軟件工程課件第07章

軟件工程課件第07章第一頁，共54頁。

是后續(xù)開發(fā)步驟及軟件維護工作的基礎(chǔ)。如果沒有設(shè)計，只能建立一個不穩(wěn)定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計：BeiHuaZLLZhangLingling第二頁，共54頁。軟件工程第7章軟件設(shè)計基礎(chǔ)概念基本概念設(shè)計過程設(shè)計工具說明與評審BeiHuaZLLZhangLingling第三頁，共54頁。7.1.1軟件設(shè)計過程TextText技術(shù)角度與管理角度詳細設(shè)計概要設(shè)計過程設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計概要設(shè)計根據(jù)需求確定軟件和數(shù)據(jù)的總體框架詳細設(shè)計將“概設(shè)”結(jié)果進一步精化成算法表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計確定程序各主要部件之間的關(guān)系數(shù)據(jù)設(shè)計把信息描述轉(zhuǎn)換為實現(xiàn)軟件所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)過程設(shè)計完成每一部件的過程化描述BeiHuaZLLZhangLingling第四頁，共54頁。7.1.2抽象與逐步求精抽象抽出事務(wù)的本質(zhì)特性而暫時不考慮它們的細節(jié)。是控制復(fù)雜性的基本策略。定義需求設(shè)計實現(xiàn)軟件系統(tǒng)被描述為基于計算機的大系統(tǒng)的一個組成部分軟件用問題域約定的習(xí)慣用語表達概要設(shè)計過渡到詳細設(shè)計時，抽象級再一次降低編碼完成后達到了抽象的最低級過程抽象把完成一個特定功能的動作序列抽象為一個過程名和參數(shù)表數(shù)據(jù)抽象把一個數(shù)據(jù)對象的定義（或描述）抽象為一個數(shù)據(jù)類型名BeiHuaZLLZhangLingling第五頁，共54頁。抽象1：該CAD軟件系統(tǒng)配有與繪圖員進行可視化通信的圖形界面，能用鼠標代替繪圖工具畫各種直線和曲線；能完成所有幾何計算以及所有截面視圖和輔助視圖的設(shè)計。圖形設(shè)計的結(jié)果保存在圖形文件中，圖形文件可以包含幾何的、正文的和其他各種補充設(shè)計信息。例7.1考慮適用于低級CAD的圖形軟件包CAD軟件任務(wù)創(chuàng)建二維圖形管理圖形文件用戶界面顯示圖形任務(wù)抽象2：

CAD軟件任務(wù)；用戶界面子任務(wù)；創(chuàng)建二維圖形子任務(wù)；顯示圖形子任務(wù)；管理圖形文件子任務(wù)；

endCAD.抽象3（僅以“創(chuàng)建二維圖形任務(wù)”為例）

PROCEDURE創(chuàng)建二維圖形

REPEATUNTIL<創(chuàng)建圖形任務(wù)終止>……ENDREPETITION;ENDPROCEDURE.;DOWHILE<出現(xiàn)與數(shù)字儀的交互時>

數(shù)字儀接口任務(wù)；判斷作圖請求；線：畫線任務(wù)；圓：畫圓任務(wù)；

……END;

DOWHILE<出現(xiàn)與鍵盤的交互時>

鍵盤接口任務(wù)；選擇分析或計算；輔助視圖：輔助視圖任務(wù)；截面視圖：截面視圖任務(wù)；……END;BeiHuaZLLZhangLingling第六頁，共54頁。數(shù)據(jù)對象：

TYPEdrawing

ISSTRUCTUREDEFINEDnumberISSTRINGLENTH(12);

geometryDEFINED…notesISSTRINGLENTH(256);

bomDEFINED…ENDdrawingTYPE;數(shù)據(jù)抽象blueprintISINSTANCEOFdrawing;

或schematicISINSTANCEOFdrawing;

