軟件工程 軟件詳細設計

《軟件工程 軟件詳細設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《軟件工程 軟件詳細設計（17頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、教案首頁 周次 日期 課時序.…… 課 題 軟件詳細設計 教學目的 ■ ■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■

2、 ■ ■ ■■■■■! 理解軟件詳細設計概念、目標；掌握詳細設計的方法； 要 求 重 點 詳細設計的任務、目標 難 點 ■ ■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■

3、■ ■ ■ ■ ■■■■■ ■ ■ ■ ■■■■■■ ■ ■ ■■■■■! 詳細設計分析方法 教學過程 第五章 軟件詳細設計（2*45 ‘） 設 計 第一節(jié)詳細設計的任務與原則（30 ‘） 及 第一節(jié)詳細設計的方法（45 ‘） 時間分配 第三節(jié) 詳細設計規(guī)格說明與復審（15 ‘） 教學場所 使用 或教學方法 教具 作 業(yè) 課后記 ■■■■■I■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

4、■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■! 授課教師 第五章軟件詳細設計 詳細設計又稱過程設計，在總體設計階段，已經確定了軟件系統(tǒng)的總體結構， 給出系統(tǒng)中各個組成模塊的功能和模塊間的聯(lián)系。這一步的工作，就是要在 上述結果的基礎上，考慮“怎樣實現(xiàn)”這個軟件系統(tǒng)，直到對系統(tǒng)中的每個 模塊給出足夠詳細的過程性描述。需要指出，這些描述應該用詳細設計的表 達工具來表示，但它們還不是程序，一般不能夠在計算機上運行。 詳細設計是編碼的先導。這個階段所產生的設計文檔的質量，將直接影響下 一階段程序的

5、質量。為了提高文檔的質量和可讀性，本章除要說明詳細設計 的目的、任務與表達工具外，還將扼要介紹結構程序設計的基本原理，以及 如何用這些原理來指導模塊內部的邏輯設計，提高模塊控制結構的清晰度 。 5.1 詳細設計的任務與原則 詳細設計的目的是為軟件結構圖（SC圖或HC圖）中的每一個模塊確定使用 的算法和塊內數(shù)據結構，并用某種選定的表達工具給出清晰的描述。表達工 具可以由開發(fā)單位或設計人員選擇，但表達工具必須具有描述過程細節(jié)的能 力，進而可在編碼階段能夠直接將它翻譯為用程序設計語言書寫的源程序。 詳細設計階段的主要任務如下。 1．為每個模塊確定采用的算法，選擇某種適當?shù)墓ぞ弑磉_算法的過程，

6、寫出 模塊的詳細過程性描述； 2．確定每一模塊使用的數(shù)據結構； 3．確定模塊接口的細節(jié)，包括對系統(tǒng)外部的接口和用戶界面，對系統(tǒng)內部其 它模塊的接口，以及模塊輸入數(shù)據、輸出數(shù)據及局部數(shù)據的全部細節(jié)。 在詳細設計結束時，應該把上述結果寫入詳細設計說明書，并且通過復審形 成正式文檔。交付給下一階段（編碼階段）的工作依據。 4．要為每一個模塊設計出一組測試用例，以便在編碼階段對模塊代碼（即程 序）進行預定的測試，模塊的測試用例是軟件測試計劃的重要組成部分，通 常應包括輸入數(shù)據，期望輸出等內容，其要求和設計方法將在第八章詳細介 紹，這里需要說明的一點是，由于負責詳細設計的軟件人員對模塊的功能、

7、邏輯和接口最清楚，所以可由他們在完成詳細設計后接著提出對各個模塊的 測試要求。 5.1.2 詳細設計的原則 1．模塊的邏輯描述要清晰易讀、正確可靠。 2．采用結構化設計方法，改善控制結構，降低程序的復雜程度，從而提高程 序的可讀性、可測試性、可維護性。其基本內容歸納為如下幾點。 ① 程序語言中應盡量少用GOTO語句，以確保程序結構的獨立性。 ② 使用單入口單出口的控制結構，確保程序的靜態(tài)結構與動態(tài)執(zhí)行情況相一 致。保證程序易理解。 ③ 程序的控制結構一般采用順序、選擇、循環(huán)三種結構來構成，確保結構簡 單。 ④ 用自頂向下逐步求精方法完成程序設計。結構化程序設計的缺點是存儲容 量和

