第5講結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)

1、何帆-湖南理工學(xué)院1第5講 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)(Structured Design)何帆-湖南理工學(xué)院2主要內(nèi)容n軟件設(shè)計(jì)步驟n軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖形工具：HIPO圖和結(jié)構(gòu)圖何帆-湖南理工學(xué)院3軟件設(shè)計(jì)步驟軟件設(shè)計(jì)分為軟件設(shè)計(jì)分為概要設(shè)計(jì)概要設(shè)計(jì)和和詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)n概要設(shè)計(jì)概要設(shè)計(jì)(又稱總體設(shè)計(jì)又稱總體設(shè)計(jì))確定設(shè)計(jì)方案確定設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)軟件過程設(shè)計(jì)軟件過程設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)何帆-湖南理工學(xué)院4軟件設(shè)計(jì)步驟n概要設(shè)計(jì)的基本步驟概要設(shè)計(jì)的基本步驟確定設(shè)計(jì)方案確定設(shè)計(jì)方案軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件設(shè)計(jì)制定測(cè)試方案制定測(cè)試方案書寫概

2、要設(shè)計(jì)文檔書寫概要設(shè)計(jì)文檔何帆-湖南理工學(xué)院5軟件設(shè)計(jì)步驟n概要設(shè)計(jì)的基本步驟確定設(shè)計(jì)方案1. 設(shè)計(jì)供選擇的方案2. 推薦最佳實(shí)現(xiàn)方案例如：需要開發(fā)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)辦公系統(tǒng)，該系統(tǒng)可設(shè)計(jì)成B/S模式或者C/S模式兩種方案。然后根據(jù)需要選擇適合的方案。何帆-湖南理工學(xué)院6軟件設(shè)計(jì)步驟n概要設(shè)計(jì)的基本步驟軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.功能分解汽車配件管理系統(tǒng)進(jìn)貨出貨存貨管理統(tǒng)計(jì)何帆-湖南理工學(xué)院7軟件設(shè)計(jì)步驟n概要設(shè)計(jì)的基本步驟軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu) 分析員應(yīng)把模塊組織成層次結(jié)構(gòu)，頂層模塊依次調(diào)用它的下一層模塊。M1M11M14M12M13何帆-湖南理工學(xué)院8軟件設(shè)計(jì)步驟n概要設(shè)計(jì)的基本步驟數(shù)據(jù)文件設(shè)計(jì)1.數(shù)據(jù)結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計(jì)2.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)字典E-R圖數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫何帆-湖南理工學(xué)院9軟件設(shè)計(jì)步驟n概要設(shè)計(jì)的基本步驟：制定測(cè)試計(jì)劃何帆-湖南理工學(xué)院10軟件設(shè)計(jì)步驟n概要設(shè)計(jì)的基本步驟：書寫概要設(shè)計(jì)文檔1.系統(tǒng)說明2.用戶手冊(cè)3.測(cè)試計(jì)劃4.詳細(xì)的軟件工程進(jìn)度計(jì)劃5.數(shù)據(jù)文件設(shè)計(jì)結(jié)果何帆-湖南理工學(xué)院11軟件設(shè)計(jì)步驟n詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)的基本任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)代碼，輸入輸出，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)代碼，輸入輸出，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)編寫詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書，軟件系統(tǒng)的操作編寫詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書，軟件系統(tǒng)的操作手冊(cè)手冊(cè)復(fù)審復(fù)審何帆-湖南理工學(xué)院12軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理：n軟件的模

4、塊化n模塊獨(dú)立性n抽象和逐步求精n信息隱蔽和局部化何帆-湖南理工學(xué)院13模塊化 模塊又稱構(gòu)件，它一般具有如下五個(gè)基本屬性：n名稱：模塊的名稱最好能表達(dá)模塊的功能n接口：模塊的輸入輸出。n功能：即指該模塊實(shí)現(xiàn)什么功能，做什么事情。n邏輯：即描述模塊內(nèi)部怎么做。n狀態(tài)：即該模塊使用時(shí)的環(huán)境和條件。何帆-湖南理工學(xué)院14模塊化模塊化（模塊化（Modularization）是把系統(tǒng)分割）是把系統(tǒng)分割成能完成獨(dú)立功能的模塊。成能完成獨(dú)立功能的模塊。1. 模塊化可產(chǎn)生的效果模塊化可產(chǎn)生的效果n減少?gòu)?fù)雜性減少?gòu)?fù)雜性n提高軟件的可靠性提高軟件的可靠性n提高可維護(hù)性提高可維護(hù)性n有助于軟件工程的組織管理有助于軟

