軟件工程第3章結(jié)構(gòu)化分析.ppt

1、第二篇傳統(tǒng)方法學(xué),第3章 結(jié)構(gòu)化分析,為了開發(fā)出真正滿足用戶需求的軟件產(chǎn)品，首先必須知道用戶的需求。對軟件需求的深入理解是軟件開發(fā)工作獲得成功的前提和關(guān)鍵，不論我們把設(shè)計和編碼工作做得如何出色，不能真正滿足用戶需求的程序只會給用戶帶來失望，給開發(fā)者帶來煩惱。 傳統(tǒng)的軟件工程方法學(xué)采用結(jié)構(gòu)化分析(Structured Analysis ,SA)技術(shù)完成需求分析工作。,退出,3.1 概述 3.2 與用戶通信的技術(shù) 3.3 分析建模與規(guī)格說明 3.4 實體關(guān)系圖 3.5 數(shù)據(jù)流圖 3.6 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 3.7 數(shù)據(jù)字典 3.8 小結(jié),3.1 概述,需求分析是發(fā)現(xiàn)、求精、建模、規(guī)格說明和復(fù)審的過程。為了

2、發(fā)現(xiàn)用戶的真正需求，首先應(yīng)該從宏觀角度調(diào)查、分析用戶所面臨的問題，也就是說，需求分析的第一步是盡可能準(zhǔn)確地了解用戶當(dāng)前的情況和需要解決的問題。 分析員對用戶提出的初步要求應(yīng)該反復(fù)求精多次細(xì)化，才能充分理解用戶的需求，得出對目標(biāo)系統(tǒng)的完整、準(zhǔn)確和具體的要求。,為了更好地理解問題，人們常常采用建立模型的方法。所謂模型，就是為了理解事物而對事物做出的一種抽象，是對事物的一種無歧義的書面描述。通常，模型由一組圖形符號和組織這些符號的規(guī)則組成。結(jié)構(gòu)化分析就是一種建立模型的活動，通常建立數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型等三種模型。 除了用分析模型表示軟件需求之外，還要寫出準(zhǔn)確的軟件需求規(guī)格說明。模型既是軟件設(shè)

3、計的基礎(chǔ)，也是編寫軟件規(guī)格說明的基礎(chǔ)。,在分析軟件需求和編寫軟件規(guī)格說明的過程中，軟件開發(fā)者和軟件用戶都起著關(guān)鍵的、必不可少的作用。 用戶與開發(fā)者之間需要通信、溝通的內(nèi)容非常多，在雙方交流信息的過程中很容易出現(xiàn)誤解或遺漏，也可能存在二義性。因此，不僅在整個需求分析過程中應(yīng)該采用行之有效的通信技術(shù)，集中精力過細(xì)工作，而且對需求分析的結(jié)果(分析模型和規(guī)格說明)必須嚴(yán)格審查。,盡管目前存在許多不同的結(jié)構(gòu)化分析方法，但是，所有這些分析方法都遵守下述準(zhǔn)則。 必須理解和表示問題的信息域，根據(jù)這條準(zhǔn)則應(yīng)該建立數(shù)據(jù)模型。 必須定義軟件應(yīng)完成的功能，這條準(zhǔn)則要求建立功能模型。 必須表示作為外部事件結(jié)果的軟件行為

4、，這條準(zhǔn)則要求建立行為模型。 必須對描述信息、功能和行為的模型進(jìn)行分解，用層次的方式展示細(xì)節(jié)。 分析過程應(yīng)該從要素信息移向?qū)崿F(xiàn)細(xì)節(jié)。,3.2 與用戶通信的技術(shù),軟件需求分析總是從兩方或多方之間的通信開始。用戶面臨的問題需要用基于計算機(jī)的方案來解決；開發(fā)者應(yīng)該對用戶的需求作出反應(yīng)，給用戶提供幫助。這樣就產(chǎn)生了相互通信的需求。但是，正如前面已經(jīng)講過的，從開始通信到真正相互理解的道路通常是充滿坎坷的。良好的通信技術(shù)有助于加快理解的過程。 3.2.1 訪談 訪談(或稱為會談)是最早開始運(yùn)用的獲取用戶需求的技術(shù)，也是迄今為止仍然廣泛使用的主要的需求分析技術(shù)。,訪談有兩種基本形式，分別是正式的和非正式的訪

