1、第3章 軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念軟件設(shè)計(jì)就是把需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)里歸納的需求轉(zhuǎn)換為可行的解決方案，并把解決方案反映到設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)里 3.1.1 軟件設(shè)計(jì)的意義和目標(biāo)軟件設(shè)計(jì)在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中處于核心地位，它是保證質(zhì)量的關(guān)鍵步驟 指導(dǎo)評(píng)價(jià)良好設(shè)計(jì)演化的3個(gè)特征設(shè)計(jì)必須實(shí)現(xiàn)所有包含在分析模型中的明確需求，而且必須滿足用戶期望的所有隱含需求 設(shè)計(jì)必須是可讀的、可理解的指南 設(shè)計(jì)必須提供軟件的全貌，從實(shí)現(xiàn)的角度說(shuō)明數(shù)據(jù)域、功能域和行為域 3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念3.1.2軟件設(shè)計(jì)原則3.1.2.1 模塊化模塊：由邊界元素限定的相鄰的程序元素的序列 模塊化：把程序劃分成可獨(dú)立命名且獨(dú)立訪問(wèn)的模塊，每

2、個(gè)模塊完成一個(gè)子功能 3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念模塊化和軟件成本 3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方法定義有效的模塊系統(tǒng)能力的標(biāo)準(zhǔn)模塊可分解性 模塊可組裝性模塊可理解性模塊連續(xù)性模塊保護(hù)性3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念3.1.2.2 抽象抽象就是抽出事物的本質(zhì)特性而暫時(shí)不考慮它們的細(xì)節(jié)3.1.2.3 逐步求精為了能集中精力解決主要問(wèn)題而盡量推遲對(duì)問(wèn)題細(xì)節(jié)的考慮 3.1.2.4 信息隱藏一個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)于其他模塊來(lái)說(shuō)，是不能訪問(wèn)的 3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念3.1.3軟件設(shè)計(jì)分類從活動(dòng)任務(wù)來(lái)看數(shù)據(jù)設(shè)計(jì) 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)構(gòu)件設(shè)計(jì)部署設(shè)計(jì) 從工程管理角度來(lái)看 概要設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 軟件設(shè)計(jì)的

3、基本概念概要設(shè)計(jì)目標(biāo)系統(tǒng)的總體架構(gòu)每個(gè)模塊的功能描述、數(shù)據(jù)接口描述及模塊之間的調(diào)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)定義和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)：描述系統(tǒng)中每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)算法和細(xì)節(jié) 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)：對(duì)各模塊所用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步細(xì)化接口設(shè)計(jì)：軟件系統(tǒng)各模塊之間的關(guān)系或通信方式以及目標(biāo)系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的聯(lián)系 3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念3.1.4 模塊獨(dú)立開(kāi)發(fā)具有獨(dú)立功能而且和其他模塊之間沒(méi)有過(guò)多的相互作用的模塊 模塊的獨(dú)立程度可以由兩個(gè)定性標(biāo)準(zhǔn)來(lái)度量?jī)?nèi)聚耦合3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念3.1.4.1 耦合耦合是對(duì)各個(gè)模塊之間互連程度的度量，不同模塊之間互相依賴得越緊密則耦合程度越高 為了提高模塊的獨(dú)立性，應(yīng)該盡量

4、降低模塊之間的耦合程度 3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念耦合的等級(jí)劃分 3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念3.1.4.2 內(nèi)聚內(nèi)聚是指模塊內(nèi)部各個(gè)元素之間彼此結(jié)合的緊密程度模塊的高內(nèi)聚通常意味著低耦合在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量提高模塊的內(nèi)聚程度 3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念內(nèi)聚的等級(jí)劃分 3.1 軟件設(shè)計(jì)的基本概念3.1.5 啟發(fā)規(guī)則改進(jìn)軟件結(jié)構(gòu)提高模塊獨(dú)立性模塊規(guī)模應(yīng)該適中深度、寬度、扇出和扇入都應(yīng)適當(dāng) 模塊的作用域應(yīng)該在控制域之內(nèi)力爭(zhēng)降低模塊接口的復(fù)雜程度設(shè)計(jì)單入口單出口的模塊 模塊功能應(yīng)該可以預(yù)測(cè) 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法3.2.1 表示軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具3.2.1.1 層次圖和HIPO圖通常使用層次圖描

