软件工程导论第4章概要设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,4.1,概述,结构化设计(Structured Design,SD)分为两个,阶段：,总体设计（又称概要设计）,通过仔细分析软件规格说明，适当地对软件进行功能分,解，从而把软件划分为模块，并且设计出完成预定功能的,模块结构。,详细设计,详细设计阶段详细地设计每个模块，确定完成每个模块功,能所需要的算法和数据结构。,4.1,概述,SA,映射,SD,4.1,概述,4.2,任务,3.,数据结构设计,确定输入、输出文件的结构,数据库设计,4.,可靠性设计（,质量设计,）,5.,书写文,档,概要设计说明书、数据库设计说明书、用户手,册、初步的测试计划,4.2,任务,6.,评审,可追溯性,确认该设计是否复盖了所有已确定的软件需求，软,件每一成份是否可追溯到某一项需求,接口,确认该软件的内部接口与外部接口是否已经明确定,义。模块是否满足高内聚和低耦合的要求。模块作,用范围是否在其控制范围之内,风险,确认该设计在现有技术条件下和预算范围内是否能,按时实现,4.2,任务,实用性,确认该设计对于需求的解决方案是否实用,技术清晰度,确认该设计是否以一种易于翻译成代码的形式表达,可维护性,确认该设计是否考虑了方便未来的维护,质量,确认该设计是否表现出良好的质量特征,4.2,任务,各种选择方案,看是否考虑过其它方案，比较各种选择方案的标准,是什么,限制,评估对该软件的限制是否现实，是否与需求一致,其它具体问题,对于文档、可测试性、设计过程,等进行评估,4.3,设计原理,模块化,抽象,逐步求精,信息隐藏,4.3.1,模块化,什么是模块？,模块是由边界元素限定的相邻的程序元素,(,例如，数,据说明，可执行的语句,),的序列，而且有一个总体标,识符来代表它。,过程、函数、子程序和宏等，都可作为模块。,面向对象范型中的对象是模块，对象内的方法也是,模块。模块是构成程序的基本构件。,4.3.1,模块化,什么是模块化？,就是把程序划分成独立命名且可独立访问的模块，,每个模块完成一个子功能，把这些模块集成起来构,成一个整体，可以完成指定的功能满足用户的需,求。,图：模块化和软件成本,4.3.1,模块化,五条标准,模块可分解性,把问题分解为子问题,模块可组装性,可复用,模块可理解性,无需参考其他模块，易于构造和修改,模块连续性,微小修改只导致对个别模块,模块保护性,异常影响局限在模块内部,人类在认识复杂现象的过程中使用的最强有力的思维,工具是抽象。人们在实践中认识到，在现实世界中一,定事物、状态或过程之间总存在着某些相似的方面(共,性)。把这些相似的方面集中和概括起来，暂时忽略它,们之间的差异，这就是抽象。或者说,抽象就是抽出事,物的本质特性而暂时不考虑它们的细节,。,4.3.2,抽象,4.3.3,逐步求精,求精实际上是细化过程。,我们从在高抽象级别定义的功能陈述,(,或信息,描述,),开始。也就是说，该陈述仅仅概念性地,描述了功能,或信息，但是并没有提供功能的内,部工作情况或信息的内部结构。,求精要求设计者细化原始陈述，随着每个后续,求精,(,细化,),步骤的完成而提供越来越多的细,节。,4.3.4,信息隐藏,设计和确定模块时，使得一个模块内包含的信,息,(,过程和数据,),对于不需要这些信息的模块来,说，是不能访问的。,模块内部的数据与过程，应该对不需要了解这,些数据与过程的模块隐藏起来。只有那些为了,完成软件的总体功能而必需在模块间交换的信,息，才允许在模块间进行传递。,4.4,模块独立性,模块独立性概括了把软件划分为模块时要遵守,的准则，也是判断模块构造是否合理的标准。