第8章軟件過程設(shè)計

信息系統(tǒng)開發(fā)——方法、案例與實驗

主講：段智敏QQ：747885740過程設(shè)計主要內(nèi)容軟件設(shè)計基本原理軟件設(shè)計工具軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件詳細設(shè)計主要內(nèi)容學習目的與要求掌握軟件過程設(shè)計的主要內(nèi)容理解軟件設(shè)計的基本原理了解各種軟件設(shè)計工具了解軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計各種方法，理解每種設(shè)計方法的適用情況掌握軟件詳細設(shè)計的目標和方法考核知識點軟件工程設(shè)計的主要內(nèi)容軟件設(shè)計的基本原理軟件設(shè)計工具軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法軟件詳細設(shè)計軟件過程設(shè)計的應(yīng)用考核要求軟件過程設(shè)計的主要內(nèi)容綜合應(yīng)用：總體設(shè)計和詳細設(shè)計的內(nèi)容軟件設(shè)計的基本原理簡單應(yīng)用：軟件設(shè)計的幾種基本原理領(lǐng)會：模塊的基本屬性、耦合性和內(nèi)聚性的類型與各種類型的特點識記：模塊化的定義、抽象和信息隱蔽的概念簡單應(yīng)用：模塊獨立性的定義及其衡量標準軟件設(shè)計工具綜合應(yīng)用：各種軟件設(shè)計工具及其特點考核要求軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法識記：軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的分類簡單應(yīng)用：變換分析設(shè)計的主要步驟簡單應(yīng)用：事務(wù)分析設(shè)計的具體步驟綜合應(yīng)用：綜合數(shù)據(jù)流圖和分層數(shù)據(jù)流圖的映射軟件詳細設(shè)計識記：結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的概念簡單應(yīng)用：結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的基本思想簡單應(yīng)用：程序設(shè)計的目標和方法軟件過程設(shè)計的應(yīng)用綜合應(yīng)用：如何進行軟件過程設(shè)計軟件過程設(shè)計主要內(nèi)容軟件總體設(shè)計(概要設(shè)計)將系統(tǒng)劃分成功能模塊明確軟件結(jié)構(gòu)（模塊組成的層次系統(tǒng)）采用適當?shù)墓ぞ呙枋鲕浖Y(jié)構(gòu)軟件詳細設(shè)計確定怎樣具體實現(xiàn)軟件結(jié)構(gòu)圖中每個模塊的具體內(nèi)容細化程序的基本邏輯模塊化是解決一個復(fù)雜問題時自頂向下逐層把軟件系統(tǒng)劃分成若干模塊的過程模塊化的優(yōu)點：降低問題復(fù)雜性減少開發(fā)工作量降低開發(fā)成本提供軟件生產(chǎn)率在軟件的體系結(jié)構(gòu)中，模塊是可組合、分解和更換的單元，有以下基本屬性：接口：指模塊的輸入輸出。功能：模塊實現(xiàn)的功能。邏輯：內(nèi)部如何實現(xiàn)及所需數(shù)據(jù)。狀態(tài)：模塊的運行環(huán)境，調(diào)用與被調(diào)用關(guān)系邏輯屬性反映內(nèi)部特性，其它屬性反映模塊的外部特性。軟件成本M模塊數(shù)成本（工作量）接口成本成本/模塊最小區(qū)域軟件設(shè)計的基本原理抽象是認識復(fù)雜現(xiàn)象過程中使用的思維工具。抽象是對具體對象(問題)進行概括,抽出這一類對象的公共性質(zhì)并加以描述的過程。軟件結(jié)構(gòu)頂層模塊控制系統(tǒng)主要功能并影響全局，底層模塊完成具體的處理。在進行軟件設(shè)計時，抽象與逐步求精、模塊化密切相關(guān)，可提高軟件的可理解性信息隱蔽是指在設(shè)計和確定模塊時，使得一個模塊內(nèi)包含的信息（過程和數(shù)據(jù)），對于不需要這些信息的其他模塊來說，是不可訪問的。它為軟件系統(tǒng)的修改、測試及以后的維護都帶來好處。軟件設(shè)計的基本原理模塊的獨立性指每個模塊只完成系統(tǒng)要求的獨立的子功能，并且與其它模塊的聯(lián)系量最少且接口簡單。