第05章 结构化分析与设计.ppt
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1、软件工程软件工程第5章 结构化分析与设计结构化方法 一种面向数据流的传统软件开发方法 以数据流为中心构建软件的分析模型和设计模型 分为:结构化分析(Structured Analysis 简称SA)结构化设计(Structuresd Design 简称SD)结构化程序设计(Structured Programmin 简称SP)2复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程内容摘要 结构化分析方法概述 数据流图 分层数据流图的审查 数据字典 描述基本加工的小说明 结构化设计概述 数据流图到软件体系结构的映射 初始结构图的改进 小结3复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程内容摘要结构化分析方法概述结
2、构化分析方法概述 数据流图 分层数据流图的审查 数据字典 描述基本加工的小说明 结构化设计概述 数据流图到软件体系结构的映射 初始结构图的改进 小结4复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程结构化分析方法 发展历史 提出:20世纪60年代末到70年代初 成熟:20世纪70年代末到80年代中期 主要思想:抽象与自顶向下的逐层分解(控制复杂性的两个基本手段)抽象:在每个抽象层次上忽略问题的内部复杂性,只关注整个问题与外界的联系 分解:将问题不断分解为较小的问题,直到每个最底层的问题都足够简单为止5复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程结构化分析方法中的抽象与分解 抽象:从作为整体的软件系统开始(
3、第一层),每一抽象层次上只关注于系统的输入输出 分解:将系统不断分解为子系统、模块 随着分解层次的增加,抽象的级别越来越低,也越接近问题的解(算法和数据结构)2.4 2.32.2 2.12 14 31.3 1.21.1X6复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程结构化分析过程 理解当前的现实环境,获得当前系统的具体模型(物理模型)从当前系统的具体模型抽象出当前系统的逻辑模型 分析目标系统与当前系统逻辑上的差别,建立目标系统的逻辑模型 为目标系统的逻辑模型作补充7复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程结构化分析模型的描述 数据字典是模型的核心,它包含了软件使用和产生所有数据的描述 数据流图:用
4、于功能建模,描述系统的输入数据流如何经过一系列的加工变换逐步变换成系统的输出数据流 实体 关系图:用于数据建模,描述数据字典中数据之间的关系实 体-关 系图数据流图状态转换图数据字典 状态转换图:用于行为建模,描述系统接收哪些外部事件,以及在外部事件的作用下的状态迁移情况8复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程内容摘要 结构化分析方法概述数据流图数据流图 分层数据流图的审查 数据字典 描述基本加工的小说明 结构化设计概述 数据流图到软件体系结构的映射 初始结构图的改进 小结9复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程数据流图 Data Flow Diagram(简称DFD):描述输入数据流到输
5、出数据流的变换(即加工)过程,用于对系统的功能建模,基本元素包括:数据流(data flow):由一组固定成分的数据组成,代表数据的流动方向加工(process):描述了输入数据流到输出数据流的变换,即将输入数据流加工成输出数据流文件(file):使用文件、数据库等保存某些数据结果供以后使用源或宿(source or sink):由一组固定成分的数据组成,代表数据的流动方向10复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程源或宿 存在于软件系统之外的人员或组织,表示软件系统输入数据的来源和输出数据的去向,因此也称为源点和终点 例如,对一个考务处理系统而言 考生向系统提供报名单(输入数据流),所以考生
6、是考试系统(软件)的一个源 考务处理系统要将考试成绩的统计分析表(输出数据流)传递给考试中心,所以考试中心是该系统的一个宿 源或宿用相同的图形符号表示 当数据流从该符号流出时表示是源 当数据流流向该符号时表示是宿 当两者皆有时表示既是源又是宿 11复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程加工和文件 加工:描述输入数据流到输出数据流的变换 每个加工用一个定义明确的名字标识 至少有一个输入数据流和一个输出流 可以有多个输入数据流和多个输出数据流 文件:保存数据信息的外部单元 每个文件用一个定义明确的名字标识 由加工进行读写 DFD中称为文件,但在具体实现时可以用文件系统实现也可以用数据库系统等实现
