軟件工程4軟件設(shè)計(jì)ppt課件

1、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)闡明書的規(guī)范化編寫。件設(shè)計(jì)闡明書的規(guī)范化編寫。4.1 軟件設(shè)計(jì)概述4.1.1 軟件設(shè)計(jì)的義務(wù) 軟件設(shè)計(jì)的根本目的就是回答“系統(tǒng)應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)？這個(gè)問題。軟件設(shè)計(jì)的義務(wù)，就是把分析階段產(chǎn)生的軟件需求闡明轉(zhuǎn)換為用適當(dāng)手段表示的軟件設(shè)計(jì)文檔。 1系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì) 系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)用于定義軟件主要構(gòu)造性元素之間的關(guān)系。系統(tǒng)構(gòu)造設(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

2、所需的數(shù)據(jù)構(gòu)造。部分?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)能夠和軟件系統(tǒng)構(gòu)造的設(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)那么會(huì)發(fā)生在設(shè)計(jì)每個(gè)詳細(xì)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)描畫軟件內(nèi)部模塊之間以及軟件與人之間是如何通訊的包括數(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看，傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)義務(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)命名且可經(jīng)過名字訪問的過程函數(shù)、子程序或宏調(diào)用都可看作模塊。普通模塊具有以

3、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：描畫模塊內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)需求及所需數(shù)據(jù)。 4形狀：模塊的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境，模塊間調(diào)用與被調(diào)用關(guān)系。 軟件設(shè)計(jì)該當(dāng)遵照“模塊化的原那么。所謂“模塊化，就是將程序劃分成假設(shè)干個(gè)獨(dú)立的模塊的過程，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)絡(luò)，它們共同完成系統(tǒng)指定的各項(xiàng)功能。 4.1.3 籠統(tǒng)與細(xì)化籠統(tǒng)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)的差別。細(xì)化是一種先總體、后部分的思想原那么，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。假設(shè)模塊的規(guī)模過大，會(huì)使得模塊的可重用

4、性差，同時(shí)，修正、維護(hù)也比較困難。在模塊設(shè)計(jì)中，“細(xì)化與“籠統(tǒng)的思想極為重要。經(jīng)過細(xì)化，可以將一個(gè)大模塊分解成假設(shè)干個(gè)小模塊；經(jīng)過籠統(tǒng)，可以將多個(gè)模塊中的公共部分概括出來，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)包含的信息過程和數(shù)據(jù)對(duì)于不需求這些信息的模塊來說是不能訪問的。它經(jīng)過定義一組獨(dú)立的模塊來實(shí)現(xiàn)有效的模塊化。信息隱蔽作為一種設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么用于模塊化系統(tǒng)，在測(cè)試與維護(hù)期間會(huì)為軟件修正帶來極大的益處。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詳細(xì)的子功能，應(yīng)與軟件系統(tǒng)中其他模塊的接口堅(jiān)持簡單化

5、，即模塊間的聯(lián)絡(luò)不要太多。例如，假設(shè)一個(gè)模塊只具有單一的功能，且與其他模塊沒有太多的聯(lián)絡(luò)，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)立性相互銜接的嚴(yán)密程度)的度量。模塊之間的銜接越嚴(yán)密，聯(lián)絡(luò)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)模塊之間無直接關(guān)系，它們之間的聯(lián)絡(luò)完全是經(jīng)過主程序的控制和調(diào)用來實(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訊參數(shù)都是數(shù)據(jù)項(xiàng)。數(shù)據(jù)是模塊間進(jìn)展信息交流的一種必不可少的聯(lián)絡(luò)方式。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)志耦合 假設(shè)兩

6、個(gè)模塊經(jīng)過參數(shù)表傳送記錄信息，而這個(gè)記錄是某一數(shù)據(jù)構(gòu)造的子構(gòu)造如字符串，而不是簡單變量 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 控制耦合的修正 5外部耦合 假設(shè)一組模塊經(jīng)過同個(gè)全局簡單變量相互作用，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同一全局?jǐn)?shù)據(jù)構(gòu)造。 7內(nèi)容耦合 內(nèi)容耦合是指一個(gè)模塊直接訪問另一模塊的內(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)合的嚴(yán)密程度)的度量。一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素之間的聯(lián)絡(luò)越嚴(yán)密，那么它的內(nèi)聚性就越高，相對(duì)地，它

