軟件工程中幾種常用軟件設(shè)計方法的概述

軟件工程中幾種常用軟件設(shè)計方法的概述研究【摘要】在軟件開發(fā)時期中，設(shè)計階段是最富有活力、最需要發(fā)揮創(chuàng)造精神的階段。本文通過對常用幾種軟件設(shè)計方法的研究，對軟件的開發(fā)有進(jìn)一步的認(rèn)識。同時，也能通過對比得出哪些設(shè)計方法對某一軟件的開發(fā)有更大的優(yōu)勢，可以更好的指導(dǎo)我們實(shí)踐?！娟P(guān)鍵字】軟件開發(fā)、常用設(shè)計方法一、引言在軟件開發(fā)時期中，設(shè)計階段是最富有活力、最需要發(fā)揮創(chuàng)造精神的階段，軟件設(shè)計方法對軟件的開發(fā)以及投放市場有著重要的作用。在日常生活中，常用的軟件工程設(shè)計方法有Parnas方法、Jackson(JSP/JSD)方法、問題分析方法（PAM）、面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法（OO）、形式化方法、可視化方法、軟件重用。下面對這幾種方法進(jìn)行分析研究。二、Parnas方法最早軟件開發(fā)方法是由D.Parnas在1972年提出。由于當(dāng)時軟件在可維護(hù)性和可靠性方面存在著嚴(yán)重問題，因此Parnas提出的方法是針對這兩個問題的。首先，Parnas提出了信息隱蔽原則：在概要設(shè)計時列出將來可能發(fā)生變化的因素，并在模塊劃分時將這些因素放到個別模塊的內(nèi)部。這樣，在將來由于這些因素變化而需修改軟件時，只需修改個別的模塊，其它模塊不受影響。信息隱蔽技術(shù)不僅提高了軟件的可維護(hù)性，而且也避免了錯誤的蔓延，改善了軟件的可靠性?，F(xiàn)在信息隱蔽原則已成為軟件工程學(xué)中的一條重要原則。Parnas提出第二條原則是在軟件設(shè)計時應(yīng)對可能發(fā)生的種種意外故障采取措施。軟件是很脆弱的，很可能因?yàn)橐粋€微小的錯誤而引發(fā)嚴(yán)重的事故，所以必須加強(qiáng)防范。如在分配使用設(shè)備前，應(yīng)該取設(shè)備狀態(tài)字，檢查設(shè)備是否正常。此外，模塊之間也要加強(qiáng)檢查，防止錯誤蔓延。Parnas對軟件開發(fā)提出了深刻的見解。遺憾的是，他沒有給出明確的工作流程。所以這一方法不能獨(dú)立使用，只能作為其它方法的補(bǔ)充。三、Jackson(JSP/JSD)方法1975年，M．A．Jackson提出了一類至今仍廣泛使用的軟件開發(fā)方法。這一方法從目標(biāo)系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手，導(dǎo)出程序框架結(jié)構(gòu)，再補(bǔ)充其它細(xì)節(jié)，就可得到完整的程序結(jié)構(gòu)圖。這一方法對輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)明確的中小型系統(tǒng)特別有效，如商業(yè)應(yīng)用中的文件表格處理。該方法也可與其它方法結(jié)合，用于模塊的詳細(xì)設(shè)計。Jackson方法有時也稱為面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計方法。一般通過以下五個步驟來完成設(shè)計：1分析并確定輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，并用Jackson結(jié)構(gòu)圖來表示這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2找出輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元。3按以下的規(guī)則由輸入、輸出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)出程序結(jié)構(gòu)。1)為每一對在輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對應(yīng)關(guān)系的單元畫一個處理框。2)為輸入和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的數(shù)據(jù)單元畫一個處理框。3)所有處理框在程序結(jié)構(gòu)圖上的位置，應(yīng)與由它處理的數(shù)據(jù)單元在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Jackson圖上的位置一致。4)必要時，可以對映射導(dǎo)出的程序結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化。4列出基本操作與條件，并把它們分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置。5用偽碼寫出程序。3.1JSP方法JSP方法是杰克遜結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方法,是一種典型的面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計的方法。其主要設(shè)計思想是按輸入、輸出和內(nèi)部信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行軟件設(shè)計的,把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述變換成程序結(jié)構(gòu)的描述,設(shè)計出反映數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)。JSP方法將問題分解為順序、選擇和重復(fù)三種基本結(jié)構(gòu)形式表示的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。這樣對一個要解決的問題,總是要把解的結(jié)構(gòu)設(shè)計成同問題的結(jié)構(gòu)一樣,使程序既容易理解,又容易修改以滿足將來問題的變化。