軟件工程理論與實(shí)踐 課件 4結(jié)構(gòu)化分析

XXXXXX大學(xué)軟件工程SOFTWARE

ENGINEERING教師：XXXXX2024教學(xué)目標(biāo)：（1）理解結(jié)構(gòu)化分析過(guò)程；（2）掌握數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型的建模方法；（3）能夠利用結(jié)構(gòu)化分析描述工具編寫(xiě)軟件需求文檔。第4章結(jié)構(gòu)化分析4.1結(jié)構(gòu)化分析概述4.1.1結(jié)構(gòu)化分析過(guò)程要對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析，首先要明確這一階段的任務(wù)是要搞清楚“做什么”。結(jié)構(gòu)化分析的過(guò)程可以分為如下4個(gè)步驟。1.建立當(dāng)前系統(tǒng)的物理模型2.抽象出當(dāng)前系統(tǒng)的邏輯模型3.建立目標(biāo)系統(tǒng)的邏輯模型4.進(jìn)一步補(bǔ)充和優(yōu)化4.1.2結(jié)構(gòu)化分析模型結(jié)構(gòu)化分析方法用抽象模型的概念，按照軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞和變換的關(guān)系，自頂向下逐層分解，直到找到滿足功能需求的所有可實(shí)現(xiàn)的軟件元素為止。結(jié)構(gòu)化分析模型，如圖4-1所示，分為數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型。為了定義軟件的功能，建立功能模型；為了理解和表示問(wèn)題的信息域，建立數(shù)據(jù)模型；為了表示軟件的行為，建立行為模型。結(jié)構(gòu)化分析模型的核心是數(shù)據(jù)字典，用來(lái)描述軟件使用或產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)對(duì)象。功能模型使用數(shù)據(jù)流圖進(jìn)行描述；數(shù)據(jù)模型使用實(shí)體-關(guān)系圖進(jìn)行描述；行為模型使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖進(jìn)行描述。4.2數(shù)據(jù)流圖4.2.1數(shù)據(jù)流圖的基本成分1．?dāng)?shù)據(jù)的源點(diǎn)/終點(diǎn)2．加工3．文件4．?dāng)?shù)據(jù)流4.2.2數(shù)據(jù)流圖的實(shí)現(xiàn)1．?dāng)?shù)據(jù)流圖表示2．?dāng)?shù)據(jù)流圖實(shí)現(xiàn)方法（1）找出系統(tǒng)的輸入和輸出（2）繪制系統(tǒng)的內(nèi)部（3）繪制加工的內(nèi)部3.數(shù)據(jù)流圖實(shí)例【例4-1】某高校教材管理系統(tǒng)。某高校教材管理系統(tǒng)工作過(guò)程如下：教師填寫(xiě)領(lǐng)書(shū)單，經(jīng)主管審查簽名批準(zhǔn)后，教師到教材科領(lǐng)取教材；教材科管理員檢查領(lǐng)書(shū)單是否符合審批手續(xù)，不合格的領(lǐng)書(shū)單退還教師，領(lǐng)書(shū)單合格則辦理領(lǐng)書(shū)手續(xù)，進(jìn)行登記，修改庫(kù)存量并發(fā)放教材；當(dāng)某種教材的庫(kù)存量低于事先規(guī)定的臨界值時(shí)，登記需求采購(gòu)教材的訂貨信息，為教材科采購(gòu)員提供一張訂書(shū)單。（1）繪制數(shù)據(jù)流圖頂層把整個(gè)系統(tǒng)視為一個(gè)大的加工，然后根據(jù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)從哪些外部實(shí)體接收數(shù)據(jù)流，以及系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)流到哪些外部實(shí)體，就可以繪制出輸入輸出圖，這張圖也就是數(shù)據(jù)流圖頂層圖。列出教材管理系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)源點(diǎn)和數(shù)據(jù)終點(diǎn)。源點(diǎn)包括教師；終點(diǎn)包括教材科管理員和教材科采購(gòu)員。然后將系統(tǒng)加工處理過(guò)程作為一個(gè)整體，可以得到頂層數(shù)據(jù)流圖。教材管理系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流圖。（2）繪制各層數(shù)據(jù)流圖

把頂層圖的加工分解成若干個(gè)加工，并用數(shù)據(jù)流將這些加工連接起來(lái)，使得頂層圖的輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)若干加工處理后，變成頂層圖的輸出數(shù)據(jù)流。這張圖被稱為第1層數(shù)據(jù)流圖。從輸入端開(kāi)始，根據(jù)教材科業(yè)務(wù)工作流程，繪制出數(shù)據(jù)流流經(jīng)的各加工框，逐步繪制出輸出端，得到1層數(shù)據(jù)流圖。教材管理系統(tǒng)1層數(shù)據(jù)流圖。