7、12复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程数据流 每个数据流用由一组固定成分的数据组成并拥有一个定义明确的名字标识 如:运动会管理系统中,报名单(数据流)由队名、姓名、性别、参赛项目等数据组成 数据流的流向 从一个加工流向另一个加工 从加工流向文件(写文件)从文件流向加工(读文件)从源流向加工 从加工流向宿13复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程示例:图书订购系统DFD图书库存入库单图书代理商书库管理收费制作财务报表财务报表经理帐务数据库制作发书单图书订购核准的订购单发书单订购单 顾客顾客收费数据帐单14复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程数据流图的扩充符号 描述一个加工的多个数据流
8、之间的关系 星号():表示数据流之间存在“与”关系 所有输入数据流同时存在时,才能进行加工处理 或加工处理的结果是同时产生所有输出数据流 加号():表示数据流之间存在“或”关系 至少存在一个输入数据流时才能进行加工处理 或加工处理的结果是至少产生一个输出数据流 异或():表示数据流之间存在“异或”(互斥)关系 必须存在且仅存在一个输入数据流时,才能进行加工处理 或加工处理的结果是产生且仅产生一个输出数据流15复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程对数据流图进行分层 George Miller 在著名的论文“神奇的数字7 加减2:我们处理信息的能力的某种限制”中指出:人们在一段时间内的短期记忆
9、似乎限制在5 9 件事情之内 根据自顶向下逐层分解的思想将数据流图画成层次结构 每个层次画在独立的数据流图中,加工个数可大致控制在“7 加减2”的范围中16复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程数据流图的各个层次 顶层图只有代表整个软件系统的1 个加工,描述了软件系统与外界(源或宿)之间的数据流 顶层图中的加工经分解后的图称为0 层图(只有1 张)中间层图中至少有一个加工(也可以有多个)在下层图中分解成一张子图 处于最底层的图称为底层图,其中所有的加工不再分解成新的子图17复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程图和加工的编号 顶层图只有一个代表整个软件系统的加工,该加工不必编号。0 层图中
10、的加工编号分别为1,2,3,子图号:若父图中的加工号x 分解成某一子图,则该子图号记为“图x”子图中加工的编号:若父图中的加工号为x 的加工分解成某一子图,则该子图中的加工编号分别为x.1、x.2、x.318复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程分层数据流图示例分层数据流图示例资格和水平考试的考务处理系统资格和水平考试的考务处理系统 简化的资格和水平考试的考务处理系统 分成多个级别,如初级程序员、程序员、高级程序员、系统分析员等,凡满足一定条件的考生都可参加某一级别的考试 考试的合格标准将根据每年的考试成绩由考试中心确定 考试的阅卷由阅卷站进行,因此,阅卷工作不包含在软件系统中19复旦大学计
11、算机科学与工程系 软件工程课程资格和水平考试的考务处理系统资格和水平考试的考务处理系统功能需求功能需求 1 对考生送来的报名单进行检查 2 对合格的报名单编好准考证号后将准考证送给考生,并将汇总后的考生名单送给阅卷站 3 对阅卷站送来的成绩清单进行检查,并根据考试中心制订的合格标准审定合格者 4 制作考生通知单送给考生 5 进行成绩分类统计(按地区、年龄、文化程度、职业、考试级别等分类)和试题难度分析,产生统计分析表20复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程资格和水平考试的考务处理系统资格和水平考试的考务处理系统部分数据流的组成部分数据流的组成 报名单地区序号姓名文化程度职业考试级别通信地址
12、 正式报名单准考证号报名单 准考证地区序号姓名准考证号考试级别考场 考生名单准考证号考试级别其中w 表示w 重复多次 考生名册正式报名单 统计分析表分类统计表难度分析表 考生通知单准考证号姓名通信地址考试级别考试成绩合格标志21复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程系统的输入输出(顶层图)确定源或宿:考生、阅卷站和考试中心 它们都既是源又是宿 顶层图唯一的加工:软件系统(考务处理系统)确定数据流:系统的输入/输出信息 输入数据流:报名单(来自考生)、成绩清单(来自阅卷站)、合格标准(来自考试中心)输出数据流:准考证(送往考生)、考生名单(送往阅卷站)、考生通知书(送往考生)、统计分析表(送往
