軟件工程總體設(shè)計(jì)PPT課件

1、.,1,第八章基于構(gòu)件的軟件工程,第五章系統(tǒng)設(shè)計(jì),第五章系統(tǒng)設(shè)計(jì),第五章系統(tǒng)設(shè)計(jì),.,2,4,5.1 設(shè)計(jì)過程,5.2 設(shè)計(jì)原理,5.3 啟發(fā)規(guī)則,5.4 描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具,5.5 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法,.,3,軟件設(shè)計(jì)階段要解決“怎么做”的問題，是整個(gè)軟件開發(fā)過程的核心問題，所有的開發(fā)工作都將根據(jù)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)在該階段決定,因此軟件的總體設(shè)計(jì)決定了系統(tǒng)的質(zhì)量。軟件設(shè)計(jì)分為總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。,1、設(shè)計(jì)階段結(jié)束要交付的文檔是設(shè)計(jì)說明書，根據(jù)設(shè)計(jì)方法的不同，有不同的設(shè)計(jì)文檔。 2、每個(gè)設(shè)計(jì)步驟完成后，都應(yīng)進(jìn)行復(fù)審。,軟件設(shè)計(jì),.,4,軟件開發(fā)階段的信息流,軟件設(shè)計(jì)的

2、過程,.,5,任務(wù)：確定系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，分解模塊 ，確定系統(tǒng)的模塊層次關(guān)系。 目標(biāo)： 編寫軟件的 “總體設(shè)計(jì)說明書” 工具：采用的工具 數(shù)據(jù)流圖 層次圖 HIPO圖 軟件結(jié)構(gòu)圖,總體設(shè)計(jì)的任務(wù),.,6,結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)（SD）技術(shù),軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo),1、確定系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，分解模塊 ，確定系統(tǒng)的模塊層次關(guān)系 2、確定每個(gè)模塊功能的算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),確定每個(gè)模塊功能的算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),（事務(wù)型、變換型（特征） ）,（層次圖表示）,.,7,軟件設(shè)計(jì)分為： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)） 過程設(shè)計(jì) 詳細(xì)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)過程分兩個(gè)階段： 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段：確定系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段：確定軟件結(jié)構(gòu)(劃分模塊）

3、。,5.1 設(shè)計(jì)過程,.,8,系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程,.,9,5.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則,5.2.1 模塊化,5.2.2 抽象,5.2.3 信息隱蔽,退出,5.2.4 模塊獨(dú)立性,.,10,5.2.1 軟件設(shè)計(jì)原理,1、模塊 是由邊界元素限定的相鄰的程序元素(例如，數(shù)據(jù)說明，可執(zhí)行的語句)的序列，而且有一個(gè)總體標(biāo)識符來代表它。即能夠單獨(dú)命名并獨(dú)立地完成一定功能的程序語句的集合。,模塊化：把程序劃分成若干個(gè)模塊，每個(gè)模塊完成一個(gè)子功能，把這些模塊集成起來組成一個(gè)整體，可以完成指定的功能，滿足問題的功能。,過程、函數(shù)、子程序和宏等，都可作為模塊。面向?qū)ο蠓缎椭械膶ο笫悄K，對象內(nèi)的方法也是模塊。模塊是構(gòu)成程

4、序的基本構(gòu)件。,.,11,根據(jù)前面的結(jié)論，我們可以得出下面的不等式： E(P1P2)E(P1)E(P2) 這個(gè)不等式表明：單獨(dú)解決問題P1和P2所需的工作量之和，比把P1和P2合起來作為一個(gè)問題來解決時(shí)所需的工作量要少。,有兩個(gè)函數(shù)：C(x)表示問題x的復(fù)雜程度；E(x)表示解決問題x所需要的工作量（時(shí)間）。 對于兩個(gè)問題P1和P2，如果：C(P1)C(P2) 則：E(P1)E(P2),另一個(gè)有趣的特性是：C(P1P2)C(P1)C(P2),3、模塊化原理,.,12,模塊化和軟件成本的關(guān)系,.,13,我們在考慮問題時(shí)，集中考慮和當(dāng)前問題有關(guān)的方面，而忽略和當(dāng)前問題無關(guān)的方面，這就是抽象?；蛘哒f

