軟件工程導論第五版.ppt

軟件工程,( Software Engineering ),信息學院,第1章：軟件工程學概述,1.1 軟件危機 60年代中期以前：通用硬件相當普遍，軟件卻是為某個具體的應(yīng)用而編寫的。 60年代中到70年代中：軟件作坊。,軟件危機：計算機軟件的開發(fā)和維護過程中所遇到的一系列嚴重問題。（正常、不正常運行軟件都具有這種問題）,1.1.1 軟件危機的介紹,1）對軟件開發(fā)成本和進度的估計常常很不準確； 2）用戶對完成的軟件系統(tǒng)不滿意的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生； 3）軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不??；,軟件危機的典型表現(xiàn)：,4）軟件常常是不可維護的； 5）軟件通常沒有適當?shù)奈臋n資料； 6）軟件成本在計算機系統(tǒng)總成本中所占的比例逐年上升； 7）軟件開發(fā)生產(chǎn)率提高的速度跟不上計算機應(yīng)用的發(fā)展趨勢。,1.1.2 產(chǎn)生軟件危機的原因,1）軟件本身特點造成； 2）軟件開發(fā)與維護的方法不正確。,主要表現(xiàn)： （a）忽視軟件需求分析； （b）認為軟件開發(fā)就是寫程序并使之運行； （c）輕視軟件維護；,在軟件開發(fā)的不同階段進行修改需要付出的代價很不相同：,1）推廣使用在實踐中總結(jié)出來的開發(fā)軟件的成功技術(shù)和方法，并研究探索更有效的技術(shù)和方法； 2）開發(fā)和使用更好的軟件工具； 3）良好的組織管理措施。,1.1.3 解決軟件危機的途徑,為了解決軟件危機產(chǎn)生的問題，軟件工程與方法學逐漸形成，然后出現(xiàn)了兩個相互相承又各有側(cè)重的學科： 1）軟件工程學：主要應(yīng)用工程的方法和技術(shù)研究軟件開發(fā)與維護的方法、工具和管理的一門交叉學科。 2）程序設(shè)計方法學：主要應(yīng)用數(shù)學的方法研究程序的性質(zhì)以及程序設(shè)計的理論和方法的學科。,1.2 軟件工程,1.2.1 軟件工程的介紹,1968年NATO會議：軟件工程就是為了經(jīng)濟地獲得可靠的且能在實際機器上有效地運行的軟件，而建立和使用完善的工程原理。,1993年IEEE：軟件工程是（1）把系統(tǒng)的、規(guī)范的、可度量的途徑應(yīng)用于軟件開發(fā)、運行和維護過程；（2）研究（1）中提到的途徑。,1. 軟件工程關(guān)注于大型程序的構(gòu)造； 2. 軟件工程的中心課題是控制復雜性； 3. 軟件經(jīng)常變化； 4. 開發(fā)軟件的效率非常重要； 5. 和諧地合作是軟件開發(fā)的關(guān)鍵； 6. 軟件必須有效地支持它的用戶； 7. 在軟件工程領(lǐng)域中是由具有一種文化背景的人替具有另一種文化背景的人創(chuàng)造產(chǎn)品。,軟件工程的本質(zhì)特性：,1.2.2 軟件工程的基本原理,1. 用分階段的生命周期計劃嚴格管理； 2. 堅持進行階段評審； 3. 實行嚴格的產(chǎn)品控制； 4. 采用現(xiàn)代程序設(shè)計技術(shù)； 5. 結(jié)果能清楚地審查； 6. 開發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精； 7. 承認不斷改進軟件工程實踐的必要性。,1.2.3 軟件工程方法學 通常把在軟件生命周期全過程中使用的一整套技術(shù)方法的集合稱為方法學（Methodology），也稱為范型（Paradigm）。 軟件工程方法學的3要素：方法、工具和過程,1. 傳統(tǒng)方法學 也稱為生命周期方法學或結(jié)構(gòu)化范型。 結(jié)構(gòu)化方法（Structure Method）有： 1）結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法（SD）； 2）結(jié)構(gòu)化分析方法（SA）； 3）結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計技術(shù)（SADT） 4）JACKSON方法 5）WARNIER方法,2. 面向?qū)ο蠓椒▽W 把數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作緊密結(jié)合起來的方法，模擬人類認識世界解決問題的方法和過程。 面向?qū)ο蟮姆椒?=對象（屬性與服務(wù)的封裝） +分類 +繼承 +通過消息的通訊,1）適用于實時事物處理系統(tǒng)的有限狀態(tài)機方法（FSM）； 2）適用于并發(fā)軟件系統(tǒng)的PETRI網(wǎng)方法； 3）以數(shù)學概念和理論為基礎(chǔ)的形式化方法，如 SDC公司的形式化開發(fā)方法FDM： （Formal Development Methodology） IBM公司的維也納開發(fā)方法VDM： （Vienna Development Method ）,3. 其他開發(fā)方法,1.3 軟件生命周期,軟件生命周期： 指軟件從提出到最終被淘汰的這個存在期。,軟件生命周期組成： 1）軟件定義； A.問題定義 B.可行性研究 C.需求分析 2）軟件開發(fā)； D.總體設(shè)計 E.詳細設(shè)計 F.編碼和單元測試 G.綜合測試 3）運行維護。,1.問題定義； 2.可行性研究； 3.需求分析； 4.總體設(shè)計（概要設(shè)計）； 5.詳細設(shè)計； 6.編碼與單元測試； 7.綜合測試； 8.維護。,軟件生命周期各個階段：,1.4 軟件過程,軟件過程：為了獲得高質(zhì)量軟件所需要完成的一系列任務(wù)的框架，它規(guī)定了完成各項任務(wù)的工作步驟。 軟件過程（ISO9000）：使用資源將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的活動所構(gòu)成的系統(tǒng)。 輸入：如軟件需求 輸出：如軟件產(chǎn)品,1.4.1 瀑布模型,1. 階段間具有順序性和依賴性 2. 推遲實現(xiàn)的觀點 3. 質(zhì)量保證的觀點,優(yōu)點：采用規(guī)范的方法；嚴格規(guī)定每個階段提交的文檔；要求每個階段交出的產(chǎn)品必須經(jīng)過驗證。,1.4.2 快速原型模型 優(yōu)點：不帶反饋環(huán)，基本上是線性順序進行。,1.4.3 增量模型,優(yōu)點：能較短時間內(nèi)提交可完成部分工作的產(chǎn)品；可以使用戶有充裕的時間學習和適應(yīng)新產(chǎn)品。,一種風險更大的增量模型：,1.4.4 螺旋模型 可把它看作在每個階段之前都增加風險分析的快速原型模型。,1.4.5 噴泉模型,典型的面向?qū)ο筌浖_發(fā)過程模型之一。,1.4.6 Rational 統(tǒng)一過程,1. RUP軟件開發(fā)經(jīng)驗 （1）迭代式開發(fā) （2）管理需求 （3）使用基于構(gòu)件的體系結(jié)構(gòu) （4）可視化建模 （5）貫穿于開發(fā)過程的軟件質(zhì)量驗證 （6）控制軟件變更,1.4.7 敏捷過程與極限編程,1.敏捷過程 具有高效、快速響應(yīng)變化的開發(fā)過程。 （1）個體和交互勝過過程和工具； （2）可以工作的軟件勝過面面俱到的文檔； （3）客戶合作勝過合同談判； （4）響應(yīng)變化勝過遵循計劃。 2.極限編程 敏捷過程中最著名的一種，指把好的開發(fā)實踐運用到極致，多應(yīng)用于軟件需求模糊的場合。