guī)格說(shuō)明書(shū)可能存在： 1）矛盾； 2）二義性； 如：“操作員標(biāo)識(shí)由操作員姓名和密碼組成，密碼由6位數(shù)字構(gòu)成，當(dāng)操作員登陸系統(tǒng)時(shí)它被存儲(chǔ)在注冊(cè)文件中?！?3）含糊性； 4）不完整性； 5）抽象層次混亂。,4.1.2 形式化方法的優(yōu)點(diǎn) （1）數(shù)學(xué)是理想的建模工具，適合于表示系統(tǒng)狀態(tài)和描述系統(tǒng)需求； （2）用數(shù)學(xué)表達(dá)的需求可在不同開(kāi)發(fā)階段平滑過(guò)渡。,4.1.3 應(yīng)用形式化方法的準(zhǔn)則 （1）選擇合適的形式化方法； （2）需要形式化，但不能過(guò)渡形式化，不能放棄傳統(tǒng)的需求表達(dá)方法； （3）應(yīng)該有形式化方法的專家提供指導(dǎo)。,4.2 有窮狀態(tài)機(jī)法（FSM）,4.2.1 概念,鎖的三個(gè)位置：1、2、3； 轉(zhuǎn)盤可向左（L）或右（R）； 鎖密碼：1L、3R、2L,一個(gè)有窮狀態(tài)機(jī)包括5部分： 1）狀態(tài)集J：保險(xiǎn)箱鎖定，A，B，保險(xiǎn)箱解鎖，報(bào)警 2）輸入集K：1L,1R,2L,2R,3L,3R 3）轉(zhuǎn)換函數(shù)T，如表4.1 4）初始狀態(tài)S：保險(xiǎn)箱鎖定 5）終態(tài)集F：保險(xiǎn)箱解鎖，報(bào)警 更形式化的術(shù)語(yǔ)： 一個(gè)有窮狀態(tài)機(jī)可表示一個(gè)為5元組（J,K,T,S,F）,狀態(tài)轉(zhuǎn)換形式： 當(dāng)前狀態(tài)【菜單】事件【所選擇的項(xiàng)】下個(gè)狀態(tài) 加入謂詞集P，把系統(tǒng)擴(kuò)展成一個(gè)6元組后： 當(dāng)前狀態(tài)【菜單】事件【所選擇的項(xiàng)】謂詞下個(gè)狀態(tài),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中每個(gè)菜單驅(qū)動(dòng)的用戶界面都是一個(gè)有窮狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)。,定義狀態(tài)： （1）M(d,e,f)：電梯e正沿d方向移動(dòng)，即將到達(dá)第f層樓。 （2）S(d,e,f)：電梯e停在f層樓，將朝d方向移動(dòng)（未關(guān)門）。 （3）W(e,f)：電梯e在f層等待（已關(guān)門）。 （4）DC(e,f)：電梯e在樓層f關(guān)上門。 （5）ST(e,f)：電梯e靠近f層時(shí)觸發(fā)傳感器，電梯控制器決定在當(dāng)前樓層是否停下。 （6）RL：電梯按鈕或樓層按鈕被按下進(jìn)入打開(kāi)狀態(tài),4.2.2 例子:電梯的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,電梯狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則：S(U,e,f)+DC(e,f)=M(U,e,f+1); S(D,e,f)+DC(e,f)=M(D,e,f-1); S(N,e,f)+DC(e,f)=W(e,f),4.2.3 評(píng)價(jià) 有窮狀態(tài)機(jī)描述規(guī)格說(shuō)明： 當(dāng)前狀態(tài)事件謂詞=下個(gè)狀態(tài) 易于書(shū)寫、驗(yàn)證、轉(zhuǎn)變成設(shè)計(jì)或程序代碼。,有窮狀態(tài)機(jī)方法比數(shù)據(jù)流圖技術(shù)更精確，一樣易于理解。但不能處理定時(shí)需求。,4.3 Petri網(wǎng),4.3.1 概念,Petri網(wǎng)包含4種元素： 1）一組位置P，上例 PP1,P2,P3,P4 2）一組轉(zhuǎn)換T，上例 Tt1,t2 3）輸入函數(shù)I，上例 I（t1）=P2,P4 I（t2）=P2 4）輸出函數(shù)O，上例O（t1）=P1 O（t2）=P3,P3 更形式化的Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是一個(gè)4元組（P，T，I，O）,權(quán)標(biāo)向量（1，2，0，1）,權(quán)標(biāo)向量（2，1，0，0）,權(quán)標(biāo)向量（2，0，2，0）,更形式化地： 標(biāo)記 M：P0,1,2, Petri網(wǎng)成為一個(gè)5元組（P，T，I，O，M）,對(duì)Petri網(wǎng)的一個(gè)重要擴(kuò)充是加入禁止線：,4.3.2 例子 1. 電梯按鈕,EBf 電梯中樓層 f 的按鈕；Fg 樓層g；Ff 樓層 f。,2. 