软件工程第四章(习题课)培训讲学

例子1我们已经开始进入“智能”产品时代。在这类产品中把软件做在只读存储器中，成为设备的一部分，从而使设备具有某些(mǒuxiē)“智能”。因此，这类产品的设计都包含软件开发的任务。作为面向数据流的设计方法中变换分析的例子，考虑汽车数字仪表板的设计。第一页，共65页。假设的仪表板将完成下述功能：(1)通过模数转换实现传感器和微处理机接口；(2)在发光二极管面板上显示数据；(3)指示每小时英里数(mph)，行驶的里程，每加仑油行驶的英里数(mpg)等等；(4)指示加速或减速；(5)超速警告：如果车速(chēsù)超过55英里/小时，则发出超速警告铃声。在软件需求分析阶段应该对上述每条要求以及系统的其他特点进行全面的分析评价，建立起必要的文档资料，特别是数据流图。第二页，共65页。2.设计步骤第1步复查基本系统模型。复查的目的是确保系统的输入(shūrù)数据和输出数据符合实际。第2步复查并精化数据流图。应该对需求分析阶段得出的数据流图认真复查，并且在必要时进行精化。不仅要确保数据流图给出了目标系统的正确的逻辑模型，而且应该使数据流图中每个处理都代表一个规模适中相对独立的子功能。假设在需求分析阶段产生的数字仪表板系统的数据流图如图5.11（见书97页）所示。第三页，共65页。d第四页，共65页。这个数据流图对于软件结构设计(shèjì)的“第一次分割”而言已经足够详细了，因此不需要精化就可以进行下一个设计(shèjì)步骤。第3步确定数据流图具有变换特性还是事务特性一般地说，一个系统中的所有信息流都可以认为是变换流，但是，当遇到有明显事务特性的信息流时，建议采用事务分析方法进行设计(shèjì)。在这一步，设计(shèjì)人员应该根据数据流图中占优势的属性，确定数据流的全局特性。此外还应该把具有和全局特性不同的特点的局部区域孤立出来，以后可以按照这些子数据流的特点精化根据全局特性得出的软件结构。第五页，共65页。从图5.11看出，数据沿着两条输入通路进入系统，然后沿着5条通路离开，没有明显的事务中心。因此可以认为这个信息流具有变换流的总特征。第4步确定(quèdìng)输入流和输出流的边界，从而孤立出变换中心。输入流和输出流的边界和对它们的解释有关，也就是说，不同设计人员可能会在流内选取稍微不同的点作为边界的位置。当然在确定(quèdìng)边界时应该仔细认真，但是把边界沿着数据流通路移动一个处理框的距离，通常对最后的软件结构只有很小的影响。对于汽车数字仪表板的例子，设计人员确定(quèdìng)的流的边界如图5.12（见书98页）所示。第六页，共65页。第七页，共65页。第5步完成“第一级分解”。软件结构代表对控制的自顶向下的分配，所谓分解就是分配控制的过程。对于变换流的情况，数据流图被映射成一个特殊的软件结构，这个结构控制输入、变换和输出等信息处理过程。图5.13说明了第一级分解的方法。位于软件结构最顶层的控制模块Cm协调下述从属的控制功能：输入信息处理控制模块Ca,协调对所有输入数据的接收；变换中心控制模块Ct,管理对内部(nèibù)形式的数据的所有操作；第八页，共65页。图5.13第一级分解(fēnjiě)的方法第九页，共65页。输出信息处理控制模块Ce，协调输出信息的产生过程。虽然图5.13意味着一个三叉的控制结构，但是，对一个大型系统中的复杂数据流可以用两个或多个模块完成上述一个模块的控制功能。