軟件工程 第4章 總體設(shè)計

1、總體設(shè)計的兩項(xiàng)任務(wù)： 劃分出組成系統(tǒng)的物理元素-程序、文件、數(shù)據(jù)庫、人工過程和文檔 設(shè)計軟件的結(jié)構(gòu)-確定每個程序的模塊組成及模塊之間的相互關(guān)系。 4.1 總體設(shè)計的過程（兩個主要階段）： 系統(tǒng)設(shè)計：確定系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案。 結(jié)構(gòu)設(shè)計：確定軟件結(jié)構(gòu)。 設(shè)想供選 擇的方案 選 取 合 理的方案 推薦最 佳方案 功能 分解 設(shè)計軟 件結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫 設(shè) 計 制訂測 試計劃 書寫 文檔 數(shù)據(jù)流圖 系統(tǒng)流程圖 組成系統(tǒng)的物理元素清單 成本/效益分析 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)度計劃 系統(tǒng)說明 用戶手冊 測試計劃 詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)計劃 數(shù)據(jù)庫設(shè)計結(jié)果 審查和 復(fù) 審 模塊是數(shù)據(jù)說明、可執(zhí)行語句等程序?qū)ο蟮恼f明。 模塊化：把程序

2、劃分成若干個模塊，每個模塊完成一個子功能，把這些模塊集 總起來組成一個整體，可以完成指定的功能，滿足問題的功能。 C(P1+P2) C(P1)+C(P2) E(P1+P2) E(P1)+E(P2) 抽象 信息隱蔽和局部化 模塊獨(dú)立-每個模塊完成一個相對獨(dú)立的子 功能，并且和其他模塊之間的關(guān) 系很簡單。 成本 模塊數(shù)目 成本/模塊 接口成本 最小成本區(qū) 模塊化和軟件成本 耦合：一個軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊之間互連程度的度量。 數(shù)據(jù)耦合：模塊之間通過參數(shù)交換數(shù)據(jù)信息，而且交換的信息僅僅是數(shù)而且交換的信息僅僅是數(shù) 據(jù)據(jù)。 控制耦合：模塊之間傳遞的參數(shù)含有控制信息。 特征耦合：當(dāng)把整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為參數(shù)傳遞而

3、被調(diào)用的模塊只需要使 用其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)元素時，就出現(xiàn)了特征耦合。 公共環(huán)境耦合：兩個或多個模塊通過一個公共數(shù)據(jù)環(huán)境相互作用。 內(nèi)容耦合：一個模塊訪問另一個模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)；一個模塊不通過正 常入口而轉(zhuǎn)到另一個模塊的內(nèi)部；兩個模塊有一部分程序代碼重疊； 一個模塊有多個入口 設(shè)計原則：盡量使用數(shù)據(jù) 耦合，少用控制耦合和特征耦 合，限制公共環(huán)境耦合，完全 不用內(nèi)容耦合。 數(shù)據(jù)耦合控制耦合公共環(huán)境耦合內(nèi)容耦合 低 高 特征耦合 耦合性 數(shù)據(jù)耦合 特征耦合 控制耦合 公共環(huán)境耦合 內(nèi)容耦合 弱耦合 中耦合 較強(qiáng)耦合 強(qiáng)耦合 模塊1 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

4、換數(shù)據(jù) 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) 公共環(huán)境耦合 Flag=1? S1S2 模塊1 控制耦合 模塊之間傳遞 的是控制信息 TF 全 局 性簡單變量 模塊A 模塊B 內(nèi)容耦合 l訪問其它模塊的內(nèi) 部數(shù)據(jù) l直接跳到其他模塊 內(nèi)部執(zhí)行 內(nèi)聚：一個模塊內(nèi)各個元素彼此結(jié)合的緊密程度。 偶然內(nèi)聚：一個模塊完成一組任務(wù)，任務(wù)之間的關(guān)系很松散。公共語句。 邏輯內(nèi)聚：若干個邏輯功能類似的任務(wù)組成一個模塊。 時間內(nèi)聚：若干個任務(wù)必須在同一段時間內(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