然后需要分解和細(xì)化各加處理過(guò)程，可以得到分解數(shù)據(jù)流圖。教材管理系統(tǒng)加工1分解數(shù)據(jù)流圖。（3）繪制總體數(shù)據(jù)流圖將各層數(shù)據(jù)流圖進(jìn)行合并，形成總體數(shù)據(jù)流圖。教材管理系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流圖。4.3實(shí)體-關(guān)系圖4.3.1數(shù)據(jù)對(duì)象數(shù)據(jù)對(duì)象是對(duì)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)傩缘氖聞?wù)，僅有單個(gè)值的事務(wù)不是數(shù)據(jù)對(duì)象，例如長(zhǎng)度、寬度等。數(shù)據(jù)對(duì)象只封裝了數(shù)據(jù)而沒(méi)有對(duì)作用于數(shù)據(jù)上的操作的引用，這是數(shù)據(jù)對(duì)象與面向?qū)ο蠓椒ㄖ兴枋龅摹邦悺被颉皩?duì)象”的顯著區(qū)別。數(shù)據(jù)對(duì)象可以是外部實(shí)體、事物、行為、事件、角色、單位、地點(diǎn)、結(jié)構(gòu)等。例如，學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)中的教師、學(xué)生和課程都可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)對(duì)象，它們都可以由一組屬性來(lái)定義?！皵?shù)據(jù)對(duì)象描述”中包含了數(shù)據(jù)對(duì)象及它們的所有屬性，數(shù)據(jù)對(duì)象彼此之間是有關(guān)聯(lián)的。4.3.2屬性屬性定義了數(shù)據(jù)對(duì)象的性質(zhì)。一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象往往具有很多屬性，應(yīng)該根據(jù)對(duì)所要解決問(wèn)題的理解，來(lái)確定數(shù)據(jù)對(duì)象的一組合適的屬性。例如，教材管理系統(tǒng)中描述數(shù)據(jù)對(duì)象“教師”的屬性包括工號(hào)、姓名和密碼等。但如果在教師信息管理系統(tǒng)中，同樣的“教師”這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，但是用上述這些屬性描述就不滿足系統(tǒng)需求了，應(yīng)該添加一些屬性，例如職稱、年齡、籍貫、身份證號(hào)等。4.3.3關(guān)系數(shù)據(jù)對(duì)象彼此之間是有關(guān)聯(lián)的，也被稱為關(guān)系。例如，數(shù)據(jù)對(duì)象“教師”和“教材”之間的連接關(guān)系是“領(lǐng)用”。這種關(guān)聯(lián)的形態(tài)有以下3種：（1）一對(duì)一關(guān)聯(lián)。例如，一個(gè)高校只有一個(gè)教材科，而一個(gè)教材科只能屬于某一所高校，所以高校與教材科的聯(lián)系是一對(duì)一的。（2）一對(duì)多關(guān)聯(lián)。例如，一個(gè)出版社可以出版多本教材，但某一本教材只能由一個(gè)出版社出版發(fā)行，所以出版社與教材之間的聯(lián)系是一對(duì)多的。（3）多對(duì)多關(guān)聯(lián)。例如，一名教師可以領(lǐng)用多門(mén)課程的教材，一門(mén)課程的教材也可以被多名教師領(lǐng)用，所以教師與教材之間的聯(lián)系是多對(duì)多的。4.3.4實(shí)體-關(guān)系圖的實(shí)現(xiàn)1．實(shí)體-關(guān)系圖表示E-R圖有以下3個(gè)要素：（1）實(shí)體：就是現(xiàn)實(shí)世界的事物，用矩形表示。（2）屬性：定義了實(shí)體的性質(zhì)，用橢圓形表示。（3）關(guān)系：是實(shí)體之間相互連接的方式，用菱形表示。實(shí)體之間存在著三種關(guān)系類型，分別是一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多，它們反映到E-R圖中就是相應(yīng)的關(guān)系類型，即1:1、1:n和m:n。2．實(shí)體-關(guān)系圖實(shí)現(xiàn)方法實(shí)體關(guān)系圖是以迭代的方式構(gòu)造出來(lái)的，可以采用以下步驟實(shí)現(xiàn)。（1）在需求獲取的過(guò)程中，要求用戶列出業(yè)務(wù)流程中涉及的“事物”，將這些“事物”演化為一組輸入和輸出的數(shù)據(jù)對(duì)象，以及生產(chǎn)和消費(fèi)信息的外部實(shí)體。（2）一次考慮一個(gè)對(duì)象，檢查這個(gè)對(duì)象和其他對(duì)象間是否存在連接。