樓層按鈕,FBfu 第 f 樓層向上按鈕； FBfd 第 f 樓層向下按鈕；,小結(jié) 基于數(shù)學(xué)的形式化說(shuō)明技術(shù)，目前還沒(méi)有在軟件產(chǎn)業(yè)界廣泛應(yīng)用； 應(yīng)該把形式化方法與傳統(tǒng)方法有機(jī)結(jié)合。,第5章：總體設(shè)計(jì),5.1 設(shè)計(jì)過(guò)程,1.設(shè)想供選擇的方案,2.選擇合理的方案 對(duì)每個(gè)合理的方案要提供： A系統(tǒng)流程圖 B組成系統(tǒng)的物理元素清單 C成本/效益分析 D實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)度計(jì)劃,3.推薦最佳方案 4.功能分解 5.設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu) 6.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) A模式設(shè)計(jì) B子模式設(shè)計(jì) C完整性和安全性設(shè)計(jì) D優(yōu)化,7.制定測(cè)試計(jì)劃 8.書(shū)寫文檔 A系統(tǒng)說(shuō)明 B用戶手冊(cè) C測(cè)試計(jì)劃 D詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)計(jì)劃 E數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)結(jié)果 9.審查和復(fù)審,5.2 設(shè)計(jì)原理,如果一個(gè)大型程序僅由一個(gè)模塊組成，很難被人理解。 設(shè)函數(shù)C(x)定義問(wèn)題x的復(fù)雜程度，函數(shù)E(x)定義解決問(wèn)題x需要的工作量（時(shí)間）。對(duì)于兩個(gè)問(wèn)題P1和P2，如果： C(P1)C(P2) 那么 E(P1)E(P2) 根據(jù)解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，有一個(gè)規(guī)律是： C(P1+P2)C(P1)+C(P2) 于是有 E(P1+P2)E(P1)+E(P2),5.2.1 模塊化,5.2.2 抽象,5.2.3 逐步求精,模塊的獨(dú)立性很重要，因?yàn)椋?1）有效的模塊化的軟件比較容易開(kāi)發(fā)出來(lái); 2）獨(dú)立的模塊比較容易測(cè)試和維護(hù)。,5.2.4 信息隱蔽和局部化,5.2.5 模塊獨(dú)立,一、耦合,耦合：指軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊彼此之間相互依賴（連接）的緊密程度。,模塊獨(dú)立程度可以由兩個(gè)定性標(biāo)準(zhǔn)度量：耦合與內(nèi)聚。,模塊的偶合分四類： 1）數(shù)據(jù)耦合 兩個(gè)模塊之間只是通過(guò)參數(shù)交換信息，而且交換的信息僅僅是數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)耦合是最低程度的耦合。,2）控制耦合 兩個(gè)模塊之間所交換的信息包含控制信息。 控制耦合是中等程度的耦合。,圖中模塊A的內(nèi)部處理程序判斷是執(zhí)行C還是執(zhí)行D，要取決于模塊B傳來(lái)的信息狀態(tài)（Status）。,3）公用耦合 兩個(gè)或多個(gè)模塊通過(guò)一個(gè)公共區(qū)相互作用時(shí)的耦合。 公共區(qū)可以是：全程數(shù)據(jù)區(qū)、共享通信區(qū)、內(nèi)存公共覆蓋區(qū)、任何介質(zhì)上的文件、物理設(shè)備等。 軟件結(jié)構(gòu)中存在大量的公用耦合時(shí)會(huì)給診斷錯(cuò)誤帶來(lái)困難。,圖中存在公用耦合，假設(shè)模塊A、C、E都存取全程數(shù)據(jù)區(qū)（如公用一個(gè)磁盤文件）中的一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。 如果A模塊讀取該項(xiàng)數(shù)據(jù)，然后調(diào)用C模塊對(duì)該項(xiàng)重新計(jì)算，并進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。,如果此時(shí)C模塊錯(cuò)誤地更新了該項(xiàng)數(shù)據(jù)，在往下的處理中模塊E讀該數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。 表面上看，問(wèn)題由模塊E產(chǎn)生，實(shí)際上由模塊C引起。,4）內(nèi)容耦合 一個(gè)模塊與另一個(gè)模塊的內(nèi)容直接發(fā)生聯(lián)系。 內(nèi)容耦合對(duì)維護(hù)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的困難。