軟件工程理論與實(shí)踐 課件 5結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)

XXXXXX大學(xué)軟件工程SOFTWARE

ENGINEERING教師：XXXXX2024教學(xué)目標(biāo)：（1）了解結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)原則；（2）掌握數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)、過程設(shè)計(jì)的方法和過程；（3）能夠利用軟件設(shè)計(jì)工具編寫設(shè)計(jì)文檔。第5章結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)5.1結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)任務(wù)（1）數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)是根據(jù)需求階段所建立的實(shí)體-關(guān)系圖確定軟件涉及的文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫表r結(jié)構(gòu)。（2）軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定義軟件模塊及其之間的關(guān)系，因此通常稱為模塊設(shè)計(jì)。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表示可以從數(shù)據(jù)流圖導(dǎo)出。（3）接口設(shè)計(jì)：接口設(shè)計(jì)包括外部接口設(shè)計(jì)和內(nèi)部接口設(shè)計(jì)。外部接口設(shè)計(jì)依據(jù)分析模型的頂層數(shù)據(jù)流圖，外部接口包括用戶界面、本系統(tǒng)與其他硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的外部接口；內(nèi)部接口是指系統(tǒng)內(nèi)部各種元素之間的接口。（4）過程設(shè)計(jì)：過程設(shè)計(jì)是確定軟件各個(gè)組成部分內(nèi)的算法及內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并選取某種表達(dá)形式來描述各種算法。從工程管理的角度來看，軟件設(shè)計(jì)分為兩個(gè)階段。第一階段是概要設(shè)計(jì)，將軟件需求轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)，并建立接口；第二階段是詳細(xì)設(shè)計(jì)，即過程設(shè)計(jì)，是對(duì)概要設(shè)計(jì)的一個(gè)細(xì)化，詳細(xì)設(shè)計(jì)每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的算法等。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)包含如下7個(gè)具體步驟。（1）從需求分析階段的數(shù)據(jù)流圖出發(fā)，制定幾個(gè)方案，從中選擇合理的方案。（2）將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)按功能劃分成模塊的層次結(jié)構(gòu)。（3）確定每個(gè)模塊的功能、模塊間的調(diào)用關(guān)系，建立與已確定的軟件需求的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（4）系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)，確定模塊間的接口信息。（5）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，確定實(shí)現(xiàn)軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫模式。（6）依據(jù)分析模型中的處理（加工）規(guī)格說明、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等進(jìn)行過程設(shè)計(jì)。（7）確定測試計(jì)劃。（7）撰寫軟件設(shè)計(jì)文檔。5.2數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)就是將需求分析階段定義的數(shù)據(jù)對(duì)象（實(shí)體-關(guān)系圖、數(shù)據(jù)字典）轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫，包括兩個(gè)方面。第一個(gè)方面是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用偽代碼的方式定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第二個(gè)方面是數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

【例5-1】高校教材管理系統(tǒng)的E-R圖如圖5-4所示。根據(jù)以上規(guī)則，某高校教材管理系統(tǒng)E-R模型可以映射為如下數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。教師表（工號(hào)、密碼、姓名）管理員表（編號(hào)、密碼、用戶名）教材表（教材編號(hào)、教材名稱、出版社編號(hào)、出版社名稱、庫存量、選用課程編號(hào)）課程表（課程編號(hào)、課程名稱、選用教材編號(hào)、開設(shè)專業(yè)編號(hào)）專業(yè)表（專業(yè)編號(hào)、專業(yè)名稱）領(lǐng)用表（教師工號(hào)、教材編號(hào)、時(shí)間、領(lǐng)書數(shù)量）訂購表（管理員編號(hào)、教材編號(hào)、訂書數(shù)量）5.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.3.1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理1.模塊模塊是數(shù)據(jù)說明、可執(zhí)行語句等程序?qū)ο蟮募?，是?gòu)成程序的基本構(gòu)件。模塊具有以下幾種基本屬性，其中接口、功能和狀態(tài)反映模塊的外部特性，邏輯反映模塊的內(nèi)部特性。（1）接口：模塊的輸入與輸出。（2）功能：模塊需要完成的任務(wù)。（3）狀態(tài)：模塊的運(yùn)行環(huán)境，即模塊的調(diào)用與被調(diào)用關(guān)系。（4）邏輯：描述內(nèi)部功能實(shí)現(xiàn)及所需的數(shù)據(jù)。2.模塊化模塊化是軟件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要屬性，將軟件設(shè)計(jì)模塊化有助于一個(gè)軟件被研發(fā)人員理解、設(shè)計(jì)、測試和維護(hù)。以下論據(jù)可以說明這一點(diǎn)。設(shè)問題M的復(fù)雜性為C(M)，解決它所需要的工作量為E(M)。因此，對(duì)于問題M1和M2，如果C(M1)>C(M2)即問題M1和M2復(fù)雜，那么E(M1)>E(M2)即問題越復(fù)雜，所需要的工作量越大。根據(jù)解決一般總是的經(jīng)驗(yàn)可知，C(M1+M2)>C(M1)+C(M2)即一個(gè)問題同另一個(gè)問題組合而成的復(fù)雜性要大于分別考慮每個(gè)問題的復(fù)雜性之和。這樣可以推出E(M1+M2)>C(M1)+C(M2)通過以上得到的結(jié)論可知：如果把軟件模塊進(jìn)行劃分，那么開發(fā)軟件所需要的工作量將降低很多。3.模塊耦合性4.模塊內(nèi)聚性5.軟件結(jié)構(gòu)特征（1）深度：指模塊的層數(shù)，圖5-8示例中深度為5。（2）寬度：指一層中最大的模塊個(gè)數(shù)，圖5-8示例中寬度為7。（3）扇出：指一個(gè)模塊直接下屬模塊的個(gè)數(shù)，圖5-8示例中模塊M的扇出為3。（4）扇入：指一個(gè)模塊直接上屬模塊的個(gè)數(shù)，圖5-8示例中模塊T的扇入為4。5.3.2軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則1．提高模塊獨(dú)立性2．選擇合適的模塊規(guī)模3．適當(dāng)選擇模塊的深度、寬度、扇入和扇出4．降低模塊接口的復(fù)雜程度5.3.3HIPO圖HIPO圖（HierarchyInputProcessOutput）是層次化的輸入—處理—輸出圖。HIPO圖實(shí)際上是層次圖和IPO圖的結(jié)合。