13、考试中心)额外的输出流(考虑系统的健壮性):不合格报名单(返回给考生),错误成绩清单(返回给阅卷站)顶层图通常没有文件22复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程考务处理系统顶层图考务处理系统考试中心考生不合格报名单阅卷站错误成绩清单成绩清单考生名单合格标准报名单准考证考生通知单统计分析表23复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程系统内部(0 层图)-1 以下确定加工、数据流、文件、源或宿的一般方法适用于0 层图及其各层子图 确定加工:将父图中某加工分解而成的子加工 根据功能分解来确定加工:将一个复杂的功能分解成若干个较小的功能,较多应用于高层DFD中的分解 根据业务处理流程确定加工:分析父
14、图中待分解加工的业务处理流程,业务流程中的每一步都可能是一个子加工 特别要注意在业务流程中数据流发生变化或数据流的值发生变化的地方,应该存在一个加工,例如:编制准考证号正式报名单 合格报名单24复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程系统内部(0 层图)-2 确定数据流 在父图中某加工分解而成的子图中,父图中相应加工的输入/输出数据流都是且仅是子图边界上的输入/输出数据流 分解后的子加工之间应增添相应的新数据流表示加工过程中的中间数据 如果某些中间数据需要保存以备后用,那么可以成为流向文件的数据流 同一个源或加工可以有多个数据流流向一个加工,如果它们不是一起到达和一起加工的,那么可以将它们分成
15、若干个数据流,例如:读取银行卡信息客户银行卡数据密码25复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程系统内部(0 层图)-3 确定文件 如果父图中该加工存在读写文件的数据流,则相应的文件和数据流都应画在子图中 在分解子图中,如果需要保存某些中间数据以备后用,则可以将这些数据组成一个新的文件 新文件(首次出现的文件)至少应有一个加工为其写入记录,同时至少存在另一个加工来读该文件的记录 注意:从父图中继承下来的文件在子图中可能只对其进行读,或只进行写26复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程系统内部(0 层图)-4 确定源和宿 0层图和其它子图中通常不必画出源和宿 有时为了提高可读性,可以将顶层图中
16、的源和宿画在0层图中 最终得到考务处理系统0 层图 根据功能分解方法识别出两个加工:考试报名、统计成绩 数据流 继承顶层图中的输入数据流和输出数据流 定义二个加工之间的数据流:由于这二个加工分别在考试前后进行,因此登记报名单所产生的结果“考生名册”应作为文件保存以便考试后由统计成绩加工引用27复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程考务处理系统0 层图考生名册1考试报名报名单考生名单不合格报名单准考证2统计成绩统计分析表合格标准考生通知单错误成绩清单成绩清单28复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程加工内部(1n 层图)复杂的加工可以继续分解成1 张DFD 子图 分解方法 将该加工看作一个小
17、系统,该加工的输入/输出数据流就是这个假设的小系统的输入/输出数据流 然后采用画0层图的方法,画出该加工的子图 以0 层图中加工1(考试报名)为例 根据业务处理流程来确定由加工1的分解 与加工1相关的业务流程:首先检查考生送来的报名单,然后编准考证号,并产生准考证,最后产生考生名单和考生名册(文件)29复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程考务处理系统加工1 子图 3 个子加工:检查报名单、编准考证号、登记考生“合格报名单”和“正式报名单”是新增加的数据流,其它数据流都是加工1 原有的 在加工1 的分解中没有新的文件产生1.3登记考生考生名单1.2编准考证号准考证 正式报名单1.1检查报名单
18、合格报名单报名单不合格报名单考生名册30复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程考务处理系统加工2 子图2.5分析试题难度难度分析表2.4分类统计成绩分类统计表考生名册2.3制作通知单考生通知单 2.2审定合格者正式成绩清单合格标准试题得分清单2.1检查成绩清单成绩清单正 确 成 绩 清 单错误成绩清单31复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程总结:画分层数据流图的步骤 1 画系统的输入和输出 2 画系统内部 3 画加工内部 4 重复第3 步,直至每个尚未分解的加工都足够简单(即不必再分解)32复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程内容摘要 结构化分析方法概述 数据流图分层数据流图的审查分
19、层数据流图的审查 数据字典 描述基本加工的小说明 结构化设计概述 数据流图到软件体系结构的映射 初始结构图的改进 小结33复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程分层数据流图的审查 检查图中是否存在错误或不合理(不理想)的部分 一致性:分层DFD中不存在矛盾和冲突 完整性:分层DFD本身的完整性,即是否有遗漏的数据流、加工等元素 本节将从分层DFD 的一致性和完整性、构造分层DFD 时需注意的问题以及分解程度等几个方面来说明如何审查分层DFD 的合理性34复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程分层数据流图的一致性 父图与子图平衡 任何一张DFD子图边界上的输入/输出数据流必须与其父图中对应的