5、繪軟件的層次結(jié)構(gòu) 一個(gè)矩形框代表一個(gè)模塊框間的連線表示調(diào)用關(guān)系 HIPO圖是美國(guó)IBM公司發(fā)明的“層次圖加輸入/處理/輸出圖”的英文縮寫(xiě) 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法正文加工系統(tǒng)的層次圖 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法正文加工系統(tǒng)的H圖 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法IPO圖的一個(gè)例 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法改進(jìn)的IPO圖（IPO表）的形式 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法3.2.1.2 結(jié)構(gòu)圖一個(gè)方框代表一個(gè)模塊，框內(nèi)注明模塊的名字或主要功能 方框之間的箭頭（或直線）表示模塊的調(diào)用關(guān)系 帶注釋的箭頭表示模塊調(diào)用過(guò)程中來(lái)回傳遞的信息 箭頭尾部是空心圓表示傳遞的是數(shù)據(jù)，實(shí)心圓表示傳遞的是控制信息3.2 結(jié)構(gòu)化

6、軟件設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)圖的例子產(chǎn)生最佳解的一般結(jié)構(gòu) 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法3.2.2 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法依據(jù)一定的映射規(guī)則，將需求分析階段得到的數(shù)據(jù)描述從系統(tǒng)的輸入端到輸出端所經(jīng)歷的一系列變換或處理的數(shù)據(jù)流圖轉(zhuǎn)換為目標(biāo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)描述 數(shù)據(jù)流變換型數(shù)據(jù)流事務(wù)性數(shù)據(jù)流3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法變換型數(shù)據(jù)流 事務(wù)型數(shù)據(jù)流 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法針對(duì)變換型數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)可以分為以下幾個(gè)步驟 區(qū)分變換型數(shù)據(jù)流中的輸入數(shù)據(jù)、變換中心和輸出數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)流圖上用虛線標(biāo)明分界線分析得到系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)圖對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行優(yōu)化 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法學(xué)生檔案管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法學(xué)生檔

7、案管理系統(tǒng)的具有邊界的數(shù)據(jù)流圖 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法學(xué)生檔案管理系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法學(xué)生檔案管理系統(tǒng)優(yōu)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法針對(duì)事務(wù)型數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)可以分為以下幾個(gè)步驟 確定以事務(wù)為中心的結(jié)構(gòu)，找出事務(wù)中心、接收數(shù)據(jù)、處理路徑三個(gè)部分將數(shù)據(jù)流圖轉(zhuǎn)換為初始的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分解和細(xì)化接收分支和處理分支 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法產(chǎn)品管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流示意圖3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法產(chǎn)品管理系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法3.2.3 面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法3.2.3.1 Jackson圖數(shù)據(jù)元素的邏輯關(guān)系：順序，選擇和重復(fù) 順序結(jié)構(gòu) 選擇結(jié)構(gòu) 重

8、復(fù)結(jié)構(gòu)3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法Jackson圖的優(yōu)點(diǎn)便于表示層次結(jié)構(gòu)，而且是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自頂向下分解的有力工具形象直觀可讀性好既能表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也能表示程序結(jié)構(gòu)（因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)也只使用上述3種基本結(jié)構(gòu)） 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法3.2.3.2 改進(jìn)的Jackson圖改進(jìn)的Jackson圖 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法Jackson圖和層次圖區(qū)別層次圖中的一個(gè)方框通常代表一個(gè)模塊，Jackson圖中一個(gè)方框只代表幾條語(yǔ)句 層次圖表現(xiàn)的是調(diào)用關(guān)系，Jackson圖表現(xiàn)的是組成關(guān)系 3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法3.2.3.3 Jackson方法Jackson結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法的步驟 分析并確定輸入數(shù)據(jù)和

9、輸出數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，并用Jackson圖描繪這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)找出輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元3.2 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法用下述3條規(guī)則從描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖導(dǎo)出描繪程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖為每對(duì)有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元，按照它們?cè)跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖中的層次在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次畫(huà)一個(gè)處理框 根據(jù)輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的每個(gè)數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次分別為它們畫(huà)上對(duì)應(yīng)的處理框 根據(jù)輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的每個(gè)數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次分別為它們畫(huà)上對(duì)應(yīng)的處理框列出所有操作和條件，并且把它們分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置 用偽碼表示程序 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工

10、具3.3.1 流程圖 程序流程圖順序型、選擇型、先判定型循環(huán)（WHILE-DO）、后判定型循環(huán)（DO-WHILE）和多分支選擇型 程序流程圖的基本符號(hào) 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具程序流程圖的控制結(jié)構(gòu) 程序流程圖示例 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具程序流程圖的主要優(yōu)點(diǎn) 采用簡(jiǎn)單規(guī)范的符號(hào)，畫(huà)法簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)清晰，邏輯性強(qiáng)便于描述，容易理解 程序流程圖的主要缺點(diǎn) 不利于逐步求精的設(shè)計(jì)圖中可用箭頭隨意地對(duì)控制進(jìn)行轉(zhuǎn)移，與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)精神相悖不易于表示系統(tǒng)中所含的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)目標(biāo)系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí)，流程圖會(huì)變得很繁雜、不清晰 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具3.3.2 盒圖（N-S圖）N-S圖的基本符號(hào) 3.3 結(jié)