,程序中如果一個(gè)模塊直接把程序轉(zhuǎn)移到另一個(gè)模塊中，或一個(gè)模塊使用另一個(gè)模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)，都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)容耦合。內(nèi)容耦合是最高程度的耦合，應(yīng)該避免采用。,軟件設(shè)計(jì)應(yīng)追求盡可能松散耦合，避免強(qiáng)耦合，這樣模塊間的聯(lián)系就越小，模塊的獨(dú)立性就越強(qiáng)，對(duì)模塊的測(cè)試、維護(hù)就越容易。 因此建議：盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合，限制公用耦合，完全不用內(nèi)容偶合。,二、內(nèi)聚,內(nèi)聚：一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度。 它是衡量一個(gè)模塊內(nèi)部組成部分間整體統(tǒng)一性的度量。 常見(jiàn)的內(nèi)聚有七類。,1）功能內(nèi)聚（Functional Cohesion） 如果一個(gè)模塊內(nèi)所有處理元素完成一個(gè)，而且僅完成一個(gè)功能，則稱為功能內(nèi)聚。 功能內(nèi)聚是最高程度的內(nèi)聚。但在軟件結(jié)構(gòu)中，并不是每個(gè)模塊都能設(shè)計(jì)成一個(gè)功能內(nèi)聚模塊。,2）順序內(nèi)聚（Sequential Cohesion） 如果一個(gè)模塊內(nèi)處理元素和同一個(gè)功能密切相關(guān)，而且這些處理元素必須順序執(zhí)行，則稱為順序內(nèi)聚。,如圖，一個(gè)求一元二次方程根的模塊由三個(gè)處理元素組成，該模塊中存在順序內(nèi)聚。 通常，順序內(nèi)聚中一個(gè)處理元素的輸出是另一個(gè)處理元素的輸入。,3）通信內(nèi)聚（Communicational Cohesion） 如果一個(gè)模塊中所有處理元素都使用同一個(gè)輸入數(shù)據(jù)和（或）產(chǎn)生同一個(gè)輸出數(shù)據(jù)，稱為通信內(nèi)聚。,如圖，模塊A的處理單元將根據(jù)同一個(gè)數(shù)據(jù)文件FILE的數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同的表格，因此它存在通信內(nèi)聚。 通信內(nèi)聚有時(shí)也稱為數(shù)據(jù)內(nèi)聚。,4）過(guò)程內(nèi)聚（Procedural Cohesion） 如果一個(gè)模塊內(nèi)的處理元素是相關(guān)的，而且必須以特定的次序執(zhí)行，稱為過(guò)程內(nèi)聚。 過(guò)程內(nèi)聚與順序內(nèi)聚的區(qū)別是： 順序內(nèi)聚中是數(shù)據(jù)流從一個(gè)處理單元流到另一個(gè)處理單元，而過(guò)程內(nèi)聚是控制流從一個(gè)動(dòng)作流向另一個(gè)動(dòng)作。,5）時(shí)間內(nèi)聚（Temporal Cohesion） 如果一個(gè)模塊包含的任務(wù)必須在同一段時(shí)間內(nèi)執(zhí)行，稱為時(shí)間內(nèi)聚。也稱為瞬時(shí)內(nèi)聚。,例如，完成各種初始化工作的模塊，或者處理故障的模塊都存在時(shí)間內(nèi)聚。 如圖，在“緊急故障處理模塊”中，“關(guān)閉文件”、“報(bào)警”、“保留現(xiàn)場(chǎng)”等任務(wù)都必須無(wú)中斷地同時(shí)處理。,6）邏輯內(nèi)聚（Logical Cohesion） 如果模塊完成的任務(wù)在邏輯上屬于相同或相似的一類，稱為邏輯內(nèi)聚。,如圖，A、B、C模塊合并成ABC模塊之后，ABC模塊就是邏輯內(nèi)聚模塊。,對(duì)邏輯內(nèi)聚模塊的調(diào)用，常常需要有一個(gè)功能開(kāi)關(guān)，由上層調(diào)用模塊向它發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)，在多個(gè)關(guān)聯(lián)性功能中選擇執(zhí)行某一個(gè)功能。 這種內(nèi)聚較差，增加了模塊之間的聯(lián)系，不易修改。,7）偶然內(nèi)聚（Coincidental Cohesion） 如果一個(gè)模塊由完成若干毫無(wú)關(guān)系的功能處理元素偶然組合在一起的，就叫偶然內(nèi)聚。,偶然內(nèi)聚是最差的一種內(nèi)聚。 常犯這種錯(cuò)誤的一種情況是：有時(shí)在寫完程序后，發(fā)現(xiàn)一組語(yǔ)句在多處出現(xiàn)，于是為了節(jié)省空間而將這些語(yǔ)句作為一個(gè)模塊設(shè)計(jì)，就出現(xiàn)偶然內(nèi)聚。,如圖，模塊A、B、C出現(xiàn)公共代碼段W，于是將W獨(dú)立成一個(gè)模塊，而W中這些語(yǔ)句并沒(méi)有任何聯(lián)系。 