软件需求分析与建模优秀PPT.ppt

第6章 结构化设计基础软件设计过程软件设计过程模块化设计原理模块化设计原理模块独立性度量模块独立性度量软件组成结构软件组成结构软件体系结构软件体系结构6.1 软件设计过程软件设计阶段的基本目标是构造系统“怎么做”的模型描述。“设计先于编码”，这是软件工程“推迟实现”基本原则软件系统设计是把软件需求“变换”为用于构造软件的蓝图。“输入”是需求分析各种模型元素“输出”是软件设计模型和表示软件设计的目标是对将要实现的软件系统的体系结构、系统的数据、系统模块间的接口，以及所接受的算法给出详尽的描述。软件设计三类活动总体设计，也称为概要设计，软件结构设计，或高层设计。分析需求规格说明模块划分，形成具有预定功能的模块组成结构表示出模块间的限制关系给出模块之间的接口软件具体设计，也称为（模块）过程设计，或低层设计。设计模块细微环节确定模块所需的算法和数据结构等测试和复审软件结构设计步骤P53a)设计供选择的方案设计供选择的方案b)选取合理的方案选取合理的方案c)举荐最佳方案举荐最佳方案d)功能分解和设计软件结构功能分解和设计软件结构e)数据库设计数据库设计f)制定软件设计测试支配制定软件设计测试支配g)编制设计文档编制设计文档h)审查和复审审查和复审概要概要设计说明明书具体设计说明书6.2 软件模块化设计模块是一个独立命名的，拥有明确定义的输入、输出和特性的程序实体。把一个大型软件系统的全部功能，依据确定的原则合理地划分为若干个模块，每个模块完成一个特定子功能，全部的这些模块以某种结构形式组成一个整体，这就是软件的模块化设计（Modular Design）。软件模块化设计可以简化软件的设计和实现，提高软件的可理解性和可测试性，并使软件更简洁得到维护。分解、抽象、逐步求精、信息隐藏和模块独立性，是软件模块化设计的指导思想。分解接受有效的分解，即“分而治之”，是能够使问题得以很好解决的必不行少的措施。一个软件系统的各个模块之间是相互关联的，模块划分的数量越多，模块间的联系也越多。模块本身的困难性和工作量虽然随着模块变小而削减，模块的接口工作量却随着模块数增加而增大。软件模块化开发存在一个最小成本区，把模块数限制在确定的范围内，可以得到最小的总开发工作量。模块数与开发工作量开发工作量模块数最小成本区模块成本接口成本总成本抽象分解必定须要抽象的支持。抽象是抓住主要问题，隐藏细微环节，这样才能简洁分解。抽象具有不同的级别。人类解决困难问题的基本方法之一。只有抓住事物的本质，才能精确分析和处理问题，找到合理的解决方案。分析“借书”功能的抽象过程？信息隐敝信息隐藏原则建议模块应当具有的特征是：每个模块对其他全部模块都隐藏自己的设计决策。信息隐藏意味着通过一系列独立的模块可以得到有效的模块化。独立的构件或模块之间的“接口”简洁而清晰。逐步求精逐步求精，或称逐步细化，是一种自顶向下的设计策略。连续精化软件的层次结构，逐步细化来实现软件开发，逐步功能分解的过程抽象，直至形成程序设计语句。逐步求精是一个细化的过程。我们从在高抽象级上定义的功能陈述或数据描述起先，然后在这些原始陈述上持续细化越来越多的细微环节。抽象与精化是互补的概念模块的独立性模块的独立性（Module Independence）是模块化、抽象、信息隐藏等概念的干脆结果，也是推断模块化结构是否合理的标准。模块独立性是指开发具有独立功能而和其他模块没有过多关联的模块。模块独立性两大优点：独立的模块由于分解了功能，简化了接口，使得软件比较简洁开发；独立的模块比较简洁测试和维护。5.3 模块独立性度量模块独立性由两个定性标准度量：模块自身的内聚（Cohesion），也称为块内联系或模块强度，模块之间的耦合（Coupling)，也称为块间联系。模块独立性愈高，则块内联系越强，块间联系越弱。模块内聚性P58内聚性是从功能的角度对模块内部聚合实力的量度。内聚性是从功能的角度对模块内部聚合实力的量度。高内聚是模块独立性追求的目标。高内聚是模块独立性追求的目标。分类：分类：偶然性内聚：模块内的各个任务在功能上没有实质性联系，纯属偶然性内聚：模块内的各个任务在功能上没有实质性联系，纯属“偶然偶然”因素因素组合了块内各个互不相关的任务。组合了块内各个互不相关的任务。逻辑性内聚：模块通常由若干个逻辑功能相像的任务组成，通过模块外引入的逻辑性内聚：模块通常由若干个逻辑功能相像的任务组成，通过模块外引入的一个开关量选择其一执行。