,1.4.8 微軟過程,1.微軟過程準則 2.微軟軟件生命周期 （1）規(guī)劃階段 （2）設(shè)計階段 （3）開發(fā)階段 （4）穩(wěn)定階段 （5）發(fā)布階段 3.微軟過程模型,問題定義就是要確定為用戶建立什么樣的軟件系統(tǒng)，軟件叫什么樣的名稱等等?！皢栴}”是指軟件最基本的問題，如： 軟件的總體目標什么？ 有什么用途？ 為那些用戶設(shè)計？,1.5 問題定義階段,問題定義報告的內(nèi)容包括： 1）軟件項目標題； 2）軟件目標； 3）軟件用戶對象； 4）軟件規(guī)模。,問題定義是軟件生命周期中時間最短的階段，一般都比較簡單，因此在實際開發(fā)中它是最容易被忽視的一個階段。 這一階段工作主要由系統(tǒng)分析員來完成，系統(tǒng)分析員要盡可能從較高的角度概括軟件所要做的工作，而不用寫明問題的實現(xiàn)細節(jié)。,第2章：可行性研究,可行性研究就是要回答“所定義的問題有可行的解決辦法嗎？”。 可行性研究的目的是：用最小的代價在盡可能短的時間內(nèi)確定問題是否有解，以及是否值得去解。,2.1 可行性研究的任務(wù),可行性研究所需的時間取決于工程的規(guī)模，所需要的成本要占工程總成本的5%10%。,可行性研究的內(nèi)容： 1）技術(shù)可行性 技術(shù)可行性要分析各種技術(shù)因素，例如： 使用現(xiàn)有的技術(shù)能否實現(xiàn)這個系統(tǒng)？ 是否有勝任開發(fā)該項目的熟練技術(shù)人員？ 能否按期得到開發(fā)該項目所需的軟件、硬件資源？,2）經(jīng)濟可行性 對經(jīng)濟合理性進行評價，所要考慮的問題是： 這個系統(tǒng)的經(jīng)濟效益能否超過它的開發(fā)成本？ 這就需要對項目進行價格/利益分析，即“投入/產(chǎn)出”分析。 由于利益分析取決于軟件系統(tǒng)的特點，因此在軟件開發(fā)之前，很難對新系統(tǒng)產(chǎn)生的效益作出精確的定量描述，所以往往采用一些估算方法。,3）操作可行性 操作可行性評價系統(tǒng)運行后會引起的各方面變化，如：對組織機構(gòu)管理模式、用戶工作環(huán)境等產(chǎn)生的影響。,4）社會可行性 社會可行性主要討論法律方面和使用方面的可行性。 例如，被開發(fā)軟件的權(quán)利歸屬問題、軟件所使用的技術(shù)是否會造成侵權(quán)等問題。,2.2 可行性研究的步驟,1）復查系統(tǒng)規(guī)模和目標； 2）研究目前正在使用的系統(tǒng)； 3）導出新系統(tǒng)的高層邏輯模型（數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典）； 4）重新定義問題；,5）導出和評價供選擇的解法（物理解決方案）； 6）推薦行動方案； 7）草擬開發(fā)計劃； 8）書寫文檔提交審查。,2.2 可行性研究的步驟,2.3 系統(tǒng)流程圖 （描繪物理系統(tǒng)的工具）,2.3.1 符號,2.3.2 例子,2.4 數(shù)據(jù)流圖（描繪數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動的邏輯過程）,2.4.1 符號,注意： “處理”可表示：單個程序、一系列程序、程序的一個模塊、人工處理過程等等； “數(shù)據(jù)存儲”可表示：一個文件、文件的一部分、數(shù)據(jù)庫記錄等等； 數(shù)據(jù)流圖忽略出錯處理、打開文件、關(guān)閉文件。,2.4.2 繪制數(shù)據(jù)流圖的例子,2.4.2 繪制數(shù)據(jù)流圖的例子,倉庫 管理員,采購員,定貨系統(tǒng),事務(wù),定貨報表,圖2.5 定貨系統(tǒng)的基本系統(tǒng)模型,2.4.2 繪制數(shù)據(jù)流圖的例子,庫存清單,倉庫 管理員,采購員,事務(wù),定貨報表,圖2.6 定貨系統(tǒng)的功能級數(shù)據(jù)流圖,定貨信息,定貨信息,組成該例子的數(shù)據(jù)流圖的元素,上述數(shù)據(jù)流圖所描述的功能夠詳細了嗎？,2.4.2 繪制數(shù)據(jù)流圖的例子,1）為數(shù)據(jù)流（或數(shù)據(jù)存儲）命名 A名字應(yīng)該代表整個數(shù)據(jù)流（或數(shù)據(jù)存儲）的內(nèi)容； B不要使用空洞的、缺乏具體含義的名字（如“數(shù)據(jù)”、“輸入”）；,2.4.3 命名,C如果為某個數(shù)據(jù)流（或數(shù)據(jù)存儲）起名字時遇到困難，則很可能是因為對數(shù)據(jù)流圖的分解不恰當造成的，應(yīng)該試試重新分解數(shù)據(jù)流圖；,2）為處理命名 A通常先為數(shù)據(jù)流命名，然后再為與之相關(guān)聯(lián)的處理命名； B名字應(yīng)該反映整個處理的功能； C應(yīng)該盡量避免空洞籠統(tǒng)的動詞做名字，如“處理”、“加工”；,D通常用一個動詞命名，如果必須用兩個動詞才能描述整個處理的功能，則可能要把這個處理分解成兩個處理更恰當； E如果在為某個處理命名時遇到困難，則很可能是發(fā)現(xiàn)了分解不當?shù)那闆r，應(yīng)考慮重新分解。,通常，為“數(shù)據(jù)源點/終點”命名時，采用它們在問題域中習慣使用的名字（如“倉庫管理員”、“采購員”）。,1）利用它作為交流信息的工具； 2）作為軟件分析和設(shè)計的工具。,2.4.4 數(shù)據(jù)流圖的用途,2.4.4 數(shù)據(jù)流圖的用途,圖2.8 對應(yīng)的物理實現(xiàn)硬件方案,2.4.4 數(shù)據(jù)流圖的用途,圖2.9 對應(yīng)的物理實現(xiàn)硬件方案,數(shù)據(jù)字典：對數(shù)據(jù)流圖中包含的所有元素的定義的集合； 可行性研究階段，數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典共同構(gòu)成系統(tǒng)的邏輯模型。,2.5 數(shù)據(jù)字典,2.5.1 數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容 數(shù)據(jù)字典應(yīng)該對下列元素進行定義： 1）數(shù)據(jù)流； 2）數(shù)據(jù)元素（數(shù)據(jù)流分量）； 3）數(shù)據(jù)存儲； 4）處理。,1）數(shù)據(jù)元素字典定義 其定義的基本內(nèi)容有： A數(shù)據(jù)元素編號、名稱及其含義； B數(shù)據(jù)類型和長度； C合理取值； D其他內(nèi)容，如它與其它數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系等。,2.5.2 定義數(shù)據(jù)的方法,數(shù)據(jù)元素字典定義實例：,2）數(shù)據(jù)流字典定義 其定義的基本內(nèi)容有： A數(shù)據(jù)流編號及名稱； B數(shù)據(jù)流來源； C數(shù)據(jù)流去處； D數(shù)據(jù)流的組成； E流通量； F峰值。,數(shù)據(jù)流字典定義實例：,3）數(shù)據(jù)存儲字典定義 其定義的基本內(nèi)容有： A數(shù)據(jù)存儲編號及名稱； B數(shù)據(jù)存儲的組成； C其它要求。,4）數(shù)據(jù)處理字典定義 其定義的基本內(nèi)容有： A數(shù)據(jù)處理編號及名稱； B簡單描述； C輸入/輸出； D功能描述； E有關(guān)數(shù)據(jù)存儲。