《结构化设计》PPT课件.ppt

第3章 结构化设计,系统设计包括概要设计和详细设计。 概要设计方案选择、结构设计、数据库设计和制定测试计划。 详细设计是要完成所有设计的细节，包括过程设计、系统接口以及数据设计。,3.1.1 概要设计步骤,1确定设计方案 1）设想供选择的方案 方法：需求分析阶段得出的数据流图是总体设计的出发点，数据流图的处理进行归并分组 2）推荐最佳方案 考虑：系统流程、组成系统的物理元素清单、成本/效益、进度计划,例如：假设一家工厂的采购部每天需要一张定货报表，报表按零件编号排序，表中列出所有需要再次定货的零件。对于每个需要再次定货的零件应该列出下述数据：零件编号、零件名称、定货数量、目前价格、主要供应者和次要供应者。零件入库或出库称为事务，通过放在仓库中的CRT终端把事务报告给定货系统。当某种零件的库存数量少于库存量临界值时就应该再次定货。,3.1.1 概要设计步骤,3.1.1 概要设计步骤,方案1：,采购员,定货报表,事务,1 接收事务,4产生报表,仓库 管理员,D2 定货信息,D1 库存清单,2 更新库存清单,3 处理定货,库存 信息,事务,3.1.1 概要设计步骤,方案2,采购员,定货报表,事务,1 接收事务,4 产生报表,仓库 管理员,D2 定货信息,D1 库存清单,2 更新库存清单,3 处理定货,库存 信息,事务,2软件结构设计 1）功能分解 2）设计软件结构 3数据文件设计：数据库设计，数据代码设计 4测试方案设计,3.1.1 概要设计步骤,堆排序的算法： void HeapSort(SeqIAst R) BuildHeap(R)； for(i=n;i1；i-) R0=R1； R1=Ri;Ri=R0； Heapify(R，1，i-1)； ,主控模块,HeapSort,BuildHeap,Heapify,3.1.1 概要设计步骤,5.编写总体设计文档 总体设计说明书（包括系统实现方案和软件模块结构）； 测试计划（包括测试策略、测试方案、预测的测试结果、测试进度计划等）； 用户手册（根据总体设计阶段的结果，修改初步的用户操作手册）； 详细的工程计划； 数据库设计结果。 6审查和复审,3.1.2 详细设计的基本任务,1、数据结构设计和数据库设计 2、接口设计 3、过程设计 4、代码设计 5、输入输出设计 6、网络设计：拓扑结构 7、评审：对处理过程的算法和数据库的物理结构都要评审。,1）功能分解 2）设计软件结构,3.2 软件结构设计,1.模块： 能独立完成一定功能的单元，基本属性：名称（计算平均成绩）、功能、接口、逻辑、状态 基本属性：名称（计算平均成绩）、功能、接口、逻辑、状态,根据调用关系把分割好的合理模块组织起来,1.减少复杂性,例如：A1000行，B2000行，B是A的2倍， 同时B中的前1000和后1000之间的关系处理又会产生附加的时间开销。因此 C(p1)C(p2),E(p1)E(p2), E(p1+p2)E(p1)+E（p2),3.2.2 模块化,2提高软件的可靠性 模块调试及测试，接口测试 3提高可维护性 修改或者增加以模块为单位 4有助于软件开发工程的组织管理 5有助于实现信息隐藏和局部化,3.2 软件结构设计,3.2.1 软件结构设计的基本原理： 1.模块： 能独立完成一定功能的单元，如Delphi的“BeginEnd”,C,C+和Java,过程，函数，宏，面向对象的对象，对象内的方法 基本属性：名称（计算平均成绩）、功能、接口、逻辑、状态 2.抽象和逐步求精： 3.信息隐藏和局部化： 模块的实现细节和局部数据结构，对其他模块不需要的信息进行隐藏,1、模块的大小：,3.2.3 模块独立性,2、模块之间的联系程度（耦合性）：是模块之间依赖程度的度量。 3、模块内元素联系程度（内聚性）：内聚（Cohesion)是一个模块内部各成分之间相关联程度的度量。 4、模块信息的隐蔽程度,3.2.3 模块独立性,耦合：耦合的强度取决于接口的复杂程度，即： 调用方式；指针、普通、结构体，数组等 传递信息的类型和数量； 耦合的类型： 数据耦合 控制耦合 特征耦合 公共耦合 内容耦合,3.2.3 模块独立性,数据耦合：模块间通过参数 传递基本类型的数据,3.2.3 模块独立性,控制耦合：传递的是控制信息， 形式上还是数据,模块B是 打印会计 收支帐目 统计表， 可以是日 报表、 月报表、 年报表,公共耦合：两个模块都能够存取同一公共数据环境，包括变量、公共内存缓冲区、物理设备,慎用公共数据区和全程变量!,3.2.3 模块独立性,特征耦合：被调用模块可以使用数据多于实际需要的数据,可能导致数据访问失控,内容耦合：一个模块与另一模块的内容直接发生联系。,3.2.3 模块独立性,如 参数调式时指针传递 、引用传递,耦合性的设计原则： 尽量使用数据，少用特征和控制耦合 调用方式：控制公共环境，不采用地址引用（内容耦合） 调用的参数传递13个,内聚（cohesion）：一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度。