1、軟件工程 第七講 結構化概要設計 朱建凱,本次課程需要掌握的內(nèi)容,什么是軟件設計？軟件設計要達到的目標（重要） 總體設計階段的任務（了解） 數(shù)據(jù)流圖的分類（重要） 內(nèi)聚和耦合的種類（非常重要） 基于數(shù)據(jù)流圖的程序設計方法（了解）,結構化設計方法 1)何謂設計 設計目標:依據(jù)需求規(guī)約,在一個抽象層上建立系統(tǒng)軟件 模型,包括軟件體系結構（數(shù)據(jù)和程序結構），以及詳細的處理算法,產(chǎn)生設計規(guī)格說明書.,一種軟件開發(fā)活動,定義實現(xiàn)需求規(guī)約所需結構.,總體設計階段的任務： 1、劃分出組成系統(tǒng)的物理元素程序、文件、數(shù)據(jù)庫、人工過程和文檔等等，但是每個物理元素仍然處于黑盒子級，這些黑盒子里的具體內(nèi)容將在以后仔細

2、設計。 2、設計軟件的結構，也就是要確定系統(tǒng)中每個程序是由哪些模塊組成的，以及這些模塊相互間的關系。,總體設計過程通常由兩個主要階段組成： 系統(tǒng)設計階段，確定系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案； 結構設計階段，確定軟件結構。 1. 設想供選擇的方案 在總體設計階段分析員應該考慮各種可能的實現(xiàn)方案，并且力求從中選出最佳方案。,設計過程,2. 選取合理的方案 應該從前一步得到的一系列供選擇的方案中選取若干個合理的方案，通常至少選取低成本、中等成本和高成本的三種方案。 對每個合理的方案分析員都應該準備下列4份資料： (1) 系統(tǒng)流程圖； (2) 組成系統(tǒng)的物理元素清單； (3) 成本/效益分析； (4) 實現(xiàn)這個系

3、統(tǒng)的進度計劃。,3. 推薦最佳方案 分析員應該綜合分析對比各種合理方案的利弊，推薦一個最佳的方案，并且為推薦的方案制定詳細的實現(xiàn)計劃。 通過內(nèi)部評審，且使用部門的負責人也接受了分析員所推薦的方案之后，進入總體設計過程的下一個重要階段結構設計。,4. 功能分解 結合算法描述仔細分析數(shù)據(jù)流圖中的每個處理，如果一個處理的功能過分復雜，必須把它的功能適當?shù)胤纸獬梢幌盗斜容^簡單的功能。 5. 設計軟件結構 通常程序中的一個模塊完成一個適當?shù)淖庸δ?。把模塊組織成良好的層次系統(tǒng)，頂層模塊調(diào)用它的下層模塊以實現(xiàn)程序的完整功能，每個下層模塊再調(diào)用更下層的模塊，從而完成程序的一個子功能，最下層的模塊完成最具體的功

4、能。,6. 設計數(shù)據(jù)庫 對于需要使用數(shù)據(jù)庫的那些應用系統(tǒng)，軟件工程師應該在需求分析階段所確定的系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求的基礎上，進一步設計數(shù)據(jù)庫。 7. 制定測試計劃 在軟件開發(fā)的早期階段考慮測試問題，能促使軟件設計人員在設計時注意提高軟件的可測試性。,8. 書寫文檔 應該用正式的文檔記錄總體設計的結果，在這個階段應該完成的文檔通常有下述幾種： (1) 系統(tǒng)說明主要內(nèi)容包括用系統(tǒng)流程圖描繪的系統(tǒng)構成方案，組成系統(tǒng)的物理元素清單，成本/效益分析；對最佳方案的概括描述，精化的數(shù)據(jù)流圖，用層次圖或結構圖描繪的軟件結構，用IPO圖或其他工具(例如，PDL語言)簡要描述的各個模塊的算法，模塊間的接口關系，以及需求、

5、功能和模塊三者之間的交叉參照關系等等。 (2) 用戶手冊根據(jù)總體設計階段的結果，修改更正在需求分析階段產(chǎn)生的初步的用戶手冊。,(3) 測試計劃包括測試策略，測試方案，預期的測試結果，測試進度計劃等等。 (4) 詳細的實現(xiàn)計劃 (5) 數(shù)據(jù)庫設計結果 9. 審查和復審 最后應該對總體設計的結果進行嚴格的技術審查，在技術審查通過之后再由使用部門的負責人從管理角度進行復審。,2)結構化設計方法 (）在總體設計層 -引入了兩個術語/符號 模塊:一種可獨立標識的軟件成分. 調(diào)用:模塊間的一種關系,模塊A為了完成其任務必須 依賴其他模塊. -引入了模塊結構圖 用于表達軟件系統(tǒng)的靜態(tài)結構.,-過程指導 為了

