第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法

第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件體系結(jié)構(gòu)是軟件系統(tǒng)中最本質(zhì)的東西。良好的體系結(jié)構(gòu)必須是普適、高效和穩(wěn)定的。[BAS98]：軟件的體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)的一個或多個結(jié)構(gòu)，包含軟件構(gòu)件、構(gòu)件對外可見的性質(zhì)以及它們之間的關(guān)系。體系結(jié)構(gòu)是一種表示。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)注構(gòu)件結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的性質(zhì)和交互的關(guān)系。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格style體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格包含：一組構(gòu)件(components)（如，數(shù)據(jù)庫、計(jì)算模塊）完成系統(tǒng)所需的某種功能；一組連接子(connectors)，能使構(gòu)件間通信協(xié)調(diào)和合作；約束(constraints)，定義構(gòu)件如何被集成，形成系統(tǒng)；語義模型(semanticmodel)，使得設(shè)計(jì)者通過分析構(gòu)件的已知性質(zhì)而理解系統(tǒng)的整體性質(zhì)。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格分類數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可集成性共享數(shù)據(jù)可以是數(shù)據(jù)倉庫或是黑板?？蛻舳丝蛻舳丝蛻舳丝蛻舳丝蛻舳丝蛻舳斯蚕頂?shù)據(jù)第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格分類調(diào)用－返回體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)：系統(tǒng)的可更改性和可擴(kuò)展性主程序－子程序體系結(jié)構(gòu)將一個程序分層子部分每個子節(jié)點(diǎn)都只由父節(jié)點(diǎn)控制如遠(yuǎn)程過程調(diào)用系統(tǒng)面向?qū)ο蠡虺橄髷?shù)據(jù)類型系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)對數(shù)據(jù)的綁定和對數(shù)據(jù)操縱及訪問方式的掌握實(shí)現(xiàn)可更改性層次式可更改可移植SystemSoftwareMiddlewareBusiness-specificComponentsApplicationSystems第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法WebsitesofInterestCMUComposableSystemsGroupCMUArchitectureBasedLanguagesandEnvironmentsResearchGroupTheAcmeADLWorldwideInstituteofSoftwareArchitects第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法WebSitesofInterestTheWRIGHTLanguageMeta-HForReal-TimeSoftwareAnalysisRapideADLC2ProjectatUCIrvine第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法（StructuredDevelopingMethod）

是現(xiàn)有的軟件開發(fā)方法中最成熟，應(yīng)用最廣泛的方法，主要特點(diǎn)是快速、自然和方便。結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法由結(jié)構(gòu)化分析方法（SA法）、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法（SD法）及結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法（SP法）構(gòu)成的。

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法（SD法StructuredDesign）是結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法的核心，與SA法，SD法密切聯(lián)系，主要完成軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法又稱結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。

第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)基本思想：將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成由相對獨(dú)立、單一功能的模塊組成的結(jié)構(gòu)。采用方法：

DFDSystemHierarchy步驟：確定數(shù)據(jù)流類型；指明數(shù)據(jù)流的邊界；將DFD映射為程序結(jié)構(gòu)；根據(jù)元素的分解，定義控制的層次；使用設(shè)計(jì)測量和啟發(fā)信息，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化和求精；精化體系結(jié)構(gòu)的描述。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)圖(Structurechart)ABa.基本形式ACBDb.順序ABCc.選擇ABd.重復(fù)第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法1、DataFlow

