軟件工程理論與實踐 課件 4結(jié)構(gòu)化分析

XXXXXX大學(xué)軟件工程SOFTWARE

ENGINEERING教師：XXXXX2024教學(xué)目標(biāo)：（1）理解結(jié)構(gòu)化分析過程；（2）掌握數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型的建模方法；（3）能夠利用結(jié)構(gòu)化分析描述工具編寫軟件需求文檔。第4章結(jié)構(gòu)化分析4.1結(jié)構(gòu)化分析概述4.1.1結(jié)構(gòu)化分析過程要對一個系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析，首先要明確這一階段的任務(wù)是要搞清楚“做什么”。結(jié)構(gòu)化分析的過程可以分為如下4個步驟。1.建立當(dāng)前系統(tǒng)的物理模型2.抽象出當(dāng)前系統(tǒng)的邏輯模型3.建立目標(biāo)系統(tǒng)的邏輯模型4.進(jìn)一步補(bǔ)充和優(yōu)化4.1.2結(jié)構(gòu)化分析模型結(jié)構(gòu)化分析方法用抽象模型的概念，按照軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞和變換的關(guān)系，自頂向下逐層分解，直到找到滿足功能需求的所有可實現(xiàn)的軟件元素為止。結(jié)構(gòu)化分析模型，如圖4-1所示，分為數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型。為了定義軟件的功能，建立功能模型；為了理解和表示問題的信息域，建立數(shù)據(jù)模型；為了表示軟件的行為，建立行為模型。結(jié)構(gòu)化分析模型的核心是數(shù)據(jù)字典，用來描述軟件使用或產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)對象。功能模型使用數(shù)據(jù)流圖進(jìn)行描述；數(shù)據(jù)模型使用實體-關(guān)系圖進(jìn)行描述；行為模型使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖進(jìn)行描述。4.2數(shù)據(jù)流圖4.2.1數(shù)據(jù)流圖的基本成分1．?dāng)?shù)據(jù)的源點/終點2．加工3．文件4．?dāng)?shù)據(jù)流4.2.2數(shù)據(jù)流圖的實現(xiàn)1．?dāng)?shù)據(jù)流圖表示2．?dāng)?shù)據(jù)流圖實現(xiàn)方法（1）找出系統(tǒng)的輸入和輸出（2）繪制系統(tǒng)的內(nèi)部（3）繪制加工的內(nèi)部3.數(shù)據(jù)流圖實例【例4-1】某高校教材管理系統(tǒng)。某高校教材管理系統(tǒng)工作過程如下：教師填寫領(lǐng)書單，經(jīng)主管審查簽名批準(zhǔn)后，教師到教材科領(lǐng)取教材；教材科管理員檢查領(lǐng)書單是否符合審批手續(xù)，不合格的領(lǐng)書單退還教師，領(lǐng)書單合格則辦理領(lǐng)書手續(xù)，進(jìn)行登記，修改庫存量并發(fā)放教材；當(dāng)某種教材的庫存量低于事先規(guī)定的臨界值時，登記需求采購教材的訂貨信息，為教材科采購員提供一張訂書單。（1）繪制數(shù)據(jù)流圖頂層把整個系統(tǒng)視為一個大的加工，然后根據(jù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)從哪些外部實體接收數(shù)據(jù)流，以及系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)流到哪些外部實體，就可以繪制出輸入輸出圖，這張圖也就是數(shù)據(jù)流圖頂層圖。列出教材管理系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)源點和數(shù)據(jù)終點。源點包括教師；終點包括教材科管理員和教材科采購員。然后將系統(tǒng)加工處理過程作為一個整體，可以得到頂層數(shù)據(jù)流圖。教材管理系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流圖。（2）繪制各層數(shù)據(jù)流圖

把頂層圖的加工分解成若干個加工，并用數(shù)據(jù)流將這些加工連接起來，使得頂層圖的輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過若干加工處理后，變成頂層圖的輸出數(shù)據(jù)流。這張圖被稱為第1層數(shù)據(jù)流圖。從輸入端開始，根據(jù)教材科業(yè)務(wù)工作流程，繪制出數(shù)據(jù)流流經(jīng)的各加工框，逐步繪制出輸出端，得到1層數(shù)據(jù)流圖。教材管理系統(tǒng)1層數(shù)據(jù)流圖。