5、用同一個輸入數(shù)據(jù)，和/或產(chǎn)生同一個 輸出數(shù)據(jù)。 順序內(nèi)聚：模塊中所有處理元素和同一個功能密切相關(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整體，完成一個單一的功能。 模塊A模塊B模塊C S1; S2; 模塊A 模塊B模塊C 模塊A模塊B模塊C 模塊D 偶然內(nèi)聚邏輯內(nèi)聚時間內(nèi)聚 過程內(nèi)聚通信內(nèi)聚順序內(nèi)聚功能內(nèi)聚 低高 內(nèi)聚性 改進(jìn)軟件結(jié)構(gòu)提高模塊獨(dú)立性 模塊規(guī)模應(yīng)該適中 深度、寬度、扇入、扇出都應(yīng)適當(dāng) 模塊的作用域應(yīng)該在控制域之內(nèi) 力爭降低模塊接口的復(fù)雜程度 設(shè)計單入口單出口的模塊 模塊的功能應(yīng)該可以預(yù)測 4.3 啟發(fā)規(guī)則 模塊的作用域定義為受該模塊內(nèi) 一個判定影響的所有模塊的

6、集合。 模塊的控制域是這個模塊本身以 及所有直接或間接從屬于它的模 塊的集合。 層次圖和HIPO圖 層次圖用來描述軟件結(jié)構(gòu)，層次圖+IPO圖= HIPO圖 正文加 工系統(tǒng) 輸入輸出編輯加標(biāo)題存儲檢索編目錄格式化 添加刪除插入修改合并列表 結(jié)構(gòu)圖的例子結(jié)構(gòu)圖的例子產(chǎn)生最佳解的一般結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最佳解的一般結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)圖（Yourdon） 方框之間的箭頭表示模塊的調(diào)用關(guān)系，帶注釋的箭頭表示模塊間來回 傳遞的信息：空心圓數(shù)據(jù)，實(shí)心圓控制信息。 結(jié)構(gòu)圖還可以表示模塊的選擇調(diào)用或循環(huán)調(diào)用 判定為真時調(diào)用判定為真時調(diào)用A，為假時，為假時 調(diào)用調(diào)用B 模塊模塊M循環(huán)調(diào)用模塊循環(huán)調(diào)用模塊A、B、C 1） 變換流 事務(wù)

7、 T 事務(wù)中心 事務(wù)流 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 信息流 時間 輸入流 輸出流 變換流 外部表示 內(nèi)部表示 變換流 2） 事務(wù)流 精化數(shù)據(jù)流圖精化數(shù)據(jù)流圖 流類型流類型 區(qū)分事務(wù)中心和區(qū)分事務(wù)中心和 數(shù)據(jù)接收通路數(shù)據(jù)接收通路 映射成事務(wù)結(jié)構(gòu)映射成事務(wù)結(jié)構(gòu) 區(qū)分輸入和輸出區(qū)分輸入和輸出 分支分支 映射成變換結(jié)構(gòu)映射成變換結(jié)構(gòu) 用啟發(fā)式設(shè)計規(guī)用啟發(fā)式設(shè)計規(guī) 則精化軟件結(jié)構(gòu)則精化軟件結(jié)構(gòu) 導(dǎo)出接口描述和導(dǎo)出接口描述和 全程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 復(fù)查復(fù)查 詳細(xì)設(shè)計詳細(xì)設(shè)計 事務(wù)分析事務(wù)分析 變換分析變換分析 “事務(wù)事務(wù)

8、”“變換變換” 變換分析： 汽車數(shù)字儀表板功能： 1） 通過A/D 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)傳感器和微處理器接口， 2） 在發(fā)光二極管面板上顯示數(shù)據(jù)， 3） 指示每小時英里數(shù)（mph)，行駛的里程，每加倫油行駛的英里數(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，則發(fā)出超速警告鈴聲。 A/D 轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)器流量傳感器 微處理機(jī)微處理機(jī) 里程表 車速表 油效表 油管油管 系統(tǒng)系統(tǒng) 加速/減速指示 超速報警 讀旋 轉(zhuǎn)信 號 收集 和求 平均 轉(zhuǎn)換成 轉(zhuǎn)/分 （ rpm） 計 算 里 程 確定加 速 / 減 速 產(chǎn)生 加速/ 減速 顯示 產(chǎn)生 里程 顯示 計算 mph和 超速值

