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1、第第5讲讲 软件设计基础软件设计基础毛新军毛新军 教授教授计算机科学与技术系计算机科学与技术系602教研室教研室 0731-(45)73649软件工程导论软件工程导论 之之用工程化的方法来开发软件用工程化的方法来开发软件用工程化的方法来开发软件用工程化的方法来开发软件Copyright Xinjun Mao1软件设计基础软件设计基础本讲内容本讲内容1.软件设计任务和过程2.软件设计原则3.软件设计结果描述工具4.软件设计规格说明书及评审Copyright Xinjun Mao2软件设计基础软件设计基础软件设计的任务软件设计的任务n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
2、)。What?n 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 Mao3软件设计基础软件设计基础软件设计的过程软件设计的过程n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n 过程设计模块内部细节低抽象、局部角度n 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 Mao4软件设计基础软件设计基础软件需求分析与软件设计之间的软件需求分析与软件设计之间的关系关系Copyright Xinjun Mao5
3、软件设计基础软件设计基础总体结构设计总体结构设计n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”n什么是模块结构化：过程、函数n什么是模块间的关系结构化：调用关系Copyright Xinjun Mao6软件设计基础软件设计基础软件总体结构示意图软件总体结构示意图结构化结构化模块模块：过程、函数、关系关系：函数和过程调用Copyright Xinjun Mao7软件设计基础软件设计基础数据设计数据设计n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n数据设计的内容：数据库设计(如库、
4、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)n总体结构设计和数据设计属于概要设计Copyright Xinjun Mao8软件设计基础软件设计基础数据设计示意图数据设计示意图n数据库n数据结构n通讯协议n数据文件nCopyright Xinjun Mao9软件设计基础软件设计基础过程设计过程设计n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n属于详细设计Copyright Xinjun Mao10软件设计基础软件设计基础过程设计示意图过程设计示意图Copyright Xinjun Mao11软件设计基础软件设计基
5、础本讲内容本讲内容1.软件设计任务和过程2.软件设计原则3.软件设计结果描述工具4.软件设计规格说明书及评审Copyright Xinjun Mao12软件设计基础软件设计基础软件设计的基本原则软件设计的基本原则n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 Mao13软件设计基础软件设计基础抽象抽象n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n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 Xi
6、njun Mao14软件设计基础软件设计基础形体形体衣着衣着性格性格抽象抽象抽象例子抽象例子外表外表Copyright Xinjun Mao15软件设计基础软件设计基础逐步求精逐步求精(1/2)n 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 Mao16软件设计基础软件设计基础逐步求精逐步求精外表外表形体形体衣着衣着性格性格头发头发脸形脸形领带领带抽象抽象逐步求精的例子逐步求精的例子Copyright Xinjun Mao17软件设计基础软件设计基础逐步求精逐步求精(2/2)n软
7、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n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 Mao18软件设计基础软件设计基础过程抽象过程抽象n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n int Comare(CString,CString)n int GetLength(Cstring)Copyright Xinjun Mao19软件设计基础软件设计基础数据抽象数据抽象n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
8、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n1,2,3 Integern软件工程书，人工智能书 书 类Copyright Xinjun Mao20软件设计基础软件设计基础抽象和逐步求精例子抽象和逐步求精例子(1/3)n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 Mao21软件设计基础软件设计基础抽象和逐步求精例子抽象和逐步求精例子(2/3)n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
9、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 Mao22软件设计基础软件设计基础抽象和逐步求精例子抽象和逐步求精例子(3/3)n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 ProcedureCopyright Xinjun Mao23软件设计基础软件设计基础模块化模块化n 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
10、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 Mao24软件设计基础软件设计基础软件开发成本与模块间关系示意图软件开发成本与模块间关系示意图n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 Mao25软件设计基础软件设计基础内聚度内聚度n什么是内聚度指该模块内各成分间彼此结合的紧密程度n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