BeiHuaZLLZhangLingling第七頁，共54頁。逐步求精逐步求精為了能集中精力解決主要問題而盡量推遲對問題細節(jié)的考慮抽象求精BeiHuaZLLZhangLingling第八頁，共54頁。7.1.3模塊化與信息隱藏模塊理論依據(jù)理想的屬性大小I/O、功能，程序、數(shù)據(jù)程序、程序段、子程序一個功能、易理解、獨立例：庫存管理系統(tǒng)的模塊劃分事務(wù)接收模塊更新庫存清單訂貨處理生成報表例：人事管理系統(tǒng)輸入職工檔案職工檔案管理系統(tǒng)生成職工檔案報表系統(tǒng)最小成本區(qū)域MO軟件總成本用于接口的成本每個模塊成本之和模塊總數(shù)成本或工作量信息隱藏內(nèi)聚度耦合度分治法：C(P1+P2)>C(P1)+C(P2)E(P1+P2)>E(P1)+E(P2BeiHuaZLLZhangLingling第九頁，共54頁。信息隱藏模塊內(nèi)所含信息對那些不需要這些信息的模塊不可訪問，每個模塊只完成一個相對獨立的特定功能。模塊獨立性(Moduleindependence)好設(shè)計的關(guān)鍵：每個模塊完成一個相對獨立的子功能，并且與其它模塊間的接口簡單。獨立性的度量：耦合(Coupling)&內(nèi)聚(Cohesion)BeiHuaZLLZhangLingling第十頁，共54頁。低級內(nèi)聚度（3個）一個模塊內(nèi)各成分為完成一組功能而組合在一起，它們相互之間即使有關(guān)系，也很松散。1邏輯一個模塊完成的諸任務(wù)邏輯上相關(guān)

2偶然如果一個模塊包含的諸任務(wù)必須在同一時間段內(nèi)執(zhí)行。例如一個初始化模塊3時間A:Readinputsfromdiskfromtapefrom……BeiHuaZLLZhangLingling第十一頁，共54頁。中級內(nèi)聚度（2個）模塊內(nèi)成分彼此相關(guān)，并且必須按特定的次序執(zhí)行4過程模塊中各成分都將對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同一區(qū)域進行操作5通信模塊A從文件FILE讀出數(shù)據(jù)1.由數(shù)據(jù)產(chǎn)生報表一2.由數(shù)據(jù)產(chǎn)生報表二循環(huán)體計算累積事務(wù)記錄累積銷售額累積訂貨量enterdatacheckdatamanipulatedataBeiHuaZLLZhangLingling第十二頁，共54頁。高級級內(nèi)聚度（2個）模塊內(nèi)的各處理成分均與同一功能相關(guān)，且這些處理必須順序執(zhí)行6順序模塊內(nèi)所有成分形成一個整體，完成單個功能7功能1.輸入系數(shù)2.求方程的根3.打印方程的根求一元二次方程根的模塊BeiHuaZLLZhangLingling第十三頁，共54頁。七種“內(nèi)聚模塊”的性能比較

形式評價可修改性可讀性黑箱程度通用性偶然最壞最壞最壞黑箱好邏輯最壞最壞不好不完全黑好時間不好不好中不完全黑中過程中中中半透明不好通信中中中半透明不好順序好好好透明最壞功能好好好透明最壞BeiHuaZLLZhangLingling第十四頁，共54頁。模塊間的耦合

耦合：表示一個軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)各個模塊之間的互連程度，盡量選用松散耦合的系統(tǒng)1.非直接耦合：兩個模塊中任一個，都不依賴于對方能獨立工作1.非直接耦合--—2.數(shù)據(jù)耦合2.數(shù)據(jù)耦合兩個模塊間通過參數(shù)交換信息，而信息僅限于數(shù)據(jù)開發(fā)貨單計算金額單價數(shù)量金額GreatdealofdependenceIndependentHighlycoupledLooselycoupledUncoupledBeiHuaZLLZhangLingling第十五頁，共54頁。3.特征耦合計算水費和電費計算水費計算電費住戶詳情水費住戶詳情電費計算水量和電費計算水費計算電費水費電費本月用水量本月用電量