,模块的独立性可以由两个定性标准度量：,耦合,用于衡量不同模块彼此间互相依赖（连接）的紧密程度；,内聚,用于衡量一个模块内部各个元素间彼此结合的紧密程度。,4.4.1,耦合,耦合是对一个软件结构内不同模块之间互联程,度的度量。,耦合强弱取决于模块间接口的复杂程度、进入,或访问一个模块的点以及通过接口的数据。,在软件设计中应该追求模块间尽可能松散耦合,的系统。,4.4.1,耦合,耦合的七种类型,1.,非直接耦合,2.,数据耦合,3.,特征耦合,4.,控制耦合,5.,外部耦合,6.,公共耦合,7.,内容耦合,4.4.1,耦合,1,、非直接耦合,(Nondirect Coupling),如果两个模块之间没有直接关系，,它们之间的联系完全是通过主模块,的控制和调用来,实现的，这就是,非直接耦合。这,种耦合的模块独,立性最强。,4.4.1,耦合,2,、数据耦合,(Data Coupling),如果一个模块访问另一个模块时，彼此之间是通,过简单数据参数,(,不是控制参数、公共数据结构或,外部变量,),来交换输入、输出信息的，则称这种,耦合为数据耦合。,4.4.1,耦合,3,、标记耦合,(Stamp Coupling),如果一组模块通过参数表传递记录信息，就是标记,耦合。这个记录是某一数据结构的子结构，而不是,简单变量。,4.4.1,耦合,4,、控制耦合,(Control Coupling),如果一个模块通过,传送开关、标志、名,字等控制信息，明显,地控制选择另一模块,的功能，就是控制耦,合。,4.4.1,耦合,5,、外部耦合（,External Coupling,）,一组模块都访问同一全局简单变量而不是同一全局,数据结构，而且不是通过参数表传递该全局变量的,信息，则称之为外部耦合。,6,、公共耦合（,Common Coupling,）,若一组模块都访问同一个公共数据环境，则它们之,间的耦合就称为公共耦合。公共的数据环境可以是,全局数据结构、共享的通信区、内存的公共覆盖区,等。,4.4.1,耦合,公共耦合的复杂程度随耦合模块的个数增加而显著,增加。若只是两模块间有公共数据环境，则公共耦,合有两种情况。松散公共耦合和紧密公共耦合。,4.4.1,耦合,7,、内容耦合,(Content Coupling),如果发生下列情形，两个模块之间就发生了内容耦,合：,一个模块直接访问另一个模块的内部数据；,一个模块不通过正常入口转到另一模块内部；,两个模块有一部分程序代码重迭（只可能出现在汇编语言,中）；,一个模块有多个入口。,4.4.1,耦合,耦合性,应采取下述设计原则：,尽量使用数据耦合，少用控制耦合，限制公共环境,耦合的范围，完全不用内容耦合。,4.4.2,内聚,七种内聚：,1.,偶然内聚,2.,逻辑内聚,3.,时间内聚,4.,过程内聚,5.,通信内聚,6.,顺序内聚,7.,功能内聚,信息内聚,4.4.2,内聚,1,、偶然内聚（,Coincidental Cohesion,）,又称巧合内聚,当模块内各部分之间,没有联系，或者即使,有联系，这种联系也,很松散，则称这种模,块为偶然内聚模块。,它是内聚程度最低的,模块。,4.4.2,内聚,2,、逻辑内聚,（,Logical Cohesion,）,这种模块把逻辑相关,的功能组合在一起，,每次被调用时，由传,送给模块的判定参数,来确定该模块应执行,哪一种功能。,例如一个模块读取各,种不同类型外设的输,入。,4.4.2,内聚,3,、时间内聚（,Classical Cohesion,）,时间内聚又称为经典内聚，或瞬时内聚（,Temporal,Cohesion),。,这种模块大多为多功能模块，但模块的各个功能的,执行与时间有关，通常要求所有功能必须在同一时,间段内执行。