,數(shù)據(jù)處理字典定義實例：,5）組成數(shù)據(jù)項的表示方法 = 表示“等價于”或“定義為” + 表示“與” 與 | 表示“或” 表示重復 ( ) 表示可選項 通訊錄=通訊地址 通訊地址=姓名+郵編+省|直轄市|自治區(qū)+市|縣+街道+門牌號+（電話）,1. 作為分析階段的重要工具； 2. 數(shù)據(jù)元素的控制信息非常有用； 3. 有助于開發(fā)數(shù)據(jù)庫。,2.5.3 數(shù)據(jù)字典的用途,實現(xiàn)數(shù)據(jù)字典： 1）程序處理； 2）卡片式人工書寫；,2.5.4 數(shù)據(jù)字典的實現(xiàn),2.6 成本/效益分析,1）代碼行技術(shù) 軟件成本 = 每行代碼的平均成本估計的源代碼總行數(shù),2.6.1 成本估計,2）任務(wù)分解技術(shù) 軟件開發(fā)項目分解為若干個相對獨立的任務(wù)，分別估計每個單獨任務(wù)的成本： 單獨任務(wù)成本 = 任務(wù)所需人力估計值每人每月平均工資； 軟件開發(fā)項目總成本估計 = 各個單獨任務(wù)成本估計值之和。,常用的辦法是按開發(fā)階段劃分任務(wù)，典型環(huán)境下各個開發(fā)階段需要使用的人力百分比大致如下：,3）自動估計成本技術(shù) 采用自動估計成本的軟件工具估計。,1）Putnam 模型 1978年P(guān)utnam提出的，一種動態(tài)多變量模型：,軟件開發(fā)成本估算的經(jīng)驗模型：,Ck為技術(shù)狀態(tài)常數(shù)，它反映“妨礙開發(fā)進展的限制”，取值因開發(fā)環(huán)境而異，見下表：,2）COCOMO模型(constructive cost model) 這是由TRW公司開發(fā)，Boehm提出的結(jié)構(gòu)化成本估算模型，是一種精確的、易于使用的成本估算方法。 基本COCOMO模型估算工作量和進度的公式如下： 工 作 量： MM = r(KDSI)c （人月） 開發(fā)時間： TDKV = a(MM)b （月） DSI：源指令條數(shù)，不包括注釋，1KDSI = 1000DSI MM：開發(fā)工作量（以人月計），1MM = 19 人日 = 152 人時 =1/12 人年 經(jīng)驗常數(shù) r, c, a, b 取決于項目的總體類型,COCOMO模型中，考慮開發(fā)環(huán)境，軟件開發(fā)項目的類型可以分為3種： 1）組織型(organic) 相對較小、較簡單的軟件項目。開發(fā)人員對開發(fā)目標理解比較充分，與軟件系統(tǒng)相關(guān)的工作經(jīng)驗豐富，對軟件的使用環(huán)境很熟悉，受硬件的約束較小，程序的規(guī)模不是很大（50000行）,2）嵌入型(embedded) 要求在緊密聯(lián)系的硬件、軟件和操作的限制條件下運行，通常與某種復雜的硬件設(shè)備緊密結(jié)合在一起。對接口，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，算法的要求高。軟件規(guī)模任意。 如大而復雜的事務(wù)處理系統(tǒng)，大型/超大型操作系統(tǒng)，航天用控制系統(tǒng)，大型指揮系統(tǒng)等。,3）半獨立型（semidetached） 介于上述兩種軟件之間。規(guī)模和復雜度都屬于中等或更高。最大可達30萬行。,COCOMO模型按其詳細程度可以分為三級： 1）基本COCOMO模型 是一個靜態(tài)單變量模型，它用一個以已估算出來的原代碼行數(shù)(LOC)為自變量的經(jīng)驗函數(shù)計算軟件開發(fā)工作量。,基本COCOMO模型 通過統(tǒng)計63個歷史項目的歷史數(shù)據(jù)，得到如下計算公式：,2）中級COCOMO模型 在基本COCOMO模型的基礎(chǔ)上，再用涉及產(chǎn)品、硬件、人員、項目等方面的影響因素調(diào)整工作量的估算。 3）詳細COCOMO模型 包括中級COCOMO模型的所有特性，但更進一步考慮了軟件工程中每一步驟（如分析、設(shè)計）的影響。,1）貨幣的時間價值 假設(shè)年利率為i,如果現(xiàn)在存入P元錢，則n年以后可以得到的錢數(shù)為： 反之，如果n年后能收入F元錢，那么這些錢現(xiàn)在的價值是：,2.6.2 成本/效益分析,例：修改一個已有的庫存管理系統(tǒng)，估計需要5000元，系統(tǒng)修改后使用5年，每年可節(jié)省2500元。請進行成本/效益分析。,表1：將來的收入折算成現(xiàn)在值,2）投資回收期 第一、第二年回收：4225元 第三年用于回收投資要： ( 5000 - 4225 ) / 1779 = 0.44年 總的投資回收期 = 2.44年,3）純收入 9011.94 - 5000 = 4011.94 （元）,4）投資回收率 其中：P是現(xiàn)在的投資額； Fi是第i年年底的效益（i=1,2,3,n）; n是系統(tǒng)的使用壽命（一般假設(shè)n=5）； j是投資回收率。 上述修改系統(tǒng)的工程的投資回收率是41%-42%,第2章小結(jié), 可行性分析報告 說明該軟件開發(fā)項目的實現(xiàn)在技術(shù)上、經(jīng)濟上和社會因素上的可行性，評述為了合理地達到開發(fā)目標可供選擇的各種可能實施方案，說明并論證所選定實施方案的理由。 項目開發(fā)計劃 為軟件項目實施方案制訂出具體計劃，應(yīng)該包括各部分工作的負責人員、開發(fā)的進度、開發(fā)經(jīng)費的預算、所需的硬件及軟件資源等。,第3章：需求分析,3.1.1 確定對系統(tǒng)的綜合要求 1功能需求 2性能需求 如：相應(yīng)時間（速度）、主存容量、磁盤容量、安全性、等。,3.1 需求分析的任務(wù),3. 可靠性和可用性需求 4. 出錯處理需求 系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)錯誤時采取的行動，主要在系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)置。 5. 接口需求 用戶接口、硬件接口、軟件接口、通信接口、等。 6. 約束 精度、工具和語言、設(shè)計約束、硬件約束、標準，等。 7. 逆向需求 8. 將來可能提出的要求,3.1.3 導出系統(tǒng)的邏輯模型 包括完善的數(shù)據(jù)流圖、實體聯(lián)系圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、數(shù)據(jù)字典、主要的處理算法（IPO圖）等。,3.1.2 分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求 通過建立數(shù)據(jù)模型來分析，如數(shù)據(jù)字典、層次方框圖、Warnier圖，并將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范化。,3.1.4 修正系統(tǒng)開發(fā)計劃 修訂前期制定的開發(fā)進度計劃、等。,3.2 與用戶溝通獲取需求的方法,3.2.1 訪談,正式訪談：系統(tǒng)分析員提出事先準備好的問題。 非正式訪談：提出一些用戶可以自由回答的開放性問題，鼓勵被訪者說出自己的想法。 需要訪問大量人員時，利用調(diào)查表訪問較佳。