（3）當(dāng)連接存在時(shí)，應(yīng)創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)實(shí)體-關(guān)系對(duì)。（4）對(duì)每個(gè)實(shí)體-關(guān)系對(duì)考察其基數(shù)，并將基數(shù)改成關(guān)聯(lián)的形態(tài)。（5）迭代地進(jìn)行步驟（2）到步驟（4），直到定義了所有的實(shí)體-關(guān)系對(duì)。在這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)遺漏是正常的。進(jìn)行若干次迭代時(shí)，將會(huì)不斷地增加新的實(shí)體和關(guān)系。（6）定義每個(gè)實(shí)體的屬性。（7）繪制并審核實(shí)體-關(guān)系圖。（8）重復(fù)步驟（1）到步驟（7），直到數(shù)據(jù)建模完成。3．實(shí)體-關(guān)系圖實(shí)例【例4-2】高校教材績(jī)管理系統(tǒng)實(shí)體-關(guān)系設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)某高校教材管理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研分析，其中共有教師、管理員、教材、課程、專業(yè)共5個(gè)實(shí)體。教師實(shí)體的屬性包括工號(hào)、密碼和姓名；管理員實(shí)體的屬性包括編號(hào)、密碼和用戶名；教材實(shí)體的屬性包括教材編號(hào)、教材名稱、出版社編號(hào)、出版社名稱和庫(kù)存量；課程實(shí)體的屬性包括課程編號(hào)和課程名稱；專業(yè)實(shí)體的屬性包括專業(yè)編號(hào)和專業(yè)名稱；領(lǐng)用關(guān)系有時(shí)間和領(lǐng)書(shū)數(shù)量屬性，訂購(gòu)關(guān)系具有訂書(shū)數(shù)量屬性。教師與教材是領(lǐng)用關(guān)系，每種教材可以由多位教師領(lǐng)用，每位教師可以領(lǐng)用多本教材，因此領(lǐng)用是多對(duì)多關(guān)系；管理員與教材是訂購(gòu)關(guān)系，每種教材允許多位管理員訂購(gòu)，且每位管理員可以訂購(gòu)多種教材，因此訂購(gòu)是多對(duì)多關(guān)系；專業(yè)與課程是開(kāi)設(shè)關(guān)系，每個(gè)專業(yè)可以開(kāi)設(shè)多門(mén)課程；課程與教材是選用關(guān)系，每門(mén)課程只可以選用一本教材。高校教材管理系統(tǒng)實(shí)體-關(guān)系圖。4.4狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖行為模型可用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（StatusTransferDiagram，STD）描述。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是一種描述系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部或外部事件響應(yīng)的行為模型。并不是所有的實(shí)體都需要繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，有些實(shí)體有一些意義明確的狀態(tài)，并且其行為在不同的狀態(tài)時(shí)有所改變，此時(shí)才需要繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。例4-1中，教材管理系統(tǒng)領(lǐng)書(shū)過(guò)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。首先找出教師領(lǐng)書(shū)過(guò)程的所有狀態(tài)，然后分析引起每種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的具體行為，最后繪制出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。4.5數(shù)據(jù)字典4.5.1數(shù)據(jù)字典的定義與用途數(shù)據(jù)字典（DataDictionary，DD）是結(jié)構(gòu)化分析的一個(gè)有力工具。數(shù)據(jù)字典是對(duì)數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的所有數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)流、文件、加工的定義的集合，其中對(duì)于加工的描述被稱為“加工邏輯說(shuō)明”。1．?dāng)?shù)據(jù)字典的定義數(shù)據(jù)字典是關(guān)于數(shù)據(jù)信息的集合，是數(shù)據(jù)流圖中所有元素嚴(yán)格定義的場(chǎng)所，每個(gè)元素要對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)字典中的一個(gè)條目。