应该在能够完成控制功能并且保持好的耦合和内聚特性的前提下，尽量使第一级控制中的模块数目取最小值。对于(duìyú)数字仪表板的例子，第一级分解得出的结构如图5.14所示。每个控制模块的名字表明了为它所控制的那些模块的功能。第十页，共65页。图5.14数字(shùzì)仪表板系统的第一级分解第十一页，共65页。第6步完成“第二级分解”。所谓第二级分解就是把数据流图中的每个处理映射成软件结构中一个适当的模块。完成第二级分解的方法是，从变换中心的边界(biānjiè)开始沿着输入通路向外移动，把输入通路中每个处理映射成软件结构中Ca控制下的一个低层模块；然后沿输出通路向外移动，把输出通路中每个处理映射成直接或间接受模块Ce控制的一个低层模块；最后把变换中心内的每个处理映射成受Ct控制的一个模块。图5.15表示进行第二级分解的普遍途径。第十二页，共65页。图5.15第二级分解(fēnjiě)的方法第十三页，共65页。虽然图5.15描绘了在数据流图中的处理和软件结构中的模块之间的一对一的映射关系，但是(dànshì)，不同的映射经常出现。应该根据实际情况以及“好”设计的标准，进行实际的第二级分解。第十四页，共65页。对于数字仪表板系统的例子，第二级分解的结果(jiēguǒ)分别用图5.16，5.17和5.18描绘。这3张图表示对软件结构的初步设计结果(jiēguǒ)。第十五页，共65页。图5.16未经精化(jīnɡhuà)的输入结构第十六页，共65页。图5.17未经精化(jīnɡhuà)的变换结构第十七页，共65页。图5.18未经精化(jīnɡhuà)的输出结构第十八页，共65页。虽然图中每个模块的名字表明了它的基本功能，但是仍然应该为每个模块写一个简要说明，描述：进出该模块的信息(接口描述)；模块内部的信息；过程陈述(chénshù)，包括主要判定点及任务等；对约束和特殊特点的简短讨论。这些描述是第一代的设计规格说明，在这个设计时期进一步的精化和补充是经常发生的。第十九页，共65页。第7步使用设计度量和启发式规则对第一次分割得到的软件结构进一步精化。对第一次分割得到的软件结构，总可以根据模块独立原理进行精化。为了产生合理的分解，得到尽可能高的内聚、尽可能松散的耦合，最重要的是，为了得到一个易于实现、易于测试和易于维护的软件结构，应该对初步分割得到的模块进行再分解或合并。具体到数字仪表板的例子，对于(duìyú)从前面的设计步骤得到的软件结构，还可以做许多修改。下面是某些可能的修改：输入结构中的模块“转换成rpm”和“收集sps”可以合并；模块“确定加速/减速”可以放在模块“计算mph”下面，以减少耦合；第二十页，共65页。模块“加速/减速显示”可以相应地放在模块“显示mph”的下面。经过上述修改后的软件结构画在图5.19中。上述7个设计步骤的目的是，开发出软件的整体表示。也就是说，一旦确定了软件结构就可以把它作为一个整体来复查，从而能够评价和精化软件结构。在这个时期进行修改只需要很少的附加工作，但是却能够对软件的质量(zhìliàng)特别是软件的可维护性产生深远的影响。第二十一页，共65页。图5.19精化(jīnɡhuà)后的数字仪表板系统的软件结构第二十二页，共65页。例2财务(cáiwù)科长请你研究用财务(cáiwù)系统代目前手工会计系统