,3.2.2 面向數(shù)據(jù)流自頂向下求精,借助數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典、IPO圖等，細化、完善詳細的數(shù)據(jù)流圖，等到各處理環(huán)節(jié)對應(yīng)的功能。,例：,分析銷售趨勢,統(tǒng)計功能,3.2.3 簡易的應(yīng)用規(guī)格說明技術(shù),面向團隊的需求收集法： （用戶與開發(fā)者配合） 1）初步訪談； 2）開發(fā)者和用戶分別寫出“產(chǎn)品需求”； 3）開會討論，各自展示需求列表； 4）得出一致意見，為需求列表制定小型規(guī)格說明； 5）根據(jù)會議成果，起草完整的軟件需求規(guī)格說明。,3.2.4 快速建立軟件原型,快速建立能演示目標系統(tǒng)主要功能的程序。 （1）第四代技術(shù) （2）可重用的軟件構(gòu)件 （3）形式化規(guī)格說明和原型環(huán)境,3.3 分析建模與規(guī)格說明,3.3.1 分析建模 為了開發(fā)復雜的系統(tǒng)，應(yīng)從不同角度（模型）抽象出目標系統(tǒng)的特性（數(shù)據(jù)模型、功能模型、行為模型）。 1）實體聯(lián)系圖：建立數(shù)據(jù)模型，描述數(shù)據(jù)對象及數(shù)據(jù)對象之間的關(guān)系； 2）數(shù)據(jù)流圖：建立功能模型的基礎(chǔ)； 3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：描繪系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的方式。,3.3.2 軟件需求規(guī)格說明,3.4 實體聯(lián)系圖,數(shù)據(jù)對象可以是外部實體、事物、行為、事件、角色、單位、地點、結(jié)構(gòu)等。,3.4.1 數(shù)據(jù)對象,3.4.2 屬性 屬性定義了數(shù)據(jù)對象的性質(zhì)。,屬性,3.4.3 聯(lián)系 （1）一對一聯(lián)系（1：1） （2）一對多聯(lián)系（1：N） （3）多對多聯(lián)系（M：N） 在ER圖中，用菱形框表示聯(lián)系。,聯(lián)系,例子：,通常用范式定義消除數(shù)據(jù)冗余的程度。 1）第一范式 2）第二范式 3）第三范式,3.5 數(shù)據(jù)規(guī)范化,3.6 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,3.6.1 狀態(tài) 狀態(tài)是任何可以被觀察到的系統(tǒng)行為模式，一個狀態(tài)代表系統(tǒng)的一種行為模式。 3.6.2 事件 事件是某個特定時刻發(fā)生的事情，它是引起系統(tǒng)做動作或狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制信息。,3.6.3 符號,3.6.4 例子,3.7 其他圖形工具,層次方框圖用樹形結(jié)構(gòu)的一系列多層次的矩形框描繪數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)。,3.7.1 層次方框圖,Warnier圖也用樹形結(jié)構(gòu)描繪信息，但是這種圖形工具比層次方框圖提供了更豐富的描繪手段。,3.7.2 Warnier圖,IPO圖是輸入/處理/輸出圖。,3.7.3 IPO圖,3.8 驗證軟件需求,1）一致性 2）完整性 3）現(xiàn)實性 4）有效性,3.8.1 驗證軟件需求的正確性,1）驗證需求的一致性 2）驗證需求的現(xiàn)實性 3）驗證需求的完整性和有效性,3.8.2 驗證軟件需求的方法,用于需求分析的軟件應(yīng)該滿足下列要求： 1）必須有形式化的語法 2）使用這個軟件工具能夠?qū)С鲈敿毜奈臋n 3）必須提供分析規(guī)格說明書的不一致性和冗余性的手段 4）使用這個軟件工具后，應(yīng)該能夠改進通信狀況,3.8.3 用于需求分析的軟件工具,RSL（需求陳述語言）：信息集ASSMPASCAL模擬程序 PSL/PSA（問題陳述語言/問題陳述分析程序）系統(tǒng),第3章小結(jié), 軟件需求說明書（軟件規(guī)格說明書） 對所開發(fā)軟件的功能、性能、用戶界面及運行環(huán)境等作出詳細的說明。 它是在用戶與開發(fā)人員雙方對軟件需求取得共同理解并達成協(xié)議的條件下編寫的，也是實施開發(fā)工作的基礎(chǔ)。該說明書應(yīng)給出數(shù)據(jù)邏輯和數(shù)據(jù)采集的各項要求，為生成和維護系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件做好準備。,第4章：形式化說明技術(shù),1.非形式化方法：自然語言描述 2.半形式化方法：數(shù)據(jù)流圖或?qū)嶓w聯(lián)系圖 3.形式化方法：基于數(shù)學技術(shù)描述,4.1 概述,4.1.1 非形式化方法的缺點 自然語言書寫的系統(tǒng)規(guī)格說明書可能存在： 1）矛盾； 2）二義性； 如：“操作員標識由操作員姓名和密碼組成，密碼由6位數(shù)字構(gòu)成，當操作員登陸系統(tǒng)時它被存儲在注冊文件中?！?3）含糊性； 4）不完整性； 5）抽象層次混亂。,4.1.2 形式化方法的優(yōu)點 （1）數(shù)學是理想的建模工具，適合于表示系統(tǒng)狀態(tài)和描述系統(tǒng)需求； （2）用數(shù)學表達的需求可在不同開發(fā)階段平滑過渡。,4.1.3 應(yīng)用形式化方法的準則 （1）選擇合適的形式化方法； （2）需要形式化，但不能過渡形式化，不能放棄傳統(tǒng)的需求表達方法； （3）應(yīng)該有形式化方法的專家提供指導。,4.2 有窮狀態(tài)機法（FSM）,4.2.1 概念,鎖的三個位置：1、2、3； 轉(zhuǎn)盤可向左（L）或右（R）； 鎖密碼：1L、3R、2L,一個有窮狀態(tài)機包括5部分： 1）狀態(tài)集J：保險箱鎖定，A，B，保險箱解鎖，報警 2）輸入集K：1L,1R,2L,2R,3L,3R 3）轉(zhuǎn)換函數(shù)T，如表4.1 4）初始狀態(tài)S：保險箱鎖定 5）終態(tài)集F：保險箱解鎖，報警 更形式化的術(shù)語： 一個有窮狀態(tài)機可表示一個為5元組（J,K,T,S,F）,狀態(tài)轉(zhuǎn)換形式： 當前狀態(tài)【菜單】事件【所選擇的項】下個狀態(tài) 加入謂詞集P，把系統(tǒng)擴展成一個6元組后： 當前狀態(tài)【菜單】事件【所選擇的項】謂詞下個狀態(tài),計算機系統(tǒng)中每個菜單驅(qū)動的用戶界面都是一個有窮狀態(tài)機的實現(xiàn)。,定義狀態(tài)： （1）M(d,e,f)：電梯e正沿d方向移動，即將到達第f層樓。 （2）S(d,e,f)：電梯e停在f層樓，將朝d方向移動（未關(guān)門）。 （3）W(e,f)：電梯e在f層等待（已關(guān)門）。 （4）DC(e,f)：電梯e在樓層f關(guān)上門。 （5）ST(e,f)：電梯e靠近f層時觸發(fā)傳感器，電梯控制器決定在當前樓層是否停下。 （6）RL：電梯按鈕或樓層按鈕被按下進入打開狀態(tài),4.2.2 例子:電梯的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,電梯狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則：S(U,e,f)+DC(e,f)=M(U,e,f+1); S(D,e,f)+DC(e,f)=M(D,e,f-1); S(N,e,f)+DC(e,f)=W(e,f),4.2.3 評價 有窮狀態(tài)機描述規(guī)格說明： 當前狀態(tài)事件謂詞=下個狀態(tài) 易于書寫、驗證、轉(zhuǎn)變成設(shè)計或程序代碼。