如果在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)模塊A不需要做“X=Y+Z”，而應(yīng)該做“X=Y*Z”，此時(shí)對(duì)W的維護(hù)就很困難了。,軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)該：力求做到高內(nèi)聚，盡量少用中內(nèi)聚，不用低內(nèi)聚。,5.3 啟發(fā)式規(guī)則,1. 改進(jìn)軟件結(jié)構(gòu)提高模塊獨(dú)立性 2.模塊規(guī)模應(yīng)該適中,3. 深度、寬度、扇出和扇入都應(yīng)適當(dāng) 深度：軟件結(jié)構(gòu)中控制的層數(shù)； 寬度：軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)同一個(gè)層次上的模塊總數(shù)的最大值； 扇出：一個(gè)模塊直接控制（調(diào)用）其它模塊的數(shù)目； 扇入：一個(gè)模塊被其它模塊調(diào)用的數(shù)目。,對(duì)扇出、扇入過(guò)大的改進(jìn)：,4. 模塊的作用域應(yīng)該在控制域之內(nèi),作用域：受該模塊內(nèi)一個(gè)判定影響的所有模塊的集合。 控制域：模塊本身以及所有從屬于它的模塊的集合。,如：QUAD-ROOT（TBL,X） 求一元二次方程的根的模塊，其中TBL，X都為數(shù)組，分別代表方程的系數(shù)和方程的根。 應(yīng)該使接口更簡(jiǎn)單，如： QUAD-ROOT（A,B,C,ROOT1,ROOT2） A、B、C是方程的系數(shù)，ROOT1，ROOT2是方程的根。,5. 力爭(zhēng)降低模塊接口的復(fù)雜度,6.設(shè)計(jì)單入口、單出口的模塊,7.模塊功能應(yīng)該可以預(yù)測(cè),5.4 圖形工具 5.4.1 層次圖和HIPO圖,HIPO圖是：“層次圖輸入/處理/輸出圖”,5.4.2 結(jié)構(gòu)圖,5.5 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法,面向數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)（Data Flow-Oriented Design，DFOD）是與數(shù)據(jù)流分析（DFA）對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)技術(shù)。 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)將得到以數(shù)據(jù)流圖為基礎(chǔ)的軟件模塊結(jié)構(gòu)圖。,數(shù)據(jù)流可以分為兩種類型： 1）變換型數(shù)據(jù)流 2）事務(wù)型數(shù)據(jù)流,5.5.1 變換流與事務(wù)流,一、變換流 具有較明確的輸入、變換（或稱主加工）和輸出界面的數(shù)據(jù)流圖稱為變換型數(shù)據(jù)流圖。 如圖所示，該變換中心可以理解為數(shù)據(jù)的加工和處理程序。,事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖中存在一個(gè)事務(wù)中心（也就是數(shù)據(jù)處理、加工中心），它將輸入分離成若干個(gè)發(fā)散的數(shù)據(jù)流，形成許多活動(dòng)路徑，并根據(jù)輸入值選擇其中一條路徑。,二、事務(wù)流,通常，一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖是變換型和事務(wù)型兩種類型的混合體。 如圖所示，中間的子塊屬事務(wù)型數(shù)據(jù)流，如果把中間子塊視為一個(gè)處理整體的話，整個(gè)程序?qū)僮儞Q型程序。,面向數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)的基本步驟有七步： 1）復(fù)審并精化數(shù)據(jù)流圖； 2）確定數(shù)據(jù)處理流圖的類型； 3）確定變換中心或事務(wù)中心；,5.5.2 面向數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)的步驟,4）將數(shù)據(jù)流圖映射成軟件模塊結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)出該數(shù)據(jù)流圖對(duì)應(yīng)的第一層模塊結(jié)構(gòu)； 5）基于數(shù)據(jù)流圖逐步分解，設(shè)計(jì)下層模塊； 6）運(yùn)用模塊設(shè)計(jì)和優(yōu)化準(zhǔn)則優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)； 7）描述模塊的接口。