軟件工程第4章-軟件設(shè)計

1、第4章 軟件設(shè)計 本章主要內(nèi)容 軟件設(shè)計的概念和原則軟件設(shè)計的基本過程總體設(shè)計的主要內(nèi)容面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法詳細(xì)設(shè)計的任務(wù)與原則詳細(xì)設(shè)計的表達(dá)工具軟件設(shè)計說明書的編制與評審 1第4章 軟件設(shè)計本章結(jié)構(gòu)：4.1 軟件設(shè)計的基礎(chǔ)知識 4.2 軟件設(shè)計的基本過程 4.3 總體設(shè)計 4.4 詳細(xì)設(shè)計 4.5 實例分析24.1 軟件設(shè)計的基礎(chǔ)知識 4.1.1 軟件設(shè)計概述 軟件設(shè)計是一個將軟件需求變換成軟件表示的過程。軟件設(shè)計的基本目標(biāo)是用比較抽象概括的方式確定目標(biāo)系統(tǒng)如何完成預(yù)定的任務(wù)，即確定系統(tǒng)的物理模型，解決軟件“怎么做”的問題。從技術(shù)的角度來看，軟件設(shè)計可分為軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)設(shè)計、接口設(shè)計和過

2、程設(shè)計。從工程管理的角度來看，軟件設(shè)計可分為總體設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計兩個步驟。 34.1 軟件設(shè)計的基礎(chǔ)知識 4.1.2 軟件設(shè)計的任務(wù)和原則 在設(shè)計階段，系統(tǒng)設(shè)計人員和程序設(shè)計人員應(yīng)該在反復(fù)理解軟件需求的基礎(chǔ)上，提出多個設(shè)計方案，分析每個設(shè)計方案能實現(xiàn)的功能并進(jìn)行相互比較，最后確定一個設(shè)計方案，包括該軟件的結(jié)構(gòu)、模塊的劃分、功能的分配以及處理流程。在一般情況下，應(yīng)完成的文檔包括:總體設(shè)計說明書、詳細(xì)設(shè)計說明書和測試計劃初稿。軟件設(shè)計中一般應(yīng)遵循以下原則：模塊化、抽象、信息隱蔽與局部化、一致性、完整性和可驗證性。 44.1 軟件設(shè)計的基礎(chǔ)知識 1.模塊化 （1）模塊的含義 （2）模塊化的依據(jù) （3）

3、模塊化與軟件成本 （4）定義模塊大小的標(biāo)準(zhǔn)2.抽象3.信息隱蔽和局部化4.一致性、完整性和可驗證性 54.2 軟件設(shè)計的基本過程 4.2.1 軟件設(shè)計的基本過程1在總體設(shè)計過程中需要完成以下工作: （1）確定最佳方案 （2）功能分解 （3）體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 （4）模塊設(shè)計 （5）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計 （6）用戶界面設(shè)計 （7）編寫總體設(shè)計文檔 （8）評審 2在詳細(xì)設(shè)計過程中需要完成以下工作:（1）設(shè)計軟件各組成部分的內(nèi)部算法和數(shù)據(jù)組織;（2）選擇某種表達(dá)方式來描述各種算法;（3）進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計評審。64.2 軟件設(shè)計的基本過程 4.2.2 數(shù)據(jù)設(shè)計和文件設(shè)計進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計時一般應(yīng)遵循以下原則:（1）用

4、于功能和行為的系統(tǒng)分析原則也可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)設(shè)計;（2）應(yīng)該標(biāo)識所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及在每個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上所施加的操作;（3）應(yīng)建立數(shù)據(jù)詞典，并應(yīng)用于數(shù)據(jù)設(shè)計和程序設(shè)計;（4）采用自頂向下、逐步求精的方法完成數(shù)據(jù)設(shè)計，低層的設(shè)計決策應(yīng)該推遲到設(shè)計過程的后期; （5）應(yīng)該開發(fā)一個由有用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用于其上的操作組成的庫;（6）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示應(yīng)做到：只有那些需要直接使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)部數(shù)據(jù)的模塊才能看到該數(shù)據(jù)的表示；（7）軟件設(shè)計和程序設(shè)計語言應(yīng)該支持抽象數(shù)據(jù)類型的規(guī)格說明和實現(xiàn)。74.3 總體設(shè)計 4.3.1 數(shù)據(jù)設(shè)計和文件設(shè)計常見的體系結(jié)構(gòu)有兩大類：層次結(jié)構(gòu)和客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。1.層次結(jié)構(gòu)圖層次結(jié)構(gòu)是在

