軟件開發(fā)過程與質(zhì)量保證軟件設(shè)計(jì)實(shí)用教案

1、場(chǎng)景(chng jng)互動(dòng) 已經(jīng)對(duì)用戶的需求進(jìn)行了深入的理解和整理，下面為軟件的最終實(shí)現(xiàn)，我們還需要做哪些工作？ 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式是什么？數(shù)據(jù)庫？還是文件？如何表示？ 如何解決軟件的復(fù)雜度，確?？芍С中裕衫斫?、可維護(hù)、可擴(kuò)展），有效地組織開發(fā)？ 如何實(shí)現(xiàn)用戶的性能上的要求？效率如何提高？如何節(jié)省空間？ 與外界(wiji)進(jìn)行溝通的形式是什么？第1頁/共45頁第一頁，共45頁。一、軟件設(shè)計(jì)概述(i sh) 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì) 將分析時(shí)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)模型變換成實(shí)現(xiàn)軟件所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在實(shí)體關(guān)系圖中定義的數(shù)據(jù)對(duì)象和關(guān)系以及數(shù)據(jù)字典中描述的詳細(xì)數(shù)據(jù)內(nèi)容提供了數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)活動(dòng)(hu dng)的基礎(chǔ)。 詳細(xì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將

2、在過程設(shè)計(jì)中進(jìn)行。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式是什么？數(shù)據(jù)庫？還是文件？如何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式是什么？數(shù)據(jù)庫？還是文件？如何(rh)表示？表示？第2頁/共45頁第二頁，共45頁。 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 是建立系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)框架(kun ji)、詳細(xì)設(shè)計(jì)必須符合的組建結(jié)構(gòu)以及組件之間相互通信的規(guī)范。 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的表示是從分析階段的系統(tǒng)模型中導(dǎo)出。如何解決軟件的復(fù)雜度，確?？芍С中裕衫斫?、可維護(hù)如何解決軟件的復(fù)雜度，確?？芍С中裕衫斫?、可維護(hù)(wih)、可擴(kuò)展），有效地組織開發(fā)？、可擴(kuò)展），有效地組織開發(fā)？第3頁/共45頁第三頁，共45頁。 接口設(shè)計(jì) 描述了軟件內(nèi)部、軟件和需要協(xié)作的系統(tǒng)之間以及軟件和人之間如何進(jìn)行交互。

3、 數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流圖提供了接口設(shè)計(jì)所需要的信息。 構(gòu)件級(jí)設(shè)計(jì) 也稱為過程設(shè)計(jì)，將軟件體系結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性元素變換成為對(duì)軟件構(gòu)件的過程性描述，也就是模塊(m kui)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的設(shè)計(jì)。如何實(shí)現(xiàn)用戶的性能如何實(shí)現(xiàn)用戶的性能(xngnng)上的要求？效率如何提高？上的要求？效率如何提高？如何節(jié)省空間？如何節(jié)省空間？與外界進(jìn)行溝通與外界進(jìn)行溝通(gutng)的形式是什么？的形式是什么？第4頁/共45頁第四頁，共45頁。v從技術(shù)角度從技術(shù)角度(jiod)來看的設(shè)計(jì)過程中包含的內(nèi)容來看的設(shè)計(jì)過程中包含的內(nèi)容1. 軟件設(shè)計(jì)的過程(guchng)軟件開發(fā)階段軟件開發(fā)階段(jidun)(jidun)的信息流的信息

4、流第5頁/共45頁第五頁，共45頁。 從工程管理的角度來看的設(shè)計(jì)過程 最初只是描繪出軟件的總的框架（概要設(shè)計(jì)），然后(rnhu)進(jìn)一步細(xì)化，在此框架中填入細(xì)節(jié)，把它加工成在程序細(xì)節(jié)上非常接近于源程序的軟件表示（詳細(xì)設(shè)計(jì)）。 概要設(shè)計(jì) 將軟件需求轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件的體系結(jié)構(gòu)。 詳細(xì)設(shè)計(jì) 確定軟件各個(gè)組成部分內(nèi)的算法以及各部分的內(nèi)部數(shù)據(jù)組織 選定某種過程的表達(dá)形式來描述各種算法。第6頁/共45頁第六頁，共45頁。 軟件設(shè)計(jì)不同觀察角度(jiod)之間的關(guān)系第7頁/共45頁第七頁，共45頁。2. 軟件設(shè)計(jì)的目的(md) 設(shè)計(jì)是一個(gè)建?；顒?dòng)(hu dng)，它使用分析階段得出的信息（即需求模型）并把