5、談。在正式的訪談中，系統(tǒng)分析員將提出一些事先準(zhǔn)備好的具體問題，例如，詢問客戶公司銷售的商品種類、雇用的銷售人員數(shù)目以及信息反饋時間應(yīng)該多快等。在非正式的訪談中，將提出一些可以自由回答的開放性問題，以鼓勵被訪問的人員表達(dá)自己的想法，例如，詢問用戶為什么對目前正在使用的系統(tǒng)感到不滿意。,當(dāng)需要調(diào)查大量人員的意見時，向被調(diào)查的人員分發(fā)調(diào)查表是一個十分有效的做法。 在對用戶進(jìn)行訪談的過程中使用情景分析技術(shù)往往非常有效。所謂情景分析就是對用戶運(yùn)用目標(biāo)系統(tǒng)解決某個具體問題的方法和結(jié)果進(jìn)行分析。,3.2.2 簡易的應(yīng)用規(guī)格說明技術(shù) 這種方法提倡用戶與開發(fā)者密切合作，共同標(biāo)識問題，提出解決方案的要素，商討不同

6、的方法并指定基本的需求。今天，簡易的應(yīng)用規(guī)格說明技術(shù)已經(jīng)成為信息系統(tǒng)界使用的主流技術(shù)。 盡管存在許多不同的簡易應(yīng)用規(guī)格說明方法，但是它們遵循的基本準(zhǔn)則是相同的。 在中立地點(diǎn)舉行由開發(fā)者和用戶雙方出席的會議。 制定準(zhǔn)備會議和參加會議的規(guī)則。, 提出一個議事日程，這個日程應(yīng)該足夠正式以便能夠涵蓋所有要點(diǎn)，同時這個日程又應(yīng)該足夠非正式，以便鼓勵自由思維。 由一個“協(xié)調(diào)人”來主持會議，他既可以是用戶也可以是開發(fā)者還可以是從外面請來的人。 使用一種“定義機(jī)制”(例如，工作表、圖表等)。 目標(biāo)是標(biāo)識問題、提出解決方案要素、商討不同的方法以及在有利于實現(xiàn)目標(biāo)的氛圍中指定初步的需求。,3.2.3 軟件原型 構(gòu)

7、建原型的要點(diǎn)是，它應(yīng)該實現(xiàn)用戶看得見的功能(例如屏幕顯示或打印報表)，省略目標(biāo)系統(tǒng)的“隱含”功能(例如修改文件)。 快速原型應(yīng)該具備的第一個特性是“快速”。快速原型的目的是盡快向用戶提供一個可在計算機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)系統(tǒng)的模型，以便使用戶和開發(fā)者在目標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)該“做什么”這個問題上盡可能快地達(dá)成共識。,快速原型應(yīng)該具備的第二個特性是“容易修改”。如果原型的第一版不是用戶所需要的，就必須根據(jù)用戶的意見迅速地修改它，構(gòu)建出原型的第二版，以更好地滿足用戶的需求。在實際開發(fā)軟件產(chǎn)品時，“修改試用反饋”的過程可能重復(fù)多遍，如果修改耗時過多，勢必延誤軟件開發(fā)時間。,3.3 分析建模與規(guī)格說明,3.3.1分析建模

8、 結(jié)構(gòu)化分析實質(zhì)上是一種創(chuàng)建模型的活動。通過需求分析而建立的模型必須達(dá)到下述的三個基本目標(biāo)。 描述用戶的需求。 為軟件設(shè)計工作奠定基礎(chǔ)。 定義一組需求，一旦開發(fā)出軟件產(chǎn)品之后，就可以用這組需求為標(biāo)準(zhǔn)來驗收該產(chǎn)品。 為了達(dá)到上述這些目標(biāo)，在結(jié)構(gòu)化分析過程中導(dǎo)出的分析模型的形式，如圖3.1所示。,圖3.1 分析模型的結(jié)構(gòu),3.3.2 軟件需求規(guī)格說明 通過需求分析除了創(chuàng)建分析模型之外，還應(yīng)該寫出軟件需求規(guī)格說明，它是分析階段的最終成果。下面給出的簡略大綱可以作為軟件需求規(guī)格說明的框架。 .引言 A .系統(tǒng)參考文獻(xiàn) B .整體描述 C .軟件項目約束,.信息描述 A .信息內(nèi)容 B .信息流 1 .