住戶詳情數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包括：“本月用水量”、“本月用電量”?！疤卣黢詈稀眻D可改進“數(shù)據(jù)耦合”圖如果兩個模塊都與同一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有關(guān)，則為特征耦合。BeiHuaZLLZhangLingling第十六頁，共54頁。4.當模塊A向模塊B所傳遞的信息控制了B的內(nèi)部邏輯。獲得庫存記錄檢索庫存記錄庫存編號庫存量打印“無此庫存記錄”錯誤信息4.控制耦合----5.外部耦合5.若干模塊均與同一個外部環(huán)境關(guān)聯(lián)。如：I/O、格式、通信協(xié)議BeiHuaZLLZhangLingling第十七頁，共54頁。

6.公共耦合----7.內(nèi)容耦合(病態(tài)耦合)6.如果兩個模塊都和同一個公共數(shù)據(jù)域有關(guān)ABC公用數(shù)據(jù)7.一個模塊和另一個模塊的內(nèi)部屬性有關(guān)(運行程序和內(nèi)部數(shù)據(jù))。如：一個模塊使用另一個模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)或控制信息；一個模塊直接轉(zhuǎn)移到另一個模塊。模塊A中TRC：模塊B中GOTOTRCBeiHuaZLLZhangLingling第十八頁，共54頁。設(shè)計模塊時，應(yīng)以數(shù)據(jù)耦合為主，輔以特征耦合與控制耦合，消除公共耦合和內(nèi)容耦合。七種“耦合模塊”的性能比較

耦合方式對連鎖反應(yīng)的影響可修改性可讀性通用性非直接弱好好好數(shù)據(jù)弱好好好特征弱中中中控制中不好不好不好外部中不好不好不好公共強不好最壞最壞內(nèi)容最強最壞最壞最壞BeiHuaZLLZhangLingling第十九頁，共54頁。耦合、內(nèi)聚與模塊獨立性的關(guān)系BeiHuaZLLZhangLingling第二十頁，共54頁。7.1.4軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計（softwarearchitecture）目標：模塊化的程序結(jié)構(gòu)、明確各模塊之間的控制關(guān)系、說明程序的輸入輸出數(shù)據(jù)流、進一步協(xié)調(diào)程序結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。軟件結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)中所有過程性部件(即模塊)構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)(即程序結(jié)構(gòu))對應(yīng)于程序結(jié)構(gòu)的輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)BeiHuaZLLZhangLingling第二十一頁，共54頁。結(jié)構(gòu)設(shè)計原則BeiHuaZLLZhangLingling第二十二頁，共54頁。結(jié)構(gòu)設(shè)計原則2.模塊規(guī)模適中：過大不易理解；太小則接口開銷過大。注意分解后不應(yīng)降低模塊的獨立性。提高模塊獨立性爭取低耦合、高內(nèi)聚（增加內(nèi)聚>減少耦合）BeiHuaZLLZhangLingling第二十三頁，共54頁。深度=分層的層數(shù)。過大表示分工過細。寬度=同一層上模塊數(shù)的最大值。過大表示系統(tǒng)復(fù)雜度大。3.選擇適當?shù)纳疃?、寬度、扇出和扇入BeiHuaZLLZhangLingling第二十四頁，共54頁。扇出=一個模塊直接調(diào)用\控制的模塊數(shù)。3fan-out9AA的扇出AA的扇入

扇入=直接調(diào)用該模塊的模塊數(shù)在不破壞獨立性的前提下，fan-in

大的比較好。BeiHuaZLLZhangLingling第二十五頁，共54頁。4、作用域在控制域內(nèi)控制域MACBM的控制域為{M，A，B，C}作用域：M中的一個判定所影響的模塊。例如：A:

…………if……thengotoB1……………………B:……………………B1:……………………作用域在控制域內(nèi)A:…………if……thengotoM1……………………M:……………………M1:gotoC1……………………作用域超出了控制域上例中A的作用超出了控制域。改進方法之一，可以把A中的if

移到M中；方法之二，可以把C移到A下面。BeiHuaZLLZhangLingling第二十六頁，共54頁。5、降低接口的復(fù)雜程度：接口復(fù)雜可能表明模塊的獨立性差。6、單出單入，避免內(nèi)容耦合。7、模塊功能可預(yù)測——相同輸入必產(chǎn)生相同輸出。反例：模塊中使用全局變量或靜態(tài)變量，則可能導(dǎo)致不可預(yù)測。BeiHuaZLLZhangLingling第二十七頁，共54頁。7.2軟件過程設(shè)計技術(shù)和工具

7.2.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計是程序設(shè)計技術(shù)，它采用自頂向下逐步求精的設(shè)計方法和單入口單出口的控制構(gòu)件。

結(jié)構(gòu)化設(shè)計圖形表示法盒圖流程圖判定樹判定表BeiHuaZLLZhangLingling第二十八頁，共54頁。7.2.2圖形表示法1．流程圖（也稱為程序框圖）是最常用的一種表示法，“順序”、“分支”和“循環(huán)”三個基本控制構(gòu)件用流程圖表達的形式如圖8-2-1所示。F第二個任務(wù)順序結(jié)構(gòu)then部分else部分do?while循環(huán)第一個任務(wù)T分支條件If?then?else結(jié)構(gòu)循環(huán)條件循環(huán)體TF圖8-2-1流程圖構(gòu)件BeiHuaZLLZhangLingling第二十九頁，共54頁。7.2.2圖形表示法2．盒圖也稱為N-S圖或Chapin圖。這種表達方式取消了流程線，它強迫程序員以結(jié)構(gòu)化方式思考和解決問題。第一個任務(wù)第二個任務(wù)第三個任務(wù)順序結(jié)構(gòu)else部分then部分條件FTif-then-else結(jié)構(gòu)do-while部分循環(huán)條件循環(huán)結(jié)構(gòu)圖8-2-3盒圖的構(gòu)件BeiHuaZLLZhangLingling第三十頁，共54頁。7.2.3判定表與判定樹判定表由四部分組成：左上部列出所有條件左下部列出所有可能的動作右上部所有可能的條件組合（矩陣）右下部條件組合與動作之間的對應(yīng)關(guān)系用于：條件復(fù)雜，根據(jù)這些條件的組合選擇動作判定表的每一列可解釋為一條處理規(guī)則BeiHuaZLLZhangLingling第三十一頁，共54頁。7.2.3判定表與判定樹【例7.2】問題處理描述：耗電記費系統(tǒng)可以采用固定價格收費、浮動價格收費和其他方式收費三種方式。若采用固定價格方式收費，對每月耗電100kW?h以下的用戶只征收最低標準費，超過100kW?h的用戶按價格表A收費；若采用浮動價格方式收費，則每月耗電100kW?h以下的用戶按價格A收費，超過100kW?h的用戶按價格B收費。BeiHuaZLLZhangLingling第三十二頁，共54頁。表7?1判定表規(guī)則12345固定價格方式浮動價格方式耗電＜100kW.h

耗電≥100kW.hTFTFTFFTFTTFFTFTFF收取最低標準費按價格表A收費按價格表B收費其他處理√√√√√條件動作BeiHuaZLLZhangLingling第三十三頁，共54頁。【例7.2】判定樹