5、這些信息轉(zhuǎn)換為叫做解決方案的模型。第8頁/共45頁第八頁，共45頁。3. 軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)(mbio) 層次關(guān)系明晰 軟件實(shí)體有明顯的層次關(guān)系，利于軟件元素(yun s)間控制 軟件實(shí)體模塊化 軟件實(shí)體應(yīng)該是模塊化的，模塊具有獨(dú)立功能 軟件實(shí)體與環(huán)境的界面清晰 設(shè)計(jì)規(guī)格說明清晰、簡潔、完整、無二義性第9頁/共45頁第九頁，共45頁。 抽象 逐步求精 模塊化 信息(xnx)隱藏 控制層次4. 軟件設(shè)計(jì)的概念(ginin)第10頁/共45頁第十頁，共45頁。 抽象 “抽象”的心理學(xué)觀念使人能夠集中于某個(gè)一般性級(jí)別上的問題，而不去考慮無關(guān)(wgun)的底層細(xì)節(jié)。 這種解決問題的方式也應(yīng)用于軟件領(lǐng)域。軟

6、件過程中的每一個(gè)步驟都是軟件解決方案抽象級(jí)別上的求精 。3計(jì)算(j sun)手續(xù)費(fèi)第11頁/共45頁第十一頁，共45頁。 逐步求精 逐步求精是由Niklaus Wirth最初提出的一種自頂向下設(shè)計(jì)策略，系統(tǒng)是通過過程細(xì)節(jié)的連續(xù)的精化層次開發(fā)的，層次結(jié)構(gòu)通過逐步地分解功能的宏觀聲明直至形成程序設(shè)計(jì)語言的語句而開發(fā)。 逐步求精和抽象是互補(bǔ)的概念(ginin)。隨著抽象層次的降低，逐步求精越來越精化，并不斷揭示底層的一些細(xì)節(jié)。 第12頁/共45頁第十二頁，共45頁。 模塊化 軟件被劃分成獨(dú)立(dl)命名和可獨(dú)立(dl)訪問的被稱作模塊的構(gòu)成成分，它們集合到一起滿足問題的需求。v 模塊劃分的目的模塊劃

7、分的目的v 進(jìn)行功能分解，把復(fù)雜的大的功能劃分成進(jìn)行功能分解，把復(fù)雜的大的功能劃分成簡單的小的子功能，盡量降低簡單的小的子功能，盡量降低(jingd)每每個(gè)模塊的成本。個(gè)模塊的成本。v 盡量使每個(gè)模塊間的接口不能太多，太多盡量使每個(gè)模塊間的接口不能太多，太多會(huì)使接口成本增加。兼顧二者可取得最佳會(huì)使接口成本增加。兼顧二者可取得最佳的劃分狀態(tài)，確保軟件總成本最低。的劃分狀態(tài)，確保軟件總成本最低。第13頁/共45頁第十三頁，共45頁。最小成本最小成本(chngbn)區(qū)區(qū)M2M1n1n2模塊模塊(m kui)數(shù)數(shù)成本成本(chngbn)成本成本/模塊模塊接口成本接口成本軟件總成本軟件總成本第14頁/共