5、抽象就是抽出事物的本質(zhì)特性而暫時(shí)不考慮它們的細(xì)節(jié)。,5.2.2 抽象,5.2.3 逐步求精 逐步求精是人類解決復(fù)雜問題時(shí)采用的基本技術(shù)，也是許多軟件工程技術(shù)(例如，規(guī)格說明技術(shù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)、測試和集成技術(shù))的基礎(chǔ)。逐步求精定義為：“為了能集中精力解決主要問題而盡量推遲對問題細(xì)節(jié)的考慮?！?.,14,信息隱蔽指：是指在設(shè)計(jì)和確定模塊時(shí)，使得一個(gè)模塊內(nèi)包含的信息(過程或數(shù)據(jù))，對于不需要這些信息的其他模塊來說， 是不能訪問的；即將那些自身的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)與數(shù)據(jù)“隱藏”起來。 信息局部化指：局部化是指把一些關(guān)系密切的軟件元素物理地放得彼此靠近。在模塊中使用局部數(shù)據(jù)元素是局部化的一個(gè)例子。 信息隱蔽 局

6、部和的關(guān)系？,5.2.4 信息隱蔽和局部化,.,15,5.2.5 模塊獨(dú)立,模塊獨(dú)立概念是模塊化、抽象、逐步求精和信息隱藏等概念的直接結(jié)果，也是完成有效的模塊設(shè)計(jì)的基本標(biāo)準(zhǔn)。,模塊的獨(dú)立程度可以由兩個(gè)定性標(biāo)準(zhǔn)來度量，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別稱為內(nèi)聚和耦合。耦合衡量不同模塊彼此間互相依賴(連接)的緊密程度；內(nèi)聚衡量一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度。以下分別詳細(xì)闡述。,.,16,耦合性是程序結(jié)構(gòu)中各個(gè)模塊之間相互關(guān)聯(lián)的度量 它取決于各個(gè)模塊之間接口的復(fù)雜程度、調(diào)用模塊的方 式以及那些信息通過接口。,低,高,弱,強(qiáng),耦合性,模塊獨(dú)立性,模塊間的耦合,.,17,1、耦合,非直接耦合 數(shù)據(jù)耦合 特征耦合 控

7、制耦合 外部耦合 公共耦合 內(nèi)容耦合,弱耦合,中耦合,強(qiáng)耦合,模塊1,模塊2,模塊3,模塊4,數(shù)據(jù)耦合 通過簡單變量交換數(shù)據(jù),特征耦合 通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)交換數(shù)據(jù),非直接耦合 模塊之間沒有信息傳遞,模塊A,模塊B,模塊C,模塊D,模塊L,模塊N,全局性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 公共耦合,Flag=1?,S1,S2,模塊1,控制耦合 模塊之間傳遞的是控制信息,T,F,全 局 性簡單變量 外部耦合,模塊A,模塊B,內(nèi)容耦合 訪問其它模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù) 直接跳到其他模塊內(nèi)部執(zhí)行,.,18,設(shè)計(jì)原則：盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合，限制公共環(huán)境耦合，完全不用內(nèi)容耦合。,.,19,內(nèi) 聚,低,高,強(qiáng),弱,內(nèi)聚性,模塊獨(dú)立性,軟件

8、設(shè)計(jì),.,20,2、內(nèi)聚,內(nèi)聚：一個(gè)模塊內(nèi)各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度。 偶然內(nèi)聚：一個(gè)模塊完成一組任務(wù)，任務(wù)之間的關(guān)系很松散。公共語句。 邏輯內(nèi)聚：若干個(gè)邏輯功能類似的任務(wù)組成一個(gè)模塊。 時(shí)間內(nèi)聚：若干個(gè)任務(wù)必須在同一段時(shí)間內(nèi)執(zhí)行。如初始化工作。,低內(nèi)聚,中內(nèi)聚,高內(nèi)聚,過程內(nèi)聚：模塊內(nèi)的處理元素是相關(guān)的，且必須以特定次序執(zhí)行。 通信內(nèi)聚：模塊中所有元素都使用同一個(gè)輸入數(shù)據(jù)，和/或產(chǎn)生同一個(gè) 輸出數(shù)據(jù)。,順序內(nèi)聚：模塊中所有處理元素和同一個(gè)功能密切相關(guān)，且這些處理必 須順序執(zhí)行。 功能內(nèi)聚：所有處理元素屬于一個(gè)整體，完成一個(gè)單一的功能。,.,21,5.3 啟發(fā)式規(guī)則,1改進(jìn)軟件結(jié)構(gòu)提高模塊獨(dú)立