然后需要分解和細(xì)化各加處理過程，可以得到分解數(shù)據(jù)流圖。教材管理系統(tǒng)加工1分解數(shù)據(jù)流圖。（3）繪制總體數(shù)據(jù)流圖將各層數(shù)據(jù)流圖進(jìn)行合并，形成總體數(shù)據(jù)流圖。教材管理系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流圖。4.3實體-關(guān)系圖4.3.1數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)對象是對軟件必須理解的復(fù)合信息的表示。所謂復(fù)合信息是指具有一系列不同性質(zhì)或?qū)傩缘氖聞?wù)，僅有單個值的事務(wù)不是數(shù)據(jù)對象，例如長度、寬度等。數(shù)據(jù)對象只封裝了數(shù)據(jù)而沒有對作用于數(shù)據(jù)上的操作的引用，這是數(shù)據(jù)對象與面向?qū)ο蠓椒ㄖ兴枋龅摹邦悺被颉皩ο蟆钡娘@著區(qū)別。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。例如，學(xué)生成績管理系統(tǒng)中的教師、學(xué)生和課程都可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)對象，它們都可以由一組屬性來定義。“數(shù)據(jù)對象描述”中包含了數(shù)據(jù)對象及它們的所有屬性，數(shù)據(jù)對象彼此之間是有關(guān)聯(lián)的。4.3.2屬性屬性定義了數(shù)據(jù)對象的性質(zhì)。一個數(shù)據(jù)對象往往具有很多屬性，應(yīng)該根據(jù)對所要解決問題的理解，來確定數(shù)據(jù)對象的一組合適的屬性。例如，教材管理系統(tǒng)中描述數(shù)據(jù)對象“教師”的屬性包括工號、姓名和密碼等。但如果在教師信息管理系統(tǒng)中，同樣的“教師”這個數(shù)據(jù)對象，但是用上述這些屬性描述就不滿足系統(tǒng)需求了，應(yīng)該添加一些屬性，例如職稱、年齡、籍貫、身份證號等。4.3.3關(guān)系數(shù)據(jù)對象彼此之間是有關(guān)聯(lián)的，也被稱為關(guān)系。例如，數(shù)據(jù)對象“教師”和“教材”之間的連接關(guān)系是“領(lǐng)用”。這種關(guān)聯(lián)的形態(tài)有以下3種：（1）一對一關(guān)聯(lián)。例如，一個高校只有一個教材科，而一個教材科只能屬于某一所高校，所以高校與教材科的聯(lián)系是一對一的。（2）一對多關(guān)聯(lián)。例如，一個出版社可以出版多本教材，但某一本教材只能由一個出版社出版發(fā)行，所以出版社與教材之間的聯(lián)系是一對多的。（3）多對多關(guān)聯(lián)。例如，一名教師可以領(lǐng)用多門課程的教材，一門課程的教材也可以被多名教師領(lǐng)用，所以教師與教材之間的聯(lián)系是多對多的。4.3.4實體-關(guān)系圖的實現(xiàn)1．實體-關(guān)系圖表示E-R圖有以下3個要素：（1）實體：就是現(xiàn)實世界的事物，用矩形表示。（2）屬性：定義了實體的性質(zhì)，用橢圓形表示。（3）關(guān)系：是實體之間相互連接的方式，用菱形表示。實體之間存在著三種關(guān)系類型，分別是一對一、一對多、多對多，它們反映到E-R圖中就是相應(yīng)的關(guān)系類型，即1:1、1:n和m:n。2．實體-關(guān)系圖實現(xiàn)方法實體關(guān)系圖是以迭代的方式構(gòu)造出來的，可以采用以下步驟實現(xiàn)。（1）在需求獲取的過程中，要求用戶列出業(yè)務(wù)流程中涉及的“事物”，將這些“事物”演化為一組輸入和輸出的數(shù)據(jù)對象，以及生產(chǎn)和消費(fèi)信息的外部實體。（2）一次考慮一個對象，檢查這個對象和其他對象間是否存在連接。（3）當(dāng)連接存在時，應(yīng)創(chuàng)建一個或多個實體-關(guān)系對。（4）對每個實體-關(guān)系對考察其基數(shù)，并將基數(shù)改成關(guān)聯(lián)的形態(tài)。（5）迭代地進(jìn)行步驟（2）到步驟（4），直到定義了所有的實體-關(guān)系對。在這個過程中發(fā)現(xiàn)遺漏是正常的。進(jìn)行若干次迭代時，將會不斷地增加新的實體和關(guān)系。（6）定義每個實體的屬性。（7）繪制并審核實體-關(guān)系圖。（8）重復(fù)步驟（1）到步驟（7），直到數(shù)據(jù)建模完成。3．實體-關(guān)系圖實例【例4-2】高校教材績管理系統(tǒng)實體-關(guān)系設(shè)計。通過對某高校教材管理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研分析，其中共有教師、管理員、教材、課程、專業(yè)共5個實體。教師實體的屬性包括工號、密碼和姓名；管理員實體的屬性包括編號、密碼和用戶名；教材實體的屬性包括教材編號、教材名稱、出版社編號、出版社名稱和庫存量；課程實體的屬性包括課程編號和課程名稱；專業(yè)實體的屬性包括專業(yè)編號和專業(yè)名稱；領(lǐng)用關(guān)系有時間和領(lǐng)書數(shù)量屬性，訂購關(guān)系具有訂書數(shù)量屬性。教師與教材是領(lǐng)用關(guān)系，每種教材可以由多位教師領(lǐng)用，每位教師可以領(lǐng)用多本教材，因此領(lǐng)用是多對多關(guān)系；管理員與教材是訂購關(guān)系，每種教材允許多位管理員訂購，且每位管理員可以訂購多種教材，因此訂購是多對多關(guān)系；專業(yè)與課程是開設(shè)關(guān)系，每個專業(yè)可以開設(shè)多門課程；課程與教材是選用關(guān)系，每門課程只可以選用一本教材。