,问题：一般在某个系统中什么模块会是时间内聚,的？,答案：程序的初始化模块和终止模块。,4.4.2,内聚,4,、过程内聚（,Procedural Cohesion,）,如果一个模块内部的处理成分是相关的,而且这些处,理必须以特定的次序执行,则称为过程内聚。,使用流程图做为工具设计程序时，把流程图中的某,一部分划出组成模块，就得到过程内聚模块。例,如，把流程图中的循环部分、判定部分、计算部分,分成三个模块，这三个模块都是过程内聚模块。,问题：请大家举个生活中,必须遵照特定次序,的例,子？,答案：排队买饭（,队列，要求先进先出）,。,4.4.2,内聚,5,、通信内聚,(Communication,Cohesion),如果一个模块内各功能部分都使用了相同的输入,数据，或产生了相同的输出数据，则称之为通信,内聚模块。,A,打印,报告1,打印,报告2,打印,B,存入,打印,C,修改,删除,打印,报告2,其他定义：如果一个模块的所有成分都操作同一,数据集或生成同一数据集。,4.4.2,内聚,4.4.2,内聚,6,、顺序内聚,(Sequence Cohesion),这种模块要求各个成分顺序执行，并且通常上一个,输出是下一个输入。,读入,编辑,A,数据,累加,打印,B,结果,4.4.2,内聚,信息内聚,(Informational Cohesion),模块多个功能在同一数据结构上操作，每一项功能,有一个唯一的入口点。由于这个模块的所有功能都,是基于同一个数据结构（符号表），因此它是一个,信息内聚的模块。,4.4.2,内聚,7,、功能内聚,(Functional Cohesion),一个模块中各个部分都是完成某一具体功能必不可,少的组成部分，或者说该模块中所有部分都是为了,完成一项具体功能而协同工作，紧密联系，不可分,割的。则称该模块为功能内聚模块。,4.4.2,内聚内聚度,设计内聚原则：,设计时应力争做到高内聚，并且能够辨认出低内聚的模块，,并采取措施进行修改，以提高模块的内聚程度、降低模块间,的耦合程度，从而获得较高的模块独立性。,4.5,图形工具,层次图,HIPO,图,结构图,4.5.1,层次图,也称,H,图,是在总体设计阶段最常使用的图形工具之一，它常,用于描绘软件的层次结构。层次图中的每个方框代,表一个模块，方框间的连线表示模块间的调用关,系。,4.5.2 HIPO,图,由,H,图和,IPO,图两部分组成,4.5.3,结构图,4.5.3,结构图,结构图中的每个方框代表一个模块，框内注明,模块的名字或主要功能；方框之间的箭头（或,直线）表示模块间的调用关系。,在结构图中通常还用带注释的箭头表示模块调,用过程中模块之间传递的信息。,注释箭头尾部是空心圆表示传递的是数据。,注释箭头尾部是实心圆则表示传递的是控制信息。,4.5.3,结构图,大学职业介绍系统,4.5.3,结构图,模块,模块用矩形框表示，并用模块的名字标记它。,4.5.3,结构图,模块的调用关系和接口,模块之间用单向箭头联结，箭头从调用模块指向被,调用模块，表示调用模块调用了被调用模块。,4.5.3,结构图,条件调用,循环调用,4.5.3,结构图,4.6,面向数据流的设计方法,目标是给出设计软件结构的一个系统化的途,径。,面向数据流的设计方法定义了一些不同的,“,映,射,”,，利用这些映射可以把数据流,图变换成软,件结构。,通常所说的结构化设计方法，也就是基于数据,流的设计方法。,4.6.1,概念,面向数据流的设计方法把数据流映射成软件结,构，数据流的类型决定了映射的方法。,数据流有两种类型：,变换流,事务流,图：变换流,54,图：事务流,图：混合型,整体？,中间？