6、實現(xiàn)設計目標, 總體設計的具體任務是： 將DFD轉化為MSD 分二步實現(xiàn)： 第一步：如何將DFD轉化為初始的MSD 分類：變換型數(shù)據(jù)流圖 事務型數(shù)據(jù)流圖 變換設計 事務設計,數(shù)據(jù)流圖分類 變換型: 事務型,1,2,3,4,5,6,7,8,a,b,c,d,e,f,h,g,y,x,z,1,2,3,5,4,6,a,b,c,d,e,f,g,y,變換設計,XX系統(tǒng),變換模塊,get e,put h,put g,get c,get d,c,d-e,e-f,f-g,h,h-y,put y,g-x,put x,x-z,put z,get a,get b,b-d,a-c,e,e,g,h,h,g,z,z,x,x,

7、g,y,y,h,d,b,c,a,c,d,e,e,f,g,h,f,x,a,b,事務設計,事務中心,輸入模塊,路徑1,路徑2,輸出模塊,a,y,c,g,b,f,c-e,c,e,e-g,e,g,b-d,b,d,d-f,d,f,最后生成HIPO圖 和H圖中每個方框相對應，應該有一張IPO圖描繪這個方框代表的模塊的處理過程。HIPO圖中的每張IPO圖內(nèi)都應該明顯地標出它所描繪的模塊在H圖中的編號，以便追蹤了解這個模塊在軟件結構中的位置。,帶編號的層次圖(H圖),第二步：如何將初始的MSD轉化為最終可供詳 細設計使用的MSD 基于模塊化原理-高內(nèi)聚 低耦合, 給出一些設計規(guī)則經(jīng)驗規(guī)則, 用于精化初始的MS

8、D 體現(xiàn)設計人員的創(chuàng)造,模塊獨立的概念是模塊化、抽象、信息隱藏和局部化概念的直接結果。 開發(fā)具有獨立功能而且和其他模塊之間沒有過多的相互作用的模塊，就可以做到模塊獨立。換句話說，希望這樣設計軟件結構，使得每個模塊完成一個相對獨立的特定子功能，并且和其他模塊之間的關系很簡單。,3）模塊獨立,模塊獨立性重要性： 第一，有效的模塊化(即具有獨立的模塊)的軟件比較容易開發(fā)出來。這是由于能夠分割功能而且接口可以簡化，當許多人分工合作開發(fā)同一個軟件時，這個優(yōu)點尤其重要。 第二，獨立的模塊比較容易測試和維護。這是因為相對說來，修改設計和程序需要的工作量比較小，錯誤傳播范圍小，需要擴充功能時能夠“插入”模塊。

9、,耦合：不同模塊之間相互依賴程度的度量。 耦合類型： 內(nèi)容耦合： 一個模塊訪問另一個模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)； 一個模塊不通過正常入口而轉到另一個模塊的內(nèi)部； 兩個模塊有一部分程序代碼重疊； 一個模塊有多個入口。 公共耦合：兩個以上的模塊共同引用一個全局數(shù)據(jù)項。 控制耦合：一個模塊向另一模塊傳遞一個控制信號， 接受信號的模塊將依據(jù)該信號值進行必要的活動。 標記耦合：兩個模塊至少有一個通過界面?zhèn)鬟f的公共 有結構的參數(shù)。 數(shù)據(jù)耦合：模塊間通過參數(shù)傳遞基本類型的數(shù)據(jù)。,內(nèi)聚：一個模塊之內(nèi)各成分之間相互依賴程度的度量。 內(nèi)聚類型： 偶然內(nèi)聚：一個模塊之內(nèi)各成分之間沒有任何關系。 邏輯內(nèi)聚：幾個邏輯上相關的功能放