8、運行時間增加 10一20％，但可讀性和可維護性好。 3.選擇恰當描述工具來描述各模塊算法。 5.2詳細設計的方法 采用自然語言來表達算法過程的優(yōu)點是：能使不懂軟件的人較易理解這些規(guī) 格說明，但是，自然語言在語法和語義上有時具有多義性，且與上下文才相 關，因此，必須采用更嚴密的描述工具來表達過程細節(jié)。主要的詳細設計工 具有 圖形工具、 表格工具語言工具、簡述如下。 ? 圖形工具 利用圖形工具可以把過程的細節(jié)用圖形描述出來。 ? 表格工具 可以用一張表來描述過程的細節(jié)，在這張表中列出了各種可能的操作和相應 的條件。 ? 語言工具 用某種高級語言（稱之為偽碼）來描述過程的細節(jié)。

9、5.2.1程序流程圖 程序流程圖又稱之為程序框圖，它是軟件開發(fā)者最熟悉的一種算法表達工具 它獨立于任何一種程序設計語言，能比較直觀和清晰地描述過程的控制流程， 易于學習掌握。因此，程序流程圖是軟件開發(fā)者最普遍采用的一種工具。 流程圖也存在一些嚴重的不足，主要表現(xiàn)在：利用流程圖使用的符號不夠規(guī) 范，使用的靈活性極大，程序員可以不受任何約束，隨意轉移控制。這些問 題常常很大的影響了程序質量。為了消除這些不足，應嚴格的定義流程圖所 使用的符號，不允許隨心所欲地畫出各種不規(guī)范的流程圖。 為使用流程圖描述結構化程序，必須限制在流程圖中只能使用下述的五種基 本控制結構。 ? 順序型 順序型由幾個

10、連續(xù)的處理步驟依次排列構成，如圖 5-1所示。 圖5-1順序型 圖5-2選擇型 圖5-3 while型循環(huán) ? 選擇型 選擇型是指由某個邏輯判斷式的取值決定選擇兩個處理中的一個，如圖 5-2 所示。 ? while型循環(huán) while型循環(huán)是先判定型循環(huán)，在循環(huán)控制條件成立時，重復執(zhí)行特定的處 理，如圖5-3 所示。 ? until型循環(huán) until型循環(huán)是后判定型循環(huán)，重復執(zhí)行某些特定的處理，直到控制條件成 立為止，如圖5-4所示。 圖5-4 until型循環(huán) ? 多情況型選擇 圖5-5多情況型選擇 多情況型選擇列舉多種

11、處理情況，根據控制變量的取值，選擇執(zhí)行其一，如 圖 5-5所示。 圖 5-6結構化程序流程圖 任何復雜的程序流程圖都應由上述五種基本控制結構組合而成。圖5-6所示 的是一個結構化程序的流程圖。 為了能夠準確的使用流程圖，要對流程圖所使用的符號作出確切的規(guī)定。除 去按規(guī)定使用定義了的符號之外，流程圖中不允許出現(xiàn)其他任何符號。圖 5-7 給出國際標準化組織提出，并已為我國國家技術監(jiān)督局批準的一些程序流程 圖標準符號，其中多數(shù)所規(guī)定的使用方法與普通的使用習慣用法相一致。 流線 慮線 條件刑靳 文件或文檔 外接 內接 省略線 并行方式 注解或注釋 起止端點數(shù)據輸幾輸出 處理

12、 圖5-7 標準程序流程圖的規(guī)定符號 5.2.2 N-S 圖 Nassi和Shneiderman提出了一種符合結構化程序設計原則的圖形描述工具, 稱之為盒圖，又稱之為N-S圖。在N-S圖中，為了表示五種基本控制結構， 規(guī)定了五種圖形構件。 ? 順序型 如圖5-8所示，在順序型中，先執(zhí)行A,后執(zhí)行B。 圖 5-8順序型結構 ? 選擇型 如圖5-9所示，在選擇型結構中，如果條件P成立，則可執(zhí)行T下面的A的 內容，當條件P不成立時，則執(zhí)行F下的內容。 T P S1 S2 圖5-9選擇型結構 ? WHILE重復型 如圖5-10所示，在WHILE重復型

