软件工程教学第4章概要设计课件.ppt

《软件工程教学第4章概要设计课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《软件工程教学第4章概要设计课件.ppt（56页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第4 4章章 概要设计概要设计软件设计概述软件设计概述4.1概要设计的图形描述工具概要设计的图形描述工具4.2结构化设计方法概述结构化设计方法概述4.3本章小结本章小结4.44.1 4.1 软件设计概述软件设计概述4.1.1 软件设计的任务、目标和过程软件设计的任务、目标和过程4.1.2 软件设计原则软件设计原则4.1.1 软件设计的任务、目标和过程软件设计的任务、目标和过程1软件设计的任务软件设计的任务2软件设计的目标软件设计的目标3.软件设计的过程软件设计的过程1软件设计的任务软件设计的任务软件设计的输入是软件分析模型。软件分软件设计的输入是软件分析模型。软件分析模型中通过数据、功能和行

2、为模型所展析模型中通过数据、功能和行为模型所展示的软件需求的信息被传送给设计阶段，示的软件需求的信息被传送给设计阶段，产生数据产生数据/类设计、体系结构设计、接口设类设计、体系结构设计、接口设计、部件级设计。计、部件级设计。数据数据/类设计将分析模型变换成类的实现和软件实类设计将分析模型变换成类的实现和软件实现所需要的数据结构。数据结构是数据的各个元现所需要的数据结构。数据结构是数据的各个元素之间逻辑关系的一种表示。数据结构设计应确素之间逻辑关系的一种表示。数据结构设计应确定数据的组织、存取方式、相关程度以及信息的定数据的组织、存取方式、相关程度以及信息的不同处理方法。数据设计的过程包括：不同

3、处理方法。数据设计的过程包括：为在需为在需求分析阶段所确定的数据对象选择逻辑表示，需求分析阶段所确定的数据对象选择逻辑表示，需要对不同结构进行算法分析；要对不同结构进行算法分析；确定对逻辑数据确定对逻辑数据结构所必需的那些操作的程序模块，以便限制或结构所必需的那些操作的程序模块，以便限制或确定各个数据设计决策的影响范围。确定各个数据设计决策的影响范围。（1）数据）数据/类设计类设计体系结构设计定义了软件的整体结构，由软件部体系结构设计定义了软件的整体结构，由软件部件、外部可见的属性和它们之间的关系组成。体件、外部可见的属性和它们之间的关系组成。体系结构设计为软件工程师提供了程序结构的全局系结构

4、设计为软件工程师提供了程序结构的全局视图。视图。（2）体系结构设计）体系结构设计接口设计描述了软件内部、软件和协作系统之间接口设计描述了软件内部、软件和协作系统之间以及软件同人之间的通信方式。接口设计主要包以及软件同人之间的通信方式。接口设计主要包括括3方面内容：设计软件模块间的接口、设计模方面内容：设计软件模块间的接口、设计模块与其他非人的信息生产者和消费者之间的外部块与其他非人的信息生产者和消费者之间的外部即可以及用户与计算机间的人机接口。即可以及用户与计算机间的人机接口。（3）接口设计）接口设计部件级设计将软件体系结构的结构性元素变换为部件级设计将软件体系结构的结构性元素变换为对软件部件

5、的过程性描述。类为基础的模型、流对软件部件的过程性描述。类为基础的模型、流模型、行为模型等模型中得到的信息是部件设计模型、行为模型等模型中得到的信息是部件设计的基础。的基础。（4）部件级设计）部件级设计2软件设计的目标软件设计的目标软件设计过程的目标包括：设计必须实现软件设计过程的目标包括：设计必须实现分析模型中描述的所有显式需求，必须满分析模型中描述的所有显式需求，必须满足用户希望的所有隐式需求；设计必须是足用户希望的所有隐式需求；设计必须是可读、可理解的，使得将来易于编程、易可读、可理解的，使得将来易于编程、易于测试、易于维护；设计应从实现角度出于测试、易于维护；设计应从实现角度出发，给出