9、數(shù)據(jù)流 2 .控制流 .功能描述 A .功能分解 B .功能描述 1 .處理說明 2 .限制 3 .性能需求 4 .設(shè)計約束 5 .支撐圖,C .控制描述 1 .控制規(guī)格說明 2 .設(shè)計約束ZK) .行為描述 A .系統(tǒng)狀態(tài) B .事件和動作 .確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn) A .性能范圍 B .測試種類 C .預(yù)期的軟件響應(yīng) D .特殊考慮 .參考書目 .附錄,3.4 實體關(guān)系圖,數(shù)據(jù)模型包含三種相互關(guān)聯(lián)的信息：數(shù)據(jù)對象、描述數(shù)據(jù)對象的屬性及數(shù)據(jù)對象彼此間相互連接的關(guān)系。 3.4.1數(shù)據(jù)對象 數(shù)據(jù)對象是對軟件必須理解的復(fù)合信息的表示。所謂復(fù)合信息是指具有一系列不同性質(zhì)或?qū)傩缘氖挛?，因此，僅有單個值的事物(例如寬

10、度)不是數(shù)據(jù)對象。,3.4.2 屬性 屬性定義了數(shù)據(jù)對象的性質(zhì)。 應(yīng)該根據(jù)對所要解決的問題的理解，來確定特定數(shù)據(jù)對象的一組合適的屬性。 3.4.3 關(guān)系 數(shù)據(jù)對象彼此之間相互連接的方式稱為關(guān)系，也稱為聯(lián)系。 (1) 一對一聯(lián)系(11) (2) 一對多聯(lián)系(1N) (3) 多對多聯(lián)系(MN) 聯(lián)系也可能有屬性。,3.4.4 實體關(guān)系圖的符號 通常，使用實體關(guān)系圖(EntityRelationship Diagram)來建立數(shù)據(jù)模型，從而可以滿足31節(jié)中講述的第一條分析準(zhǔn)則?？梢园褜嶓w關(guān)系圖簡稱為ER圖，相應(yīng)地，用ER圖描繪的數(shù)據(jù)模型也可以稱為ER模型。 ER圖中包含了實體(即數(shù)據(jù)對象)、關(guān)系和屬

11、性等三種基本成分，通常用矩形框代表實體，用連接相關(guān)實體的菱形框表示關(guān)系，用橢圓形或圓角矩形表示實體(或關(guān)系)的屬性，并用無向邊把實體(或關(guān)系)與其屬性連接起來。例如，圖3.2是某學(xué)校教學(xué)管理的ER圖。,圖3.2 某校教學(xué)管理 ER 圖,3.5 數(shù)據(jù)流圖,當(dāng)信息在軟件中移動時，它將被一系列“變換”所修改。數(shù)據(jù)流圖(DFD)是一種圖形化技術(shù)，它描繪信息流和數(shù)據(jù)從輸入移動到輸出的過程中所經(jīng)受的變換。 3.5.1 數(shù)據(jù)流圖符號 如圖3.3(a)所示，數(shù)據(jù)流圖有四種基本符號：正方形(或立方體)表示數(shù)據(jù)的源點(diǎn)或終點(diǎn)；圓角矩形(或圓形)代表變換數(shù)據(jù)的處理；開口矩形(或兩條平行橫線)代表數(shù)據(jù)存儲；箭頭表示數(shù)據(jù)

12、流，即特定數(shù)據(jù)的流動方向。注意，數(shù)據(jù)流與程序流程圖中用箭頭表示的控制流有本質(zhì)不同，千萬不要混淆。,圖3.3 數(shù)據(jù)流圖的符號,3.5.2 例子 下面通過一個簡單例子具體說明怎樣畫數(shù)據(jù)流圖。 假設(shè)一家工廠的采購部每天需要一張定貨報表，報表按零件編號排序，表中列出所有需要再次定貨的零件。對于每個需要再次定貨的零件應(yīng)該列出下述數(shù)據(jù)；零件編號、零件名稱、定貨數(shù)量、目前價格、主要供應(yīng)者和次要供應(yīng)者。零件入庫或出庫稱為事務(wù)，通過放在倉庫中的CRT終端把事務(wù)報告給定貨系統(tǒng)。當(dāng)某種零件的庫存數(shù)量少于庫存量臨界值時就應(yīng)該再次定貨。 數(shù)據(jù)流圖有四種成分：源點(diǎn)或終點(diǎn)、處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)流。因此，畫出上述定貨系統(tǒng)的數(shù)

13、據(jù)流圖可采用以下步驟。,從問題描述中提取數(shù)據(jù)流圖的四種成分。 接下來考慮處理 最后，考慮數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲 表3.1總結(jié)了上面分析的結(jié)果，其中加星號標(biāo)記的是在問題描述中隱含的成分。,一旦把數(shù)據(jù)流圖的四種成分都分離出來以后，就可以著手畫數(shù)據(jù)流圖了。任何系統(tǒng)的基本模型都由若干個數(shù)據(jù)源點(diǎn)/終點(diǎn)以及一個處理組成，這個處理就代表了系統(tǒng)對數(shù)據(jù)加工變換的基本功能。對于上述的定貨系統(tǒng)可以畫出如圖3.4所示的基本系統(tǒng)模型。 從基本系統(tǒng)模型這樣非常高的抽象層次開始畫數(shù)據(jù)流圖是一個好辦法。在這個高層次的數(shù)據(jù)流圖上是否列出了所有給定的數(shù)據(jù)源點(diǎn)/終點(diǎn)是一目了然的，因此它是很有價值的通信工具。,下一步應(yīng)該把基本系統(tǒng)模型細(xì)化