,有窮狀態(tài)機方法比數(shù)據(jù)流圖技術(shù)更精確，一樣易于理解。但不能處理定時需求。,4.3 Petri網(wǎng),4.3.1 概念,Petri網(wǎng)包含4種元素： 1）一組位置P，上例 PP1,P2,P3,P4 2）一組轉(zhuǎn)換T，上例 Tt1,t2 3）輸入函數(shù)I，上例 I（t1）=P2,P4 I（t2）=P2 4）輸出函數(shù)O，上例O（t1）=P1 O（t2）=P3,P3 更形式化的Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是一個4元組（P，T，I，O）,權(quán)標向量（1，2，0，1）,權(quán)標向量（2，1，0，0）,權(quán)標向量（2，0，2，0）,更形式化地： 標記 M：P0,1,2, Petri網(wǎng)成為一個5元組（P，T，I，O，M）,對Petri網(wǎng)的一個重要擴充是加入禁止線：,4.3.2 例子 1. 電梯按鈕,EBf 電梯中樓層 f 的按鈕；Fg 樓層g；Ff 樓層 f。,2. 樓層按鈕,FBfu 第 f 樓層向上按鈕； FBfd 第 f 樓層向下按鈕；,小結(jié) 基于數(shù)學的形式化說明技術(shù)，目前還沒有在軟件產(chǎn)業(yè)界廣泛應(yīng)用； 應(yīng)該把形式化方法與傳統(tǒng)方法有機結(jié)合。,第5章：總體設(shè)計,5.1 設(shè)計過程,1.設(shè)想供選擇的方案,2.選擇合理的方案 對每個合理的方案要提供： A系統(tǒng)流程圖 B組成系統(tǒng)的物理元素清單 C成本/效益分析 D實現(xiàn)這個系統(tǒng)的進度計劃,3.推薦最佳方案 4.功能分解 5.設(shè)計軟件結(jié)構(gòu) 6.數(shù)據(jù)庫設(shè)計 A模式設(shè)計 B子模式設(shè)計 C完整性和安全性設(shè)計 D優(yōu)化,7.制定測試計劃 8.書寫文檔 A系統(tǒng)說明 B用戶手冊 C測試計劃 D詳細的實現(xiàn)計劃 E數(shù)據(jù)庫設(shè)計結(jié)果 9.審查和復審,5.2 設(shè)計原理,如果一個大型程序僅由一個模塊組成，很難被人理解。 設(shè)函數(shù)C(x)定義問題x的復雜程度，函數(shù)E(x)定義解決問題x需要的工作量（時間）。對于兩個問題P1和P2，如果： C(P1)C(P2) 那么 E(P1)E(P2) 根據(jù)解決問題的經(jīng)驗，有一個規(guī)律是： C(P1+P2)C(P1)+C(P2) 于是有 E(P1+P2)E(P1)+E(P2),5.2.1 模塊化,5.2.2 抽象,5.2.3 逐步求精,模塊的獨立性很重要，因為： 1）有效的模塊化的軟件比較容易開發(fā)出來; 2）獨立的模塊比較容易測試和維護。,5.2.4 信息隱蔽和局部化,5.2.5 模塊獨立,一、耦合,耦合：指軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊彼此之間相互依賴（連接）的緊密程度。,模塊獨立程度可以由兩個定性標準度量：耦合與內(nèi)聚。,模塊的偶合分四類： 1）數(shù)據(jù)耦合 兩個模塊之間只是通過參數(shù)交換信息，而且交換的信息僅僅是數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)耦合是最低程度的耦合。,2）控制耦合 兩個模塊之間所交換的信息包含控制信息。 控制耦合是中等程度的耦合。,圖中模塊A的內(nèi)部處理程序判斷是執(zhí)行C還是執(zhí)行D，要取決于模塊B傳來的信息狀態(tài)（Status）。,3）公用耦合 兩個或多個模塊通過一個公共區(qū)相互作用時的耦合。 公共區(qū)可以是：全程數(shù)據(jù)區(qū)、共享通信區(qū)、內(nèi)存公共覆蓋區(qū)、任何介質(zhì)上的文件、物理設(shè)備等。 軟件結(jié)構(gòu)中存在大量的公用耦合時會給診斷錯誤帶來困難。,圖中存在公用耦合，假設(shè)模塊A、C、E都存取全程數(shù)據(jù)區(qū)（如公用一個磁盤文件）中的一個數(shù)據(jù)項。 如果A模塊讀取該項數(shù)據(jù)，然后調(diào)用C模塊對該項重新計算，并進行數(shù)據(jù)更新。,如果此時C模塊錯誤地更新了該項數(shù)據(jù)，在往下的處理中模塊E讀該數(shù)據(jù)項時出現(xiàn)錯誤。 表面上看，問題由模塊E產(chǎn)生，實際上由模塊C引起。,4）內(nèi)容耦合 一個模塊與另一個模塊的內(nèi)容直接發(fā)生聯(lián)系。 內(nèi)容耦合對維護會帶來嚴重的困難。,程序中如果一個模塊直接把程序轉(zhuǎn)移到另一個模塊中，或一個模塊使用另一個模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)，都會產(chǎn)生內(nèi)容耦合。內(nèi)容耦合是最高程度的耦合，應(yīng)該避免采用。,軟件設(shè)計應(yīng)追求盡可能松散耦合，避免強耦合，這樣模塊間的聯(lián)系就越小，模塊的獨立性就越強，對模塊的測試、維護就越容易。 因此建議：盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合，限制公用耦合，完全不用內(nèi)容偶合。,二、內(nèi)聚,內(nèi)聚：一個模塊內(nèi)部各個元素彼此結(jié)合的緊密程度。 它是衡量一個模塊內(nèi)部組成部分間整體統(tǒng)一性的度量。 常見的內(nèi)聚有七類。,1）功能內(nèi)聚（Functional Cohesion） 如果一個模塊內(nèi)所有處理元素完成一個，而且僅完成一個功能，則稱為功能內(nèi)聚。 功能內(nèi)聚是最高程度的內(nèi)聚。但在軟件結(jié)構(gòu)中，并不是每個模塊都能設(shè)計成一個功能內(nèi)聚模塊。,2）順序內(nèi)聚（Sequential Cohesion） 如果一個模塊內(nèi)處理元素和同一個功能密切相關(guān)，而且這些處理元素必須順序執(zhí)行，則稱為順序內(nèi)聚。,如圖，一個求一元二次方程根的模塊由三個處理元素組成，該模塊中存在順序內(nèi)聚。 通常，順序內(nèi)聚中一個處理元素的輸出是另一個處理元素的輸入。,3）通信內(nèi)聚（Communicational Cohesion） 如果一個模塊中所有處理元素都使用同一個輸入數(shù)據(jù)和（或）產(chǎn)生同一個輸出數(shù)據(jù)，稱為通信內(nèi)聚。,如圖，模塊A的處理單元將根據(jù)同一個數(shù)據(jù)文件FILE的數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同的表格，因此它存在通信內(nèi)聚。 通信內(nèi)聚有時也稱為數(shù)據(jù)內(nèi)聚。,4）過程內(nèi)聚（Procedural Cohesion） 如果一個模塊內(nèi)的處理元素是相關(guān)的，而且必須以特定的次序執(zhí)行，稱為過程內(nèi)聚。 過程內(nèi)聚與順序內(nèi)聚的區(qū)別是： 順序內(nèi)聚中是數(shù)據(jù)流從一個處理單元流到另一個處理單元，而過程內(nèi)聚是控制流從一個動作流向另一個動作。