8、45頁第十四頁，共45頁。 信息隱藏 信息隱藏的原則提出“特征在于每個(gè)模塊都對(duì)其他模塊隱藏的設(shè)計(jì)決策”，也就是說模塊應(yīng)該設(shè)計(jì)成其中包含的信息（過程和數(shù)據(jù)）對(duì)不需要這些信息的其他模塊式不可訪問的。 信息隱藏為后期(huq)的軟件測(cè)試和維護(hù)提供了極大的方便。一旦在進(jìn)行測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，那么對(duì)模塊的變更不會(huì)影響或者至少很少影響其他模塊，不會(huì)將影響擴(kuò)大并傳播。 第15頁/共45頁第十五頁，共45頁?？刂茖哟我卜Q為“程序結(jié)構(gòu)”，它代表了程序構(gòu)件（模塊）的組織并暗示控制的層次結(jié)構(gòu)。一般(ybn)用四個(gè)特征來描述：深度、寬度、扇入和扇出。第16頁/共45頁第十六頁，共45頁。第17頁/共45頁第十七頁，共45

9、頁。 深度 定義(dngy)為控制層次的層數(shù)，或者說是控制級(jí)別的數(shù)量。 寬度 定義(dngy)為控制層次的跨度。 扇入 指明有多少個(gè)模塊直接控制一個(gè)給定的模塊。 扇出 指明被一個(gè)模塊直接控制的其他模塊的數(shù)量。第18頁/共45頁第十八頁，共45頁。二、獨(dú)立性原則(yunz) 含義 模塊獨(dú)立性, 是指軟件系統(tǒng)中每個(gè)模塊只涉及軟件要求的具體的子功能, 而和軟件系統(tǒng)中其它的模塊的接口是簡單的 衡量獨(dú)立性的標(biāo)準(zhǔn) 內(nèi)聚 模塊功能強(qiáng)度(一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素彼此結(jié)合( jih)的緊密程度)的度量。 耦合 模塊之間的互相連接的緊密程度的度量高內(nèi)聚低耦合的模塊高內(nèi)聚低耦合的模塊(m kui)具有較強(qiáng)的模塊具有較強(qiáng)

10、的模塊(m kui)獨(dú)立性。獨(dú)立性。第19頁/共45頁第十九頁，共45頁。1.內(nèi)聚 偶然內(nèi)聚 設(shè)計(jì)者隨意決定將無關(guān)系的幾個(gè)功能組合在一個(gè)模塊中，該模塊的內(nèi)聚程度就是偶然內(nèi)聚。 例子 為了節(jié)省空間，將多個(gè)模塊中重復(fù)出現(xiàn)(chxin)的語句提取出來，組成一個(gè)新的模塊第20頁/共45頁第二十頁，共45頁。 缺點(diǎn) 這樣的模塊使產(chǎn)品的可維護(hù)性降低 這些(zhxi)模塊是不可重用的 矯正辦法 因?yàn)樗鼒?zhí)行多個(gè)操作，可將模塊分成更小的模塊，每個(gè)小模塊執(zhí)行一個(gè)操作。第21頁/共45頁第二十一頁，共45頁。 邏輯內(nèi)聚 把邏輯上相似的功能結(jié)合(jih)到一個(gè)模塊中。 放到一個(gè)模塊中的原因是，使用統(tǒng)一動(dòng)詞但針對(duì)不同的

11、對(duì)象，有相同的代碼段；起始于某多路開關(guān)，以后轉(zhuǎn)向不同的代碼段，但各代碼段間關(guān)系很少。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)(qudin) 增加了開關(guān)量；接口不易理增加了開關(guān)量；接口不易理解；效率低；完成多個(gè)操作解；效率低；完成多個(gè)操作的代碼糾纏在一起，導(dǎo)致嚴(yán)的代碼糾纏在一起，導(dǎo)致嚴(yán)重的維護(hù)問題。重的維護(hù)問題。第22頁/共45頁第二十二頁，共45頁。 例子1 調(diào)用(dioyng)模塊new_operration function_code=7; New_operation(function_code,dummy_1,dummy_2,dummy_3); /dummy_1、dummy_2和dummy_3是偽變量，如果funct