对于上述(shàngshù)要求，应该提出以下几个问题：（1）这样做值得吗?（2）用户面临的问题究竟是什么？（3）用户目标是什么？（4）可以花多少钱呢？

第二十三页，共65页。（1）项目值得吗？这样做预期将获得的经济效益能超过开发这个系统的成本吗?换句话说，这样做值得吗?（2）用户面临的问题究竟是什么？该校一直由会计人工计算工资并编制财务报表，随着学校规模扩大,人工计算工资的成本还会进一步提高。（3）用户目标目标是寻找一种比较便宜的生成工资明细表和各种财务报表的办法，并不一定必须在学校自己的计算机上实现工资支付系统。（4）花多少钱呢?应该考虑下述3个基本数字：目前计算工资所花费的成本新系统的开发成本运行(yùnxíng)费用第二十四页，共65页。在双方达成共识的基础上开发出确实能满足用户实际(shíjì)需要的新系统，典型地，分析员用一份简短的书面备忘录表达他对问题的认识，这份文档称为“关于系统规模和目标的报告书”(见表2．1)。校长和财务科经过研究同意了上述报告书，可以对工资支付项目进行更仔细的研究了。第二十五页，共65页。可行性研究是抽象和简化了的系统(xìtǒng)分析和设计的全过程。本项目的可行性研究过程由下述步骤组成：①澄清系统(xìtǒng)规模和目标②研究现有的系统(xìtǒng)③导出高层逻辑模型④进一步确定系统(xìtǒng)规模和目标⑤导出供选择的解法⑥推荐最佳方案⑦草拟开发计划⑧写出文档提交审查

可行性研究第二十六页，共65页。①澄清系统规模和目标为了确保从一个正确的出发点着手进行可行性研究，首先通过访问财务科长和校长(xiàozhǎng)进一步验证上一阶段写出的“关于工资支付系统规模和目标的报告书”的正确性。通过访问分析员对人工计算工资存在的弊端有了更具体的认识，并且了解到工资总数应该记入分类日记账，显然，新工资支付系统不能忽略与分类账系统的联系。

第二十七页，共65页。②研究现有的系统通过访问具体处理工资事务的两名会计，可以知道处理工资事务的大致过程。开始时把工资支付(zhīfù)系统先看作一个黑盒子，图2．11所示的系统流程图描绘了处理工资事务的大致过程。第二十八页，共65页。处理工资事务(shìwù)的大致过程是：（１）每月月末教师把他们当月实际授课时数登记在课时表上，由各系汇总后交给财务科，职工把他们当月完成承包任务的情况登记在任务表上，汇总后交给财务科。（２）两名会计根据这些原始数据计算每名教职工的工资，编制工资表、工资明细表和财务报表。（３）把记有每名教职工工资总额的工资表报送银行，由银行把钱打到每名教职工的工资存折上，同时把工资明细表发给每名教职工。

第二十九页，共65页。图2．11中黑盒子(工资支付系统)的内容，即人工系统计算工资和编制报表的流程：（１）接到课时表和任务表之后，首先审核(shěnhé)这些数据，然后把审核(shěnhé)后的数据按教职工编号排序并抄到专用的表格上（２）根据当月课时数或完成承包任务情况，算出各项相关数据，并登记到前述的专用表格上，就得到了工资明细表。（３）对数据进行汇总，编制出各种财务报表，。图2．12所示的系统流程图描绘了现有的人工工资支付系统的工作流程。必须请有关人员仔细审查图2．12所示的系统流程图，有错误就应该及时纠正，有遗漏就应该及时补充。第三十页，共65页。③导出高层逻辑模型系统流程图很好地描绘了具体的系统，但是，在这样的图中把“做什么”和“怎样做”这两类不同范畴的知识混在一起了。我们的目标(mùbiāo)不是一成不变地复制现有的人工系统，而是开发一个能完成同样功能的新系统，因此，应该着重描绘系统的逻辑功能。第三十一页，共65页。删除图2．12中表示(biǎoshì)的有关具体实现方法的信息，把它抽象成图2．13。这张数据流图描绘的是系统高层逻辑模型，在可行性研究阶段还不需要考虑完成“加工事务数据”功能的具体算法，因此没必要把它分解成一系列更具体的数据处理功能。第三十二页，共65页。第三十三页，共65页。④进一步确定系统规模和目标通过仔细分析和讨论图2．13的数据流图，分析员现在对工资支付系统的认识已经比问题定义阶段深入多了，可以更准确地确定系统规模和目标。如果系统规模有较大变化(biànhuà)，则应及时报告给客户，以便做出新的决策。