7、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偶爾內(nèi)聚 假設(shè)一個(gè)模塊的各個(gè)部分之間沒有聯(lián)絡(luò)，或者即使有聯(lián)絡(luò)，這種聯(lián)絡(luò)也是很松散的，就稱為偶爾內(nèi)聚。 2邏輯內(nèi)聚 假設(shè)把幾個(gè)邏輯上相關(guān)的功能放在同一個(gè)模塊中，那么模塊每次被調(diào)用時(shí)，根據(jù)傳送給該模塊的斷定參數(shù)來確定模塊應(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)組成部分的處置動(dòng)作和時(shí)間有關(guān)。 4通訊內(nèi)聚 通訊內(nèi)聚是指一個(gè)模塊內(nèi)各個(gè)組成部分的處置動(dòng)作都運(yùn)用一樣的輸入數(shù)據(jù)或產(chǎn)生一樣的輸出數(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)處置動(dòng)作有這樣的特征：前一處置動(dòng)作所產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)是下一個(gè)處置動(dòng)

8、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)組成部分的處置動(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)戰(zhàn)略采用自頂向下的戰(zhàn)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)，直至分解為可以直接實(shí)現(xiàn)的軟件模塊。采用自底向上的戰(zhàn)略那么首先思索最根本的系統(tǒng)構(gòu)件和系統(tǒng)的內(nèi)部函數(shù)，然后逐漸將這些構(gòu)件聚合成更大的軟件模塊、子系統(tǒng)，最終構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。4.1.7 構(gòu)造化設(shè)計(jì)原那么1設(shè)計(jì)過程應(yīng)該可以預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。 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)該注重資源重用。 4設(shè)計(jì)應(yīng)該使最終軟件盡能夠和現(xiàn)實(shí)世界

9、中的問題“類似，也就是說，軟件設(shè)計(jì)的構(gòu)造應(yīng)該盡能夠地模擬問題域的構(gòu)造。 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)該順應(yīng)擴(kuò)展和變卦。 7設(shè)計(jì)應(yīng)該思索軟件的容錯(cuò)性和處置錯(cuò)誤、異常的才干。 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)該可以評(píng)價(jià)質(zhì)量，而不是在事情完成之后評(píng)價(jià)。 10應(yīng)該評(píng)審設(shè)計(jì)，以減少概念性語義性錯(cuò)誤。4.2 概要設(shè)計(jì)4.2.1 概要設(shè)計(jì)的根本義務(wù)1. 制定規(guī)范如規(guī)定代碼體系、接口規(guī)約、命名規(guī)那么等。2. 總體構(gòu)造設(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)的模塊來實(shí)現(xiàn)。2決議模塊層次構(gòu)造和模塊間的調(diào)用關(guān)系。3模塊間的接口設(shè)計(jì)決議模塊間傳送的

10、信息及構(gòu)造。4用戶界面設(shè)計(jì)。5詳細(xì)的數(shù)據(jù)構(gòu)造設(shè)計(jì)，如表、索引、文件等。6與算法相關(guān)的邏輯數(shù)據(jù)構(gòu)造及操作。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. 構(gòu)造化軟件設(shè)計(jì)方法 構(gòu)造化軟件概要設(shè)計(jì)的步驟如下： 1詳細(xì)閱讀需求規(guī)格闡明書，了解系統(tǒng)建立目的、業(yè)務(wù)現(xiàn)狀、現(xiàn)有系統(tǒng)、用戶需求的各功能闡明。 2分析數(shù)據(jù)流圖，弄清數(shù)據(jù)流加工的過程。 3根據(jù)數(shù)據(jù)流圖來決議數(shù)據(jù)處置問題的類型，普通分為變換型、事務(wù)型。 4推導(dǎo)出系統(tǒng)的初始構(gòu)造圖。 普通遵照以下步驟： 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，便可得到初始構(gòu)造圖5對(duì)初始構(gòu)造圖進(jìn)展改良完善：

11、一切的加工都要能對(duì)應(yīng)到相應(yīng)模塊模塊的完好性在于它們完成了需求中的一切加工，消除完全類似或部分類似的反復(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)構(gòu)造、每種數(shù)據(jù)構(gòu)造上的操作，操作該當(dāng)屬于某個(gè)模塊。7確定系統(tǒng)包含哪些運(yùn)用效力子系統(tǒng)、客戶端、數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)。8對(duì)每個(gè)挑選后的模塊進(jìn)展列表闡明。9對(duì)邏輯數(shù)據(jù)構(gòu)造進(jìn)展列表闡明。10編寫概要設(shè)計(jì)闡明書。2. 面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法 運(yùn)用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，首先需求構(gòu)建軟件的體系構(gòu)造，其過程是：先將系統(tǒng)劃分為子系統(tǒng)可以運(yùn)用包來描畫子系統(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