这种内聚增大了模块间的耦合。一个开关量选择其一执行。这种内聚增大了模块间的耦合。时间性内聚：模块内的各个任务由相同的执行时间联系在一起。例如，初始化时间性内聚：模块内的各个任务由相同的执行时间联系在一起。例如，初始化模块。模块。过程性内聚：模块内的各个任务必需依据某一特定次序执行。过程性内聚：模块内的各个任务必需依据某一特定次序执行。通信性内聚：模块内部的各个任务靠公用数据联系在一起，即都运用同一个输通信性内聚：模块内部的各个任务靠公用数据联系在一起，即都运用同一个输入数据，或者产生同一个输出数据。入数据，或者产生同一个输出数据。依次性内聚：模块内的各个任务是依次执行的。通常，上一个任务的输出是下依次性内聚：模块内的各个任务是依次执行的。通常，上一个任务的输出是下一个任务的输入。一个任务的输入。功能性内聚：模块各个成分结合在一起，完成一个特定的功能。明显，功能性功能性内聚：模块各个成分结合在一起，完成一个特定的功能。明显，功能性模块具有内聚性最强、与其他模块联系少的特点。模块具有内聚性最强、与其他模块联系少的特点。内聚性分类偶然性内聚弱逻辑性内聚时间性内聚过程性内聚通信性内聚顺序性内聚功能性内聚强低内聚中内聚高内聚模块耦合性耦合性是对一个软件结构内不同模块之间互连程度的度量。耦合性是对一个软件结构内不同模块之间互连程度的度量。耦合性的强弱取决于模块间接口的困难程度，以及通过接口的数据类型和数目。耦合性的强弱取决于模块间接口的困难程度，以及通过接口的数据类型和数目。分类：分类：非干脆耦合：同级模块相互之间没有信息传递，属于非干脆耦合。非干脆耦合：同级模块相互之间没有信息传递，属于非干脆耦合。数据耦合：调用下属模块时，假如交换的都是简洁变量，便构成数据耦合。数据耦合：调用下属模块时，假如交换的都是简洁变量，便构成数据耦合。特征耦合：调用下属模块时，假如交换的是数据结构，便构成特征耦合。由特征耦合：调用下属模块时，假如交换的是数据结构，便构成特征耦合。由于传递的是数据结构，不仅数据量增加，而且会使模块的相关性增加。于传递的是数据结构，不仅数据量增加，而且会使模块的相关性增加。限制耦合：模块间传递的信息不是一般的数据，而是作为限制信息的开关值限制耦合：模块间传递的信息不是一般的数据，而是作为限制信息的开关值或标记量。例如，逻辑性内聚的模块调用就是典型的限制耦合。或标记量。例如，逻辑性内聚的模块调用就是典型的限制耦合。外部耦合：若允许一组模块访问同一个全局变量，可称它们为外部耦合。外部耦合：若允许一组模块访问同一个全局变量，可称它们为外部耦合。公共耦合：若允许一组模块访问同一个全局性的数据结构，则称它们为公共耦公共耦合：若允许一组模块访问同一个全局性的数据结构，则称它们为公共耦合。全局性的数据结构可以是共享的通信区、公共的内存区域、任何存储介质合。全局性的数据结构可以是共享的通信区、公共的内存区域、任何存储介质文件、物理设备等。文件、物理设备等。内容耦合：若一个模块可以干脆调用另一个模块中的数据，或者干脆转移到另内容耦合：若一个模块可以干脆调用另一个模块中的数据，或者干脆转移到另一个模块中去，或者一个模块有多个入口，则称为内容耦合。一个模块中去，或者一个模块有多个入口，则称为内容耦合。耦合性分类非直接耦合弱数据耦合 特征耦合 控制耦合 外部耦合 公共耦合 内容耦合强弱耦合中耦合强耦合较强耦合6.4 软件组成结构软件组成结构以层次表示程序的系统结构，即一种限制的层次体系，并不表示软件的具体过程。软件组成结构表示了软件元素(模块)之间的关系。软件组成结构可以用软件结构图表示。软件结构图软件结构（Structure Chart,简称SC）是软件系统的模块层次结构，反映了整个系统的功能实现。软件结构以层次表示程序的系统结构，即一种限制的层次体系，并不表示软件的具体过程。软件结构一般用树状或网状结构的图形来表示。软件结构图的主要元素有：模块：模块用带出名字的方框表示，名称应体现模块的功能。限制关系：限制关系用单向箭头或直线表示模块间的调用关系。信息传递：用带注释的短箭头表示模块调用过程中传递的信息。循环调用和选择调用：在上部模块底部加一个菱形符号表示选择调用，在上部模块的下方家一个弧形箭头，表示循环调用。软件结构图软件结构图的形态特征：深度：指结构图限制的层次，也是模块的层数。