,5）時間內(nèi)聚（Temporal Cohesion） 如果一個模塊包含的任務(wù)必須在同一段時間內(nèi)執(zhí)行，稱為時間內(nèi)聚。也稱為瞬時內(nèi)聚。,例如，完成各種初始化工作的模塊，或者處理故障的模塊都存在時間內(nèi)聚。 如圖，在“緊急故障處理模塊”中，“關(guān)閉文件”、“報警”、“保留現(xiàn)場”等任務(wù)都必須無中斷地同時處理。,6）邏輯內(nèi)聚（Logical Cohesion） 如果模塊完成的任務(wù)在邏輯上屬于相同或相似的一類，稱為邏輯內(nèi)聚。,如圖，A、B、C模塊合并成ABC模塊之后，ABC模塊就是邏輯內(nèi)聚模塊。,對邏輯內(nèi)聚模塊的調(diào)用，常常需要有一個功能開關(guān)，由上層調(diào)用模塊向它發(fā)出一個控制信號，在多個關(guān)聯(lián)性功能中選擇執(zhí)行某一個功能。 這種內(nèi)聚較差，增加了模塊之間的聯(lián)系，不易修改。,7）偶然內(nèi)聚（Coincidental Cohesion） 如果一個模塊由完成若干毫無關(guān)系的功能處理元素偶然組合在一起的，就叫偶然內(nèi)聚。,偶然內(nèi)聚是最差的一種內(nèi)聚。 常犯這種錯誤的一種情況是：有時在寫完程序后，發(fā)現(xiàn)一組語句在多處出現(xiàn)，于是為了節(jié)省空間而將這些語句作為一個模塊設(shè)計，就出現(xiàn)偶然內(nèi)聚。,如圖，模塊A、B、C出現(xiàn)公共代碼段W，于是將W獨立成一個模塊，而W中這些語句并沒有任何聯(lián)系。 如果在測試中發(fā)現(xiàn)模塊A不需要做“X=Y+Z”，而應(yīng)該做“X=Y*Z”，此時對W的維護就很困難了。,軟件設(shè)計中應(yīng)該：力求做到高內(nèi)聚，盡量少用中內(nèi)聚，不用低內(nèi)聚。,5.3 啟發(fā)式規(guī)則,1. 改進軟件結(jié)構(gòu)提高模塊獨立性 2.模塊規(guī)模應(yīng)該適中,3. 深度、寬度、扇出和扇入都應(yīng)適當 深度：軟件結(jié)構(gòu)中控制的層數(shù)； 寬度：軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)同一個層次上的模塊總數(shù)的最大值； 扇出：一個模塊直接控制（調(diào)用）其它模塊的數(shù)目； 扇入：一個模塊被其它模塊調(diào)用的數(shù)目。,對扇出、扇入過大的改進：,4. 模塊的作用域應(yīng)該在控制域之內(nèi),作用域：受該模塊內(nèi)一個判定影響的所有模塊的集合。 控制域：模塊本身以及所有從屬于它的模塊的集合。,如：QUAD-ROOT（TBL,X） 求一元二次方程的根的模塊，其中TBL，X都為數(shù)組，分別代表方程的系數(shù)和方程的根。 應(yīng)該使接口更簡單，如： QUAD-ROOT（A,B,C,ROOT1,ROOT2） A、B、C是方程的系數(shù)，ROOT1，ROOT2是方程的根。,5. 力爭降低模塊接口的復雜度,6.設(shè)計單入口、單出口的模塊,7.模塊功能應(yīng)該可以預測,5.4 圖形工具 5.4.1 層次圖和HIPO圖,HIPO圖是：“層次圖輸入/處理/輸出圖”,5.4.2 結(jié)構(gòu)圖,5.5 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法,面向數(shù)據(jù)流設(shè)計（Data Flow-Oriented Design，DFOD）是與數(shù)據(jù)流分析（DFA）對應(yīng)的結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計技術(shù)。 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計將得到以數(shù)據(jù)流圖為基礎(chǔ)的軟件模塊結(jié)構(gòu)圖。,數(shù)據(jù)流可以分為兩種類型： 1）變換型數(shù)據(jù)流 2）事務(wù)型數(shù)據(jù)流,5.5.1 變換流與事務(wù)流,一、變換流 具有較明確的輸入、變換（或稱主加工）和輸出界面的數(shù)據(jù)流圖稱為變換型數(shù)據(jù)流圖。 如圖所示，該變換中心可以理解為數(shù)據(jù)的加工和處理程序。,事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖中存在一個事務(wù)中心（也就是數(shù)據(jù)處理、加工中心），它將輸入分離成若干個發(fā)散的數(shù)據(jù)流，形成許多活動路徑，并根據(jù)輸入值選擇其中一條路徑。,二、事務(wù)流,通常，一個實際系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖是變換型和事務(wù)型兩種類型的混合體。 如圖所示，中間的子塊屬事務(wù)型數(shù)據(jù)流，如果把中間子塊視為一個處理整體的話，整個程序?qū)僮儞Q型程序。,面向數(shù)據(jù)流設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)的基本步驟有七步： 1）復審并精化數(shù)據(jù)流圖； 2）確定數(shù)據(jù)處理流圖的類型； 3）確定變換中心或事務(wù)中心；,5.5.2 面向數(shù)據(jù)流設(shè)計的步驟,4）將數(shù)據(jù)流圖映射成軟件模塊結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計出該數(shù)據(jù)流圖對應(yīng)的第一層模塊結(jié)構(gòu)； 5）基于數(shù)據(jù)流圖逐步分解，設(shè)計下層模塊； 6）運用模塊設(shè)計和優(yōu)化準則優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)； 7）描述模塊的接口。,變換設(shè)計就是從變換型數(shù)據(jù)流圖映射出軟件模塊結(jié)構(gòu)的過程，也稱以變換為中心的設(shè)計。,5.5.3 變換設(shè)計,變換設(shè)計的基本方法有兩步： 1）分解第一層模塊結(jié)構(gòu) 就是把整個變換分解成輸入控制模塊Ci、輸出控制模塊Co和變換中心控制模塊Ct，由主控模塊控制。,2）分別設(shè)計輸入、輸出和處理的下層模塊結(jié)構(gòu) 方法是： 從變換中心邊界向兩側(cè)移動，分別把輸入通路和輸出通路的每個處理映射成輸入控制模塊Ci和輸出控制模塊Co的下屬模塊。 變換中心的下層模塊，是把每個處理映射成變換中心控制模塊Ct的一個直接下屬模塊。,事務(wù)設(shè)計就是從事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖映射出軟件模塊結(jié)構(gòu)的過程，也稱為以事務(wù)為中心的設(shè)計。,5.5.4 事務(wù)設(shè)計,事務(wù)設(shè)計的基本方法有兩步： 1）建立主控模塊、接收輸入類型分析模塊和事務(wù)調(diào)度模塊；,2）分別設(shè)計輸入類型分析模塊和調(diào)度模塊的下層模塊結(jié)構(gòu)。 方法是：將輸出的每條通路作為調(diào)度模塊的一個判斷分支，而輸入類型分析模塊的下層模塊與變換設(shè)計類似。