12、解，得到更簡單的子系統(tǒng)。3. 構(gòu)造化軟件設(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，構(gòu)造化軟件是功能的集合，經(jīng)過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?，?jīng)過對(duì)象以及對(duì)象和對(duì)象之間的通訊聯(lián)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。 2從構(gòu)成方面看，構(gòu)造化軟件過程數(shù)據(jù)，以過程為中心；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)轉(zhuǎn)控制方面看，構(gòu)造化軟件采用順序處置方式，由過程驅(qū)動(dòng)控制；面向?qū)ο筌浖捎媒换ナ健⒉⑿刑幹梅绞?，由音訊?qū)動(dòng)控制。 4從開發(fā)方面看，構(gòu)造化方法的任務(wù)重點(diǎn)是設(shè)計(jì)；面向?qū)ο蠓椒ǖ娜蝿?wù)重點(diǎn)是分析。但是，在構(gòu)造化方法中，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

13、求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構(gòu)造圖，而在面向?qū)ο蠓椒ㄖ心敲床淮嬖谶@一問題。 5從運(yùn)用方面看，相對(duì)而言，構(gòu)造化方法和面向?qū)ο蟮姆椒ňm宜數(shù)據(jù)處置、事務(wù)處置軟件的開發(fā)，但相對(duì)而言，構(gòu)造化方法更適宜數(shù)據(jù)類型比較簡單的數(shù)值計(jì)算軟件的開發(fā)，面向?qū)ο蠓椒敲锤m宜大型復(fù)雜軟件的開發(fā)。4.2.3 軟件構(gòu)造圖圖4-6 成果管理系統(tǒng)的軟件構(gòu)造圖4.2.4 數(shù)據(jù)流圖 數(shù)據(jù)流圖簡稱DFD，是采用圖形方式來表達(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程，是構(gòu)造化系統(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

14、根本義務(wù)1對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)展詳細(xì)的算法設(shè)計(jì)。用某種圖形、表格、言語工具將每個(gè)模塊處置過程的詳細(xì)算法描畫出來。2對(duì)模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)構(gòu)造進(jìn)展設(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)展確切的定義。3對(duì)數(shù)據(jù)構(gòu)造進(jìn)展物理設(shè)計(jì)，即確定數(shù)據(jù)庫的物理構(gòu)造。物理構(gòu)造主要指數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)記錄格式、存儲(chǔ)記錄安排和存儲(chǔ)方法，這些都依賴于詳細(xì)所運(yùn)用的數(shù)據(jù)庫系統(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)庫中的某些數(shù)據(jù)項(xiàng)的值要進(jìn)展代碼設(shè)計(jì)。為了規(guī)范系統(tǒng)的輸入和輸出，還需求進(jìn)展輸入/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)展對(duì)話方式、內(nèi)容、格式的詳細(xì)設(shè)計(jì)。5編寫

15、詳細(xì)設(shè)計(jì)闡明書。6評(píng)審。對(duì)處置過程的算法和數(shù)據(jù)庫的物理構(gòu)造都要評(píng)審。4.3.2 程序流程圖符號(hào)說明端點(diǎn)：流程的開始點(diǎn)或結(jié)束點(diǎn)處理：定義一個(gè)操作（一個(gè)或多個(gè)程序語句）流線：表示程序控制轉(zhuǎn)向判斷：測(cè)試條件是否滿足表4-1 程序流程圖的符號(hào)闡明圖4-7 程序流程圖的一個(gè)簡單例子4.3.3 盒圖圖4-8 盒圖的順序構(gòu)造圖4-9 盒圖的條件構(gòu)造圖4-10 盒圖的While循環(huán)構(gòu)造圖4-11 盒圖的Until循環(huán)構(gòu)造圖4-12 盒圖的選擇構(gòu)造圖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

16、。它的優(yōu)點(diǎn)是輸入、輸出明顯，容易被人了解，適宜于進(jìn)展自頂向下設(shè)計(jì)，有一定的靈敏性。另外，運(yùn)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)。它的缺陷是：制造量較大，修正較困難。4.3.5 PAD圖圖4-16 PAD圖的常見構(gòu)造4.3.6 偽代碼 偽代碼是一種算法描畫言語，它介于自然言語與實(shí)踐的編程言語之間。相比實(shí)踐的編程言語而言，偽代碼的代碼簡單、可讀性好，但它不可以在實(shí)踐的編程環(huán)境中編譯運(yùn)轉(zhuǎn)。相比自然言語而言，偽代碼更容易被轉(zhuǎn)換為實(shí)踐的程序。普通來說，在軟件設(shè)計(jì)中，一些復(fù)雜的算法可以用偽代碼來表示。4.4 軟件設(shè)計(jì)闡明書與案例分析4.4.1 軟件設(shè)計(jì)闡明書1. 概要設(shè)計(jì)闡明書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)轉(zhuǎn)環(huán)境2.3根本設(shè)計(jì)概念和處置流程2.4構(gòu)造2.5功能需求與程序的關(guān)系2.6人工處置過程2.7尚未問決的問題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)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)4.1運(yùn)轉(zhuǎn)模塊組合