图8-4中的结构图的深度为5。能粗略表示一个系统的大小和困难程度，深度和程序长度之间存在着某种对应关系。宽度：指一层中最大的模块个数。图8-4中的结构图的宽度为8。一般来说，结构的宽度越大，则系统就越困难。扇出：指一个模块干脆下属模块的个数。图8-4中的结构图的模块I的扇出为5。扇出过大，表示模块过分困难，须要限制和协调的下级模块太多。扇出的上限一般为 59，平均一般为3或4。扇入：指一个模块干脆上属模块的个数。图8-4中的结构图的模块T的扇入为4。扇入过大，意味着共享该模块的上级模块数目多，这有确定的好处，但是决不能违反模块的独立性原则而片面追求高扇入。画结构图应留意的事项：模块不能重名。调用关系只能从上到下。软件结构图MNOPQGHICDATJKLEFBRS模块化设计的优化P60改进软件结构提高模块独立性在满足模块化要求的前提下尽量削减模块数量，在满足信息需求的前提下尽可能削减困难的数据结构模块规模应适中软件结构的深度、宽度、扇入数和扇出数都要适当模块的作用域应当在限制域之内力求降低模块接口的困难程度，设计单入口、单出口的模块6.5 软件系统结构模型软件体系结构是一种表达，使软件工程师能够分析设计是否满足需求、选择合理的方案和降低风险。大型软件系统总是被分解成一系列子系统，由子系统供应一些相关的服务。软件体系结构设计过程就是识别出这些子系统，并建立子系统限制和通信的框架，最终给出软件体系结构的一个描述。两类结构模型：系统构成模型系统限制模型系统构成模型以数据为中心的结构模型数据流结构模型客户机/服务器结构模型抽象机结构模型以数据为中心的结构模型由一组子系统构成，子系统交换信息，协调工作有两种基本方法：全部共享数据放在一个中心数据库中，全部子系统都能从中存取数据。每个子系统用各自的数据库与其他子系统进行数据交互，通过消息传递来实现。共享数据模型的优点是能够高效地共享大量的数据，生产数据的子系统不须要关切数据如何被其他子系统运用，可以集中进行如备份、保密性、访问限制和错误复原等活动；缺点是子系统确定要与以数据为中心的体系结构模型一样，系统变更或进化比较困难，子系统的需求会不同，难以集成，以及很难将数据分布到多台机器上。数据流体系结构模型当输入数据经过一系列的计算和操作构件或模块的变换形成输出数据时，可以应用数据流体系结构。管道和过滤器结构通过一组由管道连接的过滤器来变换数据，并向下传递。过滤器过滤器过滤器过滤器过滤器过滤器过滤器过滤器客户机/服务器结构模型客户机/服务器结构模型的主组要成部分是：一组给其他子系统供应服务的单机服务器一组向服务器恳求服务的客户机一个连接客户机和服务器的网络（可选）服务器模型能实现以数据为中心的体系结构模型的系统客户机/服务器模型的最大优势在于可以是一个分布式结构网 络目录服务器目录视频服务器电影文件图片服务器图片文件web服务器超文本文件客户1客户2客户n抽象机模型抽象机模型也称为分层模型，是建立子系统的接口模型。它把子系统组织成一系列的层次，每一层供应一组服务，每一层定义为一个抽象机。例如：网络协议OSI参考模型通 信 介 质应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层用户B应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层用户A小结设计的基本原理和概念包括模块化、抽象、体系结构、信息隐藏、模块独立、逐步求精和重构等，这些原理和概念描述了计算机软件的属性、所运用的设计方法和所运用的编程语言。设计通常被描述为一个多步过程，其主要任务是从需求信息中综合出数据的表示、程序结构、接口特征和过程细微环节。软件体系结构供应了待建系统的整体视图，它描述软件构件或模块的结构和组织、构件或模块的性质以及他们之间的连接。本周作业：1、请在本学期窦万峰的教材中第6章和Whitten教材中第12,13章分组每组完成3个推断题、8个选择题，要求题目答案齐全。2、奇数组每组要求至少在课程中心论坛发表发起一个帖子，内容不限（课程、技术、疑问等），偶数组每组至少要求在课程中心论坛回复一个帖子，多了不限，欢迎大家共同探讨。3、每个小组依据各自的项目进行数据表分析，并发截图发到论坛上供老师和同学查阅。4、每个小组依据各自的项目进行系统结构图（至少3层），学习从数据流图对并发截图发到论坛上供老师和同学查阅。