10、在同一模塊中。 時間內(nèi)聚：一個模塊完成的功能必須在同一時間內(nèi)完成，而 這些功能只是因為時間因素關聯(lián)在一起。 過程內(nèi)聚：處理成分必須以特定的次序執(zhí)行。 通信內(nèi)聚：各成分都操作在同一數(shù)據(jù)集或生成同一數(shù)據(jù)集。 順序內(nèi)聚：各成分與一個功能相關，且一個成分的輸出作為 另一成分的輸入。 功能內(nèi)聚：模塊的所有成分對完成單一功能是最基本的，且 該模塊對完成這一功能而言是充分必要的。,啟發(fā)性規(guī)則-經(jīng)驗的總結 （1）改進軟件結構，提高模塊獨立性； （2）模塊規(guī)模適中-每頁60行語句； （3）深度、寬度、扇入和扇出適中； （4）模塊的作用域力爭在控制域之內(nèi)； （5）降低模塊接口的復雜性； （6）模塊功能應該可以預測

11、。,模塊的作用域和控制域,應用示例：數(shù)字儀表板系統(tǒng)的精化,讀旋轉信號,收集并 求平均,轉換成 轉/分,計算 gph,讀并 校核,確定 加速/減速,計算里程,計算mph 和超速值,計算 燃料消耗,產(chǎn)生 加速/減速顯示,產(chǎn)生 里程顯示,發(fā)出 鈴聲,產(chǎn)生 mph顯示,產(chǎn)生 mpg顯示,旋轉信號,信號/秒,(sps),sps,燃燒流 傳感器信號,燃燒流,gph,sps,rpm,rpm,箭頭指示,上箭頭,下箭頭,水平線,英里,超速值,mph,mpg,mpg顯示,mph顯示,鈴聲,里程顯示,輸入部分,Get gph,Get rpm,Get sps,Get 燃料流,變換燃料流為 ghp,Get 燃轉信號,變

12、換燃轉信 號為燃料流,變換sps為 rpm,Get sps,Get sps,轉換為 sps,Get 轉速信號,變換為sps,變換為 sps,、 數(shù)字儀表板系統(tǒng)輸入部分的精化 輸入部分的初始模塊結構圖,轉速信號,轉速信號,燃料流,燃料流,燃料流,gph,sps,sps,rpm,sps,rpm,gph,sps,sps,sps,sps,sps,sps,sps,轉速信號,轉速信號,輸入部分,計算gph,計算rpm,計算 sps,讀燃轉信號,采集sps,讀轉速信號,使用啟發(fā)式規(guī)則1，并考慮其它規(guī)則， 可以將輸入部分的模塊結構圖精化為：,其中：sps為轉速的每秒信號量；sps 為sps的平均值； sps為

13、sps的瞬時 變化值；rpm為每分鐘轉速；mph為每小時英里數(shù)；gph為每小時燃燒 的燃料加侖數(shù)；rpm為行進里程。,輸出部分,PUT mpg,PUT mph,PUT里程,PUT 加/減速,PUT 超速量,顯示,顯示,顯示,、數(shù)字儀表板系統(tǒng)輸出部分的精化 輸出部分的初始模塊結構圖,顯示,對于這一初始的模塊結構圖，一般情況下應： 把相同或類似的物理輸出合并為一個模塊，以減少模塊之間的關聯(lián)。就本例而言： 左邊前三個“顯示”，基本上屬于相似的物理輸出，因此可以把它們合并為一個顯示模塊。而將“PUT mpg”模塊和相關的“生成顯示的模塊合并為一個模塊；同樣地，應把“PUT mph”模塊、“PUT里程”

14、各自與相關的生成顯示的模塊合并為一個模塊，參見下圖。 其它求精的規(guī)則，與輸入部分類同。例如，可以將“PUT 加/減速”模塊與其下屬的兩個模塊合并為一個模塊，將“PUT 超速量”模塊與其下屬的兩個模塊合并為一個模塊 。,輸出模塊,生成mpg 顯示,生成mph 顯示,生成里程 顯示,生成加/減速顯示,生成蜂鳴,顯示,通過以上求精之后,可得如下的模塊結構圖,變換模塊,計算mpg,計算mph,計算里程,計算加/減速,、變換部分的精化 首先，應該了解：對于變換部分的求精，是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。其中主要是根據(jù)設計準則，并要通過實踐，不斷地總結經(jīng)驗，才能設計出合理的模塊結構。 就給定的數(shù)字儀表板系統(tǒng)而言，如果把“確定加/減速”的模塊放在“計算速度mph”模塊下面，則可以