高校教材管理系統(tǒng)實體-關(guān)系圖。4.4狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖行為模型可用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（StatusTransferDiagram，STD）描述。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是一種描述系統(tǒng)對內(nèi)部或外部事件響應(yīng)的行為模型。并不是所有的實體都需要繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，有些實體有一些意義明確的狀態(tài)，并且其行為在不同的狀態(tài)時有所改變，此時才需要繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。例4-1中，教材管理系統(tǒng)領(lǐng)書過程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。首先找出教師領(lǐng)書過程的所有狀態(tài)，然后分析引起每種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的具體行為，最后繪制出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。4.5數(shù)據(jù)字典4.5.1數(shù)據(jù)字典的定義與用途數(shù)據(jù)字典（DataDictionary，DD）是結(jié)構(gòu)化分析的一個有力工具。數(shù)據(jù)字典是對數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的所有數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)流、文件、加工的定義的集合，其中對于加工的描述被稱為“加工邏輯說明”。1．?dāng)?shù)據(jù)字典的定義數(shù)據(jù)字典是關(guān)于數(shù)據(jù)信息的集合，是數(shù)據(jù)流圖中所有元素嚴(yán)格定義的場所，每個元素要對應(yīng)數(shù)據(jù)字典中的一個條目。數(shù)據(jù)字典中的條目應(yīng)按一定次序排列，以方便查閱。2．?dāng)?shù)據(jù)字典的用途數(shù)據(jù)字典的作用是在軟件分析和設(shè)計過程中提供數(shù)據(jù)描述，是數(shù)據(jù)流圖必不可少的輔助資料。數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典一起構(gòu)成了系統(tǒng)的邏輯模型。沒有數(shù)據(jù)字典，數(shù)據(jù)流圖就不嚴(yán)格；沒有數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)字典就沒有作用。數(shù)據(jù)字典的重要用途就是作為分析階段的工具。在數(shù)據(jù)字典中建立嚴(yán)密一致的定義有助于分析人員和用戶之間的交流。同樣，將數(shù)據(jù)流圖中的每個元素的精確定義放在一起，就構(gòu)成了系統(tǒng)的、完整的需求規(guī)格說明的主體。在軟件設(shè)計階段，數(shù)據(jù)字典是存儲文件或數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基礎(chǔ)。在實施階段，還可參照數(shù)據(jù)字典描述數(shù)據(jù)。隨著系統(tǒng)的改進(jìn)，字典中的信息也會發(fā)生變化，新的信息會隨時加入進(jìn)來。4.5.2數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容和格式1.數(shù)據(jù)流詞條

數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳播的路徑。一個數(shù)據(jù)流詞條應(yīng)有以下幾項內(nèi)容。數(shù)據(jù)流名稱：要求與數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的名稱一致；描述：簡要介紹該數(shù)據(jù)流在系統(tǒng)中的作用；數(shù)據(jù)流來源：數(shù)據(jù)流來自哪個加工或哪個外部實體；數(shù)據(jù)流去向：數(shù)據(jù)流流向哪個加工或哪個外部實體；數(shù)據(jù)流組成（定義）：描述該數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；注釋：相關(guān)事項。例如，“教材管理系統(tǒng)”中對數(shù)據(jù)流“訂書單”可用以下詞條進(jìn)行定義和描述。2.數(shù)據(jù)存儲詞條數(shù)據(jù)存儲文件是保存數(shù)據(jù)的地方，一個數(shù)據(jù)存儲詞條應(yīng)有以下幾項內(nèi)容。數(shù)據(jù)存儲名稱：要求與數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的名稱一致；編號：該數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)流圖中的編號；描述：簡要介紹該數(shù)據(jù)存儲存放的是什么數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲組成（定義）：描述該數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)存儲方式：索引文件。