,4.6.2,设计过程,面向数据,流方法的设,计过程,4.6.3,变换分析,设计步骤,(1),复查基本系统模型。,(2),复查并精化数据流图。,(3),确定数据流图具有变换特性还是事务特性。,(4),确定输入流和输出流的边界，从而孤立出变换中,心。,(5),完成,“,第一级分解,”,。,(6),完成,“,第,二级分解,”,。,(7),使用设计度量和启发规则对第一次分割得到的软,件结构进一步精化。,例,：,数,字,仪,表,板,系,统,例,：,数,字,仪,表,板,系,统,例：数字仪表板系统,第一级分解,例：数字仪表板系统,第一级分解,例：数字仪表板系统,第二级分解的方法,例：数字仪表板系统,未经精化的输入结构,例：数字仪表板系统,添加数据流,例：数字仪表板系统,未经精化的变换结构,例：数字仪表板系统,未经精化的输出结构,例：数字仪表板系统,精化后的结构,4.6.3,变换分析,例：人事信息更新（补充）,例：人事信息更新（补充）,划分边界,例：人事信息更新（补充）,4.6.4,事务分析,在数据流具有明显的事务特点时，也就是有一,个明显的,“,发射中心,”(,事务中心,),时，应采用事,务分析方法。,事务分析的设计步骤和变换分析的设计步骤大,部分相同或类似，主要差别仅在于由数据流图,到软件结构的映射方法不同。,4.6.4,事务分析,B,C,D,E,Q,R,P,B,Q,映射方法,总控模块,A,C,C,1,P,A,R,一条动作路径,事务处,理中心,4.6.4,事务分析,4.6.5,设计优化,启发式原则,消除重复功能，改善软件结构,深度、宽度、扇出和扇入应适中,模块的作用域应该在控制域之内,避免或减少使用病态联接,力争降低模块接口的复杂程度,设计单入口、单出口的模块,模块功能应该可以预测,4.6.5,设计优化,消除重复功能，改善软件结构,完全相似：在结构上完全相似，可能只是在数据类,型上不一致。此时可以采取完全合并的方法。,局部相似：找出其相同部分，分离出去，重新定义,成一个独立的下一层模块。还可以与它的上级模块,合并。,4.6.5,设计优化,4.6.5,设计优化,尽可能减少高扇出结构，随着深度增大扇入。,如果一个模块的扇出数过大，就意味着该模块过分,复杂，需要协调和控制过多的下属模块。应当适当,增加中间层次的控制模块。,4.6.5,设计优化,模块的作用范围应在控制范围之内,模块的控制范围包括它本身及其所有的从属模,块。,模块的作用范围是指模块内一个判定的作用范围，,凡是受这个判定影响的所有模块都属于这个判定的,作用范围。,如果一个判定的作用范围包含在这个判定所在模块,的控制范围之内，则这种结构是简单的，否则，它,的结构是不简单的。,4.6.5,设计优化,4.6.5,设计优化,避免或减少使用病态联接：,直接病态联接,即模块,A,直接从模块,B,内部取出某些数据，或者把某些数,据直接送到模块,B,内部。,4.6.5,设计优化,公共数据域病态联接,模块,A,和模块,B,通过公共数据,域，直接传送或接受数据，,而不是通过它们的上级模块。这种方式将使得模块间的耦,合程度剧增。它不仅影响模块和模块，而且影响与公,共数据域有关联的所有模块。,4.6.5,设计优化,通信模块联接,即模块,A,和模块,B,通过通信模块,TABLEIT,传送数据。从表,面看，这不是,病态联接，因为模块和模块,B,都未涉及通,信模块,TABLEIT,的内部。然而，它们之间的通信（即数,据传送）没有通过它们的上级模块。从这个,意义上讲，这,种联接是病态的。,4.6.5,设计优化,模块的大小要适中,模块的大小，可以用模块中所含语句的数量的多少,来衡量。把模块的大小限制在一定的范围之内。通,常规定其语句行数在,50,100,左右，保持在一页纸,之内，最多不超过,500,行。