,第5章小結(jié), 概要設(shè)計說明書 該說明書是概要實際階段的工作成果，它應(yīng)說明功能分配、模塊劃分、程序的總體結(jié)構(gòu)、輸入輸出以及接口設(shè)計、運行設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和出錯處理設(shè)計等，為詳細設(shè)計提供基礎(chǔ)。,第6章：詳細設(shè)計,目標：確定如何具體實現(xiàn)所要求的系統(tǒng)。 不是具體編寫程序，而是設(shè)計程序的“藍圖”。 詳細設(shè)計的結(jié)果決定最終程序代碼的質(zhì)量。,E.W.Dijkstra 最早提出結(jié)構(gòu)程序設(shè)計：程序質(zhì)量與程序中包含的Goto語句的數(shù)量成反比（1965）。 1966 ，Bohm, Jacopini ，證明了只用“順序”、“選擇”、“循環(huán)”控制結(jié)構(gòu)就能實現(xiàn)任何單入口單出口程序。,6.1 結(jié)構(gòu)程序設(shè)計,理論上，最基本的控制結(jié)構(gòu)只有兩種：順序、循環(huán)結(jié)構(gòu)（選擇結(jié)構(gòu)可由其兩者構(gòu)造）。 學界認識到，不是簡單去掉Goto語句的問題，而是要創(chuàng)立一種新的程序設(shè)計方法。 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計（IBM率先成功運用）。,結(jié)構(gòu)程序設(shè)計： 一種設(shè)計程序的技術(shù)，它采用自頂向下逐步求精的設(shè)計方法和單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)。,使用結(jié)構(gòu)程序設(shè)計技術(shù)的好處： 1）提高軟件開發(fā)工程的成功率和生產(chǎn)率； 2）系統(tǒng)有清晰的層次結(jié)構(gòu)，容易閱讀理解； 3）單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)，容易診斷糾正； 4）模塊化可以使得軟件可以重用； 5）程序邏輯結(jié)構(gòu)清晰，有利于程序正確性證明。,經(jīng)典的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計：只允許使用順序、IF_THEN_ELSE選擇和DO_WHILE循環(huán)；,擴展的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計：除了三種基本控制結(jié)構(gòu)，還使用DO_CASE和DO_UNTIL循環(huán)；,修正的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計：除了三種基本控制結(jié)構(gòu)和兩種擴充結(jié)構(gòu)，還使用BREAK等結(jié)構(gòu)。,流程圖通常由三種結(jié)點組成： 1）函數(shù)結(jié)點 如果一個結(jié)點有一個入口線和一個出口線，則稱為函數(shù)結(jié)點。,由于函數(shù)結(jié)點一般對應(yīng)于賦值語句，所以 F 也表示了這一個結(jié)點對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。,6.1.1 結(jié)構(gòu)化程序 6.1.1.1 控制結(jié)構(gòu),2）謂詞結(jié)點 如果一個結(jié)點有一個入口線和兩個出口線，而且它不改變程序的數(shù)據(jù)項的值，則稱為謂詞結(jié)點。,P是一個謂詞，根據(jù)P的邏輯值（T或F），結(jié)點有不同的出口。,3）匯點 如果一個結(jié)點有兩個或多個入口線和一個出口線，而且它不執(zhí)行任何運算，則稱為匯點 。,1）順序結(jié)構(gòu)：相當于“A、B”,2. 三種基本控制結(jié)構(gòu),2）選擇結(jié)構(gòu) 相當于“If exp then A else B endif ”,3）循環(huán)結(jié)構(gòu)：相當于“While exp do A”,1）多分支結(jié)構(gòu) 相當于“Case I of I=1:C1; I=2:C2; I=3:C3; ; I=n:Cn”,3. 擴充兩種控制結(jié)構(gòu),2）UNTIL循環(huán)結(jié)構(gòu) 相當于“Repeat A Until exp”,6.1.1.2 正規(guī)程序 定義1：一個流程圖程序如果滿足下面兩個條件，稱為正規(guī)程序： 1）具有一個入口線和一個出口線； 2）對每一個結(jié)點，都有一條從入口線到出口線的通路通過該結(jié)點。,由于正規(guī)程序有一個入口線和一個出口線，因而一個正規(guī)程序總可以抽象為一個函數(shù)結(jié)點。,定義2：如果一個正規(guī)程序的某個部分仍然是正規(guī)程序，那么稱它為該正規(guī)程序的正規(guī)子程序。,先給出一個概念：封閉結(jié)構(gòu) 定義3：流程圖中，兩個結(jié)點之間所有沒有重復結(jié)點的通路組成的結(jié)構(gòu)稱為封閉結(jié)構(gòu)。,6.1.1.3 基本程序,如圖：封閉結(jié)構(gòu)為 a - b1 - b2 - b3 ; c1 - c2 ; d1 - d2 - d3 ; e - f ,1）不包括多于一個結(jié)點的正規(guī)子程序，即它是一種不可再分解的正規(guī)程序；（程序自身不可視為正規(guī)子程序） 2）如果存在封閉結(jié)構(gòu)，封閉結(jié)構(gòu)都是正規(guī)程序。,6.1.1.3 基本程序,定義4：一個正規(guī)程序，如果滿足以下兩個條件，則稱之為基本程序：,基本程序形式有多種，前面提到的三種基本控制結(jié)構(gòu)（順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)）和兩個擴充控制結(jié)構(gòu)（多分支結(jié)構(gòu)、UNTIL循環(huán)結(jié)構(gòu)）都是基本程序。,定義5： 用以構(gòu)造程序的基本程序的集合稱為基集合。 如：順序，if-then-else，while do 順序，if-then-else，repeat-until 都是基集合。,定義6：如果一個基本程序的函數(shù)結(jié)點用另一個基本函數(shù)程序替換，產(chǎn)生的新的正規(guī)程序稱為復合程序。,循環(huán)結(jié)構(gòu)的A函數(shù)結(jié)點用另一循環(huán)結(jié)構(gòu)代替，即嵌套循環(huán)，就產(chǎn)生了復合程序。,由于復合程序是由一些基本程序組成，因此，無論從總體上看或是從每個組成部分看，都滿足“一個入口，一個出口”的原則，這樣的程序就是通常說的好結(jié)構(gòu)程序，或者結(jié)構(gòu)化程序。,定義7：由基本程序的一個固定的基集合構(gòu)造出的復合程序，稱為結(jié)構(gòu)化程序。,結(jié)構(gòu)化定理：任一正規(guī)程序都可以函數(shù)等價于一個由基集合順序，If-else-then，While-do產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化程序。 實際上，只要能證明可以將任一正規(guī)程序轉(zhuǎn)換成等價的結(jié)構(gòu)化程序就可以證明這個結(jié)構(gòu)化定理。