第5讲 软件设计基础,毛新军 教授 xjmaonudt.edu.cn 计算机科学与技术系602教研室 0731-(45)73649,软件工程导论 之,用工程化的方法来开发软件,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,2,本讲内容,软件设计任务和过程 软件设计原则 软件设计结果描述工具 软件设计规格说明书及评审,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,3,软件设计的任务,依据和基础 软件需求规格说明书SRS，描述了欲解决的问题(用户需求)。 What? 任务 以SRS为基础设计出满足用户需求的软件(软件结构，)，给出软件实现的解决方案，生成软件设计的规格说明书 How?,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,4,软件设计的过程,总体结构设计 设计和定义软件的整体实现框架，模块以及模块间关系 “黑盒子” 高层抽象、全局角度 过程设计 模块内部细节 低抽象、局部角度 数据设计 信息描述 数据结构 数据库，数据文件(配置文件)，网络消息包,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,5,软件需求分析与软件设计之间的关系,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,6,总体结构设计,什么是软件总体结构 确立了目标软件系统的整体实现框架：那些模块？每个模块的功能？他们间相互控制关系？ 框架，各个模块是一个“黑盒子” 什么是模块 结构化：过程、函数 什么是模块间的关系 结构化：调用关系,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,7,软件总体结构示意图,结构化 模块：过程、函数、关系：函数和过程调用,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,8,数据设计,把需求规格说明书中的各种信息描述转换为计算机可识别和处理的数据结构如表、数组 数据设计的内容： 数据库设计(如库、表、字段、属性) 数据类型(如堆栈、队列等) 数据文件的设计(如配置文件) 通讯协议(如网络消息包) 总体结构设计和数据设计属于概要设计,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,9,数据设计示意图,数据库 数据结构 通讯协议 数据文件 ,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,10,过程设计,任务 描述每个模块内部的具体内容（算法、数据结构） 结构化：过程和函数内部算法 属于详细设计,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,11,过程设计示意图,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,12,本讲内容,软件设计任务和过程 软件设计原则 软件设计结果描述工具 软件设计规格说明书及评审,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,13,软件设计的基本原则,软件设计原则60年代后陆续提出，指导软件设计决策以开发高质量的软件系统 抽象 逐步求精 模块化 信息隐藏,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,14,抽象,什么是抽象思想? 在认识事物、分析和解决问题的过程中，忽略那些与当前研究目标不相关的部分, 以便将注意力集中于与当前目标相关的方面 软件开发实际上就是一个从高层次抽象到低层次抽象逐步过渡的过程,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,15,形体,衣着,性格,抽象,抽象例子,外表,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,16,逐步求精(1/2),什么是逐步求精思想? 对一个事物的认识是一个从高层次抽象向低层次抽象逐步转化和过渡的过程, 首先一般性、抽象的，然后才是具体和详细的,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,17,逐步求精,外表,形体,衣着,性格,头发,脸形,领带,抽象,逐步求精的例子,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,18,逐步求精(2/2),软件开发的抽象和逐步求精 软件的设计过程应当是在不同的抽象级别上, 逐步求精寻求问题基于计算机解的过程 计算机软件的二种不同类型的抽象 过程抽象(计算) 数据抽象(表示),Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,19,过程抽象,什么是过程抽象 把完成一个特定功能的动作序列抽象为一个函数名和参数表(模块) 例子: 计算字符串的长度, 比较字符串 int Comare (CString, CString) int GetLength(Cstring ),Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,20,数据抽象,什么是数据抽象 把诸多数据对象的定义（描述）抽象为一个数据类型名，以后可通过该数据类型名来定义多个具有相同性质的数据对象 例子 1, 2, 3 Integer 软件工程书，人工智能书 书 类,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,21,抽象和逐步求精例子(1/3),抽象1.用问题域本身的语言来描述问题及其解 CAD图形软件包可画各种直线和曲线，能完成所有几何图形的计算。图形设计的结果存于图形文件中，图形文件可是几何的、正文的和其他各种设计信息,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,22,抽象和逐步求精例子(2/3),抽象2.总体结构层次上的抽象 图形软件包软件任务 图形用户界面 创建二维图形任务 显示图形任务 管理图形文件任务 End 图形软件包,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,23,抽象和逐步求精例子(3/3),抽象. 过程层次抽象(以管理图形文件任务为例) Procedure 管理图形文件任务 If OpenFile Then 询问打开的文件名 打开文件 显示文件内容 Else if SaveFile Then 询问存储文件名 存储文件 End if End Procedure,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,24,模块化,什么是模块化思想? 