14、，描繪系統(tǒng)的主要功能。 在圖3.5中給處理和數(shù)據(jù)存儲都加了編號，這樣做的目的是便于引用和追蹤。 接下來應(yīng)該對功能級數(shù)據(jù)流圖中描繪的系統(tǒng)主要功能進(jìn)一步細(xì)化。 當(dāng)對數(shù)據(jù)流圖分層細(xì)化時必須保持信息連續(xù)性，也就是說，當(dāng)把一個處理分解為一系列處理時，分解前和分解后的輸入/輸出數(shù)據(jù)流必須相同。,圖3.4 定貨系統(tǒng)的基本系統(tǒng)模型 (突出表明了數(shù)據(jù)的源點(diǎn)和終點(diǎn)),圖3.5 定貨系統(tǒng)的功能級數(shù)據(jù)流圖,圖3.6 把處理事務(wù)的功能進(jìn)一步分解后的數(shù)據(jù)流圖,3.5.3 命名 數(shù)據(jù)流圖中每個成分的命名是否恰當(dāng)，直接影響數(shù)據(jù)流圖的可理解性，因此，給這些成分起名字時應(yīng)該仔細(xì)推敲。下面講述在命名時應(yīng)注意的問題。 1為數(shù)據(jù)流(或

15、數(shù)據(jù)存儲)命名 名字應(yīng)代表整個數(shù)據(jù)流(或數(shù)據(jù)存儲)的內(nèi)容，而不是僅僅反映它的某些成分。 不要使用空洞的、缺乏具體含義的名字(如“數(shù)據(jù)”、“信息”、“輸入”之類)。 如果在為某個數(shù)據(jù)流(或數(shù)據(jù)存儲)起名字時遇到了困難，則很可能是因為對數(shù)據(jù)流圖分解不恰當(dāng)造成的，應(yīng)該試試重新分解，看是否能克服這個困難。,2為處理命名 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。這樣命名比較容易，而且體現(xiàn)了人類習(xí)慣的“由表及里”的思考過程。 名字應(yīng)該反映整個處理的功能，而不是它的一部分功能。 名字最好由一個具體的及物動詞，加上一個具體的賓語組成。應(yīng)該盡量避免使用“加工”、“處理”等空洞籠統(tǒng)的動詞作名字。 通常名

16、字中僅包括一個動詞，如果必須用兩個動詞才能描述整個處理的功能，則把這個處理再分解成兩個處理可能更恰當(dāng)些。 如果在為某個處理命名時遇到困難，則很可能是發(fā)現(xiàn)了分解不當(dāng)?shù)嫩E象，應(yīng)考慮重新分解。,3.6 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(簡稱為狀態(tài)圖)通過描繪系統(tǒng)的狀態(tài)及引起系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件，來表示系統(tǒng)的行為。 狀態(tài)是任何可以被觀察到的系統(tǒng)行為模式，一個狀態(tài)代表系統(tǒng)的一種行為模式。在狀態(tài)圖中用圓形框或橢圓框表示狀態(tài)，通常在框內(nèi)標(biāo)上狀態(tài)名。狀態(tài)規(guī)定了系統(tǒng)對事件的響應(yīng)方式。系統(tǒng)對事件的響應(yīng)，既可以是做一個(或一系列)動作，也可以是僅僅改變系統(tǒng)本身的狀態(tài)。通常，在表示狀態(tài)的框內(nèi)用關(guān)鍵字do(后接冒號)標(biāo)明進(jìn)入該狀態(tài)

17、時系統(tǒng)的行為(即所做的動作)。,事件是在某個特定時刻發(fā)生的事情，它是對引起系統(tǒng)從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)的外界事件的抽象。簡而言之，事件就是引起系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制信息。 在狀態(tài)圖中，從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換用箭頭線表示，箭頭表明轉(zhuǎn)換方向，箭頭線上標(biāo)上事件名。必要時可在事件名后面加一個方括號，括號內(nèi)寫上狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件。也就是說，僅當(dāng)方括號內(nèi)所列出的條件為真時，該事件的發(fā)生才引起箭頭所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 圖3.7給出了狀態(tài)圖中使用的主要符號。,圖3.7 狀態(tài)圖中使用的主要符,為了具體說明怎樣用狀態(tài)圖建立系統(tǒng)的行為模型，下面舉一個例子。圖3.8是人們非常熟悉的電話系統(tǒng)的狀態(tài)圖。,圖3.8 電話系統(tǒng)的