,變換設(shè)計(jì)就是從變換型數(shù)據(jù)流圖映射出軟件模塊結(jié)構(gòu)的過(guò)程，也稱以變換為中心的設(shè)計(jì)。,5.5.3 變換設(shè)計(jì),變換設(shè)計(jì)的基本方法有兩步： 1）分解第一層模塊結(jié)構(gòu) 就是把整個(gè)變換分解成輸入控制模塊Ci、輸出控制模塊Co和變換中心控制模塊Ct，由主控模塊控制。,2）分別設(shè)計(jì)輸入、輸出和處理的下層模塊結(jié)構(gòu) 方法是： 從變換中心邊界向兩側(cè)移動(dòng)，分別把輸入通路和輸出通路的每個(gè)處理映射成輸入控制模塊Ci和輸出控制模塊Co的下屬模塊。 變換中心的下層模塊，是把每個(gè)處理映射成變換中心控制模塊Ct的一個(gè)直接下屬模塊。,事務(wù)設(shè)計(jì)就是從事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖映射出軟件模塊結(jié)構(gòu)的過(guò)程，也稱為以事務(wù)為中心的設(shè)計(jì)。,5.5.4 事務(wù)設(shè)計(jì),事務(wù)設(shè)計(jì)的基本方法有兩步： 1）建立主控模塊、接收輸入類型分析模塊和事務(wù)調(diào)度模塊；,2）分別設(shè)計(jì)輸入類型分析模塊和調(diào)度模塊的下層模塊結(jié)構(gòu)。 方法是：將輸出的每條通路作為調(diào)度模塊的一個(gè)判斷分支，而輸入類型分析模塊的下層模塊與變換設(shè)計(jì)類似。,第5章小結(jié), 概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 該說(shuō)明書(shū)是概要實(shí)際階段的工作成果，它應(yīng)說(shuō)明功能分配、模塊劃分、程序的總體結(jié)構(gòu)、輸入輸出以及接口設(shè)計(jì)、運(yùn)行設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和出錯(cuò)處理設(shè)計(jì)等，為詳細(xì)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。,第6章：詳細(xì)設(shè)計(jì),目標(biāo)：確定如何具體實(shí)現(xiàn)所要求的系統(tǒng)。 不是具體編寫程序，而是設(shè)計(jì)程序的“藍(lán)圖”。 詳細(xì)設(shè)計(jì)的結(jié)果決定最終程序代碼的質(zhì)量。,E.W.Dijkstra 最早提出結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)：程序質(zhì)量與程序中包含的Goto語(yǔ)句的數(shù)量成反比（1965）。 1966 ，Bohm, Jacopini ，證明了只用“順序”、“選擇”、“循環(huán)”控制結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)任何單入口單出口程序。,6.1 結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì),理論上，最基本的控制結(jié)構(gòu)只有兩種：順序、循環(huán)結(jié)構(gòu)（選擇結(jié)構(gòu)可由其兩者構(gòu)造）。 學(xué)界認(rèn)識(shí)到，不是簡(jiǎn)單去掉Goto語(yǔ)句的問(wèn)題，而是要?jiǎng)?chuàng)立一種新的程序設(shè)計(jì)方法。 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)（IBM率先成功運(yùn)用）。,結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)： 一種設(shè)計(jì)程序的技術(shù)，它采用自頂向下逐步求精的設(shè)計(jì)方法和單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)。,使用結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)技術(shù)的好處： 1）提高軟件開(kāi)發(fā)工程的成功率和生產(chǎn)率； 2）系統(tǒng)有清晰的層次結(jié)構(gòu)，容易閱讀理解； 3）單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)，容易診斷糾正； 4）模塊化可以使得軟件可以重用； 5）程序邏輯結(jié)構(gòu)清晰，有利于程序正確性證明。