數(shù)據(jù)字典中的條目應(yīng)按一定次序排列，以方便查閱。2．?dāng)?shù)據(jù)字典的用途數(shù)據(jù)字典的作用是在軟件分析和設(shè)計(jì)過(guò)程中提供數(shù)據(jù)描述，是數(shù)據(jù)流圖必不可少的輔助資料。數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典一起構(gòu)成了系統(tǒng)的邏輯模型。沒(méi)有數(shù)據(jù)字典，數(shù)據(jù)流圖就不嚴(yán)格；沒(méi)有數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)字典就沒(méi)有作用。數(shù)據(jù)字典的重要用途就是作為分析階段的工具。在數(shù)據(jù)字典中建立嚴(yán)密一致的定義有助于分析人員和用戶之間的交流。同樣，將數(shù)據(jù)流圖中的每個(gè)元素的精確定義放在一起，就構(gòu)成了系統(tǒng)的、完整的需求規(guī)格說(shuō)明的主體。在軟件設(shè)計(jì)階段，數(shù)據(jù)字典是存儲(chǔ)文件或數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在實(shí)施階段，還可參照數(shù)據(jù)字典描述數(shù)據(jù)。隨著系統(tǒng)的改進(jìn)，字典中的信息也會(huì)發(fā)生變化，新的信息會(huì)隨時(shí)加入進(jìn)來(lái)。4.5.2數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容和格式1.數(shù)據(jù)流詞條

數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳播的路徑。一個(gè)數(shù)據(jù)流詞條應(yīng)有以下幾項(xiàng)內(nèi)容。數(shù)據(jù)流名稱：要求與數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的名稱一致；描述：簡(jiǎn)要介紹該數(shù)據(jù)流在系統(tǒng)中的作用；數(shù)據(jù)流來(lái)源：數(shù)據(jù)流來(lái)自哪個(gè)加工或哪個(gè)外部實(shí)體；數(shù)據(jù)流去向：數(shù)據(jù)流流向哪個(gè)加工或哪個(gè)外部實(shí)體；數(shù)據(jù)流組成（定義）：描述該數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；注釋：相關(guān)事項(xiàng)。例如，“教材管理系統(tǒng)”中對(duì)數(shù)據(jù)流“訂書(shū)單”可用以下詞條進(jìn)行定義和描述。2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)詞條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件是保存數(shù)據(jù)的地方，一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)詞條應(yīng)有以下幾項(xiàng)內(nèi)容。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名稱：要求與數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的名稱一致；編號(hào)：該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)流圖中的編號(hào)；描述：簡(jiǎn)要介紹該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)存放的是什么數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組成（定義）：描述該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式：索引文件。例如，“教材管理系統(tǒng)”中對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件“庫(kù)存信息”可用以下詞條進(jìn)行定義和描述。3.數(shù)據(jù)元素詞條數(shù)據(jù)流圖中每一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是由數(shù)據(jù)元素構(gòu)成的，數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)處理中最小的、不可再分的單位，它直接反映事物的某一特征。組成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的這些數(shù)據(jù)元素也必須在數(shù)據(jù)字典中給出描述，一個(gè)數(shù)據(jù)元素詞條應(yīng)有以下幾項(xiàng)內(nèi)容。