包括兩個度量準則耦合性：指軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中各模塊間相互聯(lián)系緊密程度的一種度量。模塊間耦合高低取決于接口的復(fù)雜性、調(diào)用的方式及傳遞的信息。內(nèi)聚性：指模塊的功能強度的度量，即一個模塊內(nèi)部各個元素彼此結(jié)合的緊密程度的度量。啟發(fā)性規(guī)則——“高內(nèi)聚低耦合”原則改進軟件結(jié)構(gòu)，提高模塊獨立性；模塊規(guī)模適中-每頁60行語句；深度、寬度、扇入和扇出適中；模塊的作用域力爭在控制域之內(nèi)；降低模塊接口的復(fù)雜性；模塊功能應(yīng)該可以預(yù)測。軟件設(shè)計的基本原理耦合性（由高到低）內(nèi)容耦合：一個模塊直接修改或操作另一個模塊的數(shù)據(jù)公共耦合：兩個以上的模塊共同引用一個全局數(shù)據(jù)項?？刂岂詈希阂粋€模塊向另一模塊傳遞一個控制信號，接受信號的模塊將依據(jù)該信號值進行必要的活動。標記耦合：兩個模塊至少有一個通過界面?zhèn)鬟f的公共有結(jié)構(gòu)的參數(shù)。數(shù)據(jù)耦合：模塊間通過參數(shù)傳遞基本類型的數(shù)據(jù)。非直接耦合。模塊間沒有信息傳遞時，屬于非直接耦合應(yīng)采用的總體原則：盡量使用數(shù)據(jù)耦合少用控制耦合限制公共耦合的范圍完全不用內(nèi)容耦合軟件設(shè)計的基本原理耦合性舉例2數(shù)據(jù)耦合3標記耦合住戶詳情中包含了“本月用電量”和“本月用水量”模塊ATRC：......模塊BGOTOTRC6內(nèi)容耦合5公共耦合4控制耦合內(nèi)聚性（由高到低）：功能內(nèi)聚：模塊的所有成分對完成單一功能是最基本的，且該模塊對完成這一功能而言是充分必要的。順序內(nèi)聚：各成分與一個功能相關(guān)，且一個成分的輸出作為另一成分的輸入。通信內(nèi)聚：各成分都操作在同一數(shù)據(jù)集或生成同一數(shù)據(jù)集。過程內(nèi)聚：處理成分必須以特定的次序執(zhí)行。時間內(nèi)聚：一個模塊完成的功能必須在同一時間內(nèi)完成，而這些功能只是因為時間因素關(guān)聯(lián)在一起。邏輯內(nèi)聚：幾個邏輯上相關(guān)的功能放在同一模塊中。偶然內(nèi)聚：一個模塊之內(nèi)各成分之間沒有任何關(guān)系。軟件設(shè)計的基本原理軟件設(shè)計的基本原理順序內(nèi)聚通信內(nèi)聚內(nèi)聚性舉例軟件設(shè)計工具HIPO(HierarchyPlus/Input/Processing/Output)HIPO圖是IBM公司在20世紀70年代發(fā)展起來的用于描述軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具。它實質(zhì)上是在描述軟件總體模塊結(jié)構(gòu)的層次圖(H圖)的基礎(chǔ)上，加入了用于描述每個模塊輸入/輸出數(shù)據(jù)和處理功能的IPO圖，因此它的中文全名為層次圖輸入/處理/輸出圖。H圖：用于在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中描繪軟件的層次結(jié)構(gòu)。H圖中每一個矩形框代表一個模塊，圖中最頂層的矩形框表示系統(tǒng)中的主控模塊，矩形框之間的連線用于表示模塊之間的調(diào)用關(guān)系。IPO圖：描繪模塊的輸入數(shù)據(jù)、加工和輸出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。層次圖中每個矩形框相對應(yīng)有IPO圖，來描述該矩形框所代表的模塊的具體處理過程，作為對層次圖中內(nèi)容的補充說明。IPO圖的基本形式為：在圖中左邊的框中列出模塊涉及的所有輸入數(shù)據(jù)，在中間的框中列出主要的加工，在右邊的框中列出處理后產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)；圖中的箭頭用于指明輸入數(shù)據(jù)、加工和輸出結(jié)果之間的關(guān)系表示軟件結(jié)構(gòu)的HIPO圖訂貨處理1.0銷售管理系統(tǒng)進貨處理2.0銷售統(tǒng)計3.0讀庫存記錄1.2輸入并檢驗訂單1.1缺貨處理4.0確定能否供貨1.3可供貨處理1.3.1缺貨貨單留底1.3.2H圖：每個矩形框代表一個模塊，連線表示“調(diào)用”而非“組成”。所謂HIPO，即對每個模塊附一張IPO圖。每個IPO圖中應(yīng)明確標出對應(yīng)模塊的編號。表示軟件結(jié)構(gòu)的HIPO圖