,經(jīng)典的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)：只允許使用順序、IF_THEN_ELSE選擇和DO_WHILE循環(huán)；,擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)：除了三種基本控制結(jié)構(gòu)，還使用DO_CASE和DO_UNTIL循環(huán)；,修正的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)：除了三種基本控制結(jié)構(gòu)和兩種擴(kuò)充結(jié)構(gòu)，還使用BREAK等結(jié)構(gòu)。,流程圖通常由三種結(jié)點(diǎn)組成： 1）函數(shù)結(jié)點(diǎn) 如果一個(gè)結(jié)點(diǎn)有一個(gè)入口線和一個(gè)出口線，則稱為函數(shù)結(jié)點(diǎn)。,由于函數(shù)結(jié)點(diǎn)一般對(duì)應(yīng)于賦值語(yǔ)句，所以 F 也表示了這一個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。,6.1.1 結(jié)構(gòu)化程序 6.1.1.1 控制結(jié)構(gòu),2）謂詞結(jié)點(diǎn) 如果一個(gè)結(jié)點(diǎn)有一個(gè)入口線和兩個(gè)出口線，而且它不改變程序的數(shù)據(jù)項(xiàng)的值，則稱為謂詞結(jié)點(diǎn)。,P是一個(gè)謂詞，根據(jù)P的邏輯值（T或F），結(jié)點(diǎn)有不同的出口。,3）匯點(diǎn) 如果一個(gè)結(jié)點(diǎn)有兩個(gè)或多個(gè)入口線和一個(gè)出口線，而且它不執(zhí)行任何運(yùn)算，則稱為匯點(diǎn) 。,1）順序結(jié)構(gòu)：相當(dāng)于“A、B”,2. 三種基本控制結(jié)構(gòu),2）選擇結(jié)構(gòu) 相當(dāng)于“If exp then A else B endif ”,3）循環(huán)結(jié)構(gòu)：相當(dāng)于“While exp do A”,1）多分支結(jié)構(gòu) 相當(dāng)于“Case I of I=1:C1; I=2:C2; I=3:C3; ; I=n:Cn”,3. 擴(kuò)充兩種控制結(jié)構(gòu),2）UNTIL循環(huán)結(jié)構(gòu) 相當(dāng)于“Repeat A Until exp”,6.1.1.2 正規(guī)程序 定義1：一個(gè)流程圖程序如果滿足下面兩個(gè)條件，稱為正規(guī)程序： 1）具有一個(gè)入口線和一個(gè)出口線； 2）對(duì)每一個(gè)結(jié)點(diǎn)，都有一條從入口線到出口線的通路通過(guò)該結(jié)點(diǎn)。,由于正規(guī)程序有一個(gè)入口線和一個(gè)出口線，因而一個(gè)正規(guī)程序總可以抽象為一個(gè)函數(shù)結(jié)點(diǎn)。,定義2：如果一個(gè)正規(guī)程序的某個(gè)部分仍然是正規(guī)程序，那么稱它為該正規(guī)程序的正規(guī)子程序。,先給出一個(gè)概念：封閉結(jié)構(gòu) 定義3：流程圖中，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間所有沒(méi)有重復(fù)結(jié)點(diǎn)的通路組成的結(jié)構(gòu)稱為封閉結(jié)構(gòu)。,6.1.1.3 基本程序,如圖：封閉結(jié)構(gòu)為 a - b1 - b2 - b3 ; c1 - c2 ; d1 - d2 - d3 ; e - f ,1）不包括多于一個(gè)結(jié)點(diǎn)的正規(guī)子程序，即它是一種不可再分解的正規(guī)程序；（程序自身不可視為正規(guī)子程序） 2）如果存在封閉結(jié)構(gòu)，封閉結(jié)構(gòu)都是正規(guī)程序。,6.1.1.3 基本程序,定義4：一個(gè)正規(guī)程序，如果滿足以下兩個(gè)條件，則稱之為基本程序：,基本程序形式有多種，前面提到的三種基本控制結(jié)構(gòu)（順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)）和兩個(gè)擴(kuò)充控制結(jié)構(gòu)（多分支結(jié)構(gòu)、UNTIL循環(huán)結(jié)構(gòu)）都是基本程序。,定義5： 用以構(gòu)造程序的基本程序的集合稱為基集合。 如：順序，if-then-else，while do 順序，if-then-else，repeat-until 都是基集合。,定義6：如果一個(gè)基本程序的函數(shù)結(jié)點(diǎn)用另一個(gè)基本函數(shù)程序替換，產(chǎn)生的新的正規(guī)程序稱為復(fù)合程序。,循環(huán)結(jié)構(gòu)的A函數(shù)結(jié)點(diǎn)用另一循環(huán)結(jié)構(gòu)代替，即嵌套循環(huán)，就產(chǎn)生了復(fù)合程序。