第7讲软件设计方法

– www.ics.uci.edu/pub/arch/
面向数据流的设计
• 结构化开发方法（Structured Developing Method） 是现有的软件开发方法中最成熟，应用最广泛的 方法，主要特点是快速、自然和方便。 • 结构化开发方法由结构化分析方法（SA法）、结 构化设计方法（SD法）及结构化程序设计方法 （SP法）构成的。 • 结构化设计方法（SD 法 Structured Design）是 结构化开发方法的核心，与SA法，SD法密切联 系，主要完成软件系统的总体结构设计。
体系结构风格分类
• 数据为中心的体系结构
– 目标：实现数据的可集成性 – 共享数据可以是数据仓库或是黑板。
客户端 客户端 共享数据 客户端
客户端
客户端
客户端
体系结构风格分类
• 调用－返回体系结构
– 目标：系统的可更改性和可扩展性
– 主程序－子程序体系结构
• 将一个程序分层子部分
• 每个子节点都只由父节点控制
• Meta-H For Real-Time Software Analysis
– www.htc.honeywell.com/projects/dssa/ dssa_tools/dssa_tools_mh.html
• Rapide ADL
– pavg.stanford.edu/rapide/
• C2 Project at UC Irvine
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
面向数据结构的设计
• 结构化开发方法是一种面向数据流、数据 封闭性的开发方法，来源于程序的模块化 和功能分解。面向数据结构的设计是将问 题的数据结构转换为程序结构，着重于问 题的数据结构，不强调模块定义。 • Jackson系统开发方法是JSP的扩展，是一 种面向数据结构的设计方法，其基本思想 是先建立输入输出的数据结构，再将其转 换为软件结构。这种方法适用于数据处理 类问题，特别是企业管理类的软件系统。
EE
FF
GG
JJ
KK
Put L
Get B
Edit BB
LL
Put M
Get A
AA
T1
T2
T3
Operate 1
… Operate n
Detail 1
…
Detail m
面向数据流的设计过程
精化数据流图 “事物” 流类型 “变换”
优化的前题是：
“Get it to work, then make it fast.”
① 进出该模块的信息（接口描述）； ② 模块内部的信息； ③ 过程陈述，包括主要判定点及任务等；
④ 对约束和特殊特点的简短讨论。
事务流设计
• 事务流设计是从事务流的DFD到程序结构的转换。 • 设计步骤： – 确定流界：
• 先从DFD中找出事务流、事务处理中心和事务路径。 事务中心前是接收事务、事务中心后是事务路径。 进行一级分析，设计顶层模块。
T = Call one of the several subroutines depending on the type of the incoming transaction request.
…
…
…
当信息流具有明显 的“发射中心”时， 可归结为事务流。
…
变换流设计
• 变换流设计是从变换流的DFD到程序结构图的转化。 • 设计步骤： – 找出变换中心及逻辑输入/出；
Make A into B
Make G into H
Put H
变换流设计
B
A
2.1 X
N
M
2.2 Z
P
C
1
2.3 Y
3
D
System 2
B B C
C
Get B
B N M
Make B into C
N C P M
Put C
X
Y
P
Z
面向数据流的设计
变换流分析例：汽车数字仪表板的设计
功能：① 通过模 - 数转换实现传感器和微处理机接口；
第一步：DFD的分界， 先分出I、P、O三 块 产生
加/减 速显示 上箭头 水平线 下箭头
读和 校核
燃烧流
rpm 计算 里程 英里
产生 里程 显示
显示
超速值 mph 产生 mph 显示 发出 铃声
mph
铃声
mpg
产生 mpg 显示
mph显示
mpg显示
面向数据流的设计
数字仪表板 控制
接收传感器 信号
• 如远程过程调用系统
– 面向对象或抽象数据类型系统 Application Systems
Business-specific Components
• 强调对数据的绑定和对数据操纵及访问方式的掌握
• 实现可更改性
– 层次式 Middleware System Software
• 可更改
• 可移植
Web sites of Interest
数据转换 控制
驱动仪表板
一般问题的 一级分解方 法：
I
M P O
面向数据流的设计
第二步：映 I ：由边界向回溯，将 射
每个遇到的处理器映 成相应的层模块。 一个下层模块。
O ：由边界向外推，方 法与 I 类似
M A B D
C
C D
I B
P ：每个处理直接对应
A
面向数据流的设计
数字仪表板 控制
例：
混合流设计
E C1 GG G F J H JJ K
D
DD
EE
T1
C2 T2
C3
FF
KK
B1
B2 BB B3 T3 System
D D K K
L
B AA A Get D
LL Put K M
Make D into K
System
D D K
K
Get D
Make D into K
Put K
Get C
DD
接收传感器 信号 转换成 rpm
收集sps 读旋转信号
数据转换 控制
驱动仪表板
计算 gph
读燃料流
确定 计算 计算 计算 加/ 显示 显示 显示 发出 加/ mph mpg 里程 减速 mpg mph 里程 铃声 显示 减速
发光二极管显示
面向数据流的设计
第三步：修改 —— 本着高内聚、低耦合的原 则。 例：精化后的数字仪表板系统的软件结构。 注：每个模块应附一简要说明描述
– www.cs.cmu.edu/~acme/
• Worldwide Institute of Software Architects
– www.wwisa.org
Web Sites of Interest
• The WRIGHT Language
– www.cs.cmu.edu/~able/wright/
• 面向数据流的设计方法又称结构化设计。
面向数据流的设计