5、系統(tǒng)功能分解的基礎(chǔ)上提出的，即將一個大的任務(wù)分解成若干小的任務(wù)分層次來完成。常見的層次結(jié)構(gòu)有樹狀層次結(jié)構(gòu)和相鄰關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)。（1）樹狀層次結(jié)構(gòu)（2）相鄰關(guān)系的層次結(jié)構(gòu) 2.客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 3. 瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)84.3 總體設(shè)計 4.3.2 模塊設(shè)計評價模塊獨(dú)立性的兩個度量準(zhǔn)則是耦合和內(nèi)聚（或稱聚合），耦合是模塊之間相互依賴的緊密程度的度量，內(nèi)聚是一個模塊內(nèi)部各個元素之間彼此結(jié)合的緊密程度的度量。一個模塊內(nèi)部各個元素之間的聯(lián)系越緊密，則模塊的內(nèi)聚度就越高（強(qiáng)），相對地，它與其他模塊之間的耦合就越低（弱），模塊的獨(dú)立性就越強(qiáng)。一個優(yōu)秀的軟件設(shè)計，應(yīng)盡量做到高內(nèi)聚、低耦合，從而提高模塊的獨(dú)

6、立性。1.耦合（coupling） （1）非直接耦合 （2）數(shù)據(jù)耦合 （3）標(biāo)記耦合 （4）控制耦合（5）外部耦合（6）公共耦合 （7）內(nèi)容耦合 94.3 總體設(shè)計 2.內(nèi)聚（cohesion） （1）偶然內(nèi)聚 （2）邏輯內(nèi)聚 （3）時間內(nèi)聚 （4）過程內(nèi)聚 （5）通信內(nèi)聚 （6）順序內(nèi)聚 （7）功能內(nèi)聚 104.3 總體設(shè)計 3.啟發(fā)式設(shè)計規(guī)則（1）消除重復(fù)功能，改進(jìn)軟件結(jié)構(gòu)，提高模塊獨(dú)立性降低耦合，提高內(nèi)聚。 （2）模塊規(guī)模應(yīng)該適中，一般不超過60行語句。 （3）深度、寬度、扇出和扇入都應(yīng)適當(dāng)。（4）模塊的作用范圍應(yīng)該在控制范圍之內(nèi)。（5）力爭降低模塊接口的復(fù)雜程度。（6）設(shè)計單入口、單出

7、口的模塊。（7）模塊功能應(yīng)該可以預(yù)測。 114.3 總體設(shè)計 4.3.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計 1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.數(shù)據(jù)庫設(shè)計 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設(shè)計，主要包括以下幾方面的內(nèi)容： （1）概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計 （2）邏輯數(shù)據(jù)模型設(shè)計 （3）物理數(shù)據(jù)模型設(shè)計124.3 總體設(shè)計 4.3.4 界面設(shè)計人機(jī)界面（Human Computer Interface，簡稱HCI）通常也稱為用戶界面。人機(jī)界面有如下幾種定義：人機(jī)界面是由人、硬件、軟件結(jié)合而成的系統(tǒng)元素，完成需要人機(jī)配合才能實現(xiàn)的功能。人機(jī)界面是人與計算機(jī)之間使用的某種對話語言，以一定的交互方式、用某種方式完成設(shè)定任務(wù)需要的信息交互過程。人機(jī)界面是

8、人與計算機(jī)之間傳遞交換信息的媒介，是用戶使用計算機(jī)的綜合的操作環(huán)境。 134.3 總體設(shè)計 1數(shù)據(jù)輸入界面設(shè)計（1）數(shù)據(jù)輸入的規(guī)則數(shù)據(jù)輸入的目標(biāo)是：盡量簡化用戶的工作、減少輸入的出錯率；減輕用戶的記憶負(fù)擔(dān)、盡可能減少輸入量并實現(xiàn)自動輸入； 對共同的輸入設(shè)置默認(rèn)值； 使用代碼或縮寫； 自動填入已輸入過的內(nèi)容；列表式輸入; 數(shù)據(jù)分組輸入。數(shù)據(jù)輸入屏幕的設(shè)計應(yīng)當(dāng)盡量與輸入格式相匹配。數(shù)據(jù)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)根據(jù)其使用頻率、重要性或輸入次序進(jìn)行組織。數(shù)據(jù)輸入對話設(shè)計的一般規(guī)則是：明確的輸入。明確的動作。明確的取消。確認(rèn)刪除。提供反饋。允許編輯。提供復(fù)原。自動格式化。提示輸入的范圍。 144.3 總體設(shè)計 （2）輸

9、入表格設(shè)計數(shù)據(jù)表格設(shè)計是對較復(fù)雜的數(shù)據(jù)錄入時使用最廣泛的一種對話類型。這種方法是在屏幕上顯示一張表格，類似于用戶熟悉的填表格式，以供用戶輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表格設(shè)計時要注意以下問題：數(shù)據(jù)驗證屏幕設(shè)計報信數(shù)據(jù)輸入對話控制154.3 總體設(shè)計 2數(shù)據(jù)顯示界面設(shè)計數(shù)據(jù)顯示界面包括屏幕查詢、文件瀏覽、圖形顯示和報告等內(nèi)容。（1）數(shù)據(jù)顯示的規(guī)則只顯示必要的數(shù)據(jù)，與用戶需求無直接關(guān)系的數(shù)據(jù)一律省略；在一起使用的數(shù)據(jù)應(yīng)一起顯示；顯示出的數(shù)據(jù)應(yīng)與用戶執(zhí)行的任務(wù)有關(guān)；每一屏數(shù)據(jù)的數(shù)量不應(yīng)超過整個屏幕面積的30%。利用這些原則，并根據(jù)用戶要求，將數(shù)據(jù)分組，然后將每組數(shù)據(jù)按一定的結(jié)構(gòu)形式來安排，以方便用戶的使用。（2）屏