12、ion_code等于7則不使用它們。第23頁/共45頁第二十三頁，共45頁。 例子2 一個(gè)(y )執(zhí)行所有輸入輸出的對(duì)象1 1、處理所有輸入和輸出的代碼、處理所有輸入和輸出的代碼2 2、只處理輸入的代碼、只處理輸入的代碼3 3、只處理輸出的代碼、只處理輸出的代碼4 4、處理磁盤和磁帶的輸入、處理磁盤和磁帶的輸入/ /輸出的代碼輸出的代碼5 5、處理磁盤輸入輸出的代碼、處理磁盤輸入輸出的代碼6 6、處理磁帶輸入輸出的代碼、處理磁帶輸入輸出的代碼7 7、處理磁盤輸入的代碼、處理磁盤輸入的代碼3737、處理鍵盤輸入的代碼、處理鍵盤輸入的代碼第24頁/共45頁第二十四頁，共45頁。 時(shí)間(shjin)

13、內(nèi)聚 在某一時(shí)間(shjin)同時(shí)執(zhí)行的任務(wù)放在同一模塊中。 例如 初始化模塊，集中了初始化功能的模塊。第25頁/共45頁第二十五頁，共45頁。 過程內(nèi)聚 如果一個(gè)模塊執(zhí)行一系列與產(chǎn)品要遵循的步驟順序有關(guān)的操作，則該模塊具有過程行內(nèi)聚 這種情況往往發(fā)生在流程圖中相鄰的處理(chl)功能。 例如：從數(shù)據(jù)庫讀取零件編號(hào)并在維護(hù)文件中更新修復(fù)記錄第26頁/共45頁第二十六頁，共45頁。 通信內(nèi)聚 如果一個(gè)模塊執(zhí)行一系列與產(chǎn)品要遵循的步驟順序有關(guān)的操作，并且如果所有操作都在相同的數(shù)據(jù)上進(jìn)行，則該模塊具有通信性內(nèi)聚 例如，更新數(shù)據(jù)庫中的記錄(jl)，并將該記錄(jl)寫入審計(jì)追蹤中第27頁/共45頁第二

14、十七頁，共45頁。 信息內(nèi)聚 一個(gè)模塊中執(zhí)行一系列動(dòng)作，每個(gè)動(dòng)作都有自己的入口點(diǎn)和處理代碼(di m)，所有的動(dòng)作都作用在相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，這樣的模塊具有信息內(nèi)聚。 對(duì)象是一個(gè)具有信息內(nèi)聚的模塊第28頁/共45頁第二十八頁，共45頁。 功能內(nèi)聚 模塊中的各部分是為了完成一個(gè)確定的功能存在于一個(gè)模塊中的。 只執(zhí)行一個(gè)操作或只達(dá)到(d do)一個(gè)單一目的的模塊 例如，獲取室外的溫度、計(jì)算銷售傭金、寫入磁盤 第29頁/共45頁第二十九頁，共45頁。巧合(qioh)內(nèi)聚邏輯(lu j)內(nèi)聚時(shí)間(shjin)內(nèi)聚過程內(nèi)聚通信內(nèi)聚信息內(nèi)聚功能內(nèi)聚低高弱強(qiáng)模塊內(nèi)聚性模塊獨(dú)立性第30頁/共45頁第三十頁，共4

15、5頁。 內(nèi)容(nirng)耦合 一個(gè)模塊訪問另一個(gè)模塊邊界中的數(shù)據(jù)或控制，這種耦合是內(nèi)容(nirng)耦合也是最強(qiáng)的耦合。 如果發(fā)生下列情形，兩個(gè)模塊之間就發(fā)生了內(nèi)容(nirng)耦合 (1) 一個(gè)模塊直接訪問另一個(gè)模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù); (2) 一個(gè)模塊不通過正常入口轉(zhuǎn)到另一模塊內(nèi)部; (3) 兩個(gè)模塊有一部分程序代碼重迭(只可能出現(xiàn)在匯編語言中);2.耦合第31頁/共45頁第三十一頁，共45頁。 公共耦合 多個(gè)模塊都訪問一塊全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)（一個(gè)磁盤文件、一個(gè)全局可訪問的內(nèi)存區(qū)），這種耦合程度就是公共耦合。 公共耦合的復(fù)雜程度隨耦合模塊的個(gè)數(shù)增加而顯著增加。若只是兩模塊間有公共數(shù)據(jù)環(huán)境，則公