按照内聚强度从低到高有以下几种类型 偶然内聚（concidental cohesion） 逻辑内聚( logical cohesion)： 时间内聚(temporal cohesion) 过程内聚(procedural cohesion) 通信内聚（communicational cohesion） 顺序内聚(sequential cohesion) 功能内聚(functional cohesion),3.2.3 模块独立性,偶然内聚：一个模块完成多个完全不相关的功能。,3.2.3 模块独立性,逻辑内聚( logical cohesion)：一个模块完成的任务在逻辑上属于相同或相似的一类任务。,3.2.3 模块独立性,时间内聚(temporal cohesion)：一个模块完成的任务必须在同一段时间内完成。,3.2.3 模块独立性,四季度结算、年终结算、 下季度支出为0,顺序内聚(sequential cohesion)：各成分顺序执行，前一个成分的输出是后一个成分的输入。,3.2.3 模块独立性,顺序内聚是数据流从一个处理元到另外处理元；过程是控制流从一个动作到另外动作,过程内聚：处理元素是相关，必须以特定次序执行,导入学生报名信息考场安排,通信内聚：一个模块内包含需多个功能，并且这些功能的完成都依赖于相同的公用数据，即同一数据文件。各个成分合用同一个数据，或者产生同一个输出数据。,3.2.3 模块独立性,功能内聚(functional cohesion)：所有成分共同完成一个单一的功能。容易维护。,3.2.3 模块独立性,3.2.4 模块设计启发规则,1、尽力提高模块独立性：高内聚、低耦合 2、注意模块的可靠性、通用性、可维护性、简单性 3、模块的大小应适中规模 4、模块的深度、宽度、扇出和扇入应适当,深度：指软件结构中模块的层数。 宽度：指软件结构内同一层次的模块数的最大值。 扇出：指一个模块所调用的模块数。 扇入：指有多少上级模块调用它,3.2.4 模块设计启发规则,通常设计得较好的软件结构，顶层扇出高，中间扇出较少，下层调用公用模块。 5、接口简单、清晰,3.3 软件结构设计的图形工具,3.3.1 层次图和HPIO图 3.3.2 结构图（Structured Chart ，SC）,3.3.1 层次图或HPIO图（1）,IBM公司发明的HIPO图：与文件编制技术，最初只用于文档编写的格式要求 层次图 + 输入 / 处理 /输出图 (H图) + (IPO图) ( Hierachy Input Process Output ),3.3.2 结构图（SC）（1）,SD方法在概要设计中的主要表达工具，约定,编辑学生记录,读学生记录,学生数据,无此学生,学号,不加区分的数据,数据信息,控制信息,3.3.2 结构图（SC）（2）,SC中的简单调用,B,A,C,x,y,z,z,3.3.2 结构图（SC）（3）,SC中的选择调用,A,C,B,D,A根据内 部判断决定是否调用B,A按另一判 定结果选择调用C或D,3.3.2 结构图（SC）（4）,SC中的循环调用,A,B,C,A根据内在的循环重复调用B、C等模块,3.3.2 结构图（SC）（5）,出卷系统,出卷系统总控模块,读出用户命令,出卷,试题管理,试卷管理,系统维护,设 置 要 求,手 动 出 卷,自 动 出 卷,添 加 试 题,修 改 试 题,删 除 试 题,打 印 试 卷,修 改 试 卷,删 除 试 卷,课 程 维 护,样 式 管 理,自动出卷,读出试卷要求,出卷,显示试卷,抽取试题,评价,写入试卷,3.4 面向数据流的设计方法,面向数据流的设计要解决的任务：,1、数据流图的分类 变换型数据流图: 事务型数据流图。,3.4 面向数据流的设计方法,一系列的加工处理,根据事务类型选择一条通路,混合型： 以事务为中心，在分支通路上变换型的数据流 以变换为中心，在变换中是以拥有多条通路的事务流,3.4 面向数据流的设计方法,2、面向数据流设计方法的设计步骤 1）复查基本系统模型，并精化系统数据流图，要确保数据流图的每个处理都表示一个规模适中、相对独立的子功能。 2）分析数据流图类型，确定数据流具有变换流特征还是事务流特征 3）如果是变换流特征，确定输入流和输出流边界，其间为变换中心。 如果是事务流特征，则可确定事务控制模块、接 受模块、处理模块 5）根据模块独立性原理进行优化，得到具有尽可能高的内聚性，尽可能松散的耦合。 4）采用自顶向下、逐步求精模块分解，并给出简要说明，包括接口信息、模型内部信息、过程陈述、约束,3）判断数据流类型映射成软件结构图,3.4.1 变换型,具体的设计步骤如下： 1、确定输入流和输出流的边界，从而孤立出变换中心，并在数据流图上划分出他们的边界线。