把软件划分为一组具有相对独立功能的部件，每个部件称为一个模块，当把所有的模块组装一起时，便可获得满足用户需求的软件系统 模块化体现了“分而治之”的问题分析和解决方法,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,25,软件开发成本与模块间关系示意图,如何设计模块使得软件开发成本最小？ 软件设计准则: 信息隐藏、高内聚度、低耦合度,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,26,内聚度,什么是内聚度 指该模块内各成分间彼此结合的紧密程度 内聚度分类 偶然性内聚: 模块内各成分为完成一组功能而结合在一起，关系松散 逻辑性内聚: 模块完成的诸任务逻辑上相关 时间性内聚: 模块内诸任务必须在同一时间段内执行 过程性内聚: 模块内各成分相关且必须按特定次序执行 通讯性内聚: 模块内各成分对数据结构的同一区域操作 顺序性内聚: 模块内各成分与同一功能相关且顺序执行 功能性内聚: 模块内各成分是一整体，完成单个功能,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,27,耦合度,什么是耦合度 模块间的相关程度,越低越好 耦合度分类 非直接耦合: 二个模块都不依赖对方而独立存在 数据耦合: 二个模块通过参数交换信息且仅限于数据 控制耦合: 二个模块通过参数交换信息包含控制信息 特征耦合: 介于数据耦合和控制耦合之间 外部耦合: 二个模块与同一外部环境相关联(文件等) 公共耦合: 模块间通过全局数据环境相互作用 内容耦合: 一个模块使用另一模块内的数据和控制信息，或者直接转移到另一模块内执行,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,28,信息隐藏(1/2),什么是信息隐藏 模块应该设计得使其所含的信息（过程和数据）对那些不需要这些信息的模块不可访问，模块之间仅仅交换那些为完成系统功能所必需交换的信息 例子 int nGetLen(char string) int i, iLen; . ,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,29,信息隐藏(2/2),优点 模块的独立性更好 支持模块的并行开发（设计和编码） 便于测试和维护，减少错误向外传播 便于增加新的功能,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,30,本讲内容,软件设计任务和过程 软件设计原则 软件设计结果描述工具 软件设计规格说明书及评审,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,31,软件总体设计,软件总体设计的任务 耦合度和内聚度是判断总体设计好坏主要标准 结构化软件总体结构的表示工具 层次图 HIPO图 结构图 面向对象软件总体结构的表示工具 类图,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,32,软件结构的层次图,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,33,软件结构的HIPO图,HIPO图 = 层次图 + 输入/处理/输出 采用IPO图方式说明层次图中各模块的处理功能,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,34,软件结构的结构图,结构图 层次图 调用信息,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,35,数据设计,为SRS中定义的数据对象进行组织和设计 数据的组织 外部数据库的设计 相关文件的安排 数据类型的设计,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,36,数据设计的例子1,一个配置文件的设计(acd.ini) System SocketPortNo = 800; /the port no of the listening socket DSN = data; /the data source name LogFileName = system.log; /the system log file name,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,37,数据设计的例子2,数据库中读者信息表的设计(TReader) Id char10 key unique not null name char10 not null type int not null department int not null birthdate date,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,38,过程设计,过程设计的任务 涉及二个方面的问题： 如何进行过程设计技术和原则 如何描述过程设计的内容-表示方法或者描述语言,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,39,过程设计技术结构化过程设计,结构化过程设计主要思想 自顶向下、逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结构 结构化设计的基本控制结构: 顺序，分枝，循环 用三种基本结构可构造任何单入口单出口程序 优点 确保软件具有良好的结构,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,40,表示工具,流程图,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,41,盒图,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,42,盒图例子,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,43,判定表,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,44,过程设计语言(PDL)(1/2),以正文形式表示软件设计信息的表示工具 关键字语法:定义模块内部控制结构和数据结构 自然语言的形式:灵活自由表示模块内工作流程 数据结构的说明手段：说明简单和复杂的数据结构 模块的定义和调用描述：接口描述 优点 可作为注释插入到源程序中, 简便,易于自动处理,Copyright Xinjun Mao,软件设计基础,45,过程设计语言(2/2),Integer nGetLen(char s1) int nLen; if s1为空 then nLen = 0 end if 返回nLen; ,Copy