16、共耦合有兩種情況。松散(sngsn)公共耦合和緊密公共耦合。第32頁/共45頁第三十二頁，共45頁。 外部(wib)耦合 當(dāng)模塊連接到軟件外部(wib)環(huán)境上時(shí)會(huì)發(fā)生的偶合關(guān)系，具有相對(duì)較高的偶合度。第33頁/共45頁第三十三頁，共45頁。 控制耦合 模塊與模塊之間傳遞的參數(shù)(cnsh)是控制決策作用的。 中級(jí)別的耦合度。第34頁/共45頁第三十四頁，共45頁。 標(biāo)記(bioj)耦合 當(dāng)模塊與模塊之間傳遞的參數(shù)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一部分時(shí)，這種耦合是標(biāo)記(bioj)耦合。是數(shù)據(jù)耦合的變體。 數(shù)據(jù)耦合 模塊與模塊之間需要通過常規(guī)的參數(shù)表訪問，數(shù)據(jù)通過該列表傳遞，傳遞的數(shù)據(jù)是簡單類型的，這種耦合稱為數(shù)據(jù)耦

17、合。第35頁/共45頁第三十五頁，共45頁。 非直接耦合 兩個(gè)模塊式不同模塊的從屬模塊，相互之間無關(guān)(wgun)因而沒有直接耦合發(fā)生，稱為非直接耦合。第36頁/共45頁第三十六頁，共45頁。第37頁/共45頁第三十七頁，共45頁。內(nèi)容(nirng)耦合公共(gnggng)耦合外部(wib)耦合控制耦合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)耦合數(shù)據(jù)耦合非直接耦合高低弱強(qiáng)模塊耦合性模塊獨(dú)立性第38頁/共45頁第三十八頁，共45頁。 如何降低模塊間耦合度？ 如模塊必須存在耦合，選擇適當(dāng)?shù)鸟詈项愋?原則： 盡量使用數(shù)據(jù)耦合 少用控制耦合 限制(xinzh)公共耦合的范圍 堅(jiān)決避免使用內(nèi)容耦合 降低模塊間接口的復(fù)雜性第39頁/共45

18、頁第三十九頁，共45頁。3.內(nèi)聚與耦合的關(guān)系(gun x) 內(nèi)聚與耦合密切相關(guān)，同其它模塊強(qiáng)耦合的模塊意味著弱內(nèi)聚，強(qiáng)內(nèi)聚模塊意味著與其它模塊間松散耦合。 設(shè)計(jì)總原則(yunz)： 使每個(gè)模塊執(zhí)行一個(gè)功能 模塊間傳遞數(shù)據(jù)型參數(shù) 模塊間共用信息盡量少設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo)(mbio)：力爭高內(nèi)聚、低耦合。：力爭高內(nèi)聚、低耦合。第40頁/共45頁第四十頁，共45頁。 練習(xí)(linx)1 軟件設(shè)計(jì)中劃分程序模塊通常遵循的原則是要使各模塊間的耦合性盡可能 A 。三種可能的模塊耦合是 B 。例如，一個(gè)模塊直接引用另一模塊中的數(shù)據(jù)。 C 。例如，一個(gè)模塊把開關(guān)量作為參數(shù)傳遞給另一模塊。 D 。例如，一個(gè)模塊把一個(gè)數(shù)值量作為參數(shù)傳遞給另一模塊。其中 E 的耦合性最強(qiáng)。 A： 強(qiáng) 適中 弱 BE：公共耦合 數(shù)據(jù)耦合 邏輯耦合 外部耦合 內(nèi)容耦合 控制耦合 第41頁/共45頁第四十一頁，共45頁。 練習(xí)2 模塊內(nèi)聚度用于衡量模塊內(nèi)部各成分之間彼此結(jié)合的緊密程度 1、一組語句在程序的多處出現(xiàn)，為了節(jié)省內(nèi)存空間把這些語句放在一個(gè)模塊中，該模塊的內(nèi)聚度是 A 的。 2、將幾個(gè)邏輯上相似的成分放在一個(gè)模塊中，該模塊的內(nèi)聚度是 B 的