,例子：统计文件单词数目的数据流图,输入流边界：输入流开始，经过多个处理以后，发现数据流的性质发生变化，则该输入流前一个数据流处就是输入流边界； 输出流边界：从输出端向前回溯，当发现输出流的性质发生改变时，可确定该数据流向后一个数据流处为输出流边界,读文 件名,验证 文件名,统计 单词,格式化 单词数,显示 单词数,读文 件名,验证 文件名,统计 单词,格式化 单词数,显示 单词数,读文件名,验证文件名,格式化单词数,显示单词数,通信内聚性,通信内聚性,3.4.2 事务型,1、在数据流上确定事务中心、接受部分和全部处理路径。 2、画出结构框架，把数据流上的三部分分别映射为事务控制模块、接受模块和处理模块。 3、分解细化接受分支和处理分支，完成初始SC,ATM机数据流图,例子:汽车数字仪表板的设计,通过模数转换,实现传感器和微处理机间的接口 在发光二极管面板上显示数据 指示每小时英里数(mile/h),行驰的里程,每加仑油行驰的英里数(mile/Gal)等; 超速警告:如果车速超过55mile/h,则发出超速警告铃声 指示加速或减速,补充作业1：招干考试系统的DFD导出初始SC,1 登记考生情况,2 考前处理,考生,4 计算考生成绩总分,6 各专业考生按总分排序,7 录用,8 输出录用通知单,5 输出考生成绩单,3 输入考生成绩,考生,考生,考生情况文件,9 考后考生情况统计,考生,补充作业2、设计一个公司的销售管理系统，其数据流图如下，在销售管理系统中，从键盘读入数据后，就要进入事务中心进行判断。在系统中有三个主要的功能选择：订货处理、进货处理和销售统计。,补充作业3：将以下的数据流图转换为软件结构,3.5 过程设计工具,3.5.1 程序流程图 3.5.2 盒图（N-S图） 3.5.3 PAD图（Problem Analysis Diagram） 3.5.4 判定表 3.5.5 判定树 3.5.6 PDL（过程设计语言）,3.5.1 流程图,国家标准GB1526-1989程序流程图中常用的符号,顺序,选择,循环,仅有顺序、选择、循环三种基本结构组成。,3.5.1 流程图,3.5.1 程序流程图,例子,a,b,X1,X2,X7,X6,X4,X3,X5,h,i,g,f,e,d,c,j,F,T,F,F,F,T,T,T,多分支选择结构,先判定型循环结构,选择结构,后判定型循环结构,流程图,3.5.1 程序流程图,缺点： 它本身并不是逐步求精的好工具。 程序流程图中用箭头代表控制流，这样使得程序员不受任何约束，可以完全不顾结构程序设计的精神，随意转移控制；,3.5.2 盒图（N-S图）,N-S图有而且仅有顺序、选择、循环三种基本结构组成。 基本图例如下：,NS图,3.5.2 盒图（N-S图）,N-S图举例,3.5.2 盒图（N-S图）,N-S图有以下一些特点： 功能域有明确的规定，并且可以很直观地从N-S图上看出来； 它的控制转移不能任意规定，必须遵守结构化程序设计的要求； 很容易确定局部数据和全局数据的作用域； 很容易表现嵌套关系，也可以表示模块的层次结构。,3.5.3 PAD图,其基本控制结构如下：,3.5.3 PAD图,例1：对数组X进行排序。 “自顶而下，逐步求精”,1、循环一次，排好一个XH,2、细化,(a),(b),(b),(a),3、连接各图，构成完整的PAD图,例2,BEGIN FIRST:=K1; SECOND:=0;,FIRST=KI SECOND=0,KI SECOND,KIFIRST,SECOND =FIRST FIRST=KI,SECOND =KI,ELSE SECOND:=KI END END END.,FOR I:=2 TO N DO,BEGIN IF K1SECOND THEN,BEGIN IF KIFIRST THEN,BEGIN SECOND:=FIRST; FIRST:=KI END,3.5.4 判定表,一张判定表由四部分组成：,列出所有条件,所有可能做的动作,各种可能组合条件,对应的应做的工作,3.5.4 判定表,例：某校制定了教师的讲课课时津贴标准。对于各种性质的讲座，无论教师是什么职称，每课时津贴费一律是50元；而对于一般的授课，则根据教师的职称来决定每课时津贴费：教授30元，副教授25元，讲师20元，助教15元。,3.5.5 判定树,判定树和判定表都可以清晰地表示复杂条件所对应的处理,3.5.6 PDL（过程设计语言）,PDL语言具有下述特点： （1）PDL虽然不是程序设计语言，但是它与高级程序设计语言非常类似，只要对PDL描述稍加变换就可变成源程序代码。因此，它是详细设计阶段很受欢迎的表达工具。 （2）用PDL写出的程序，既可以很抽象，又可以很具体。因此，容易实现自顶向下逐步求精的设计原则。 （3）PDL描述同自然语言很接近，易于理解。 （4）PDL描述可以直接作为注释插在源程序中，成为程序的内