的分類⑴變換流(TransformFlow)：InternalrepresentationInformationTransformflowOutgoingflowIncomingflowExternalrepresentationTime事實(shí)上所有信息流都可歸結(jié)為變換流面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法變換流輸入變換輸出第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法⑵事務(wù)流(TransactionFlow)……TTransactionrequest…Actionpaths……T=Calloneoftheseveralsubroutinesdependingonthetypeoftheincomingtransactionrequest.當(dāng)信息流具有明顯的“發(fā)射中心”時，可歸結(jié)為事務(wù)流。面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)事務(wù)中心第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法變換流設(shè)計(jì)變換流設(shè)計(jì)是從變換流的DFD到程序結(jié)構(gòu)圖的轉(zhuǎn)化。設(shè)計(jì)步驟：找出變換中心及邏輯輸入/出；變換中心－描述了系統(tǒng)的主要功能、特征，其特點(diǎn)是：輸入/出數(shù)據(jù)流較多，變換中心可以不至一個。邏輯輸入/出－是指輸入/出變換中心的數(shù)據(jù)流。輸入流－是將物理輸入轉(zhuǎn)換為邏輯輸入的數(shù)據(jù)流。輸出流－是將邏輯輸出轉(zhuǎn)換為物理輸出的數(shù)據(jù)流。設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)的頂層；為每個輸入設(shè)計(jì)一個輸入模塊，為每個輸出設(shè)計(jì)一個輸出模塊，同時為變換中心設(shè)計(jì)一個處理模塊。自頂向下，逐步細(xì)化，設(shè)計(jì)中下層模塊。即上層各個模塊的從屬模塊，順序一般是從設(shè)計(jì)輸入模塊的下層開始。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法變換流設(shè)計(jì)321456輸入變換中心輸出ABCDEFGHSystem3GetCGetBGetAMakeAintoBMakeBintoCMakeCintoDandEPutEPutDMakeEintoGPutGMakeDintoFPutFMakeGintoHPutHCCDEEDBBCAABEGGGHHDFF須檢查；每個傳遞的數(shù)據(jù)是否必須？完成模塊功能所必須的數(shù)據(jù)是否都傳遞了？傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否只與單一的功能有關(guān)？是否目的明確？第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法變換流設(shè)計(jì)12.1X32.2Z2.3YABCDMNPSystem2MakeBintoCGetBPutCXYZBBCCBNNPMPCM第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法變換流分析例：汽車數(shù)字儀表板的設(shè)計(jì)功能：①通過模-數(shù)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，每加侖油行駛的英里數(shù)(mpg)等等；④指示加速或減速；⑤如果車速超過55mph,則發(fā)出警告鈴聲。面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法第一步：DFD的分界，先分出I、P、O三塊燃料流傳感器信號SPS旋轉(zhuǎn)信號讀旋轉(zhuǎn)信號收集和求平均確定加/減速轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)/分計(jì)算里程計(jì)算mph,超速值產(chǎn)生加/減速顯示計(jì)算燃料消耗計(jì)算gph讀和校核產(chǎn)生mpg顯示產(chǎn)生mph顯示發(fā)出鈴聲產(chǎn)生里程顯示SPSSPS箭頭指示燃燒流上箭頭水平線下箭頭rpmrpmgphmphmpgmph超速值英里顯示鈴聲mph顯示mpg顯示面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法一般問題的一級分解方法：數(shù)字儀表板控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制驅(qū)動儀表板接收傳感器信號MPIO面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法第二步：映射ADCBMICBDA：每個處理直接對應(yīng)一個下層模塊。P：由邊界向回溯，將每個遇到的處理器映成相應(yīng)的層模塊。I：由邊界向外推，方法與類似OI面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法例：數(shù)字儀表板控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制驅(qū)動儀表板接收傳感器信號計(jì)算gph讀燃料流轉(zhuǎn)換成rpm收集sps讀旋轉(zhuǎn)信號確定加/減速計(jì)算mph計(jì)算mpg計(jì)算里程加/減速顯示顯示mpg顯示mph顯示里程發(fā)出鈴聲發(fā)光二極管顯示面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法第三步：修改——本著高內(nèi)聚、低耦合的原則。例：精化后的數(shù)字儀表板系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)。注：每個模塊應(yīng)附一簡要說明描述①進(jìn)出該模塊的信息（接口描述）；②模塊內(nèi)部的信息；③過程陳述，包括主要判定點(diǎn)及任務(wù)等；④對約束和特殊特點(diǎn)的簡短討論。面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法事務(wù)流設(shè)計(jì)事務(wù)流設(shè)計(jì)是從事務(wù)流的DFD到程序結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)步驟：確定流界：先從DFD中找出事務(wù)流、事務(wù)處理中心和事務(wù)路徑。事務(wù)中心前是接收事務(wù)、事務(wù)中心后是事務(wù)路徑。進(jìn)行一級分析，設(shè)計(jì)頂層模塊。進(jìn)行一級分析，設(shè)計(jì)上層模塊：從DFD中導(dǎo)出具有接收和發(fā)送分支的軟件結(jié)構(gòu)。對事務(wù)中心設(shè)計(jì)為“事務(wù)控制”、對事務(wù)流為“接收事務(wù)”、對事務(wù)路徑為“發(fā)送事務(wù)”。細(xì)化該事務(wù)結(jié)構(gòu)和每條動作路徑的結(jié)構(gòu)。對于接收分支，采用變換流設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)中下層；對于發(fā)送分支，在發(fā)送模塊下設(shè)計(jì)每條事務(wù)路徑的結(jié)構(gòu)。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法MIIISABC………IIISBAC………事務(wù)流設(shè)計(jì)事務(wù)流事務(wù)中心事務(wù)處理第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法混合流設(shè)計(jì)一般采用以變換流為主，事務(wù)流為輔的方法?；静襟E：利用變換設(shè)計(jì)，將DFD劃分為輸入、變換和輸出三大部分；設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)的上層模塊，即主模塊，及其下層輸入模塊、變換模塊和輸出模塊；根據(jù)輸入、變換和輸出DFD的不同特征設(shè)計(jì)它們的下層模塊。