5、件工程的組織管理n有助于信息屏蔽有助于信息屏蔽何帆-湖南理工學(xué)院15模塊化2. 模塊分割方法模塊分割方法n橫向分割橫向分割根據(jù)根據(jù)輸入輸出等功能輸入輸出等功能的不同來分割模塊的不同來分割模塊n縱向分割縱向分割根據(jù)系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行根據(jù)系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理過程中不同的階段處理過程中不同的階段來來分割分割n模塊分割順序模塊分割順序先確定中心控制模塊，由控制模塊指示從屬模先確定中心控制模塊，由控制模塊指示從屬模塊，逐次進(jìn)行分解。塊，逐次進(jìn)行分解。 何帆-湖南理工學(xué)院16模塊獨(dú)立性 所謂模塊的所謂模塊的獨(dú)立性獨(dú)立性，是指軟件系統(tǒng)中每，是指軟件系統(tǒng)中每個(gè)模塊只涉及軟件要求的具體的子功能，個(gè)模塊只涉及軟件要求的

6、具體的子功能，而和軟件系統(tǒng)中其它的模塊的接口是簡(jiǎn)而和軟件系統(tǒng)中其它的模塊的接口是簡(jiǎn)單的。單的。 例如：若一個(gè)模塊只具有單一的功能且例如：若一個(gè)模塊只具有單一的功能且與其它模塊沒有太多的聯(lián)系，則稱此模與其它模塊沒有太多的聯(lián)系，則稱此模塊具有模塊獨(dú)立性。塊具有模塊獨(dú)立性。何帆-湖南理工學(xué)院17模塊獨(dú)立性模塊獨(dú)立性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)模塊獨(dú)立性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):n模塊大小模塊大小n模塊之間的聯(lián)系程度模塊之間的聯(lián)系程度 (耦合耦合)n模塊內(nèi)的軟件元素的聯(lián)系程度模塊內(nèi)的軟件元素的聯(lián)系程度 (內(nèi)聚內(nèi)聚)n模塊信息的隱蔽程度模塊信息的隱蔽程度何帆-湖南理工學(xué)院18模塊獨(dú)立性1. 模塊的耦合模塊的耦合軟件結(jié)構(gòu)中軟件結(jié)構(gòu)中模塊

7、之間模塊之間互相依賴的程度用耦合來互相依賴的程度用耦合來度量。度量。n內(nèi)容耦合內(nèi)容耦合n公共耦合公共耦合n外部耦合外部耦合n控制耦合控制耦合n標(biāo)記耦合標(biāo)記耦合n數(shù)據(jù)耦合數(shù)據(jù)耦合n非直接耦合非直接耦合何帆-湖南理工學(xué)院19模塊的耦合模塊的耦合n內(nèi)容耦合 如果一個(gè)模塊直接訪問另一個(gè)模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)；或者一個(gè)模塊不通過正常入口轉(zhuǎn)到另一模塊內(nèi)部；或者兩個(gè)模塊有一部分程序代碼重迭；或者一個(gè)模塊有多個(gè)入口，則兩個(gè)模塊之間就發(fā)生了內(nèi)容耦合。在內(nèi)容耦合的情形，被訪問模塊的任何變更，或者用不同的編譯器對(duì)它再編譯，都會(huì)造成程序出錯(cuò)。這種耦合是模塊獨(dú)立性最弱的耦合。 何帆-湖南理工學(xué)院20模塊的耦合模塊的耦合n 公共

8、耦合若一組模塊都訪問同一個(gè)公共數(shù)據(jù)環(huán)境，則它們之間的耦合就稱為公共耦合。若只是兩個(gè)模塊之間有公共數(shù)據(jù)環(huán)境，則公共耦合有兩種情況：松散公共耦合和緊密公共耦合。只有在模塊之間共享的數(shù)據(jù)很多，且通過參數(shù)表傳遞不方便時(shí)，才使用公共耦合。何帆-湖南理工學(xué)院21模塊的耦合模塊的耦合n外部耦合一組模塊都訪問同一全局簡(jiǎn)單變量而不是同一全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而且不是通過參數(shù)表傳遞該全局變量的信息，則稱之為外部耦合。 外部耦合引起的問題類似于公共耦合，區(qū)別在于在外部耦合中不存在依賴于一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部各項(xiàng)的物理安排。何帆-湖南理工學(xué)院22模塊的耦合模塊的耦合n控制耦合如果一個(gè)模塊通過傳送開關(guān)、標(biāo)志、名字等控制信息，明顯地控