IPO表系統(tǒng)：______作者：______模塊：______日期：______編號：1.3

被調(diào)用：調(diào)用：輸入輸出：處理：局部數(shù)據(jù)元素文件名：全局變量：注釋：銷售管理系統(tǒng)確定能否訂貨訂貨處理可供貨模塊缺貨訂單留底訂單訂貨量X貨物庫存量Y供貨標志庫存文件IFY>XTHEN可供貨處理

ELSE缺貨訂單留底ENDIFIPO圖：HIPO圖特點表示模塊層次和輸入輸出數(shù)據(jù)及處理功能。H圖主要表示主功能模塊與次功能模塊的關(guān)系。高層IPO圖描述主功能模塊與次功能模塊的輸入、輸出和處理。低層IPO圖描述H圖中低層次的具體設(shè)計。每層以3～4個模塊為宜。HIPO圖存在的不足不能詳細描述算法。不容易轉(zhuǎn)換成高級語言。表示軟件結(jié)構(gòu)的HIPO圖軟件結(jié)構(gòu)圖模塊:模塊的表示是表明該模塊的功能。矩形表示模塊，現(xiàn)成的模塊以雙縱邊矩形表示。

模塊間的控制關(guān)系：上層模塊為了完成其任務(wù)必須依賴其他模塊。模塊間的信息傳遞：數(shù)據(jù)流和控制流軟件結(jié)構(gòu)圖ABCMABCA查詢成績B學生記錄學號查詢標志軟件結(jié)構(gòu)圖軟件結(jié)構(gòu)圖注意事項同一名字的模塊在結(jié)構(gòu)圖中僅能出現(xiàn)一次。調(diào)用關(guān)系只能從上到下。不嚴格表示模塊的調(diào)用次序，習慣上從左到右，有時為了減少連線的交叉，適當?shù)卣{(diào)整同一層模塊的左右位置，以保證結(jié)構(gòu)圖的清晰。結(jié)構(gòu)圖并不指明什么時候調(diào)用下層模塊，只表明一個模塊調(diào)用哪些模塊，至于模塊內(nèi)還有沒有其他成分則完全沒有表示。軟件結(jié)構(gòu)圖舉例產(chǎn)生最佳解原始輸入得到好輸入計算最佳解輸出結(jié)果讀輸入編輯輸入結(jié)果格式化顯示輸出原始輸入好輸入好輸入解解編輯結(jié)果格式化解解格式化解軟件結(jié)構(gòu)圖示意結(jié)構(gòu)圖的形態(tài)特征深度、寬度、扇入、扇出。TDMABC扇入扇出深度寬度詳細設(shè)計工具詳細設(shè)計結(jié)果基本上決定了最終程序代碼的質(zhì)量。不僅要邏輯正確，性能滿足，還要簡明易懂。采用自頂向下，逐步求精的程序設(shè)計方法。使用三種基本控制結(jié)構(gòu)構(gòu)造程序：順序、選擇、循環(huán)。單入口，單出口的共同特點。常用三種工具：圖形、表格和語言。程序流程圖（PFC）PAD圖盒圖（N-S圖）過程設(shè)計語言程序流程圖程序流程圖PFC（programflowchart) 程序流程圖是最早出現(xiàn)且使用較為廣泛的工具之一，能夠有效地描述問題求解過程中的程序邏輯結(jié)構(gòu)。 