• 基本思想：将系统设计成由相对独立、单一功能 的模块组成的结构。 • 采用方法： DFD System Hierarchy • 步骤：
– – – – – – 确定数据流类型； 指明数据流的边界； 将DFD映射为程序结构； 根据元素的分解，定义控制的层次； 使用设计测量和启发信息，对结构进行细化和求精； 精化体系结构的描述。
– 进行一级分析，设计上层模块：
• 从DFD中导出具有接收和发送分支的软件结构。对 事务中心设计为“事务控制”、对事务流为“接收 事务”、对事务路径为“发送事务”。
– 细化该事务结构和每条动作路径的结构。
• 对于接收分支，采用变换流设计方法设计中下层； 对于发送分支，在发送模块下设计每条事务路径的
事务流设计
SD方法的优点
• SD方法是从以下5个方面来获得质量较好的软件 结构：
– 根据描述用户需求的数据流图导出了实现用户需求的 结构图。 – 为了控制大型软件系统复杂性，运用了下面两个手段：
• 将系统分解成许多个黑盒。 • 将黑盒组织成适合于用计算机实现的一个层次结构。
– 用内聚和耦合作为评价软件结构质量的标准。 – 给出一组设计技巧，如扇入和扇出、模块大小的掌握， 作用范围和控制范围等。 – 用结构图直观地描述软件结构，因此易于理解，并直 接可以用于评价、分析和复查等。
I
事务流
II S
事务中心
M
II
I A …
S
B … C …
A
…
B
…
C
…
事务处理
混合流设计
• 一般采用以变换流为主，事务流为辅的方 法。 • 基本步骤：
– 利用变换设计，将DFD划分为输入、变换和输 出三大部分； – 设计软件结构的上层模块，即主模块，及其下 层输入模块、变换模块和输出模块； – 根据输入、变换和输出DFD的不同特征设计它 们的下层模块。
Outgoing flow
事实上所 有信息流 都可归结 为变换流
Transform flow
Internal representation
Time
变换流
输入
变换
输出
面向数据流的设计
⑵ 事务流(Transaction Flow)
Transaction request
T
事务 中心
… Action paths
体系结构风格 style
• 体系结构风格包含：
– 一组构件(components)（如，数据库、计算 模块）完成系统所需的某种功能； – 一组连接子(connectors)，能使构件间通信协 调和合作； – 约束(constraints)，定义构件如何被集成，形 成系统； – 语义模型(semantic model)，使得设计者通过 分析构件的已知性质而理解系统的整体性质。
结构图 (Structure chart)
A A A A
B a. 基本形式
B
C b. 顺序
D
B c. 选择
C
B d. 重复
面向数据流的设计
1、Data Flow 的分类 ⑴ 变换流(Transform Flow)：
External representation Information
Incoming flow
– 自顶向下，逐步细化，设计中下层模块。
• 即上层各个模块的从属模块，顺序一般是从设计输入模块的 下层开始。
变换流设计
C B A 1 输入
C C Make C into 须检查； D and E C
3
D E
4 5 输出
D
F G 6
2 变换中心 System 3
D E E
H
Get C
B B
Put E
第 7 讲 软件设计方法
体系结构设计
• 软件体系结构是软件系统中最本质的东西。 • 良好的体系结构必须是普适、高效和稳定 的。 • [BAS98]：软件的体系结构是系统的一个或 多个结构，包含软件构件、构件对外可见 的性质以及它们之间的关系。 • 体系结构是一种表示。 • 体系结构设计关注构件结构、构件的性质 和交互的关系。
区分事务中心和 数据接收通路 映射成事务结构
区分输入和 输出分支 映射成变换结构
用启发式设计规 则精化软件结构 事务分析 导出接口描述和 全程数据结构 复 查 详细设计 变换分析
精化体系结构设计
• • • • • • 为每个模块开发处理说明； 为每个模块提供接口描述； 定义局部和全局数据结构； 给出所有的设计限制或约束； 进行设计评审； 如需要，进行结构设计优化。
SD方法的缺点
• SD方法的不足：
– 软件系统的概要设计应该包括两个方面：数据 结构的设计和程序结构的设计，两者是密切相 关的，但遗憾的是SD方法只考虑后者而不考虑 前者，因此在使用 SD方法时，一般还需参考 一些有关数据库、文件结构的设计方法。 – “高内聚、低耦合”的原则虽已被广为接受， 但这两个概念尚无严格的定义，更无健全的理 论基础，只能用些例子来解释其含义，因而对 实际系统的软件结构还难以作客观的质量评价， 这是SD方法的一个缺陷。
Put D
F
Get B
A A
Make B into C
B
E D 每个传递的数据是否必须？ G 完成模块功能所必须的数据是否都传递了？ F G Make D 传输的数据是否只与单一的功能有关？是否目 Make E Put G into F 的明确？ into G G H H
Put F
Get A
• 变换中心－描述了系统的主要功能、特征，其特点是：输入/ 出数据流较多，变换中心可以不至一个。 • 逻辑输入/出 － 是指输入/出变换中心的数据流。 • 输入流 －是将物理输入转换为逻辑输入的数据流。 • 输出流 － 是将逻辑输出转换为物理输出的数据流。
– 设计软件结构的顶层；
• 为每个输入设计一个输入模块，为每个输出设计一个输出模 块，同时为变换中心设计一个处理模块。
• CMU Composable Systems Group
– www.cs.cmu.edu/~Compose/
• CMU Architecture Based Languages and Environments Research Group
– www.cs.cmu.edu/~able/
• The Acme ADL
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 如果车速超过55mph ,则发出警告铃声。
面向数据流的设计
旋转信号 读 旋转 信号 燃料流 传感器信号 确定 加/减 速 SPS 箭头指示 SPS 收集 和求 平均 SPS 转换 成 转/分 rpm 计算 gph gph 计算 燃料 消耗 计算 mph,超 速值