可行性研究的上述4个步骤可以看作是一个循环。分析员定义问题，分析这个问题，导出试探性的逻辑模型，在此基础上再次定义问题……重复这个循环直至得出准确的逻辑模型为止，然后分析员开始考虑实现这个系统的方案。第三十四页，共65页。⑤导出供选择的解法现在，问题有行得通的解决办法吗?分析员回答这个问题的惟一方法是，导出一些供选择的解决办法，并且(bìngqiě)分析这些解法的可行性。导出供选择的解法的一个常用的简单方法是从数据流图出发，设想几种划分自动化边界的模式，并且(bìngqiě)为每种模式设想一个系统。分析供选择的解法需进行下面的步骤：第三十五页，共65页。（１）首先考虑的是技术上的可行性显然，从技术角度看不可能实现的方案是没有(méiyǒu)意义的。（２）操作可行性考虑到教职工的个人隐私，必须为工资支付系统单独购置一台计算机及必要的外部设备，并且放在一间专用的房间里。（３）必须考虑经济可行性问题即“效益大于成本吗?”因此，分析员必须对已经通过了技术可行性和操作可行性检验的解决方案再进行成本／效益分析。

第三十六页，共65页。为了给客户提供在一定范围(fànwéi)内进行选择的余地，分析员应该至少提出3种类型的供选择的方案：（１）低成本系统如果把每月发一次工资改为每两个月发一次工资，则除了已经进行的可行性研究的费用外，不再需要新的投资。这是一个很诱人的低成本方案。当然，低成本方案也有缺点：违反常规等不能解决根本问题。（２）中等成本系统作为中等成本的解决方案，建议基本上复制现有系统的功能，图2．14所示的系统流程图描绘了上述系统。第三十七页，共65页。上述中等成本(chéngběn)方案看起来比较现实，因此对它进行了完整的成本(chéngběn)／效益分析，分析结果列在表2．2中。从分析结果可以看出，中等成本(chéngběn)的解决方案是比较合理的，经济上是可行的。

第三十八页，共65页。（３）高成本系统成本更高的方案：建立一个中央数据库，为开发完整的管理信息系统做好准备，并且把工资支付系统作为该系统的第一个子系统。将来其他(qítā)应用系统(例如，教学管理，物资管理，人力资源管理)能以较低成本实现，而且这些子系统能集成为一个完整的系统。第三十九页，共65页。⑥推荐最佳方案

低成本方案虽然诱人，但是很难付诸实现；高成本的系统从长远看是合理的，但是它所需要的投资超出了预算。从已经确定的系统规模和目标来看，显然中等成本的方案是最好的。

⑦草拟(cǎonǐ)开发计划应该为推荐的最佳方案草拟(cǎonǐ)一份开发计划。把系统生命周期划分成阶段，有助于制定出相对合理的计划。当然，在这样的早期开发阶段，制定出的开发计划是比较粗略的，表2．3给出了所制定的计划。表2．3实现中等成本的工资支付系统的粗略计划。第四十页，共65页。

⑧写出文档提交审查分析员归纳整理本阶段的工作成果写成正式文档(其中(qízhōng)成本／效益分析的内容，根据表2．3所示的实现计划适当修正)，提交由校长和财务科全体人员参加的会议审查。第四十一页，共65页。

需求分析的主要任务是更详尽地定义系统应该完成(wánchéng)的每一个逻辑功能。软件需求规格说明书的重要组成部分。工资支付系统的需求分析过程：①沿数据流图回溯②写出文档初稿③定义逻辑系统④细化数据流⑤书写正式文档⑥技术审查和管理复审需求分析第四十二页，共65页。①沿数据流图回溯为了把数据流和数据存储定义到元素级，一般说来，从数据流图的输出端着手(zhuóshǒu)分析是有意义的。从图2．13的数据终点“教师”和“职工”开始分析，流入他们的数据流是“工资明细表”。（１）工资明细表由哪些数据元素组成呢?表2．4列出了这些数据元素。（２）既然它们是工资支付系统的输出，它们或者是从外面输入进系统的，或者是由系统经过计算产生出来的。沿数据流图从输出端往输入端回溯，分析员应该可以确定每个数