,由于復(fù)合程序是由一些基本程序組成，因此，無(wú)論從總體上看或是從每個(gè)組成部分看，都滿足“一個(gè)入口，一個(gè)出口”的原則，這樣的程序就是通常說(shuō)的好結(jié)構(gòu)程序，或者結(jié)構(gòu)化程序。,定義7：由基本程序的一個(gè)固定的基集合構(gòu)造出的復(fù)合程序，稱為結(jié)構(gòu)化程序。,結(jié)構(gòu)化定理：任一正規(guī)程序都可以函數(shù)等價(jià)于一個(gè)由基集合順序，If-else-then，While-do產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化程序。 實(shí)際上，只要能證明可以將任一正規(guī)程序轉(zhuǎn)換成等價(jià)的結(jié)構(gòu)化程序就可以證明這個(gè)結(jié)構(gòu)化定理。,6.1.2 結(jié)構(gòu)化定理,證明：（分三步進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序的轉(zhuǎn)換） 步驟一：從程序入口處開(kāi)始給程序的函數(shù)結(jié)點(diǎn)和謂詞結(jié)點(diǎn)編號(hào)：1，2，3，n，同時(shí)，將每個(gè)函數(shù)和謂詞結(jié)點(diǎn)的出口線用它后面的結(jié)點(diǎn)的號(hào)碼進(jìn)行編號(hào)，如果出口線后面沒(méi)有結(jié)點(diǎn)，也就是說(shuō)該結(jié)點(diǎn)的出口線與程序的出口線相連時(shí)，出口線編號(hào)為0。,步驟二：對(duì)原程序中每一個(gè)編號(hào)為i, 出口線編號(hào)為j的函數(shù)結(jié)點(diǎn)H，構(gòu)造一個(gè)新的序列程序Gi，如圖：,類似地，對(duì)于每個(gè)編號(hào)為i，出口線分別為j和k的謂詞結(jié)點(diǎn)，構(gòu)造一個(gè)新的選擇程序Gi，如圖：,步驟三：利用已經(jīng)得到的一些Gi程序（i=1,2,3,n），按下圖的形式構(gòu)造一個(gè)While-do循環(huán)。,圖中的循環(huán)體是一個(gè)對(duì)L從1到n的嵌套選擇（if-then-else）程序，轉(zhuǎn)換后的程序與原程序是等價(jià)的，是由基集合順序、選擇、循環(huán) 所復(fù)合成的結(jié)構(gòu)化程序。,這種方法并不是唯一的把程序轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化程序的方法，所得的程序也不一定是最好的。 它的目的是為了證明結(jié)構(gòu)化定理。,例1：把圖示的非結(jié)構(gòu)化程序轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)化程序（用結(jié)構(gòu)化定理證明過(guò)程提供的方法轉(zhuǎn)換）,6.1.3 非結(jié)構(gòu)化程序到結(jié)構(gòu)化程序的轉(zhuǎn)換,1）進(jìn)行結(jié)點(diǎn)及其出口線的編號(hào)；,2）將圖中的四個(gè)結(jié)點(diǎn)構(gòu)造新的程序G1、G2、G3、G4；,3）利用得到的G1、G2、G3、G4按介紹的方法構(gòu)造一個(gè)While-do循環(huán)，最終結(jié)果如圖：,6.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì),6.2.1 設(shè)計(jì)問(wèn)題 1. 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間； 2. 用戶幫助； 3. 出錯(cuò)信息處理； 4. 命令交互,6.2.2 設(shè)計(jì)過(guò)程 6.2.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)指南 1. 一般交互指南； 2. 信息顯示指南； 3. 數(shù)據(jù)輸入指南。,6.3 過(guò)程設(shè)計(jì)的工具,6.3.1 程序流程圖,程序流程圖：是一種描述程序的控制結(jié)構(gòu)流程和指令執(zhí)行情況的有向圖。 歷史悠久、使用廣泛、直觀描繪控制流程、便于初學(xué)者掌握。,ASP檢索程序流程圖：,2）程序流程圖中用箭頭代表控制流，因此程序員不受任何約束，可以完全不顧結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的精神，隨意轉(zhuǎn)移控制。 3）程序流程圖不易表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,程序流程圖的缺點(diǎn)： 1）程序流程圖本質(zhì)上不是逐步求精的好工具，它誘使程序員過(guò)早地考慮程序的控制流程，而不去考慮程序的全局結(jié)構(gòu)。