耗電＜100kW·h—收取最低標準費固定方式耗電≥100kW·h—按價格表A收費耗電＜100kW·h—按價格表A收費耗電收費浮動方式耗電≥100kW·h—按價格表B收費其他方式—其他處理圖8-2-5用判定樹表示計算耗電收費的算法BeiHuaZLLZhangLingling第三十四頁，共54頁。7.2.3判定表與判定樹判定樹的優(yōu)點：形式簡單，直觀明了，易于掌握。判定樹的缺點：①存在著數(shù)據(jù)冗余的問題，相同的數(shù)據(jù)元素往往要重復(fù)多次，而且越接近樹的葉端重復(fù)的次數(shù)越多。②判定樹要求對條件進行層次劃分，若條件所處層次不對，可能會導(dǎo)致增加判定樹的復(fù)雜性。BeiHuaZLLZhangLingling第三十五頁，共54頁。7.2.4過程設(shè)計語言（PDL）PDL（ProcedureDesignLanguage）也稱為結(jié)構(gòu)英語或偽碼，是所有正文形式的過程設(shè)計工具的統(tǒng)稱。PDL經(jīng)常表現(xiàn)為一種“混雜”的形式，允許自然語言（如英語）的詞匯與某種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言（如Pascal、C、Ada等）的語法結(jié)構(gòu)交織在一起B(yǎng)eiHuaZLLZhangLingling第三十六頁，共54頁。7.2.4過程設(shè)計語言（PDL）PDL應(yīng)具有下述特點：1．關(guān)鍵字采用固定語法并支持結(jié)構(gòu)化構(gòu)件、數(shù)據(jù)說明機制和模塊化；2．處理部分采用自然語言描述；3．允許說明簡單（標量、數(shù)組等）和復(fù)雜（鏈表、樹等）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；4．子程序的定義與調(diào)用規(guī)則不受具體接口方式的影響。BeiHuaZLLZhangLingling第三十七頁，共54頁。7.2.4過程設(shè)計語言（PDL）考察一個PDL的原型，它可以建立在任意一個通用的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言之上?；境煞职ǎ鹤映绦蚨x、界面描述、數(shù)據(jù)說明、塊結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和I/O結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)說明的形式為：

TYPE<變量名>IS<限定詞1><限定詞2>其中：<變量名>——局部變量或全局變量；<限定詞1>——某個特定關(guān)鍵字（例如，SCALAR，ARRAY，LIST，STRING，STRUTURE等）；<限定詞2>——說明此處定義的變量在該過程或整個程序中應(yīng)如何使用。BeiHuaZLLZhangLingling第三十八頁，共54頁。7.2.4過程設(shè)計語言（PDL）可進行抽象數(shù)據(jù)類型的定義，例如:TYPEtable_1ISINSTACEOFsymbol_table而symbol_table在另一處已定義如下：TYPEsymbol_tableISSTRUCTUREDEFINEDBeiHuaZLLZhangLingling第三十九頁，共54頁。7.2.4過程設(shè)計語言（PDL）該PDL的塊結(jié)構(gòu)描述一個過程元素，即一個塊內(nèi)的所有語句將作為一個整體執(zhí)行，形式為

BEGIN[<塊名>]<語句序列>END該PDL的分支結(jié)構(gòu)有if-then-else和case兩種形式，分別為

IF<條件描述>THEN<塊結(jié)構(gòu)或語句>ELSE<塊結(jié)構(gòu)或語句>ENDIFBeiHuaZLLZhangLingling第四十頁，共54頁。7.2.4過程設(shè)計語言（PDL）CASEOF<情況變量名>WHEN<第1種情況>SELECT<塊結(jié)構(gòu)或語句>WHEN<第2種情況>SELECT<塊結(jié)構(gòu)或語句>…WHEN<最后一種情況>SELECT<塊結(jié)構(gòu)或語句>DEFAULT:<塊結(jié)構(gòu)或語句>ENDCASEBeiHuaZLLZhangLingling第四十一頁，共54頁。7.2.4過程設(shè)計語言（PDL）循環(huán)結(jié)構(gòu)包括三類，表達形式分別為：DOWHILE<條件描述><塊結(jié)構(gòu)或語句>ENDWHILEREPEATUNTIL<條件描述><塊結(jié)構(gòu)或語句>ENDREPEATDOFOR<循變>=<循變?nèi)≈捣秶?表達式或序列><塊結(jié)構(gòu)或語句>ENDFORBeiHuaZLLZhangLingling第四十二頁，共54頁。7.2.4過程設(shè)計語言（PDL）此PDL還提供了NEXT和EXIT兩種語句：