据元素的来源。分析员将逐渐定义出系统的详细功能。

第四十三页，共65页。根据常识，工资总额等于各项收入(基本工资、生活补贴、书报费、交通费、洗理费、课时费或岗位津贴)之和。虽然不同教职工的基本工资、生活补贴、书报费、交通费和洗理费的数额可能并不相同，但是对同一个人来说，在一段时间内这些数值是稳定(wěndìng)不变的，不需要在每次计算工资总额时都从外面输入这些数据。事实上，在输入的事务数据中并不包含这些数据元素，因此，它们必定保存在某个数据存储中。第四十四页，共65页。②写出文档初稿结构化分析方法要求，在需求分析阶段完成的正式文档(软件需求规格说明书)中必须至少包含(bāohán)三个重要成分：数据流图（前面已介绍）数据字典一组黑盒形式的算法描述

第四十五页，共65页。数据字典数据字典是描述数据的信息的集合：（１）分析阶段：数据字典能帮助分析员组织有关数据的信息，并且是和用户交流信息的有力工具，此外，它还能起备忘录的作用（２）设计阶段：根据它确定记录、文件或数据库的格式（３）实现阶段：程序员可以根据数据字典确定数据描述（４）系统(xìtǒng)投入运行：便于维护人员维护例如，为工资支付系统(xìtǒng)中几个数据元素填写的数据字典卡片如图2．15所示。第四十六页，共65页。一组黑盒形式的算法描述分析员还应该以黑盒形式记录算法。所谓黑盒子就是不考虑一个功能的具体实现方法，只把它看作给予输入之后就能够产生一定输出的黑盒子。这正是在早期开发阶段分析员对算法应持有的正确观点，目的是用原理性算法准确地定义功能，算法的细节可以等到(děngdào)以后的开发阶段再确定。通常使用IPO表记录对算法的初步描述。以后可以进一步精化它，而且在详细设计阶段可以把它作为HIPO图的一部分。图2．16是描述计算工资总额的初步算法的IPO表。第四十七页，共65页。目前写出的文档还仅仅是初稿，写出文档初稿的目的，千方面是记录已经知道的信息，另一方面是供用户审查。随着需求(xūqiú)分析工作的深入，这些文档还将进一步修改完善。第四十八页，共65页。③定义(dìngyì)逻辑系统

通过前一步的工作，已经划分出许多必须在工资支付系统中流动的数据元素，并且把它们记录在初步的数据字典中，此外，还把某些算法以黑盒形式记录在IPO表中。上述这些工作成果正确吗?对于分析员来说，数据流图、数据字典和算法描述可以作为校核时的清单或备忘录。必须审核已经知道的信息，还必须补充目前尚不知道的信息，填补文档中的空白。

第四十九页，共65页。例如：讨论数据流图中“加工事务数”时，引出下列问题：（１）人事数据存储的数据的来源是人事科，因而需要增加一个新的处理——更新人事数据。（２）接下来讨论计算课时费和岗位津贴的方法。（３）应在每年年末计算超额课时费，且保存超额课时费时需要一个数据存储来存放“年度数据”。

（４）讨论“加工事务数据”这个处理需要的其他算法(suànfǎ)。表2．5是年度数据包含的数据元素。相应地，应该增加一个处理(“更新年度数据”)在每年年末更新年度数据。（５）最后，把新发现的数据源点、数据处理和数据存储补充到数据流图中，得到新数据流图(见图2．17)。第五十页，共65页。第五十一页，共65页。④细化数据流图