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法混合流設(shè)計(jì)AABBDDEEFFGGJJKKLLT1T2T3ABB1B2B3C1C2C3DEFGHJKLMSystemMakeDintoKGetDPutKDDKK第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法SystemMakeDintoKGetDPutKDDKKKKPutLLLPutMDDGetCEEFFGGJJGetBEditBBGetAAAT1T2T3Operate1OperatenDetail1Detailm……第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法“變換”“事物”精化數(shù)據(jù)流圖流類型區(qū)分事務(wù)中心和數(shù)據(jù)接收通路區(qū)分輸入和輸出分支映射成事務(wù)結(jié)構(gòu)映射成變換結(jié)構(gòu)用啟發(fā)式設(shè)計(jì)規(guī)則精化軟件結(jié)構(gòu)導(dǎo)出接口描述和全程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)查詳細(xì)設(shè)計(jì)變換分析事務(wù)分析優(yōu)化的前題是：“Getittowork,thenmakeitfast.”面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)過程第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法精化體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為每個模塊開發(fā)處理說明；為每個模塊提供接口描述；定義局部和全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；給出所有的設(shè)計(jì)限制或約束；進(jìn)行設(shè)計(jì)評審；如需要，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法SD方法的優(yōu)點(diǎn)SD方法是從以下5個方面來獲得質(zhì)量較好的軟件結(jié)構(gòu)：根據(jù)描述用戶需求的數(shù)據(jù)流圖導(dǎo)出了實(shí)現(xiàn)用戶需求的結(jié)構(gòu)圖。為了控制大型軟件系統(tǒng)復(fù)雜性，運(yùn)用了下面兩個手段：將系統(tǒng)分解成許多個黑盒。將黑盒組織成適合于用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的一個層次結(jié)構(gòu)。用內(nèi)聚和耦合作為評價(jià)軟件結(jié)構(gòu)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。給出一組設(shè)計(jì)技巧，如扇入和扇出、模塊大小的掌握，作用范圍和控制范圍等。用結(jié)構(gòu)圖直觀地描述軟件結(jié)構(gòu)，因此易于理解，并直接可以用于評價(jià)、分析和復(fù)查等。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法SD方法的缺點(diǎn)SD方法的不足：軟件系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)應(yīng)該包括兩個方面：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，兩者是密切相關(guān)的，但遺憾的是SD方法只考慮后者而不考慮前者，因此在使用SD方法時，一般還需參考一些有關(guān)數(shù)據(jù)庫、文件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法?！案邇?nèi)聚、低耦合”的原則雖已被廣為接受，但這兩個概念尚無嚴(yán)格的定義，更無健全的理論基礎(chǔ)，只能用些例子來解釋其含義，因而對實(shí)際系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)還難以作客觀的質(zhì)量評價(jià)，這是SD方法的一個缺陷。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法是一種面向數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)封閉性的開發(fā)方法，來源于程序的模塊化和功能分解。面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是將問題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為程序結(jié)構(gòu)，著重于問題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不強(qiáng)調(diào)模塊定義。Jackson系統(tǒng)開發(fā)方法是JSP的擴(kuò)展，是一種面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其基本思想是先建立輸入輸出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再將其轉(zhuǎn)換為軟件結(jié)構(gòu)。這種方法適用于數(shù)據(jù)處理類問題，特別是企業(yè)管理類的軟件系統(tǒng)。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)程序邏輯構(gòu)造（logicalconstructionofprograms,LCP）由Warnier開發(fā)，是建立在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和過程結(jié)構(gòu)之間關(guān)系上的方法，將I/O數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)映射為軟件詳細(xì)過程表達(dá)。Wariner-Orr方法是LCP的擴(kuò)展，除了設(shè)計(jì)能力之外，還增加了分析能力。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法JacksonSystemDevelopment(JSD)與SD的由DFD導(dǎo)出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，JSD是以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(datastructure)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)每個模塊的處理過程。分析的重點(diǎn)是構(gòu)造于系統(tǒng)相關(guān)的現(xiàn)實(shí)世界，并建立現(xiàn)實(shí)世界的信息域模型，目標(biāo)是生成軟件的過程性描述。JSD的特點(diǎn)：獲得簡單清晰的設(shè)計(jì)方案，因?yàn)檫@樣的方案易于理解、易于修改。

JSD的設(shè)計(jì)原則：使程序結(jié)構(gòu)同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法ABCBCA=ABoCoSA=SCBA=BAB*I1、JacksonDiagram:注意：層次方框圖H中的方框表示模塊，而JD中的方框代表幾個語句構(gòu)成的簡單操作；H表現(xiàn)調(diào)用關(guān)系，而JD表現(xiàn)組成關(guān)系。JacksonSystemDevelopment(JSD)第7講軟件相關(guān)設(shè)計(jì)方法

例：一個正文文件由若干個記錄組成，每個記錄是一個字符串。要求統(tǒng)計(jì)每個記錄中空格字符的個數(shù)，以及文件中空格字符的總個數(shù)。要求的輸出數(shù)據(jù)格式是：每掃描一行輸入字符串之后，換行打印出這個字符串中的空格數(shù)，最后打印出文件中空格的總個數(shù)。2、Jackson方法：JacksonSystemDe