9、性 合并和分解 2模塊規(guī)模應(yīng)該適中 一個(gè)模塊的規(guī)模不應(yīng)過大，通常能寫在一頁紙內(nèi)。從心理學(xué)角度研究得知，當(dāng)一個(gè)模塊包含語句數(shù)超過30以后，模塊的可理解程度迅速下降。,.,22,3模塊的深度、寬度、扇出和扇入應(yīng)適當(dāng) 深度：表示軟件結(jié)構(gòu)中的控制層數(shù)，它往往能粗略的標(biāo)志一個(gè)系統(tǒng)的大小和復(fù)雜度。 寬度：是軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)同一個(gè)層次上的模塊總數(shù)的最大值。 扇出：是一個(gè)模塊直接控制的模塊數(shù)。 扇入：一個(gè)模塊的扇入表明有多少個(gè)上級模塊直接調(diào)用它。,.,23,盡可能減少高扇出結(jié)構(gòu)，隨著深度增大扇入。如果一個(gè)模塊的扇出數(shù)過大，就意味著該模塊過分復(fù)雜，需要協(xié)調(diào)和控制過多的下屬模塊。應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加中間層次的控制模塊。,.,2

10、4,4模塊的作用范圍應(yīng)該在控制范圍之內(nèi) 作用范圍：一個(gè)模塊的作用范圍指受該模塊內(nèi)一個(gè)判定影響的所有模塊的集合。 控制范圍：一個(gè)模塊的控制范圍指模塊本身以及其所有下屬模塊（直接或間接從屬于它的模塊）的集合。,圖 模塊的判定作用范圍 (a) 差的結(jié)構(gòu)圖； (b) 不理想的結(jié)構(gòu)圖； (c) 理想的結(jié)構(gòu)圖,.,25,5.力爭降低模塊接口的復(fù)雜程度。 模塊接口復(fù)雜是軟件發(fā)生錯(cuò)誤的一個(gè)主要原因。 6設(shè)計(jì)單入口單出口的模塊，避免“病態(tài)連接” 7模塊功能應(yīng)該可以預(yù)測 。 防止模塊功能過分局限,.,26,5.4 表示軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具,5.4.1 層次圖,5.4.2 HIPO圖,5.4.3 結(jié)構(gòu)圖,.,27,5

11、.4.1 層次圖和HIPO圖 通常使用層次圖描繪軟件的層次結(jié)構(gòu)。 1、層次圖 層次圖用來描繪軟件的層次結(jié)構(gòu)，很適于在自頂向下設(shè)計(jì)軟件的過程中使用。 在層次圖中一個(gè)矩形框代表一個(gè)模塊，框間的連線表示調(diào)用關(guān)系(位于上方的矩形框所代表的模塊調(diào)用位于下方的矩形框所代表的模塊)。,.,28,學(xué)生成績管理系統(tǒng)層次圖,.,29,HIPO圖是美國IBM公司發(fā)明的“層次圖加輸入/處理/輸出圖”的英文縮寫。為了使HIPO圖具有可追蹤性，在H圖(即層次圖)里除了頂層的方框之外，每個(gè)方框都加了編號。,2、HIPO圖,.,30,描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具,在層次圖（H圖）里除了最頂層的方框之外，每個(gè)方框都加編號。編號規(guī)則和

12、數(shù)據(jù)流圖的編號規(guī)則相同，例如，圖加了編號后得到圖0。像這樣帶編號的層次圖稱為HIPO圖（層次圖加輸入/處理/輸出圖的英文縮寫）。,圖學(xué)生成績管理系統(tǒng)HIPO圖,.,31,圖4.6 IPO圖的一個(gè)例子,.,32,圖4.7 改進(jìn)的IPO圖(IPO表)的形式,.,33,方框代表模塊，框內(nèi)注明模塊的名字或主要功能； 箭頭表示模塊的調(diào)用關(guān)系，為了簡單起見，可以只用直線而不用箭頭表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。 尾部是空心圓表示傳遞的是數(shù)據(jù) 實(shí)心圓表示傳遞的是控制信息,5.4.2 結(jié)構(gòu)圖,結(jié)構(gòu)圖的基本符號,結(jié)構(gòu)圖和層次圖類似也是描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具。,.,34,方框代表模塊，框內(nèi)注明模塊的名字或主要功能； 箭頭表