6、与数据、功能、行为相关的软件发，给出与数据、功能、行为相关的软件全貌。全貌。3软件设计的过程软件设计的过程（1）制定规范。）制定规范。（2）体系结构和接口设计。）体系结构和接口设计。（3）数据）数据/类设计。类设计。（4）部件级（过程）设计。）部件级（过程）设计。（5）编写设计文档。）编写设计文档。（6）设计评审。）设计评审。4.1.2 软件设计原则软件设计原则在将软件的需求规约转换为软件设计的过在将软件的需求规约转换为软件设计的过程中，软件的设计人员通常采用模块化、程中，软件的设计人员通常采用模块化、抽象、信息隐藏和模块独立等原则。抽象、信息隐藏和模块独立等原则。1模块化模块化模块化即把软件

7、按照规定原则，划分为一模块化即把软件按照规定原则，划分为一个个较小的、相互独立的但又相互关联的个个较小的、相互独立的但又相互关联的部件，是系统分解和抽象的过程。模块，部件，是系统分解和抽象的过程。模块，又称构件，是能够单独命名并独立地完成又称构件，是能够单独命名并独立地完成一定功能的程序语句的集合。例如高级语一定功能的程序语句的集合。例如高级语言中的过程、函数、子程序等都可作为模言中的过程、函数、子程序等都可作为模块。块。2抽象抽象抽象是在软件设计的规模逐渐增大的情况抽象是在软件设计的规模逐渐增大的情况下，控制复杂性的基本策略。抽象的过程下，控制复杂性的基本策略。抽象的过程是从特殊到一般的过程

8、，上层概念是下层是从特殊到一般的过程，上层概念是下层概念的抽象，下层概念是上层概念的精化概念的抽象，下层概念是上层概念的精化和细化。当我们采用模块化的方法来解决和细化。当我们采用模块化的方法来解决问题时，可以提出不同层次的抽象。问题时，可以提出不同层次的抽象。软件设计中的主要抽象手段有：过程抽象软件设计中的主要抽象手段有：过程抽象和数据抽象。和数据抽象。3信息隐藏信息隐藏信息隐藏原理认为：模块所包含的信息信息隐藏原理认为：模块所包含的信息（过程和数据）对于其他模块来说应该是（过程和数据）对于其他模块来说应该是隐藏的。通过信息隐藏，则可以定义和实隐藏的。通过信息隐藏，则可以定义和实施对模块的过程

9、细节和局部数据结构的存施对模块的过程细节和局部数据结构的存取限制。取限制。4模块独立模块独立所谓模块独立是指：模块完成独立的功能所谓模块独立是指：模块完成独立的功能并且与其他模块的接口简单，符合信息隐并且与其他模块的接口简单，符合信息隐藏，模块间关联和依赖程度尽可能小。模藏，模块间关联和依赖程度尽可能小。模块独立性是模块化、抽象和信息隐藏的直块独立性是模块化、抽象和信息隐藏的直接结果。接结果。（1）内聚）内聚内聚是一个模内聚是一个模块内部各个元素彼此内部各个元素彼此结合的合的紧密程度的度量，它是信息密程度的度量，它是信息隐藏概念的一藏概念的一种自然种自然扩展。一个内聚程度高的模展。一个内聚程度

10、高的模块应当当只完成只完成软件件过程中的一个程中的一个单一的任一的任务。一。一般模般模块的内聚性分的内聚性分为7种种类型。型。图4-2 内聚的种类（2）耦合）耦合耦合是模耦合是模块之之间的相的相对独立性（互相独立性（互相连接接的的紧密程度）的度量。耦合取决于各个模密程度）的度量。耦合取决于各个模块之之间接口的复接口的复杂程度、程度、调用模用模块的方式的方式以及通以及通过接口的信息接口的信息类型。型。一般模一般模块直接可能的耦合方式有直接可能的耦合方式有7种种类型。型。图4-3 耦合的种类4.2 4.2 结构化分析方法结构化分析方法4.2.1 层次图层次图4.2.2 HIPO图图4.2.3 结构