经过上述工作分析员对工资支付系统已经有了更深入、更具体的认识，原有的数据流图已经不能充分表达他对系统的认识，应该进一步地细化数据流图。通常，使用下述的功能分解方法来细化数据流图：选取数据流图上功能过分复杂的处理，把它分解成若干个子功能，这些较低层次的子功能成为新数据流图上的处理，它们有自己(zìjǐ)的数据存储和数据流。

例如：图2．17中“加工事务数据”这个处理的功能。根据分析员现在对加工事务数据功能的了解，把这个处理分解成下述5个逻辑功能：第五十二页，共65页。取数据：取出事务数据、人事数据和年度数据计算正常工资：计算不包含超额课时费的工资计算超额课时费：年终计算超额课时费，算得的钱数加到12月份工资总额中更新年度数据：把每月工资总额、实发工资及授课时数累加到相应的年度数据中，并在年终计算本年度的月平均工资(pínɡjūnɡōnɡzī)印表格：印出工资表、工资明细表和各种财务报表第五十三页，共65页。上述5个子功能及它们之间的关系，可以(kěyǐ)用一张数据流分图来描绘(见图2．18)。把分解“加工事务数据”处理框的结果加到原来的数据流图中，得到一张更详细的新数据流图(见图2．19)。第五十四页，共65页。一般说来，如果进一步分解将促使你开始考虑为了完成该功能(gōngnéng)需要写出的代码，就不应该再分解了。在需求分析阶段分析员应该只在逻辑功能(gōngnéng)层工作，代码已经属于物理实现层了。第五十五页，共65页。⑤书写正式文档数据流图细化之后，组成系统的各个元素之间的逻辑关系变得更清楚了。以细化后的数据流图为基础，可以对系统需求做更进一步地分析。随着分析过程的进展，通过询问与回答的反复循环，将把目标系统定义得越来越准确。最终，分析员对系统需求有了令人满意的认识，应该把这些认识用正式文档“软件(ruǎnjiàn)需求规格说明书”准确地记录下来。细化到适当层次的数据流图、数据字典和黑盒形式的算法描述，是构成软件(ruǎnjiàn)需求规格说明书的重要成分。第五十六页，共65页。⑥技术审查和管理复审由从外单位聘请来的一位有经验的系统分析员担任技术审查小组的组长，并由具体处理工资事务(shìwù)的两名会计及本系统的分析员作为小组成员。本系统的分析员负责改正审查小组发现的问题。除了技术审查之外，在转入概要设计之前还必须进行管理方面的复审。由财务科长和学校校长对本项目的经费支出情况和开发进度，从管理角度进行审查。第五十七页，共65页。现在已用结构化分析方法详细地分析了这个工资支付系统，并且认真审查了结构化分析所得出的结果。因此，可以从图2．19所示的工资支付系统完整数据流图出发，设计工资支付系统的结构。从图2．19可以看出，事务数据和人事数据沿着(yánzhe)两条输入通路进入系统，输出数据沿着(yánzhe)一条输出通路离开系统，数据流图中没有明显的事务中心。因此，从整体上看这个数据流图具有变换流的基本特征。接下来应该分析确定输入流和输出流的边界，以孤立出变换中心。“取数据”和“收集数据”显然位于输入流中。“审核数据”仅仅对收集来的事务数据进行校核，并不对数据进行加工处理，它的基本功能是确保输入的事务数据是合理的，因此，也应第五十八页，共65页。该归入输入流的行列。“更新人事数据”由人事科通过另一个程序完成，不属于本系统应完成的功能(gōngnéng)。“印表格”显然应该位于输出流中。“分发工资明细表”由人工完成，它不是工资支付程序的一部分。综上所述，得出画有流边界的数据流图，如图3．14所示。第五十九页，共65页。下一个设计步骤是，完成“第一级分解”。所谓第一级分解就是确定系统(xìtǒng)的总体控制结构。通常，变换分析得出的系统(xìtǒng)高层结构是一个”三叉”的控制结构，针对工资支付系统(xìtǒng)得出的高层控制结构