13、循環(huán)結構中，先判斷P的值，再執(zhí)行S。其 中P是循環(huán)條件，S是循環(huán)體 TOILE P 圖5-10 WHILE重復型循環(huán)結構 ? UNTIL重復型 如圖5-11所示，在UNTIL重復型循環(huán)結構中，先執(zhí)行S,后判斷P的值。 圖5-11 UNTIL重復型循環(huán)結構 ? 多分支選擇型 如圖5-12所示，給出了多出口的判斷圖形表示，P為控制條件，根據P的取 值，相應地執(zhí)行其值下面的各框內容。 例：將圖5-6所示的程序流程圖轉化為N-S圖的結果如圖5-13所示。 N-S圖的特點 ? 圖形清晰、準確； ? 控制轉移不能任意規(guī)定，必須遵守結構化程序設計原則； ? 很容易

14、確定局部數(shù)據和全局數(shù)據的作用域； ? 容易表現(xiàn)嵌套關系和模塊的層次結構。 5.2.3 PAD 圖 PAD是Problem analysis diagram的英文縮寫，它是日本日立公司提出的。 它是用結構化程序設計思想表現(xiàn)程序邏輯結構的圖形工具。 PAD也設置了五種基本控制結構的圖示，并允許遞歸使用。 1. 順序型 如圖5-14所示，按順序先執(zhí)行A,再執(zhí)行B。 圖5-14 順序型結構 2. 選擇型 如圖5-15所示，給出了判斷條件為P的選擇型結構。當P為真值時執(zhí)行上面 的A框,P取假值時執(zhí)行下面的B框中的內容。如果這種選擇型結構只有A框, 沒有B框，表示該選擇結構中只有

15、THEN后面有可執(zhí)行語句A，沒有ELSE部 分。 圖5-15選擇型結構 3. WHILE重復型和UNTIL重復型 如圖5-16所示，P是循環(huán)判斷條件，S是循環(huán)體。循環(huán)判斷條件框的右端為 雙縱線，表示該矩形域是循環(huán)條件，以區(qū)別于一般的矩形功能域。 圖5-16 WHILE重復型和UNTIL重復型結構 4. 多分支選擇型 如圖5-17所示，多分支選擇型是CASE型結構。當判定條件P等于1時執(zhí)行 A1框的內容，P等于2時執(zhí)行A2框的內容，P等于N時執(zhí)行An框的內容。 圖5-17多分支選擇型結構 5. PAD圖應用舉例 圖5-18給出了圖5-6所示的程序流程圖的

16、PAD圖。 圖5-18 PAD圖舉例 6. PAD圖特點 ?PAD圖的結構化程度高； ?PAD圖中的是程序的主干線，即程序的第一層結構。其后，每增加一個 層次，則向右擴展一條縱線。程序中的層數(shù)就是PAD圖中的縱線數(shù)。因此， PAD圖的可讀性強。 ?利用PAD圖設計出的程序必定是結構化的程序。 ?利用軟件工具可以將PAD圖轉換成高級語言程序，進而提高了軟件的可 靠性和生產率。 ?PAD圖支持自頂向下的逐步求精的方法。 7. PAD圖的擴充結構 為了反映增量型循環(huán)結構，在PAD圖中增加了對應于 FOR i := n1 to n2 step n3 do 的循環(huán)控制結構，

17、如圖5-19(A)所示。其中，nl是循環(huán)初值，n2是循環(huán)終值, n3是循環(huán)增量。 圖5-19 PAD的擴充控制結構 另外，PAD所描述程序的層次關系表現(xiàn)在縱線上。每條縱線表示一個層次。 把PAD圖從左到右展開，隨著程序層次的增加，PAD逐漸向右展開，有可能 會超過一頁紙，這時，對PAD增加了一種如圖5-20(B)所示的擴充形式。當 一個模塊A在一頁紙上畫不下時，可在圖中該模塊相應位置矩形框中簡記一 個“NAME A”，再在另一頁紙上詳細畫出A的內容，用def及雙下劃線來定 義作A的PAD。這種方式可使在一張紙上畫不下的圖，分在幾張紙上畫出， 也可以用它定義子程序。 5.2.4 P