13、示模塊的調(diào)用關(guān)系，為了簡單起見，可以只用直線而不用箭頭表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。 尾部是空心圓表示傳遞的是數(shù)據(jù) 實(shí)心圓表示傳遞的是控制信息,5.4.1 結(jié)構(gòu)圖,結(jié)構(gòu)圖的基本符號,結(jié)構(gòu)圖和層次圖類似也是描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具。,.,35,描繪軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具,結(jié)構(gòu)圖的組成 有6種類型的模塊：傳入模塊、傳出模塊、變換模塊、協(xié)調(diào)模塊，如下圖所示，還有兩種： 源模塊：不調(diào)用其它模塊的傳入模塊，只適用于傳入部分的始端。最初的輸入； 漏模塊：不調(diào)用其它模塊的傳出模塊，只適用于傳出部分的末端。最后的輸出。,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中的模塊類型,.,36,結(jié)構(gòu)圖的圖形符號,.,37,軟件結(jié)構(gòu)圖的基本符號,結(jié)構(gòu)圖的三種基本結(jié)構(gòu)

14、,.,38,4.3 選擇調(diào)用和循環(huán)調(diào)用的表示 (a) 選擇調(diào)用； (b) 循環(huán)調(diào)用,.,39,產(chǎn)生最佳解的結(jié)構(gòu)圖,.,40,例:學(xué)生成績管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,.,41,5. 5 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法,5.5.1 數(shù)據(jù)流圖的類型,5.5.2 設(shè)計(jì)步驟,5.5.3 變換設(shè)計(jì),退出,5.5.4 事務(wù)設(shè)計(jì),5.5.5 設(shè)計(jì)的后處理,.,42,一、總體設(shè)計(jì)步驟 從DFD圖導(dǎo)出初始的模塊結(jié)構(gòu)圖。 按照SD法設(shè)計(jì)總則(啟發(fā)式規(guī)則），改進(jìn)模塊結(jié)構(gòu)圖。,注意：模塊結(jié)構(gòu)圖不同于“框圖”。,二、DFD圖的分類 一般將DFD圖分為兩種典型的類型，分析系統(tǒng)的 DFD 圖類型的目的，是為了采用不同的技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為初始的模塊結(jié)

15、構(gòu)圖。 中心變換型(transform center) _ 變換分析 事務(wù)處理型(transaction) _ 事務(wù)分析,5.5.1 數(shù)據(jù)流圖的類型,.,43,SD方法的兩種映射過渡方法,三、面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法,.,44,面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法,概念 1） 變換流 2） 事務(wù)流 3） 設(shè)計(jì)過程,時(shí)間,輸入流,輸出流,變換流,事務(wù),外部表示,內(nèi)部表示,信息,T,事務(wù)中心,活動通路,事務(wù)中心 T 完成下述任務(wù)： 接受輸入數(shù)據(jù)（事務(wù)） 分析每個(gè)事務(wù)以確定它的類型 根據(jù)事務(wù)類型選取一條活動通路,.,45,變換型數(shù)據(jù)流舉例,1、變換型數(shù)據(jù)流圖,.,46,1、確定數(shù)據(jù)流圖具有變換特征還是事務(wù)特征。 2、確

16、定輸入流和輸出流的邊界，從而孤立出變換中心。 3、從變換中心開始，向左、向右分別轉(zhuǎn)換輸入部分和輸出部分。 4、輸入部分可能用到“輸入”、“得到”模塊，輸出部分用到“輸出”、“給出”模塊。 5、使用設(shè)計(jì)度量和啟發(fā)式規(guī)則對第一次分割得到的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)一步精化。,變換分析的設(shè)計(jì)步驟,.,47,變換型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,.,48,變換型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,.,49,2、事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖,.,50,事務(wù)型系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖,事務(wù)型 數(shù)據(jù)流圖(DFD),事務(wù)型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,.,51,事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖舉例,.,52,3、大型系統(tǒng)DFD中,變換型和事務(wù)型結(jié)構(gòu)往往共存,.,53,事務(wù)分析,主模塊,給出H,取得A,L,M,N,A,G,H,B,