,4.6.5,设计优化,设计功能可预测的模块，但要避免过分受限制,的模块,一个功能可预测的模块，不论内部处理细节如何，,但对相同的输入数据，总能产生同样的结果。但,是，如果模块内部蕴藏有一些特殊的鲜为人知的功,能时，这个模块就可能是不可预测的。对于这种模,块，如果调用者不小心使用，其结果将不可预测。,4.6.5,设计优化,4.6.5,设计优化,如果一个模块的局部数据结构的大小、控制流的选,择或者与外界,(,人、硬软件,),的接口模式被限制死,了，则很难适应用户新的要求或环境的变更。,为了能够适应将来的变更，软件模块中局部数据结,构的大小应当是可控制的，控制流的选择对于调用,者来说，应当是可预测的。而与外界的接口应当是,灵活的。,4.7,数据库设计,E-R,映射关系数据库,为每个实体类型建立一张表；,为每个表选择一个主键；,对1:1,关,系，把对方的主键作为自己的属性；,对,1:N,关系，把,1,的主键作为,N,的外键,为每个,M:N,关系建,立一张新表，字段由双方主键和,关系本身的属性组成；,定义完整性约束；,评价并改进模式的质量；,选择字段数据类型和值域；,4.8,小结,了解系统设计的阶段和任务,理解设计的原理,掌握结构化设计的一般方法,理解结构优化的原则,习题,为每种类型的模块耦合举一个具体例子。,为每种类型的模块内聚举一个具体例子。,用面向数据流的方法设计下列系统的软件结,构：,储蓄系统,(,参见习题,2,第,2,题,),；,机票预订系统,(,参见习题,2,第,3,题,),；,患者监护系统,(,参见习题,2,第,4,题,),。,习题（补充）,模块内聚性的问题：,一组语句在程序中多处出现，为了节省内存空间把这些语句,放在一个模块中，该模块的内聚性是（A ）的。,将几个逻辑相似的成分放在同模块中，通过模块入口处一个,判断决定执行哪一个功能。该模块的内聚性是（B）的。,模块中所有成分引用共同数据，该模块的内聚性是（C）的。,模块内的某成份的输出是另一些成份的输入，该模块的内聚,性是（D ）的。,模块中所有成份结合起来完全一项任务，该模块的内聚性是,（E ）的。它具有简明的外部界面，由它构成的软件易于,理解、测试和维护。,供选择的答案：,过程内聚,功能内聚,偶然内聚,顺序内聚,时间内聚,通信内聚,逻辑内聚,习题（补充）,请回答问题：,在众多的设计方法中，,SD,方法是最受人注意的，也是最广泛应,用的一种，这种方法可以同分析阶段的（,A,）方法及编程阶,段的（,B,）方法前后衔接，,SD,方法是考虑如何建立一个结构,良好的程序结构，它提出了评价模块结构质量的两个具体标,准,块间联系和块内联系。,SD,方法的最终目标是（,C,），,用于表示模块间调用关系的图叫（,D,）。,供选择的答案：,A B,：,Jackson,SA,SC,Parnas,SP,C,：块间联系大，块内联系大,块间联系小，块内联系大,块间联系大，块内联系小,块间联系小，块内联系小,D,：,PAD,HCP,SC,SADT,HIPO,NS,习题（补充）,在完成软件概要设计，并编写出相关文档之后，应当组,织对概要设计工作的评审。评审的内容包括：,分析该软件的系统结构、子系统结构，确认该软件设计是否覆,盖了所有已确定的软件需求，软件每一成份是否可（A）到,某一项需求。分析软件各部分之间的联系，确认该软件的内部,接口与外部接口是否已经明确定义。模块是否满足（B）和,（C）的要求。模块（D）是否在其（E）之内。,供选择的答案,A,：覆盖 演化 追溯 等同 连接,B,：多功能 高内聚 高耦合 高效率,可读性,C,：多入口 低内聚 低耦合 低复杂度 低强度,低内聚,取值范围,D E,：作用范围 高内聚,控制范围,