11、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 Mao26软件设计基础软件设计基础耦合度耦合度n什么是耦合度模块间的相关程度,越低越好n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
12、和控制信息，或者直接转移到另一模块内执行Copyright Xinjun Mao27软件设计基础软件设计基础信息隐藏信息隐藏(1/2)n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n例子 int nGetLen(char string)int i,iLen;.Copyright Xinjun Mao28软件设计基础软件设计基础信息隐藏信息隐藏(2/2)n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 Mao29软
13、件设计基础软件设计基础本讲内容本讲内容1.软件设计任务和过程2.软件设计原则3.软件设计结果描述工具4.软件设计规格说明书及评审Copyright Xinjun Mao30软件设计基础软件设计基础软件总体设计软件总体设计n软件总体设计的任务n耦合度和内聚度是判断总体设计好坏主要标准n结构化软件总体结构的表示工具 层次图 HIPO图 结构图n面向对象软件总体结构的表示工具类图Copyright Xinjun Mao31软件设计基础软件设计基础软件结构的层次图软件结构的层次图Copyright Xinjun Mao32软件设计基础软件设计基础软件结构的软件结构的HIPO图图nHIPO图=层次图+输
14、入/处理/输出n采用IPO图方式说明层次图中各模块的处理功能Copyright Xinjun Mao33软件设计基础软件设计基础软件结构的结构图软件结构的结构图n结构图 层次图 调用信息Copyright Xinjun Mao34软件设计基础软件设计基础数据设计数据设计n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 Mao35软件设计基础软件设计基础数据设计的例子数据设计的例子1n一个配置文件的设计(acd.ini)SystemSocketPortNo =800;/the port no of the listen
15、ing socketDSN =data;/the data source nameLogFileName =system.log;/the system log file nameCopyright Xinjun Mao36软件设计基础软件设计基础数据设计的例子数据设计的例子2n数据库中读者信息表的设计(TReader)1.Id char10 key unique not null2.name char10 not null 3.type int not null4.department int not null5.birthdate dateCopyright Xinjun Mao37软件设
16、计基础软件设计基础过程设计过程设计n过程设计的任务n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 Mao38软件设计基础软件设计基础过程设计技术结构化过程设计过程设计技术结构化过程设计n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n优点确保软件具有良好的结构Copyright Xinjun Mao39软件设计基础软件设计基础表示工具表示工具n流程图Copyright Xinjun Mao40软件设计基础软件
17、设计基础盒图盒图Copyright Xinjun Mao41软件设计基础软件设计基础盒图例子盒图例子Copyright Xinjun Mao42软件设计基础软件设计基础判定表判定表Copyright Xinjun Mao43软件设计基础软件设计基础过程设计语言过程设计语言(PDL)(1/2)n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n优点可作为注释插入到源程序中,简便,易于自动处理Copyright Xinjun Mao44软件设计基础软件设
18、计基础过程设计语言过程设计语言(2/2)Integer nGetLen(char s1)int nLen;if s1为空 then nLen =0end if 返回nLen;Copyright Xinjun Mao45软件设计基础软件设计基础各种表示工具比较各种表示工具比较n表示工具的好坏主要看：表示能力强弱、简便、易于理解等模块化：支持模块化的软件开发并提供接口描述机制整体简洁：易学、易用、易于理解便于编辑,机器可读性可维护性强制结构化：有助于得到好的软件设计自动产生报告数据结构的表示Copyright Xinjun Mao46软件设计基础软件设计基础本讲内容本讲内容1.软件设计任务和过程2
19、.软件设计原则3.软件设计结果描述工具4.软件设计规格说明书及评审Copyright Xinjun Mao47软件设计基础软件设计基础软件设计规格说明书软件设计规格说明书n软件设计规格说明书的主要内容1.软件总体结构描述2.模块描述 处理过程描述,接口描述,数据描述3.数据设计描述 全局数据,全局数据库,外部文件结构和组织Copyright Xinjun Mao48软件设计基础软件设计基础软件设计规格说明书的评审软件设计规格说明书的评审n评审目的尽早发现软件设计中的缺陷和错误，以确保软件设计的质量判断软件设计规格说明书是否规范n评审内容总体结构数据结构接口模块内部过程细节文档结构Copyrig
20、ht Xinjun Mao49软件设计基础软件设计基础评审遵循的原则评审遵循的原则n软件设计是否满足用户需求n软件设计结构的形态是否合理n层次是否清晰n模块划分是否合理，是否遵循模块化设计原则n规范化和标准化Copyright Xinjun Mao50软件设计基础软件设计基础本讲小结本讲小结1.软件设计任务、过程和原则2.软件设计的描述工具软件总体设计数据设计过程设计3.设计规格说明书及评审Copyright Xinjun Mao51软件设计基础软件设计基础思考题思考题n你认为一个好的软件应具备那些特征?从软件开发角度,如何得到具有这些特征的软件系统?n软件设计的好坏直接影响软件的质量，如何理解这句话？Copyright Xinjun Mao52软件设计基础软件设计基础Q&AQ&AAn Introduction to Software EngineeringPractice,Practice,and PracticeCopyright Xinjun Mao53软件设计基础软件设计基础