1.IPO圖2.層次圖3.HIPO圖5.3.4結(jié)構(gòu)圖

1.數(shù)據(jù)流圖分類（1）變換型數(shù)據(jù)流圖根據(jù)信息系統(tǒng)的模型，信息一般是以外部形式進(jìn)入系統(tǒng)，通過系統(tǒng)處理后離開系統(tǒng)。從其過程可以得出，變換型的數(shù)據(jù)流圖是一個(gè)線性結(jié)構(gòu)。變換型的數(shù)據(jù)流是由邏輯輸入、變換中心（或稱處理）和邏輯輸出三部分組成。

（2）事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖2．結(jié)構(gòu)圖實(shí)施過程結(jié)構(gòu)圖實(shí)施過程，如圖5-15所示，設(shè)計(jì)包括如下4個(gè)步驟。（1）對(duì)數(shù)據(jù)流圖進(jìn)行復(fù)審，必要時(shí)修改或細(xì)化；（2）根據(jù)數(shù)據(jù)流圖確定軟件結(jié)構(gòu)是變換型還是事務(wù)型；（3）將數(shù)據(jù)流圖映射成結(jié)構(gòu)圖；（4）優(yōu)化并調(diào)整結(jié)構(gòu)圖，使設(shè)計(jì)更完善。3．變換型設(shè)計(jì)按照下列步驟設(shè)計(jì)：（1）確定數(shù)據(jù)流圖中的變換中心、邏輯輸入和邏輯輸出；（2）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖的頂層和第一層；（3）設(shè)計(jì)輸入模塊、輸出模塊和變換模塊的下屬模塊；（4）根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行求精和改進(jìn)。4．事務(wù)型設(shè)計(jì)按照下列3個(gè)步驟設(shè)計(jì)。（1）確定數(shù)據(jù)流圖中的事務(wù)中心和加工路徑；（2）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖的頂層和第一層；（3）進(jìn)行事務(wù)結(jié)構(gòu)中、下層模塊的設(shè)計(jì)和優(yōu)化等工作。5.4接口設(shè)計(jì)概要設(shè)計(jì)中的接口設(shè)計(jì)主要包括以下3個(gè)方面。（1）用戶界面接口。用戶界面接口設(shè)計(jì)即人機(jī)接口的設(shè)計(jì)，突出用戶如何操作系統(tǒng)以及系統(tǒng)如何向用戶返回信息。（2）外部接口。用于說明系統(tǒng)同外界的所有接口的安排，包括軟件與硬件之間的接口、系統(tǒng)與各支持軟件之間的接口。（3）內(nèi)部接口。用來說明系統(tǒng)之內(nèi)的各個(gè)系統(tǒng)元素之間的接口。5.4.1用戶界面接口設(shè)計(jì)1．用戶界面設(shè)計(jì)原則

（1）界面形式應(yīng)力求簡單、友好。（2）界面設(shè)計(jì)應(yīng)提供一定的容錯(cuò)或糾錯(cuò)機(jī)制。用戶在與系統(tǒng)交互的過程中難免會(huì)進(jìn)行錯(cuò)誤操作，因此，應(yīng)該提供友好提示并可以以使用戶撤銷錯(cuò)誤操作。（3）界面設(shè)計(jì)應(yīng)符合用戶的實(shí)際需求和使用習(xí)慣。2．用戶界面設(shè)計(jì)過程5.4.2外部接口設(shè)計(jì)和內(nèi)部接口設(shè)計(jì)外部接口設(shè)計(jì)也稱為部署設(shè)計(jì)，描述軟件功能和子系統(tǒng)如何在支持軟件的物理計(jì)算環(huán)境（如系統(tǒng)的硬件環(huán)境、軟件環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境）內(nèi)分布，以及系統(tǒng)如何部署。內(nèi)部接口設(shè)計(jì)與模塊設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系的，需要設(shè)計(jì)各個(gè)模塊之間的通信、協(xié)作。5.5過程設(shè)計(jì)5.5.1流程圖1.流程圖表示流程圖表示了程序的操作順序，包括指明實(shí)際處理操作的處理符號(hào)、根據(jù)邏輯條件確定要執(zhí)行的路徑的符號(hào)、指明控制流的流線符號(hào)、便于讀寫程序流程圖的特殊符號(hào)。2．流程圖基本結(jié)構(gòu)【例5-2】輸入數(shù)組A，計(jì)算其最大值MAX并輸出。計(jì)算最大值流程圖，如圖5-27所示。5.5.2盒圖【例5-3】輸入數(shù)組A，計(jì)算其最大值MAX并輸出。計(jì)算最大值N-S