18、DL PDL (Procedure Design Language)為過程設計語言的英文縮寫，于1975年 由Caine與Gordon首先提出°PDL是所有非正文形式的過程設計工具的統(tǒng)稱, 到目前為止已出現(xiàn)多種PDL語言。 ?PDL語言的特點 ? 關鍵字采用固定語法并支持結構化構件、數(shù)據說明機制和模塊化； ? 處理部分采用自然語言描述； ? 可以說明簡單和復雜的數(shù)據結構； ? 子程序的定義與調用規(guī)則不受具體接口方式的影響。 ?PDL描述選擇結構 利用PDL描述的IF結構如下: IF ＜條件＞ 一條或數(shù)條語句 ELSEIF ＜條件＞ 一條或數(shù)條語句 ELSEIF ＜條件＞

19、 一條或數(shù)條語句 ELSE 一條或數(shù)條語句 ENDIF ?PDL描述循環(huán)結構 對于三種循環(huán)結構，利用PDL描述如下。 ① WHILE循環(huán)結構 DO WHILE ＜條件描述＞ 一條或數(shù)條語句 ENDWHILE ② UNTIL 循環(huán)結構 REPEAT UNTIL ＜條件描述＞ 一條或數(shù)條語句 ENDREP ③ FOR 循環(huán)結構 FOR ＜循環(huán)變量》=《循環(huán)變量取值范圍，表達式或序列》 ENDFOR ? 子程序 PROCEDURE ＜子程序名＞ ＜屬性表＞ INTERFACE ＜參數(shù)表＞ 一條或數(shù)條語句 END 屬性表指明了子程序的引用特性和利用的程序語言的特性 ?

20、 輸入 /輸出 READ/WRITE TO〈設備〉＜1/0 表〉 綜上可見，PDL具有很強的描述功能，是一種十分靈活和有用的詳細設計表 達工具。 5.2.5 HIPO 圖 HIPO圖是由一組IPO圖和一張HC圖組成。用HC圖描述軟件結構，用IPO圖 描述程序過程，它是美國IBM公司在軟件設計中使用的主要表達工具。 HC圖是層次圖(Hierarchy chart)的英文縮寫，用于表示軟件的分層結構。 HC圖中的每一個模塊，均可用一張IPO圖來描述°IPO圖由輸入、處理和輸 出三個框組成，需要時還可以增加一個數(shù)據文件框，如圖5-20所示。圖中處 理框內的加工邏輯是用N-S圖表達的。當然也

21、可由其他詳細設計的表達工具 來表示。這種圖形的優(yōu)點是能夠直觀地顯示輸入、處理、輸出三者之間的聯(lián) 系。后來將這種傳統(tǒng)的IPO圖改成如圖5-22所示的式樣，使它在設計階段和 分析階段都可使用。顯然，圖中有一部分內容在分析階段還無法填寫，填在 處理框中的加工策略，到了設計階段也要進一步細化。但無論如何，它總是 為設計階段所需的IPO圖提供了基礎。在任何良好的開發(fā)方法中，希望前一 階段產生的文檔能夠方便地轉化成后繼階段的文檔,這正是這種改進了的IPO 圖的一個優(yōu)點。 圖5-20傳統(tǒng)的IPO圖 ' IPG'S 系統(tǒng)茗 編號 扣工名 模塊容 圖5-21改進的IPO圖 HIP

22、O圖已成為一套自成體系的設計表達工具。不僅如此，在需求分析階段還 可以用IPO圖來描述加工策略。所以雖然用HIPO圖制成的設計文檔篇幅較大。 5.2.6詳細設計工具的選擇 在詳細設計中，對一個工程設計選擇的原則是：過程描述是否易于理解、復 審和維護，進而過程描述能夠自然地轉換成代碼，并保證詳細設計與代碼完 全一致。為了達到這一原則，要求設計工具具有下述屬性。 ? 模塊化 支持模塊化軟件的開發(fā)，并提供描述接口的機制。例如，能夠直接表示子程 序和塊結構。 ? 簡潔 設計描述易學、易用和易讀。 ? 便于編輯 支持后續(xù)設計和維護以及在維護階段對設計進行的修改。 ? 機器可讀性 設計

23、描述能夠直接輸入，并且很容易被計算機輔助設計工具識別。 ? 可維護性 詳細設計應能夠支持各種軟件配置項的維護。 自動生成報告 設計者通過分析詳細設計的結果來改進設計。通過自動處理器產生有關分析 報告，進而增強設計者在這方面的能力。 ? 強制結構化 詳細設計工具能夠強制設計者采用結構化構件，有助于采用優(yōu)秀的設計。 ? 數(shù)據表示 詳細設計具備表示局部數(shù)據和全局數(shù)據的能力。 ? 邏輯驗證 軟件測試最高目標是能夠自動檢驗設計邏輯的正確性，所以設計描述應易于 進行邏輯驗證，進而增強可測試性。 （ 10）編碼能力 可編碼能力是一種設計描述，研究代碼自動轉換技術可以提高軟件效率和減 少