,6.1.2 結(jié)構(gòu)化定理,證明：（分三步進行結(jié)構(gòu)化程序的轉(zhuǎn)換） 步驟一：從程序入口處開始給程序的函數(shù)結(jié)點和謂詞結(jié)點編號：1，2，3，n，同時，將每個函數(shù)和謂詞結(jié)點的出口線用它后面的結(jié)點的號碼進行編號，如果出口線后面沒有結(jié)點，也就是說該結(jié)點的出口線與程序的出口線相連時，出口線編號為0。,步驟二：對原程序中每一個編號為i, 出口線編號為j的函數(shù)結(jié)點H，構(gòu)造一個新的序列程序Gi，如圖：,類似地，對于每個編號為i，出口線分別為j和k的謂詞結(jié)點，構(gòu)造一個新的選擇程序Gi，如圖：,步驟三：利用已經(jīng)得到的一些Gi程序（i=1,2,3,n），按下圖的形式構(gòu)造一個While-do循環(huán)。,圖中的循環(huán)體是一個對L從1到n的嵌套選擇（if-then-else）程序，轉(zhuǎn)換后的程序與原程序是等價的，是由基集合順序、選擇、循環(huán) 所復合成的結(jié)構(gòu)化程序。,這種方法并不是唯一的把程序轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化程序的方法，所得的程序也不一定是最好的。 它的目的是為了證明結(jié)構(gòu)化定理。,例1：把圖示的非結(jié)構(gòu)化程序轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)化程序（用結(jié)構(gòu)化定理證明過程提供的方法轉(zhuǎn)換）,6.1.3 非結(jié)構(gòu)化程序到結(jié)構(gòu)化程序的轉(zhuǎn)換,1）進行結(jié)點及其出口線的編號；,2）將圖中的四個結(jié)點構(gòu)造新的程序G1、G2、G3、G4；,3）利用得到的G1、G2、G3、G4按介紹的方法構(gòu)造一個While-do循環(huán)，最終結(jié)果如圖：,6.2 人機界面設(shè)計,6.2.1 設(shè)計問題 1. 系統(tǒng)響應(yīng)時間； 2. 用戶幫助； 3. 出錯信息處理； 4. 命令交互,6.2.2 設(shè)計過程 6.2.3 人機界面設(shè)計指南 1. 一般交互指南； 2. 信息顯示指南； 3. 數(shù)據(jù)輸入指南。,6.3 過程設(shè)計的工具,6.3.1 程序流程圖,程序流程圖：是一種描述程序的控制結(jié)構(gòu)流程和指令執(zhí)行情況的有向圖。 歷史悠久、使用廣泛、直觀描繪控制流程、便于初學者掌握。,ASP檢索程序流程圖：,2）程序流程圖中用箭頭代表控制流，因此程序員不受任何約束，可以完全不顧結(jié)構(gòu)程序設(shè)計的精神，隨意轉(zhuǎn)移控制。 3）程序流程圖不易表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,程序流程圖的缺點： 1）程序流程圖本質(zhì)上不是逐步求精的好工具，它誘使程序員過早地考慮程序的控制流程，而不去考慮程序的全局結(jié)構(gòu)。,6.3.2 盒圖（N-S圖）,盒圖的特點有： 1）功能域明確，可以從盒圖上一眼就看出來； 2）不可能任意轉(zhuǎn)移控制； 3）很容易確定局部和全程數(shù)據(jù)的作用域； 4）很容易表現(xiàn)嵌套關(guān)系，也可以表示模塊的層次結(jié)構(gòu)。,盒圖例子,PAD（Problem Analysis Diagram）是問題分析圖。 日立公司發(fā)明和推廣（1973）。,6.3.3 PAD圖,例子：,PAD圖的優(yōu)點： 1）使用表示結(jié)構(gòu)化控制結(jié)構(gòu)的PAD符號所設(shè)計出來的程序必然是結(jié)構(gòu)化程序； 2）PAD圖所描繪的程序結(jié)構(gòu)十分清晰。 圖中最左面的豎線是程序的主線，即第一層結(jié)構(gòu)。隨著程序?qū)哟蔚脑黾?，PAD圖逐漸向右延伸，每增加一個層次，圖形向右擴展一條豎線。PAD圖中豎線的總條數(shù)就是程序的層次數(shù)；,3）用PAD圖表現(xiàn)程序，通俗易懂，程序從圖中最左豎線上端的結(jié)點開始執(zhí)行，自上而下，從左向右順序執(zhí)行，遍歷所有結(jié)點；,4）容易將PAD圖轉(zhuǎn)換成高級語言源程序，這種轉(zhuǎn)換可以用軟件工具自動完成； 5）可用于表示程序邏輯，也可用于描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 6）PAD圖的符號支持自頂向下、逐步求精的方法。,判定表由四部分組成： 左上部列出所有條件 左下部是所有可能做的動作 右上部表示各種條件組合 右下部是和每種條件組合相對應(yīng)的動作,6.3.4 判定表,6.3.5 判定樹 判定樹是判定表的變種。,PDL也稱為偽碼。 如：if I0 then 執(zhí)行訂單數(shù)據(jù)輸入模塊 else 報告出錯信息 end if,6.3.6 過程設(shè)計語言（PDL）,PDL的優(yōu)點： 1）可以作為注釋直接插在源程序中間； 2）可以使用普通的正文編輯程序或文字處理系統(tǒng)來完成PDL的書寫和編輯工作； 3）現(xiàn)在已經(jīng)有一些自動處理程序可以自動地把PDL生成程序代碼。,PDL的缺點：不如圖形工具形象直觀。,6.4 面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,1）順序結(jié)構(gòu),6.4.1 Jackson圖,2）選擇結(jié)構(gòu),3）重復結(jié)構(gòu),6.4.2 改進的Jackson圖,Jackson方法的目標是： 得出對程序處理過程的詳細描述。,6.4.3 Jackson方法,Jackson結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方法由五個步驟組成： 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圖描繪這些數(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）用三條規(guī)則從描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖導出描繪程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖： A為每對有對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元，按照它們在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖中的層次在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次畫一個處理框；,B根據(jù)輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的每個數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次分別為它們畫上對應(yīng)的處理框； C根據(jù)輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的每個數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次分別為它們畫上對應(yīng)的處理框；,4）列出所有操作和條