EXIT語句，退出本層循環(huán)；

NEXT語句強迫本次循環(huán)結(jié)束，新一輪循環(huán)開始。在該PDL中，子程序說明為：

PROCEDURE<子程序說明><屬性表>INTERFACE<參數(shù)表><塊結(jié)構(gòu)或語句序列>END

其中屬性表指明該子程序的引用特性（比如，是INTERNAL還是EXTERNAL模式）和其他依賴于實現(xiàn)（即程序設(shè)計語言）的特性。BeiHuaZLLZhangLingling第四十三頁，共54頁。7.2.4過程設(shè)計語言（PDL）輸入/輸出說明部分常用的形式有

READ/WRITETO<設(shè)備><I/O表>

或

ASK<詢問>ANSWER<響應(yīng)選擇項>

后一種形式多用于人機交互部分的設(shè)計。BeiHuaZLLZhangLingling第四十四頁，共54頁。7.3設(shè)計規(guī)格說明與評審軟件設(shè)計階段的輸出主要是設(shè)計規(guī)格說明書：第一節(jié)：描述與設(shè)計活動有關(guān)的各個方面，該節(jié)中許多信息取自系統(tǒng)規(guī)格說明書和系統(tǒng)定義階段產(chǎn)生的其他文檔。第二節(jié)：具體指明引用信息的出處。第三節(jié)：設(shè)計描述，是概要設(shè)計的產(chǎn)物，此時設(shè)計由信息驅(qū)動，即軟件總體結(jié)構(gòu)主要受數(shù)據(jù)流程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的影響，需求分析時產(chǎn)生的DFD或其他某種形式的數(shù)據(jù)表示將在這一節(jié)中進一步精化，用于確定軟件結(jié)構(gòu)。當信息流程確定后，界面亦可作為整個軟件的一部分進行描述。BeiHuaZLLZhangLingling第四十五頁，共54頁。7.3設(shè)計規(guī)格說明與評審第四、五兩節(jié)是概要設(shè)計向詳細設(shè)計過渡后形成的。第四節(jié)：模塊指軟件中可單獨編址的部件，如函數(shù)和過程，最初用自然語言描述它們的功能，隨后采用某種過程設(shè)計工具將這些自然語言描述轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化描述。第五節(jié)：主要描述數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，包括輔存的文件結(jié)構(gòu)、全局數(shù)據(jù)（例如FORTRAN公共區(qū)）的賦值以及這些文件與全局數(shù)據(jù)的交叉訪問關(guān)系。BeiHuaZLLZhangLingling第四十六頁，共54頁。7.3設(shè)計規(guī)格說明與評審第六節(jié)：是與需求規(guī)格說明書的交叉訪問表，根據(jù)交叉訪問表可斷定設(shè)計是否滿足所有需求，這對于完成某個具體需求的模塊來說十分重要。第七節(jié)：是測試的初步計劃。一旦軟件結(jié)構(gòu)和模塊間界面確定下來之后，即可制定模塊單元測試和聯(lián)調(diào)的計劃。某些場合，要求同時開發(fā)測試規(guī)格說明書與設(shè)計規(guī)格說明書，此時第七節(jié)可從設(shè)計規(guī)格說明書中刪去。第八節(jié)：將逐條說明各種限制和造成的影響。第九、十兩節(jié)：包括若干輔助數(shù)據(jù)，如從其他文檔中節(jié)選的算法描述、候選的過程、表格化數(shù)據(jù)和其他相關(guān)信息，這些信息是對設(shè)計的一種特殊注釋最后開發(fā)一基本操作規(guī)格說明或安裝手冊作為附錄。BeiHuaZLLZ