11、構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具N-S圖的主要特點(diǎn) 不允許隨意的控制轉(zhuǎn)移，有利于嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)可以很方便地確定一個(gè)特定控制結(jié)構(gòu)的作用域，以及局部數(shù)據(jù)和全局?jǐn)?shù)據(jù)的作用域可以很方便地表示嵌套關(guān)系以及模塊之間的層次關(guān)系 N-S圖示例 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具3.3.3 PAD圖（問(wèn)題分析圖）一條豎線代表一個(gè)層次，最左邊的豎線是第一層控制結(jié)構(gòu)，隨著層次的加深，圖形不斷地向右展 PAD圖的基本控制符號(hào) 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具PAD圖的主要特點(diǎn)表示的程序結(jié)構(gòu)的執(zhí)行順序是自最左邊的豎線的上端開(kāi)始，自上而下，自左向右表示的程序片斷結(jié)構(gòu)清晰、層次分明支持自頂向下、逐步求精的設(shè)計(jì)方法只能用于結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)不僅

12、可以表示程序邏輯，還能表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具3.3.4 判定表判定表能夠清晰地表示復(fù)雜的條件組合與應(yīng)做的動(dòng)作之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 判定表的組成左上部列出所有條件左下部是所有可能做的動(dòng)作右上部是表示各種條件組合的一個(gè)矩陣右下部是和每種條件組合相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具3.3.5 判定樹(shù)判定樹(shù)是判定表的變種，也能清晰地表示復(fù)雜的條件組合與應(yīng)做的動(dòng)作之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系判定樹(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，它的形式簡(jiǎn)單到不需任何說(shuō)明，一眼就可以看出其含義，因此易于掌握和使用 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具用判定樹(shù)表示計(jì)算行李費(fèi)的算法 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具3.3.

13、6 過(guò)程設(shè)計(jì)語(yǔ)言（PDL，偽碼）PDL應(yīng)該具有下述特點(diǎn) 關(guān)鍵字的固定語(yǔ)法，它提供了結(jié)構(gòu)化控制結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)說(shuō)明和模塊化的特點(diǎn) 自然語(yǔ)言的自由語(yǔ)法，它描述處理特點(diǎn) 數(shù)據(jù)說(shuō)明的手段 模塊定義和調(diào)用的技術(shù)，應(yīng)該提供各種接口描述模式 3.3 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的工具PDL的優(yōu)點(diǎn)可以作為注釋直接插在源程序中間 可以使用普通的正文編輯程序或文字處理系統(tǒng)，很方便地完成PDL的書(shū)寫(xiě)和編輯工作 已經(jīng)有自動(dòng)處理程序存在，而且可以自動(dòng)由PDL生成程序代碼 PDL的缺點(diǎn)不如圖形工具形象直觀 描述復(fù)雜的條件組合與動(dòng)作間的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)，不如判定表清晰簡(jiǎn)單 3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理結(jié)構(gòu)

14、設(shè)計(jì) 概念結(jié)構(gòu)：描述系統(tǒng)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 邏輯結(jié)構(gòu)：提供比較接近數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部構(gòu)造的邏輯描述物理結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)庫(kù)的物理數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的概念結(jié)構(gòu)通常用ER圖 “學(xué)生”與“課程”的E-R圖 3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，首先要將概念結(jié)構(gòu)中的實(shí)體、屬性、聯(lián)系映射為數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu) 映射規(guī)則將數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)中的“實(shí)體”映射為邏輯結(jié)構(gòu)中的“數(shù)據(jù)表”，實(shí)體的屬性可以用數(shù)據(jù)表中的字段來(lái)表示，實(shí)體的主關(guān)鍵字作為數(shù)據(jù)表的主鍵數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)中的1:1聯(lián)系可以映射為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)表，也可以與跟它相連的任意一端或兩端的實(shí)體合并組成數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)中的1:n聯(lián)系可以映射為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)表，也可以與跟它相連的n端實(shí)體合并組成數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)中的m:n關(guān)系可以映射為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)表，各實(shí)體的主關(guān)鍵字的組合形成數(shù)據(jù)表的主鍵 3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)范式第一范式：所有關(guān)系中的每一個(gè)分量都必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。第一范式是建立關(guān)系型數(shù)據(jù)表的最基本的要求第二范式：滿足第一范式的條件，并且每個(gè)非鍵屬性都由整個(gè)鍵決定第三范式：滿足第二范式的條件，并且每個(gè)非鍵屬性不依賴于其他非鍵屬性值 3.5 人機(jī)界面設(shè)計(jì)界面設(shè)計(jì)的“黃金原則”置