11、图结构图4.2.1 层次图层次图层次图用来描绘软件的层次结构，特别适层次图用来描绘软件的层次结构，特别适合于在自顶向下设计时使用。层次图采用合于在自顶向下设计时使用。层次图采用树状层次结构来描述系统中各个组成部分树状层次结构来描述系统中各个组成部分之间的关系。之间的关系。3.2.2 HIPO图图HIPO（Hierarchy Plus Input/Processing/Output）图是美国）图是美国IBM公司在公司在20世纪世纪70年代发展起来的表示软件系统结构的工年代发展起来的表示软件系统结构的工具。它既可以描述软件总的模块层次结构具。它既可以描述软件总的模块层次结构H图（层次图），又可以描

12、述每个模块输入图（层次图），又可以描述每个模块输入/输出数输出数据、处理功能及模块调用的详细情况据、处理功能及模块调用的详细情况IPO图。图。HIOP图是以模块分解的层次性以及模块内部输图是以模块分解的层次性以及模块内部输入、处理、输出三大基本部分为基础建立的。入、处理、输出三大基本部分为基础建立的。1HIPO图的图的HH图实际上就是层次图。与上面介绍的层次图稍图实际上就是层次图。与上面介绍的层次图稍有不同的是，在有不同的是，在H图中除了最顶层的方框之外，图中除了最顶层的方框之外，其余方框都加了编号。第一层各模块的编号依次其余方框都加了编号。第一层各模块的编号依次为为1.0，2.0，3.0，；

13、如果模块；如果模块1.0还有下层模还有下层模块，那么其下层模块的编号依次为块，那么其下层模块的编号依次为1.1，1.2，1.3，；如果模块；如果模块1.2又有下层模块，那么其下层又有下层模块，那么其下层模块的编号依次为模块的编号依次为1.2.1，1.2.2，1.2.3，；依；依此类推，直到最底层模块为止。此类推，直到最底层模块为止。2IPO图图 H图只说明了软件系统由哪些模块组成图只说明了软件系统由哪些模块组成及其控制层次结构，并未说明模块间的及其控制层次结构，并未说明模块间的信息传递及模块内部的处理。因此，对信息传递及模块内部的处理。因此，对一些重要模块还必须根据数据流图、数一些重要模块还必

14、须根据数据流图、数据字典及据字典及H图绘制具体的图绘制具体的IPO图。图。4.2.3 结构图结构图结构图（结构图（structure chart）是结构化设计方）是结构化设计方法中用来描述软件系统体系结构的图形工法中用来描述软件系统体系结构的图形工具。结构图指出一个软件系统由哪些模块具。结构图指出一个软件系统由哪些模块组成，以及模块之间的调用关系。组成，以及模块之间的调用关系。图4-6 结构图1结构图的基本成分结构图的基本成分结构图的基本成分有：模块、调用和数据。结构图的基本成分有：模块、调用和数据。（1）模块）模块在在结构化构化设计方法中，模方法中，模块是指具有一定功能并是指具有一定功能并可

15、以用模可以用模块名名调用的一用的一组程序程序语句，如函数、子句，如函数、子程序等，它程序等，它们是是组成程序的基本成程序的基本单元。元。一个模一个模块具有其外部特征和内部特征。模具有其外部特征和内部特征。模块的外的外部特征包括：模部特征包括：模块的接口（模的接口（模块名、名、输入入输出参出参数、返回数、返回值等）和模等）和模块的功能。模的功能。模块的内部特征的内部特征包括：模包括：模块的内部数据和完成其功能的程序代的内部数据和完成其功能的程序代码。在在结构化构化设计方法中，只关注模方法中，只关注模块的外部特征，的外部特征，而忽略其内部特征。而忽略其内部特征。（2）调用）调用结构构图中模中模块之