,6.3.2 盒圖（N-S圖）,盒圖的特點(diǎn)有： 1）功能域明確，可以從盒圖上一眼就看出來(lái)； 2）不可能任意轉(zhuǎn)移控制； 3）很容易確定局部和全程數(shù)據(jù)的作用域； 4）很容易表現(xiàn)嵌套關(guān)系，也可以表示模塊的層次結(jié)構(gòu)。,盒圖例子,PAD（Problem Analysis Diagram）是問(wèn)題分析圖。 日立公司發(fā)明和推廣（1973）。,6.3.3 PAD圖,例子：,PAD圖的優(yōu)點(diǎn)： 1）使用表示結(jié)構(gòu)化控制結(jié)構(gòu)的PAD符號(hào)所設(shè)計(jì)出來(lái)的程序必然是結(jié)構(gòu)化程序； 2）PAD圖所描繪的程序結(jié)構(gòu)十分清晰。 圖中最左面的豎線是程序的主線，即第一層結(jié)構(gòu)。隨著程序?qū)哟蔚脑黾?，PAD圖逐漸向右延伸，每增加一個(gè)層次，圖形向右擴(kuò)展一條豎線。PAD圖中豎線的總條數(shù)就是程序的層次數(shù)；,3）用PAD圖表現(xiàn)程序，通俗易懂，程序從圖中最左豎線上端的結(jié)點(diǎn)開(kāi)始執(zhí)行，自上而下，從左向右順序執(zhí)行，遍歷所有結(jié)點(diǎn)；,4）容易將PAD圖轉(zhuǎn)換成高級(jí)語(yǔ)言源程序，這種轉(zhuǎn)換可以用軟件工具自動(dòng)完成； 5）可用于表示程序邏輯，也可用于描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 6）PAD圖的符號(hào)支持自頂向下、逐步求精的方法。,判定表由四部分組成： 左上部列出所有條件 左下部是所有可能做的動(dòng)作 右上部表示各種條件組合 右下部是和每種條件組合相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作,6.3.4 判定表,6.3.5 判定樹(shù) 判定樹(shù)是判定表的變種。,PDL也稱為偽碼。 如：if I0 then 執(zhí)行訂單數(shù)據(jù)輸入模塊 else 報(bào)告出錯(cuò)信息 end if,6.3.6 過(guò)程設(shè)計(jì)語(yǔ)言（PDL）,PDL的優(yōu)點(diǎn)： 1）可以作為注釋直接插在源程序中間； 2）可以使用普通的正文編輯程序或文字處理系統(tǒng)來(lái)完成PDL的書(shū)寫和編輯工作； 3）現(xiàn)在已經(jīng)有一些自動(dòng)處理程序可以自動(dòng)地把PDL生成程序代碼。,PDL的缺點(diǎn)：不如圖形工具形象直觀。,6.4 面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,1）順序結(jié)構(gòu),6.4.1 Jackson圖,2）選擇結(jié)構(gòu),3）重復(fù)結(jié)構(gòu),6.4.2 改進(jìn)的Jackson圖,Jackson方法的目標(biāo)是： 得出對(duì)程序處理過(guò)程的詳細(xì)描述。,6.4.3 Jackson方法,Jackson結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法由五個(gè)步驟組成： 1）分析并確定輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，并用Jackson圖描繪這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 2）找出輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元；,3）用三條規(guī)則從描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖導(dǎo)出描繪程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖： A為每對(duì)有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元，按照它們?cè)跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖中的層次在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次畫(huà)一個(gè)處理框；,B根據(jù)輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的每個(gè)數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次分別為它們畫(huà)上對(duì)應(yīng)的處理框； C根據(jù)輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的每個(gè)數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次分別為它們畫(huà)上對(duì)應(yīng)的處理框；,4）列出所有操作和條