20、加工的输入/输出数据流保持一致 数据守恒 一个加工所有输出数据流中的数据,必须能从该加工的输入数据流中直接获得,或者能通过该加工的处理而产生 多余的数据流:加工未使用其输入数据流中的某些数据项 局部文件 一个加工的输出数据流不能与该加工的输入数据流同名35复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程父图与子图不平衡的实例 加工2 的输入数据流有M 和N,输出数据流是T 而子图(右图)边界上的输入数据流是N,输出数据流是S 和T123ABCMNT2.12.22.3NPSTQ36复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程父图与子图平衡的实例 注意:如果父图某加工的一个数据流,对应于子图中几个数据流,而子
21、图中组成这些数据流的数据项全体正好等于父图中的这个数据流,那么它们仍算是平衡的e2.52.42.32.22.1b2b1acdb21acde(a)父图(b)子图a:考生通知单;b:统计分析表;b1:分类统计表;b2:难度分析表;c:错误成绩清单;d成绩清单;e合格标准。37复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程数据不守恒的实例由于“正式成绩清单”中缺少“考生通知单”中的姓名、通信地址等数据,这些数据也无法由加工2.3 自己产生,因此,加工2.3 不满足数据守恒的条件考生名册2.5分析试题难度难度分析表2.4分类统计成绩分类统计表2.3制作通知单考生通知单 2.2审定合格者正式成绩清单合格标准试
22、题得分清单2.1检查成绩清单成绩清单正确成绩清单错误成绩清单由此可见:1.数据流的组成对DFD是有影响的2.构建DFD与建立数据字典应交替进行,以便于对分层DFD的校验38复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程局部文件 考虑分层数据流中一个文件应画在哪些DFD 中,而不该画在哪些DFD 中 任何一个文件都应同时包含读和写该文件的数据流,除非该文件是当前系统与另一个软件系统所共享(应在需求说明中指明)在一张DFD中当一个文件作为若干个加工之间的交界面(一个写另一个读)时该文件应画出 在一张DFD中当一个文件仅与一个加工进行读写操作,并且在该DFD的父(祖先)图中未出现过该文件则该文件是相应加工
23、的内部文件,在当前DFD中不应画出 一个文件一旦在某张DFD中画出,那么在它的子孙图中应根据父图与子图平衡的原则画出该文件 在子孙图中,这个文件可能只有读或写文件中的一种数据流39复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程局部文件示例“试题得分清单”文件是加工2 的局部文件,根据抽象原则不应该将这类表示加工细节的局部文件画在其父图(如图c)中,正确的画法是图a 和b21(a)父图考生名册(b)子图2.52.42.32.22.1试题得分清单考生名册(c)含局部文件的父图21试题得分清单考生名册40复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程加工的输出数据流不能与该加工的输入数据流同名加工的输出数据流不
24、能与该加工的输入数据流同名 同一个加工的输出数据流和输入数据流即使组成成份相同,仍应对它们取不同的名字,以表示它们是不同数据流 例如,“报名单”和“合格报名单”允许一个加工有二个相同的数据流分别流向二个不同的加工41复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程分层数据流图的完整性 每个加工至少有一个输入数据流和一个输出数据流 在整套分层数据流中,每个文件应至少有一个加工读该文件,有另一个加工写该文件 分层数据流图中的每个数据流和文件都必须命名(除了流入或流出文件的数据流),并保持与数据字典的一致 分层DFD 中的每个基本加工(即不再分解子图的加工)都应有一个加工规约42复旦大学计算机科学与工程系
25、软件工程课程其它需注意的问题-1 适当命名:每个数据流、加工、文件、源和宿都应被适应地命名,名字应符合被命名对象的实际含义 名字应反映整个对象(如数据流、加工),而不是仅反映它的某一部分 避免使用空洞的、含义不清的名字,如数据、信息、处理、统计等 如果发现某个数据流或加工难以命名时,往往是DFD分解不当的征兆,此时应考虑重新分解 画数据流而不是画控制流 判断准则:这条线上是否有数据流过43复旦大学计算机科学与工程系 软件工程课程其它需注意的问题-2 避免一个加工有过多的数据流 当一个加工存在许多数据流时往往意味着分解不合理 解决办法:重新分解 1)把需要重新分解的某张图(含有该复杂加工的图)的
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