16、之间的的调用关系用从一个模用关系用从一个模块指向另一个模指向另一个模块的箭的箭头来表示，其含来表示，其含义是前是前者者调用了后者。用了后者。为了方便，有了方便，有时常用直常用直线代代替箭替箭头，此，此时，表示位于上方的模，表示位于上方的模块调用位用位于下方的模于下方的模块。（3）数据）数据模模块调用用时需需传递的参数可通的参数可通过在在调用箭用箭头（或直（或直线）旁附加一个小箭）旁附加一个小箭头和数据名来表和数据名来表示，其中小箭示，其中小箭头的方向指出相的方向指出相应数据的数据的传输方向。方向。图4-7 模块间的数据传输2结构图的辅助符号结构图的辅助符号可以在结构图上附加一些辅助符号进一步可

17、以在结构图上附加一些辅助符号进一步描述模块间的调用关系。例如，图描述模块间的调用关系。例如，图4-8描述描述了模块了模块A有条件地调用模块有条件地调用模块C或或D，图，图4-9表表示模块示模块A循环调用模块循环调用模块B和和C，图，图4-10则描则描述了递归调用的情况。述了递归调用的情况。图4-8 条件调用图4-9 循环调用图4-10 递归调用3结构图的几何概念结构图的几何概念结构图描述了模块之间的调用关系，一个结构图描述了模块之间的调用关系，一个模块可以调用另一个模块，被调用的模块模块可以调用另一个模块，被调用的模块还可以调用其他的模块，因此，结构图描还可以调用其他的模块，因此，结构图描述了

18、模块之间调用的控制层次。这种控制述了模块之间调用的控制层次。这种控制的层次结构也反映了程序的结构。的层次结构也反映了程序的结构。图4-11 结构图的相关概念4.3 4.3 结构化设计方法概述结构化设计方法概述4.3.1 启发式设计策略启发式设计策略4.3.2 结构化设计的步骤结构化设计的步骤4.3.3 数数据据流流图图到到软软件件体体系系结结构构的的映映射射4.3.1 启发式设计策略启发式设计策略1改造程序结构图，降低耦合度，提高内聚度改造程序结构图，降低耦合度，提高内聚度2避免高扇出，并随着深度的增加，力求高扇入避免高扇出，并随着深度的增加，力求高扇入3.模块的影响范围应限制在该模块的控制范

19、围内模块的影响范围应限制在该模块的控制范围内4.降低模块接口的复杂程度和冗余程度，提高一降低模块接口的复杂程度和冗余程度，提高一致性致性5.模块的功能应是可预测的，避免对模块施加过模块的功能应是可预测的，避免对模块施加过多的限制多的限制6.尽可能设计单入口和单出口的模块尽可能设计单入口和单出口的模块4.3.2 结构化设计的步骤结构化设计的步骤1建立初始结构图建立初始结构图2对结构图的改进对结构图的改进3书写设计文档书写设计文档4.设计评审设计评审4.3.3 数据流图到软件体系结构的映射数据流图到软件体系结构的映射1信息流信息流2变换分析变换分析3.事务分析事务分析4.分层数据流图的映射分层数据

20、流图的映射1信息流信息流信息流可分为变换流和事务流。信息流可分为变换流和事务流。变换流类型的数据流图可明显地分成输入、变换流类型的数据流图可明显地分成输入、变换、输出变换、输出3个部分。信息沿着输入路径进个部分。信息沿着输入路径进入系统，并将输入信息的外部形式经过编入系统，并将输入信息的外部形式经过编辑、格式转换、合法性检查、预处理等辅辑、格式转换、合法性检查、预处理等辅助性加工后变成内部形式，内部形式的信助性加工后变成内部形式，内部形式的信息通过变换中心的处理，再沿着输出路径息通过变换中心的处理，再沿着输出路径经过格式转换、组成物理块、缓冲处理等经过格式转换、组成物理块、缓冲处理等辅助性加工