數(shù)據(jù)元素名稱；描述：簡(jiǎn)要介紹該數(shù)據(jù)元素的含義；數(shù)據(jù)元素類型：字符型、數(shù)值型、布爾型等；數(shù)據(jù)元素長(zhǎng)度（或精度）：數(shù)據(jù)元素的大??；數(shù)據(jù)元素取值范圍：例如取值范圍定義為1至60，表示為1..60；數(shù)據(jù)元素缺省值：例如定義數(shù)據(jù)元素“領(lǐng)書(shū)日期”的初始值默認(rèn)為系統(tǒng)的當(dāng)前日期；數(shù)據(jù)元素組成（定義）：描述該數(shù)據(jù)元素的相關(guān)數(shù)據(jù)元素及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，“教材管理系統(tǒng)”中對(duì)數(shù)據(jù)元素“教材編號(hào)”可用以下詞條進(jìn)行定義和描述。4.數(shù)據(jù)加工詞條加工可以使用諸如判斷表、判定樹(shù)和結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言等形式表達(dá)，一個(gè)數(shù)據(jù)加工詞條應(yīng)有以下幾項(xiàng)內(nèi)容。加工名稱：要求與數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的名稱一致；加工編號(hào)：要求與數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的編號(hào)一致；描述：簡(jiǎn)要介紹該加工的處理功能；輸入：指明該加工的輸入數(shù)據(jù)流；輸出：指明該加工的輸出數(shù)據(jù)流；加工邏輯：簡(jiǎn)述該數(shù)據(jù)加工的處理邏輯（此項(xiàng)描述也可以單獨(dú)形成一份“數(shù)據(jù)加工邏輯說(shuō)明”。例如，“教材管理系統(tǒng)”中對(duì)數(shù)據(jù)加工“處理合格領(lǐng)書(shū)單”可用以下詞條進(jìn)行定義和描述。

4.6數(shù)據(jù)加工邏輯說(shuō)明4.6.1結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言【例4-3】某系統(tǒng)教師津貼費(fèi)處理。某校對(duì)不同職稱的教師，根據(jù)其是本校專職教師還是外聘兼職教師，決定其課時(shí)津貼費(fèi)用。本校專職教師每課時(shí)津貼費(fèi)：教授100元，副教授80元，講師60元，助教50元。外聘兼職教師每課時(shí)津貼費(fèi)：教授120元，副教授100元，講師80元，助教60元。4.6.2判定表4.6.3判定樹(shù)4.7應(yīng)用案例——高校財(cái)務(wù)問(wèn)答系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化分析4.7.1功能需求4.7.2高校財(cái)務(wù)問(wèn)答系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖4.7.3高校財(cái)務(wù)問(wèn)答系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典1.數(shù)據(jù)流（1）數(shù)據(jù)流名稱：教職工信息描述：用戶端用戶信息定義：教職工信息=工號(hào)+用戶名+密碼（2）數(shù)據(jù)流名稱：?jiǎn)栴}信息描述：用于傳遞問(wèn)題及答案信息定義：?jiǎn)栴}信息=問(wèn)題類型+問(wèn)題內(nèi)容+答案內(nèi)容+文件名+文件路徑+視頻路徑（3）數(shù)據(jù)流名稱：類別信息描述：用于傳遞問(wèn)題類別信息定義：類別信息=類型名稱（4）數(shù)據(jù)流名稱：反饋信息描述：用于傳遞教職工在用戶端提交的反饋信息定義：反饋信息=姓名+單位+電話+問(wèn)題+時(shí)間（5）數(shù)據(jù)流名稱：統(tǒng)計(jì)信息描述：用于統(tǒng)計(jì)教職工在用戶端查詢某問(wèn)題的次數(shù)定義：統(tǒng)計(jì)信息=問(wèn)題內(nèi)容+查詢次數(shù)2．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名稱：教職工信息編號(hào)：D01描述：用于存儲(chǔ)教職工數(shù)據(jù)定義：教職工信息=ID+工號(hào)+用戶名+密碼存儲(chǔ)方式：數(shù)據(jù)庫(kù)表，以“ID”為主鍵（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名稱：?jiǎn)栴}信息編號(hào)：D02描述：用于存儲(chǔ)問(wèn)題及答案數(shù)據(jù)定義：?jiǎn)栴}信息=ID+問(wèn)題類型+問(wèn)題內(nèi)容+答案內(nèi)容+文件名+文件路徑+視頻路徑+查詢次數(shù)存儲(chǔ)方式：數(shù)據(jù)庫(kù)表，以“ID”為主鍵（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名稱：類別信息編號(hào)：D03描述：用于存儲(chǔ)問(wèn)題類別數(shù)據(jù)定義：類別信息=ID