程序流程圖中經(jīng)常使用的基本符號如下：引入了關(guān)于三種動作控制結(jié)構(gòu)的術(shù)語/符號，三種控制結(jié)構(gòu):順序選擇循環(huán)程序流程圖程序流程圖程序流程圖的主要優(yōu)點在于對程序的控制流程描述直觀清晰，使用靈活，便于閱讀和掌握，因此在20世紀40年代末到70年代初被普遍采用。隨著程序設(shè)計方法的發(fā)展，程序流程圖的許多缺點逐漸暴露出來。這些缺點主要體現(xiàn)在以下方面：程序流程圖中可以隨心所欲地使用流程線，容易造成程序控制結(jié)構(gòu)的混亂，與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的思想相違背。程序流程圖難以描述逐步求精的過程，容易導致程序員過早考慮程序的控制流程，而忽略程序全局結(jié)構(gòu)的設(shè)計。程序流程圖難以表示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

正是由于程序流程圖存在的這些缺點，越來越多的軟件設(shè)計人員放棄了對它的使用，而去選擇其他一些更有利于結(jié)構(gòu)化設(shè)計的表達工具，如N－S圖和PAD圖。N-S圖N-S圖（Nassi-Shneiderman) N-S圖又稱為盒圖，它是為了保證結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計而由Nassi和Shneiderman共同提出的一種圖形工具。

示例N-S圖N-S圖N-S圖的主要優(yōu)點：在N-S圖中，所有的程序結(jié)構(gòu)均使用矩形框表示，它可以清晰地表達結(jié)構(gòu)中的嵌套及模塊的層次關(guān)系。由于N-S圖中沒有流程線，不可能隨意轉(zhuǎn)移控制，因而表達出的程序結(jié)構(gòu)必然符合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計“自頂向下逐步求精”的思想，有利于培養(yǎng)軟件設(shè)計人員的良好設(shè)計風格。域可以從圖上明顯看出，功能域的表達明確。容易確定局部數(shù)據(jù)與全局數(shù)據(jù)的作用域。很容易表達模塊的層次與嵌套關(guān)系。N-S圖的主要缺優(yōu)點：有控制流線，不能任意轉(zhuǎn)移。控制關(guān)系隱含，循環(huán)關(guān)系隱含。當所描述的程序嵌套層次較多時，N-S圖的內(nèi)層方框會越畫越小，不僅影響可讀性而且不易修改。PAD圖問題分析圖PAD（problemanalysisdiagram)