21、后变成输出信息，送到系统外。辅助性加工后变成输出信息，送到系统外。（1）变换流）变换流图4-14 变换流事务流类型的数据流图具有如下特征：数事务流类型的数据流图具有如下特征：数据流沿着输入路径到达一个事务中心据流沿着输入路径到达一个事务中心T，事，事务中心根据输入数据的类型在若干条动作务中心根据输入数据的类型在若干条动作路径中选择一条来执行。路径中选择一条来执行。（2）事务流）事务流图4-15 事务流2变换分析变换分析变换分析的任务是将变换型的数据流图映变换分析的任务是将变换型的数据流图映射成初始的结构图。射成初始的结构图。变换型数据流图的特征是其数据流图可明变换型数据流图的特征是其数据流图可

22、明显地分成输入、变换和输出显地分成输入、变换和输出3个部分。因此，个部分。因此，变换分析的第一步骤是划定输入和输出流变换分析的第一步骤是划定输入和输出流的边界，从而确定变换中心。的边界，从而确定变换中心。确定逻辑输入确定逻辑输入确定逻辑输出确定逻辑输出确定变换中心确定变换中心（1）划定输入流和输出流的边界，）划定输入流和输出流的边界，确定变换中心确定变换中心变换分析的第一级分解是将数据流图映射变换分析的第一级分解是将数据流图映射成变换型的程序结构成变换型的程序结构（2）进行第一级分解）进行第一级分解图4-17 变换型的结构图输入控制模块的分解输入控制模块的分解输出控制模块的分解输出控制模块的分

23、解变换控制模块的分解变换控制模块的分解（3）进行第二级分解）进行第二级分解第二级分解后得到软件的初始结构图。然第二级分解后得到软件的初始结构图。然后，根据数据流图，在初始结构图上标注后，根据数据流图，在初始结构图上标注模块之间传递的输入信息和输出信息。模块之间传递的输入信息和输出信息。（4）标注输入输出信息）标注输入输出信息3事务分析事务分析事务分析的任务是将事务型数据流图映射事务分析的任务是将事务型数据流图映射成初始的结构图。在实际应用中经常会遇成初始的结构图。在实际应用中经常会遇到事务处理的软件，如银行业务中有存款、到事务处理的软件，如银行业务中有存款、取款、查询余额、开户、转账等多种事务

24、，取款、查询余额、开户、转账等多种事务，这种软件通常是接收一个事务，然后根据这种软件通常是接收一个事务，然后根据事务的类型执行一个事务处理的功能，这事务的类型执行一个事务处理的功能，这类软件的数据流图就是事务型的。类软件的数据流图就是事务型的。事务中心位于数条动作路径的起点，这些事务中心位于数条动作路径的起点，这些动作路径呈辐射状从该点流出。动作路径呈辐射状从该点流出。（1）确定事务中心）确定事务中心（2）将数据流图映射成事务型的结构图）将数据流图映射成事务型的结构图图4-20 事务型的结构图接收模块的分解接收模块的分解动作路径控制模块的分解动作路径控制模块的分解（3）分解每条动作路径所对应的

25、结构图）分解每条动作路径所对应的结构图4分层数据流图的映射分层数据流图的映射对于分层数据流图，对于分层数据流图，0层图常常反映了系统由哪层图常常反映了系统由哪些子系统组成，此时可先将些子系统组成，此时可先将0层图映射成图层图映射成图4-21的的结构图。结构图。0层图每个加工的数据流图子图可映射层图每个加工的数据流图子图可映射成以相应模块为根模块的结构子图。如果数据流成以相应模块为根模块的结构子图。如果数据流图子图中的加工还可分解成一张子图，则再将其图子图中的加工还可分解成一张子图，则再将其映射成以相应模块为根模块的结构子图，一次一映射成以相应模块为根模块的结构子图，一次一层一层分解下去，可得到最终的初始结构图。如层一层分解下去，可得到最终的初始结构图。如果初始结构图太大，也可以将它组织成分层的结果初始结构图太大，也可以将它组织成分层的结构图。构图。图4-21 0层图映射的结构图