9、制選擇另一模塊的功能，就是控制耦合。這種耦合的實(shí)質(zhì)是在單一接口上選擇多功能模塊中的某項(xiàng)功能。因此，對(duì)被控制模塊的任何修改，都會(huì)影響控制模塊。何帆-湖南理工學(xué)院23模塊的耦合模塊的耦合n標(biāo)記耦合如果一組模塊通過參數(shù)表傳遞記錄信息，就是標(biāo)記耦合。事實(shí)上，這組模塊共享了某一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)，而不是簡(jiǎn)單變量。這要求這些模塊都必須清楚該記錄的結(jié)構(gòu)，并按結(jié)構(gòu)要求對(duì)記錄進(jìn)行操作。n數(shù)據(jù)耦合如果一個(gè)模塊訪問另一個(gè)模塊時(shí)，彼此之間是通過數(shù)據(jù)參數(shù)（不是控制參數(shù)、公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或外部變量）來交換輸入、輸出信息的，則稱這種耦合為數(shù)據(jù)耦合。數(shù)據(jù)耦合是松散的耦合，模塊之間的獨(dú)立性比較強(qiáng)。何帆-湖南理工學(xué)院24模塊的耦合模塊

10、的耦合n非直接耦合如果兩個(gè)模塊之間沒有直接關(guān)系，它們之間的聯(lián)系完全是通過主模塊的控制和調(diào)用來實(shí)現(xiàn)的，這就是非直接耦合。這種耦合的模塊獨(dú)立性最強(qiáng)。何帆-湖南理工學(xué)院25模塊的耦合模塊的耦合n耦合性越低，模塊的獨(dú)立性越強(qiáng)，否則越弱。何帆-湖南理工學(xué)院26模塊獨(dú)立性在模塊劃分時(shí)，應(yīng)盡量降低模塊間的耦合程度，在模塊劃分時(shí)，應(yīng)盡量降低模塊間的耦合程度，采取以下原則：采取以下原則：n在傳遞信息時(shí)，盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制在傳遞信息時(shí)，盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合耦合n用參數(shù)傳遞信息，不采用內(nèi)容耦合，盡量控制用參數(shù)傳遞信息，不采用內(nèi)容耦合，盡量控制公共環(huán)境耦合公共環(huán)境耦合n模塊間調(diào)用，參數(shù)最好只有模塊間

11、調(diào)用，參數(shù)最好只有1個(gè)，最多不超過個(gè)，最多不超過4個(gè)個(gè)n設(shè)計(jì)模塊盡量做到把模塊之間的連接限制到最設(shè)計(jì)模塊盡量做到把模塊之間的連接限制到最少少何帆-湖南理工學(xué)院27模塊的內(nèi)聚(1) 巧合內(nèi)聚（偶然內(nèi)聚）當(dāng)幾個(gè)模塊內(nèi)湊巧有一些程序段代碼相同，又沒有明確表現(xiàn)出獨(dú)立的功能，把這些代碼獨(dú)立出來建立的模塊即為巧合內(nèi)聚模塊。它是內(nèi)聚程度最低的模塊。 (2) 邏輯內(nèi)聚這種模塊把幾種相關(guān)的功能組合在一起，每次被調(diào)用時(shí)，由傳送給模塊的控制型參數(shù)來確定該模塊應(yīng)執(zhí)行哪一種功能。邏輯內(nèi)聚模塊比巧合內(nèi)聚模塊的內(nèi)聚程度要高。因?yàn)樗砻髁烁鞑糠种g在功能上的相關(guān)關(guān)系。何帆-湖南理工學(xué)院28模塊的內(nèi)聚 (3) 時(shí)間內(nèi)聚（經(jīng)典內(nèi)

12、聚） 這種模塊大多為多功能模塊，但要求模塊的各個(gè)功能必須在同一時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行。 例如初始化模塊和終止模塊。時(shí)間內(nèi)聚模塊比邏輯內(nèi)聚模塊的內(nèi)聚程度又稍高一些。在一般情形下，各部分可以以任意的順序執(zhí)行，所以它的內(nèi)部邏輯更簡(jiǎn)單。何帆-湖南理工學(xué)院29模塊的內(nèi)聚 (4) 過程內(nèi)聚使用流程圖做為工具設(shè)計(jì)程序的時(shí)侯，常常通過流程圖來確定模塊劃分。把流程圖中的某一部分劃出組成模塊，就得到過程內(nèi)聚模塊。這類模塊的內(nèi)聚程度比時(shí)間內(nèi)聚模塊的內(nèi)聚程度更強(qiáng)一些。(5) 通信內(nèi)聚如果一個(gè)模塊內(nèi)各功能部分都使用了相同的輸入數(shù)據(jù)，或產(chǎn)生了相同的輸出數(shù)據(jù)，則稱之為通信內(nèi)聚模塊。何帆-湖南理工學(xué)院30模塊的內(nèi)聚(6) 信息內(nèi)聚 這