JSP方法首先考察問題的環(huán)境,分析所要處理的數(shù)據(jù),作出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖及圖示邏輯;再以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基本點(diǎn)形成程序結(jié)構(gòu);最后列出進(jìn)行處理所需要的基本操作,并把這些操作分配給程序結(jié)構(gòu)中的適當(dāng)部分。JSP方法的優(yōu)點(diǎn)是客觀,不依賴于設(shè)計者自己的創(chuàng)造和經(jīng)驗(yàn),不同的設(shè)計者可以設(shè)計出同樣的解。簡單易學(xué),用JSP圖示邏輯可以很容易地導(dǎo)出Cobol程序,目前已研制出從JSP方法設(shè)計的結(jié)構(gòu)自動導(dǎo)出Cobol程序的工具。雖然JSP方法簡單易學(xué),步驟規(guī)范,但也存在著一些局限性,最大的不足是當(dāng)軟件系統(tǒng)的規(guī)模龐大時,輸入和輸出之間就會出現(xiàn)大量復(fù)雜的信息,JSP方法難于對付的結(jié)構(gòu)沖突問題?？梢岳弥虚g文件解決沖突,但它明顯降低了功效,而且從概念上說中間文件也是不必要的;隨著軟件系統(tǒng)規(guī)模的增大,且結(jié)構(gòu)沖突的可能性及解決沖突的算法復(fù)雜性亦隨之增大。因此JSP方法只適用于小型程序的開發(fā),只是一種程序設(shè)計方法,并不適用于解決大型軟件的開發(fā)問題。3.2JSD方法JSD方法是杰克遜系統(tǒng)開發(fā)方法,它以活動(即事件)為中心,一連串活動的順序組合構(gòu)成進(jìn)程,系統(tǒng)模型抽象為一組以通信方式互相聯(lián)系的進(jìn)程。JSD方法的基本思想是仿真并描述客觀世界,然后添加輸出功能,最后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。它的基本步驟可分為六步,一是實(shí)體動作分析,從問題的描述中,提取軟件系統(tǒng)要產(chǎn)生和運(yùn)用的實(shí)體(人、物或組織),以及現(xiàn)實(shí)世界作用于實(shí)體上的動作(事件);二是實(shí)體結(jié)構(gòu)分析,把作用于實(shí)體的動作或由實(shí)體執(zhí)行的動作,按時間發(fā)生的先后次序排序,構(gòu)成進(jìn)程,并用一個層次的Jackson結(jié)構(gòu)圖表示;三是定義初始模型步,把實(shí)體和動作表示成一個進(jìn)程模型,定義模型與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系。模型系統(tǒng)的規(guī)格說明可用系統(tǒng)規(guī)格說明圖來表示;四是功能描述,說明與已定義的動作相對應(yīng)的功能,為已定義的動作加入功能函數(shù);五是決定系統(tǒng)時間特性,對進(jìn)程加入時間因素,對進(jìn)程調(diào)度特性進(jìn)行評價和說明;六是實(shí)現(xiàn),設(shè)計組成系統(tǒng)的硬件和軟件,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的原型。前三步屬于需求分析階段,后三步屬于設(shè)計階段。JSD方法開創(chuàng)性地進(jìn)行了客觀世界及其同軟件間關(guān)系的研究;明確了軟件系統(tǒng)說明決策同軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)決策的界限;做出容易的決策應(yīng)該先于困難的決策;應(yīng)當(dāng)盡可能推遲最容易導(dǎo)致錯誤的決策;含蓄的決策應(yīng)當(dāng)避免,不應(yīng)有隱含的約定存在;如果一個決策易于出錯,應(yīng)當(dāng)盡早證實(shí)它的正確性;應(yīng)當(dāng)盡可能使決策之間沒有依賴關(guān)系,使它們互不相關(guān)。其局限性是客觀世界及其同軟件間關(guān)系的認(rèn)識不完整;軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜;軟件說明結(jié)構(gòu)的描述技術(shù)不恰當(dāng);JSD中并不包含諸如選題,計劃管理,代價P收益分析等內(nèi)容,也不包含實(shí)施環(huán)境問題的研究內(nèi)容,這在一定程度上影響了它的推廣應(yīng)用;JSD在實(shí)現(xiàn)階段所做的變換十分費(fèi)勁,以致利用人的智力進(jìn)行變換難以保證其有效性和可靠性,且變換的選擇又過于復(fù)雜,目前仍無法用計算機(jī)自動實(shí)現(xiàn)。[3][5]四、問題分析法（PAM）PAM（ProblemAnalysisMethod）是80年代末由日立公司提出的一種軟件開發(fā)方法。PAM方法希望能兼顧Yourdon方法、Jackson方法和自底向上的軟件開發(fā)方法的優(yōu)點(diǎn)，而避免它們的缺陷。它的基本思想是：考慮到輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)系統(tǒng)的分解，在系統(tǒng)分析指導(dǎo)下逐步綜合。這一方法的具體步驟是：從輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)出基本處理框；分析這些處理框之間的先后關(guān)系；按先后關(guān)系逐步綜合處理框，直到畫出整個系統(tǒng)的PAD圖。從上述步驟中可以看出，這一方法本質(zhì)上是綜合的自底向上的方法，但在逐步綜合之前已進(jìn)行了有目的的分解，這個目的就是充分考慮系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PAM方法的另一個優(yōu)點(diǎn)是使用PAD圖。這是一種二維樹形結(jié)構(gòu)圖，是到目前為止最好的詳細(xì)設(shè)計表示方法之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于NS圖和PDL語言。這一方法在日本較為流行，軟件開發(fā)的成功率也很高。由于在輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與整個系統(tǒng)之間同樣存在著鴻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