PAD圖是日立公司在1973年提出的一種用于詳細設(shè)計的圖形表達工具,它只能用于結(jié)構(gòu)化程序的描述。

PAD圖采用了易于使用的樹型結(jié)構(gòu)圖形符號，既利于清晰地表達程序結(jié)構(gòu)，又利于修改。PAD圖中使用的基本符號：示例PAD圖PAD圖PAD圖具有的主要優(yōu)點有：使用PAD圖描述的程序結(jié)構(gòu)層次清晰邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系直觀、易讀、易記、易修改。PAD圖為多種常用高級語言提供了相應(yīng)的圖形符號，每種控制語句都與一個專門的圖形符號相對應(yīng)，易于PAD圖向高級語言源程序轉(zhuǎn)換。支持自頂向下、逐步求精的設(shè)計過程。支持結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計原理，既能夠描述程序的邏輯結(jié)構(gòu)，又能夠描述系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PDL過程設(shè)計語言（ProcessDesignLanguage）是一種用于描述模塊算法設(shè)計和處理細節(jié)的語言。分內(nèi)外兩層語言。外層具有嚴格的關(guān)鍵字語法，內(nèi)層表示實際操作和條件的自然語言，語法自由。程序結(jié)構(gòu)有：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、重復(fù)結(jié)構(gòu)、出口結(jié)構(gòu)、擴充結(jié)構(gòu)（模塊定義、模塊調(diào)用、數(shù)據(jù)定義、輸入/輸出）等。PDL語言的主要特點各種定義語句及控制結(jié)構(gòu)的表達都具有嚴格的語法形式，使程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)說明等更加清晰。提供了數(shù)據(jù)說明機制，可用于定義簡單及復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。提供了模塊的定義和調(diào)用機制，方便了程序模塊化的表達。PDL語言的缺點不如圖形工具直觀清晰不如判定表和判定樹清晰簡單軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法軟件結(jié)構(gòu)包括兩部分：程序模塊結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。程序結(jié)構(gòu)表明了程序各部件的組織情況，通常是樹狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并包含了在程序控制上的層次關(guān)系。為了實現(xiàn)設(shè)計目標，總體設(shè)計的具體任務(wù)是：將DFD轉(zhuǎn)化為MSD，分二步實現(xiàn)：第一步：將DFD轉(zhuǎn)化為初始的模塊結(jié)構(gòu)圖變換型數(shù)據(jù)流圖事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖變換設(shè)計事務(wù)設(shè)計第二步：基于模塊化原理“高內(nèi)聚低耦合”，給出一些設(shè)計規(guī)則——經(jīng)驗規(guī)則，將初始的MSD轉(zhuǎn)化為最終可供詳細設(shè)計使用的MSD。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法數(shù)據(jù)流圖分類變換型事務(wù)型變換設(shè)計XX系統(tǒng)變換模塊geteputhputggetcgetdc，d->ee->ff->g，hh->yputyg->xputxx->zputzgetagetbb->da->ceeg，hhgzzxxgyyhdbcacdeefg，hfxab事務(wù)設(shè)計事務(wù)中心輸入模塊路徑1路徑2輸出模塊aycgbfc->ecee->gegb->dbdd->fdf變換型數(shù)據(jù)流圖由輸入、變換和輸出三部分組成。變換中心邏輯輸入邏輯輸出物理輸出物理輸入時間內(nèi)部表示信息輸入流變換流信息流外部表示輸出流事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖

數(shù)據(jù)沿著輸入通路到達一個加工T。T將輸入數(shù)據(jù)分解成一串發(fā)散的數(shù)據(jù)流，形成許多的活動路徑，并根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型在若干動作序列中選出一個來執(zhí)行。T事務(wù)處理中心接收輸入數(shù)據(jù)。分析輸入數(shù)據(jù)，確定類型。根據(jù)事務(wù)類型選取一活動通路。變換分析設(shè)計確定輸入流和輸出流的邊界，從而孤立出變換中心(1)檢查“輸入流”的邊界從輸入的數(shù)據(jù)源開始，沿著每一個由數(shù)據(jù)源傳入的數(shù)據(jù)流的移動方向進行跟蹤分析，逐個分析它所經(jīng)過的處理邏輯功能。如果僅是傳入的數(shù)據(jù)流作形式上的轉(zhuǎn)換，邏輯上沒有進行實際的數(shù)據(jù)處理功能，則這些處理邏輯屬于系統(tǒng)的“輸入處理部分”。順著傳入的數(shù)據(jù)流的移動方向，一直跟蹤到它被真正地處理為止。(2)檢查“輸出流”的邊界從輸出結(jié)果的地方開始，逆著每一個傳遞出去的數(shù)據(jù)流，由外向里反方向跟蹤，逐個分析它的處理邏輯功能，一直反方向跟蹤到它被真正地產(chǎn)生出來為止。(3)得到變換中心根據(jù)前兩步的分析結(jié)果，畫出一個閉環(huán)界線，在界線以內(nèi)的就是變換中心。變換分析設(shè)計設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)的頂層和第一層——變換結(jié)構(gòu)CmCICTCO第一級分解變換分析設(shè)計設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)的頂層和第一層——變換結(jié)構(gòu)(1)頂層主模塊Cm是抽象出來的，以系統(tǒng)的名字命名，協(xié)調(diào)控制下屬模塊，完成系統(tǒng)各項功能。(2)第一層：為每一個邏輯輸入設(shè)計一個輸入模塊功能：為主模塊提供數(shù)據(jù)輸入為每一個邏輯輸出設(shè)計一個輸出模塊功能：為主模塊提供數(shù)據(jù)輸出為中心變換設(shè)計一個變換模塊功能：將邏輯輸入轉(zhuǎn)換成邏輯輸出變換分析設(shè)計設(shè)計中、下層模塊——自頂向下，逐層分解輸入模塊的下屬模塊設(shè)計為每個輸入模塊設(shè)計兩個下層模塊①一個用于接收數(shù)據(jù)②另一個用于將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所要求的數(shù)據(jù)①②重復(fù)直到物理輸入為止輸出模塊的下屬模塊設(shè)計每個輸出模塊設(shè)計兩個下層模塊①一個將調(diào)用模塊提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)據(jù)形式。②另一個用于發(fā)送數(shù)據(jù)①②重復(fù)直到物理輸出為止變換模塊的下屬模塊設(shè)計按照模塊獨立性的原則來組織其結(jié)構(gòu)，一般每個基本加工設(shè)計一個功能模塊。AtoBGetBGetAaabPutBPutAbaaBtoA變換分析設(shè)計ABCDEFGHf1f2f3f4f5f6f7f8f9f10f11變換中心輸入輸出主模塊f2Getf3將f3變換成f7和f8Putf7Getf2BFPutf9f3f7f9f7f9f3f7f8Putf8EDCf8GAHPutf10Putf11Gutf1f1f1f2f8f10f10f11f10f11f3f2初始結(jié)構(gòu)圖變換分析設(shè)計設(shè)計的優(yōu)化——根據(jù)設(shè)計準則輸入部分的求精對每個物理輸入設(shè)置專門模塊，以體現(xiàn)系統(tǒng)的外部接口；其他輸入模塊并非真正輸入，當它與轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的模塊都很簡單時，可將它們合并成一個模塊。GetCGetBGetAabAtoBGetBGetAaabBtoCGetCbbc變換分析設(shè)計設(shè)計的優(yōu)化——根據(jù)設(shè)計準則輸出部分的求精為每個物理輸出設(shè)置專門模塊，同時注意把相同或類似的物理輸出模塊合并在一起，以減低耦合度。PutBPutAbaaBtoAPutBPutAa變換分析設(shè)計設(shè)計的優(yōu)化——根據(jù)設(shè)計準則變換部分的求精：根據(jù)設(shè)計準則，對模塊進行合并和調(diào)整。軟件結(jié)構(gòu)的求精，具有很大的經(jīng)驗性。追求“高內(nèi)聚，低耦合”方法：設(shè)計有獨立功能的模塊模塊間傳遞數(shù)據(jù)型的參數(shù)模塊間共享信息盡量少事務(wù)分析設(shè)計事務(wù)分析的設(shè)計步驟和變換分析的設(shè)計步驟大部分