24、出錯率。 5.3詳細設計規(guī)格說明與復審 建立設計文檔的目的是為了把設計師的思想告訴其他有關人員。程序是由計 算機執(zhí)行的，但可讀性提高便于維護。在詳細設計階段的文檔是詳細設計說 明書。它是程序工作過程的描述。 詳細設計說明書的內容主要包括： ?表示軟件結構的圖表； ?對逐個模塊的描述，包括算法和邏輯流程，輸入/輸出項，與外部接口等。 一個典型的詳細設計說明書的框架如圖 5-22所示。 詳細設計說明書 ? 引言 ? 1編寫目的 說明編寫詳細說明書的目的，并指明讀者的對象。 ? 2項目背景 包括項目的來源和主管部門等。 ? 3定義 列出文檔中所用的專門術語的定義和縮寫詞的

25、原意。 ? 4參考資料 列出有關資料的作者、標題、編號、發(fā)表日期、出版單位或資料來源?？砂?括：項目計劃任務書、合同或批文、項目開發(fā)計劃、需求規(guī)格說明書、總體 設計說明書、測試計劃、用戶操作手冊、文檔中所引用的其它資料、軟件開 發(fā)標準或規(guī)范。 2.總體設計 2．1需求概述 2．2軟件結構 給出軟件系統(tǒng)的結構圖。 3.程序描述 對每個模塊給出以下說明： 3.1功能 3.2性能 3.3輸入項目 3.4輸出項目 3.5算法 模塊所選用的算法 3.6程序邏輯 詳細描述模塊實現(xiàn)的算法，可以采用流程圖、PDL語言、N-S圖、PAD圖等 描述算法的圖表。 3.7接口 3.8存

26、儲分配 3.9限制條件 3.10測試要點 給出測試模塊的主要測試要求。 5.3.2設計復審 設計復審是非常重要的工作，設計復審主要是指對設計文檔的復審。 ? 復審的指導原則 ?詳細設計復審一般不邀請用戶和其他領域的代表。 ?復審是為了提早揭露錯誤，參加復審的設計人員應該歡迎別人提出批評和 建議，但復審的對象是設計文檔，不是設計者本身，其他參加者也應為復審 創(chuàng)造和諧的氣氛。 ?復審中提出的問題應詳細記錄，但不一定當場解決。 ?復審結束前作出本次復審能否通過的結論。 2．復審的主要內容 詳細設計復審的重點應該放在各個模塊的具體設計上。例如模塊的設計能否 滿足其功能與性能要求、

27、選擇的算法與數(shù)據結構是否合理、符不符合編碼語 言的特點、設計描述是否簡單、清晰等等。 3．復審的方式 復審分正式與非正式兩種方式，非正式復審的特點是參加人數(shù)少，且均為軟 件人員，帶有同行討論的性質。因而方便靈活，十分適合于詳細設計復審。 常采用的非正式復審的過程是：由一名設計人員逐行宣讀設計資料，由到會 的同行跟隨他指出的次序一行行的往下審查。發(fā)現(xiàn)有問題或錯誤就做好記錄， 然后根據多數(shù)參加者的意見，決定通過該設計資料或退回原設計人進行糾正。 正式復審除軟件開發(fā)人員外，還邀請用戶代表和領域專家參加，通常采用答 辯方式，與會者要提前審閱文檔資料，設計人員對設計方案詳細說明之后， 回答與會者的問題并記錄各種重要的評審意見。 小結 詳細設計的關鍵任務是確定怎樣具體地實現(xiàn)所要求的目標系統(tǒng)，也就是要設 計出程序的藍圖。除了應該保證程序的可靠性之外，使將來編寫出的程序的 可讀性好，容易理解，容易測試和容易修改、維護是詳細設計的最重要的目 標。 程序流程圖、盒圖、PAD圖、HIPO圖和PDL語言等等都是完成詳細設計的工 具，選擇合適的工具并且正確的使用它們是十分重要的。