例如，“教材管理系統(tǒng)”中對數(shù)據(jù)存儲文件“庫存信息”可用以下詞條進(jìn)行定義和描述。3.數(shù)據(jù)元素詞條數(shù)據(jù)流圖中每一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是由數(shù)據(jù)元素構(gòu)成的，數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)處理中最小的、不可再分的單位，它直接反映事物的某一特征。組成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的這些數(shù)據(jù)元素也必須在數(shù)據(jù)字典中給出描述，一個數(shù)據(jù)元素詞條應(yīng)有以下幾項內(nèi)容。數(shù)據(jù)元素名稱；描述：簡要介紹該數(shù)據(jù)元素的含義；數(shù)據(jù)元素類型：字符型、數(shù)值型、布爾型等；數(shù)據(jù)元素長度（或精度）：數(shù)據(jù)元素的大??；數(shù)據(jù)元素取值范圍：例如取值范圍定義為1至60，表示為1..60；數(shù)據(jù)元素缺省值：例如定義數(shù)據(jù)元素“領(lǐng)書日期”的初始值默認(rèn)為系統(tǒng)的當(dāng)前日期；數(shù)據(jù)元素組成（定義）：描述該數(shù)據(jù)元素的相關(guān)數(shù)據(jù)元素及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，“教材管理系統(tǒng)”中對數(shù)據(jù)元素“教材編號”可用以下詞條進(jìn)行定義和描述。4.數(shù)據(jù)加工詞條加工可以使用諸如判斷表、判定樹和結(jié)構(gòu)化語言等形式表達(dá)，一個數(shù)據(jù)加工詞條應(yīng)有以下幾項內(nèi)容。加工名稱：要求與數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的名稱一致；加工編號：要求與數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的編號一致；描述：簡要介紹該加工的處理功能；輸入：指明該加工的輸入數(shù)據(jù)流；輸出：指明該加工的輸出數(shù)據(jù)流；加工邏輯：簡述該數(shù)據(jù)加工的處理邏輯（此項描述也可以單獨形成一份“數(shù)據(jù)加工邏輯說明”。例如，“教材管理系統(tǒng)”中對數(shù)據(jù)加工“處理合格領(lǐng)書單”可用以下詞條進(jìn)行定義和描述。

4.6數(shù)據(jù)加工邏輯說明4.6.1結(jié)構(gòu)化語言【例4-3】某系統(tǒng)教師津貼費(fèi)處理。某校對不同職稱的教師，根據(jù)其是本校專職教師還是外聘兼職教師，決定其課時津貼費(fèi)用。本校專職教師每課時津貼費(fèi)：教授100元，副教授80元，講師60元，助教50元。外聘兼職教師每課時津貼費(fèi)：教授120元，副教授100元，講師80元，助教60元。4.6.2判定表4.6.3判定樹4.7應(yīng)用案例——高校財務(wù)問答系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化分析4.7.1功能需求4.7.2高校財務(wù)問答系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖4.7.3高校財務(wù)問答系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典1.數(shù)據(jù)流（1）數(shù)據(jù)流名稱：教職工信息描述：用戶端用戶信息定義：教職工信息=工號+用戶名+密碼（2）數(shù)據(jù)流名稱：問題信息描述：用于傳遞問題及答案信息定義：問題信息=問題類型+問題內(nèi)容+答案內(nèi)容+文件名+文件路徑+視頻路徑（3）數(shù)據(jù)流名稱：類別信息描述：用于傳遞問題類別信息定義：類別信息=類型名稱（4）數(shù)據(jù)流名稱：反饋信息描述：用于傳遞教職工在用戶端提交的反饋信息定義：反饋信息=姓名+單位+電話+問題+時間（5）數(shù)據(jù)流名稱：統(tǒng)計信息描述：用于統(tǒng)計教職工在用戶端查詢某問題的次數(shù)定義：統(tǒng)計信息=問題內(nèi)容+查詢次數(shù)2．?dāng)?shù)據(jù)存儲（1）數(shù)據(jù)存儲名稱：教職工信息編號：D01描述：用于存儲教職工數(shù)據(jù)定義：教職工信息=ID+工號+用戶名+密碼存儲方式：數(shù)據(jù)庫表，以“ID”為主鍵（2）數(shù)據(jù)存儲名稱：問題信息編號：D02描述：用于存儲問題及答案數(shù)據(jù)定義：問題信息=ID+問題類型+問題內(nèi)容+答案內(nèi)容+文件名+文件路徑+視頻路徑+查詢次數(shù)存儲方式：數(shù)據(jù)庫表，以“ID”為主鍵（3）數(shù)據(jù)存儲名稱：類別信息編號：D03描述：用于存儲問題類別數(shù)據(jù)定義：類別信息=ID