9、計算 燃料 消耗 發(fā) 出 鈴 聲 產(chǎn)生 mph顯 示 產(chǎn)生 mpg顯 示 讀 和 校 核 計 算 gph 旋轉(zhuǎn)信號 信號/秒 SPS SPS SPS rpm rpm 箭頭指示 上箭頭 水平線下箭頭 英里 超速值 顯示 鈴聲 mph mph mpg gph 燃料流 燃料流傳 感器信號 Mpg 顯示 數(shù)字儀表板 控 制 接受傳感 器 信 號 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換控制 驅(qū)動儀 表 板 輸入 控制 變換 控制 輸 出 控 制 Cm CaCtCe 第一級分解的方法 A D B C Cm Ca CB D A 接受傳感 器 信 號 轉(zhuǎn)換成rpm 收集SPS 讀旋轉(zhuǎn)信號 計算gph 讀燃料流 數(shù)字儀表 板 控 制 確

10、定 加/減速 計算 mph 計算 mpg 計算 里程 驅(qū)動儀表板 加速/減 速顯示 顯示 mph 顯示 mpg 顯示 里程 發(fā)出 鈴聲 發(fā)光二極 管顯示 數(shù)字儀表板 控 制 接受傳感 器 信 號 轉(zhuǎn)換成rpm 讀旋轉(zhuǎn)信號 計算gph 讀燃料流 數(shù)字儀表 板 控 制 確 定 加/減速 計算 mph 計算 mpg 計算 里程 驅(qū)動儀 表板 加速/減 速顯示 顯示 mph 顯示 mpg 顯示 里程 發(fā)出 鈴聲 發(fā)光二極 管顯示 數(shù)字儀表板軟件系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)整后的結(jié)構(gòu)圖 注意：紅色模塊 的位置有所調(diào)整 設(shè)計步驟：設(shè)計步驟： 復(fù)查基本系統(tǒng)模型復(fù)查基本系統(tǒng)模型 復(fù)查并精化數(shù)據(jù)流圖復(fù)查并精化數(shù)據(jù)流圖 確定數(shù)據(jù)流

11、圖具有變確定數(shù)據(jù)流圖具有變 換特性還是事務(wù)特性換特性還是事務(wù)特性 確定輸入流和輸出流的邊確定輸入流和輸出流的邊 界，劃分變換或事務(wù)中心界，劃分變換或事務(wù)中心 完成完成 “第一級分解第一級分解” 完成完成 “第二級分解第二級分解” 精化軟件結(jié)構(gòu)精化軟件結(jié)構(gòu) 事務(wù)分析 4 3 2 總 控 接收通路 C通路B通路 A通路 調(diào) 度 A_CTL 1 4 2+1 3 2 1 B_CTLC_CTL 設(shè)計優(yōu)化 先使系統(tǒng)工作起來，然后使它快起來。 數(shù)據(jù) 流圖 軟件 結(jié)構(gòu) l在不考慮時間因數(shù)的前提下開發(fā)并精化軟件結(jié)構(gòu)； l在詳細(xì)設(shè)計階段選出最耗費(fèi)時間的那些模塊，仔細(xì)地 設(shè)計它們的處理過程（算法），以求提高效率； l使用高級程序設(shè)計語言編寫程序； l在軟件中孤立出那些大量占用處理機(jī)資源的模塊； l必要時重新設(shè)計或用依賴于機(jī)器的語言重寫上述大量 占用資源的模塊的代碼，以求提高效率。 格言：“先使它工作起來，然后再使它快起來” 總體設(shè)計階段的基本目的是用比較抽象概括的方式確定 系統(tǒng)如何完成預(yù)定的任務(wù)，也就是說，應(yīng)該確定系統(tǒng)的物理 配置方案，并且進(jìn)而確定組成系統(tǒng)的每個程序的結(jié)構(gòu)。 層次圖和結(jié)構(gòu)圖是描繪軟件結(jié)構(gòu)的常用工具。 在進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該遵循的最主要的原理是模塊 獨(dú)立原理，也就是說，軟件應(yīng)該由一組完成相對獨(dú)立的子功