18、狀態(tài)圖,3.7 數(shù)據(jù)字典,數(shù)據(jù)字典是為了描述在結(jié)構(gòu)化分析過程中定義的對象的內(nèi)容，而使用的一種半形式化的工具。下面是對這個重要的建模工具的定義。 數(shù)據(jù)字典是所有與系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)元素的有組織的列表，并且包含了對這些數(shù)據(jù)元素的精確、嚴(yán)格的定義，從而使得用戶和系統(tǒng)分析員雙方對輸入、輸出、存儲的成分甚至中間計算結(jié)果有共同的理解。簡而言之，數(shù)據(jù)字典是描述數(shù)據(jù)的信息的集合，是對系統(tǒng)中使用的所有數(shù)據(jù)元素的定義的集合。, 名字?jǐn)?shù)據(jù)、控制項、數(shù)據(jù)存儲或外部實體的主要名稱。 別名第一項中對象的其他名字。 使用地點(diǎn)與方式使用數(shù)據(jù)或控制項的處理的列表，以及使用這些對象的方式(例如作為處理的輸入，從處理輸出，作為數(shù)據(jù)存儲

19、，作為外部實體)。 內(nèi)容描述描述數(shù)據(jù)或控制項內(nèi)容的符號。 補(bǔ)充信息關(guān)于數(shù)據(jù)類型、預(yù)置值、限制等的其他信息。,雖然可以使用自然語言描述由數(shù)據(jù)元素組成數(shù)據(jù)的關(guān)系，但是為了更加清晰簡潔起見，建議采用下列符號： 意思是等價于(或定義為)； 意思是和(即，連接兩個分量)； 意思是或(即，從方括弧內(nèi)列出的若干個分量中選擇一個)，通常用“”號分開供選擇的分量； 意思是重復(fù)(即，重復(fù)花括弧內(nèi)的分量)； （ ）意思是可選(即，圓括弧里的分量可有可無)。,常常使用上限和下限進(jìn)一步注釋表示重復(fù)的花括弧。一種注釋方法是在開括弧的左邊用上角標(biāo)和下角標(biāo)分別表明重復(fù)的上限和下限；另一種注釋方法是在開括弧左側(cè)標(biāo)明重復(fù)的下限，

20、在閉括弧的右側(cè)標(biāo)明重復(fù)的上限。例如 51A和1A5含義相同。,3.8 小結(jié),傳統(tǒng)的軟件工程方法學(xué)使用結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)，完成分析用戶需求的工作。需求分析是發(fā)現(xiàn)、求精、建模、規(guī)格說明和復(fù)審的過程。需求分析的第一步是了解用戶當(dāng)前所處的情況，發(fā)現(xiàn)用戶所面臨的問題；接下來應(yīng)該通過與用戶交流，對用戶的基本需求反復(fù)細(xì)化，以得出對目標(biāo)系統(tǒng)的完整、準(zhǔn)確和具體的需求。,為了詳盡地了解并正確地理解用戶的需求，必須使用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)與用戶通信和溝通。訪談是歷史悠久的與用戶通信的技術(shù)，至今仍被系統(tǒng)分析員廣泛采用。為了促使用戶與分析員密切合作共同分析需求，人們研究出一種面向團(tuán)隊的需求收集法，稱為“簡易的應(yīng)用規(guī)格說明技術(shù)”，現(xiàn)在，這種技術(shù)已經(jīng)成為信息系統(tǒng)界使用的主流技術(shù)。實踐表明，快速建立軟件原型是最準(zhǔn)確、最有效和最強(qiáng)大的需求分析技術(shù)?？焖僭蛻?yīng)該具備的基本特性是“快速”和“容易修改”，因此，必須有適當(dāng)?shù)能浖ぞ咧С挚焖僭图夹g(shù)。通常使用第四代技術(shù)、可重用的軟件構(gòu)件及形式化規(guī)格說明與原型環(huán)境等工具，快速地構(gòu)建和修改原型。,為了更好地理解問題，人們常常采用建立模型的方法，結(jié)構(gòu)化分析實質(zhì)上就是一種建?；顒樱ǔ＝?shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型。在需求分析階段建立起來的模型，在軟件開發(fā)過程