17、E,C,F,D,M,.,54,將下列數(shù)據(jù)流圖轉(zhuǎn)化為軟件結(jié)構(gòu)圖,.,55,f7,.,56,3、事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖舉例,I,M,L,N,O,A,B,C,D,F,E,G,H,.,57,事務(wù)流設(shè)計(jì)舉例,輸入 A,XX系統(tǒng),事務(wù)中心,A,L,M,A,G,D,B,C,F,E,輸出 H,H,H,N,.,58,事務(wù)流設(shè)計(jì)舉例 (另一種畫法),.,59,變換分析小節(jié)（Yourdon結(jié)構(gòu)圖） 1、簡單程序結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)流圖 軟件結(jié)構(gòu)圖 處理框 模塊 向左移動 向右移動 輸入部分 從變換中心開始 輸出部分 將輸入部分處理 將輸出部分處理 向左下旋轉(zhuǎn)90度 向右下旋轉(zhuǎn)90度,.,60,3、Yourdon方法 一一對應(yīng)

18、數(shù)據(jù)流圖 程序結(jié)構(gòu)圖 中的處理框 中的模塊,2、復(fù)雜程序結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換 變換型：輸入部分，轉(zhuǎn)換模塊放在右側(cè)，左側(cè)一般放輸入框或得到框。 輸出部分，轉(zhuǎn)換模塊放在左側(cè)，右側(cè)一般放輸出框或給出框,.,61,.,62,5.5.3 變換設(shè)計(jì)舉例,我們通過一個(gè)汽車數(shù)字儀表板的設(shè)計(jì)來介紹變換分析的過程。假設(shè)儀表板的功能如下： （1）通過模數(shù)（AD）轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)傳感器和微處理機(jī)接口； （2）在發(fā)光二極管（LCD）面板上顯示數(shù)據(jù)； （3）指示每小時(shí)英里數(shù)（mph），行駛的里程，每加侖油行駛的英里數(shù)（mpg）等等； （4）指示加速或減速； （5）超速警告：如果車速超過55英里小時(shí)，則發(fā)出超速警告鈴聲。 在軟件需求分析階段

19、，應(yīng)該對上述每項(xiàng)性能和其它要求進(jìn)行全面的分析，并建立起相應(yīng)的文檔資料，得出數(shù)據(jù)流圖。 具體的設(shè)計(jì)步驟如下：,.,63,例題：設(shè)計(jì)步驟 復(fù)查基本系統(tǒng)模型。 復(fù)查并精化數(shù)據(jù)流圖。 確定數(shù)據(jù)流圖具有變換特性還是事務(wù)特性。 確定輸入流和輸出流的邊界，從而孤立出變換中心。 完成“第一級分解”。 完成“第二級分解”。 使用設(shè)計(jì)度量和啟發(fā)規(guī)則對第一次分割得到的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)一步精化。,.,64,1、復(fù)查基本系統(tǒng)模型,2、復(fù)查并精化數(shù)據(jù)流圖,.,65,3、確定數(shù)據(jù)流圖的類型,任務(wù)是確定數(shù)據(jù)流圖是變換型數(shù)據(jù)流圖還是事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖。 從上圖中可以看出，數(shù)據(jù)沿著兩條輸入通路（旋轉(zhuǎn)信號和燃料流量傳感器信號）進(jìn)入系統(tǒng)，然后

20、沿著五條通路（4個(gè)顯示，一個(gè)警告鈴聲）離開，沒有明顯的事務(wù)中心（雖然變換“計(jì)算mph與超速值”可以看作是一個(gè)事務(wù)中心）。因此，可以認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)流圖的類型是變換型數(shù)據(jù)流圖。,.,66,4、確定輸入流和輸出流的邊界，從而孤立出變換中心,.,67,5、進(jìn)行“第一級分解”,第一級分解的方法,.,68,第一級分解的結(jié)果,.,69,6、進(jìn)行“第二級分解”,第二級分解的方法,.,70,第二級分解的結(jié)果：,未經(jīng)精化的輸入結(jié)構(gòu) 未經(jīng)精化的變換結(jié)構(gòu),.,71,未經(jīng)精化的輸出結(jié)構(gòu),.,72,7、使用設(shè)計(jì)度量和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對第一次分割得到的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)一步精化,對于從前面的設(shè)計(jì)步驟得到的軟件結(jié)構(gòu)，還可以進(jìn)行許多修改： （1）輸入結(jié)構(gòu)中的模塊“轉(zhuǎn)換成rpm”和“收集sps”可以合并； （2）模塊“確定加速減速”可以放在模塊“計(jì)算mph”下面，以減少耦合； （3）模塊“加速減速顯示”可以相應(yīng)地放在模塊“顯示mph”的下面。,.,73,精化的數(shù)字儀表板系統(tǒng)的軟件結(jié)