13、種模塊完成多個(gè)功能，各個(gè)功能都在同一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上操作，每一項(xiàng)功能有一個(gè)唯一的入口點(diǎn)。例如下圖所示的模塊是一個(gè)信息內(nèi)聚的模塊。信息內(nèi)聚模塊可以看成是多個(gè)功能內(nèi)聚模塊的組合，并且達(dá)到信息的隱蔽，增加了模塊的獨(dú)立性。 何帆-湖南理工學(xué)院31模塊的內(nèi)聚 (7) 功能內(nèi)聚一個(gè)模塊中各個(gè)部分都是為完成一項(xiàng)具體功能而協(xié)同工作，緊密聯(lián)系，不可分割的。則稱該模塊為功能內(nèi)聚模塊。功能內(nèi)聚模塊時(shí)內(nèi)聚性最強(qiáng)的模塊。何帆-湖南理工學(xué)院32模塊的內(nèi)聚n一個(gè)模塊內(nèi)各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度用內(nèi)聚來度量。n模塊的內(nèi)聚性越高，模塊的獨(dú)立性越強(qiáng)，否則獨(dú)立性就弱 何帆-湖南理工學(xué)院33模塊設(shè)計(jì)啟發(fā)規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，模塊獨(dú)立性比較強(qiáng)的模

14、塊應(yīng)是高內(nèi)聚低耦合的模塊。在軟件設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意：在軟件設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意：n1. 提高模塊獨(dú)立性提高模塊獨(dú)立性n2. 注意模塊的可靠性、通用性、可維護(hù)性、注意模塊的可靠性、通用性、可維護(hù)性、簡(jiǎn)單性簡(jiǎn)單性n3. 模塊的大小應(yīng)適中模塊的大小應(yīng)適中n4. 模塊的深度、寬度、扇出和扇入應(yīng)適當(dāng)模塊的深度、寬度、扇出和扇入應(yīng)適當(dāng)n5. 模塊接口簡(jiǎn)單清晰模塊接口簡(jiǎn)單清晰何帆-湖南理工學(xué)院34模塊設(shè)計(jì)啟發(fā)規(guī)則設(shè)計(jì)得好的軟件結(jié)構(gòu)，頂層扇出高，中間扇出較少，下層調(diào)用公共模塊。 Model1M21M31M22何帆-湖南理工學(xué)院35軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖形工具n 層次圖（或HIPO圖）何帆-湖南理工學(xué)院36結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖1.

15、 結(jié)構(gòu)圖的符號(hào) n方框代表模塊，框內(nèi)注明模塊的名字和主要功能。n方框之間的大箭頭或直線表示模塊的調(diào)用關(guān)系。 n帶注釋的小箭頭表示模塊調(diào)用時(shí)傳遞的信息及其傳遞方向。v尾部加空心圓的小箭頭表示傳遞數(shù)據(jù)信息。v尾部加實(shí)心圓的小箭頭表示傳遞控制信息。n選擇結(jié)構(gòu)，見(a)n循環(huán)結(jié)構(gòu)，模塊 H 循環(huán)調(diào)用模塊 A,B,C，見(b)何帆-湖南理工學(xué)院37結(jié)構(gòu)圖的繪制n【例】招聘考試成績(jī)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖招聘考試成績(jī)管理系統(tǒng)輸入處理輸出何帆-湖南理工學(xué)院38結(jié)構(gòu)圖的繪制n【例】學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖招聘考試成績(jī)管理系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)輸出計(jì)算考生總分排序輸入數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果選擇打印原始數(shù)據(jù)考生總分排序結(jié)果何帆-湖南理工學(xué)院39小結(jié)概要設(shè)計(jì)階段：確定設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段：過程設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。模塊(module)是能夠單獨(dú)命名，獨(dú)立地完成一定功能，能獨(dú)立地設(shè)計(jì)、編制、調(diào)試、查錯(cuò)、修改與維護(hù)的程序語句的集合。評(píng)價(jià)模塊分割的標(biāo)準(zhǔn)：（）模塊的大?。ǎ┠K之間的聯(lián)系程度（耦合）（）模塊內(nèi)的聯(lián)系程度（內(nèi)聚）（）模塊信息的隱蔽程度何帆-湖南理工學(xué)院40練習(xí)n請(qǐng)將汽車配件管理信息系統(tǒng)進(jìn)行模塊分割，盡可能的使模塊的獨(dú)立性高。何帆-湖南理工學(xué)院41軟件設(shè)計(jì)方法 從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，軟件設(shè)計(jì)方法可以