10、幕布局規(guī)則盡量少用代碼和縮寫，以便于理解；如有多個顯示畫面，應(yīng)建立統(tǒng)一格式；提供明了的標(biāo)題、欄題及其他提示信息；遵循用戶習(xí)慣，盡量使用用戶習(xí)慣的術(shù)語；采用顏色、字符大小、下劃線、不同字體等方式強(qiáng)化重要數(shù)據(jù)。 164.3 總體設(shè)計 4.3.5 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法 1結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖（Structure Chart，SC圖）是結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法的主要描述工具，它用于表達(dá)軟件系統(tǒng)內(nèi)各組成模塊及其相互調(diào)用關(guān)系。SC圖的符號如下圖所示。174.3 總體設(shè)計 SC圖中模塊的調(diào)用、判斷調(diào)用和循環(huán)調(diào)用關(guān)系如下圖所示。184.3 總體設(shè)計 2數(shù)據(jù)流圖的類型及結(jié)構(gòu)化設(shè)計過程結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法把數(shù)據(jù)流圖映射成軟件結(jié)構(gòu)，信息流

11、的類型決定了映射的方法，信息流有變換流和事務(wù)流兩種類型，因此組成的數(shù)據(jù)流圖也分為變換型數(shù)據(jù)流圖和事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖兩種類型。（1）變換流（transform stream）194.3 總體設(shè)計 （2）事務(wù)流（transaction stream）204.3 總體設(shè)計 （3）設(shè)計過程（design process）面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化方法的設(shè)計過程如下圖所示。214.3 總體設(shè)計 3.變換分析變換分析是一系列設(shè)計步驟的總稱，通過執(zhí)行這些步驟，將具有變換流特點(diǎn)的數(shù)據(jù)流圖按預(yù)先確定的模式映射成軟件結(jié)構(gòu)。采用變換分析方法開發(fā)出的軟件結(jié)構(gòu)圖，其一般方式為：“輸入處理輸出”。 4.事務(wù)分析事務(wù)分析的設(shè)計步驟和變

12、換分析的設(shè)計步驟基本類似，主要差別在于數(shù)據(jù)流圖到軟件結(jié)構(gòu)的映射方法不同。在事務(wù)分析的設(shè)計中，由數(shù)據(jù)流圖映射到軟件結(jié)構(gòu)時，從事務(wù)中心邊界開始，把接收通路映射成一個模塊，在發(fā)送通路設(shè)立一個控制模塊，用以控制由不同發(fā)送通路映射成的分支模塊。 5.綜合設(shè)計 在實際的系統(tǒng)設(shè)計中，首先從總體上確定數(shù)據(jù)流圖的類型，采用相應(yīng)的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，確定頂層模塊，然后采用自頂向下的方法依次完成下層模塊的設(shè)計。 6.設(shè)計優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化應(yīng)該力求做到在有效的模塊化的前提下盡量使用最少的模塊，在滿足信息要求的前提下盡量使用最簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 224.4 詳細(xì)設(shè)計 4.4.1 詳細(xì)設(shè)計的基本任務(wù)1算法設(shè)計采用某種圖形、表格、語

13、言等過程描述工具將每個模塊處理過程的詳細(xì)算法描述出來。2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計對于需求分析、總體設(shè)計階段確定的概念性的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行確切的定義。3物理設(shè)計對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行物理設(shè)計，即確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)。物理結(jié)構(gòu)主要是指數(shù)據(jù)庫的存儲記錄格式、存儲記錄安排和存儲方法等。4其他設(shè)計完整性控制和輸入輸出設(shè)計人機(jī)對話設(shè)計代碼設(shè)計5編寫詳細(xì)設(shè)計文檔6進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計評審234.4 詳細(xì)設(shè)計 4.4.2 詳細(xì)設(shè)計的原則 進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：（1）采用自頂向下、逐步求精的程序設(shè)計方法。（2）使用三種基本控制結(jié)構(gòu)完成程序設(shè)計。（3）設(shè)計人員組織結(jié)構(gòu)采用“外科醫(yī)生助手”模式。244.4 詳細(xì)設(shè)計 4.4.3 詳細(xì)設(shè)計的表達(dá)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計時常用三種工具：圖形、表格和語言。 1.程序流程圖程序流程圖的三種基本控制結(jié)構(gòu)如下圖。254.4 詳細(xì)設(shè)計 2.N-S圖N-S圖又叫盒圖，是Nassi和Shneiderman提出的一種符合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計原則的圖形描述工具。N-S圖的三種基本控制結(jié)構(gòu)如下圖所示。264.3 詳細(xì)設(shè)計 3.PAD圖PAD（Problem Analysis Diagram）是問題分析圖的縮寫，是由日本日立公司提出，由程序流程圖演化而來的。PAD圖的三種基本控制結(jié)構(gòu)如下圖所示。274.4 詳細(xì)設(shè)計 4.PDLPDL（Program Design Language）是一種用于描述功能模塊的算法設(shè)計和加工