软件创新设计基础概念以及过程

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1、第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 软件设计阶段的目的是产生一个具有良好 结构的、可以初步运行的软件系统。 1. 软件设计过程：结构化设计 初步设计 设计复审 详细设计 设计复审 编码 软件结构与 说明 修改 设计资料 模块算法描述 控制逻辑 修改 规格说明 源代码 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 指导原则： 层次化：合理地控制和划分软件成分的关系 。 模块化：充分采用信息隐蔽原则，最大限度 地实现程序局部化和数据局部化，控制复杂性。 功能独立：尽量使每个软件成分的功能保持 相对独立。 信息驱动：尽量使用分析阶段取得的成果。 结构清晰：尽量使软件成分

2、之间的关系简单 。 控制简单：尽量使软件成分内部的控制关系 清晰，控制结构严格受限，避免混乱。 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 2. 自顶向下、逐步求精的设计方法 1. 原则 从软件系统的最高层开始，定义一个软件的总控 程序，由它驱动第二层次的任务，再逐级向下按同 样的原则依次扩展，直至最底层不可再分的任务（ 模块），编制源代码。 基础：基于软件的控制流向或程序的控制结构。 优点：信息隐蔽。各层之间存在单向的控制关系，通过传送 必要的控制信息或数据来实现，同层之间则无控制关系； 某个数据结构 及其操作完全位于低层，则无需在高层定义；控制关系向下传递。 第三章第三章 软件

3、设计的概念和过程软件设计的概念和过程 2. 【例】银行算法 A. 问题 假定某个银行有一笔若干个单位的资金，可供客 户项目发展贷款，寻求一个安全的贷款策略。 B. 规定： 客户预知贷款总额，且所有客户贷款总额之和将 超过资金总额； 每个客户一次请贷一个单位； 对客户的贷款请求，可以立即付给，也可请其等 待； 一旦客户贷足总额，立即归还全部贷款。 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 C. 分析 银行存在两种可能的状态：安全、不安全 。 安全状态：银行无论如何贷款，都有可能 使它当前的所有客户在有限的时间内完成项 目建设并归还全部贷款。 不安全状态：银行将不可能实现上述目标 ，

4、资金无法收回。 例如，银行有10个货币单位，3个客户， 它们的贷款总额分别为：8、3、9。 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 状态1是安全的： 状态2是不安全的： 银行资金: 4 A: 3 (5) B: 2 (1) C: 1 (8) 银行资金: 1 A: 4 (4) B: 2 (1) C: 3 (6) 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 进一步分析：在安全状态和不安全状态之间，存在 一个临界状态。此时，只有按照特定的贷款策 略才可以完成所有项目。 D. 自顶向下设计 当前系统的描述： type s = record transactions: arra

5、y1n of record claim, loan: int; completed: boolean end; capital, cash: int; end; 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 第一步：确定当前系统安全否，分两步。 function safe (current_state: s) : boolean; var state: s; begin state:= current_state; 试完成所有的交易； safe:= 所有的交易是否全部完成； end; 安全否 试完成全部交易 是否全部完成 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 第二步

6、：针对逐个试完成交易，又分两步。此时有 两个程序：逐个试完成交易、所有交易是否完成。 逐个试完成交易 procedure complete_transactions (var state: s) ; var customer: int ; progress: boolean; begin repeat progress:= false; for customer:= 1 to n do if not state. transactionscustomer. completed then if 该项交易能完成 then begin 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 归还贷款

7、； state. transactionscustomer. completed:= true; progress:= true; end; until not progress; end; 所有交易是否完成 function all_transactions_completed(state. s): boolean; begin if state. capital = state. cash then all_transactions_completed:=true else all_transactions_completed:=false; end; 第三章第三章 软件设计的概念和过程软

8、件设计的概念和过程 这时，系统将又向下细化一级： 是否安全 试完成全部交易 是否全部完成 逐个试完成交易归还贷款 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 第三步：针对逐个试完成交易，又有两项任务：试 完成每一项交易、归还贷款。 试完成每一项交易 function completion_possible(claim, cash: int): boolean; begin if claimcash then completion_possible:=false else completion_possible:=true; end; 归还贷款 procedure return_lo

9、an(var loan, cash: int); begin cash:=cash+loan; end; 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 于是，试完成所有交易的程序就完善了： procedure complete_transactions (var state: s) ; var customer: int ; progress: boolean; begin repeat progress:= false; for customer:= 1 to n do if not state. transactionscustomer. completed then if co

10、mpletion_ possible(state.transactionscustomer.claim, state.cash) then begin return_loan(state.transactionscustomer. loan, state.cash) ； state. transactionscustomer. completed:= true; progress:= true; end; until not progress; end; 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 这样，通过三级的求精过程，完成了全部的设计 任务。整个程序结构为： function

11、 safe(current_state: s): boolean; var: state: s; procedure complete_transactions(var state: s); procedure return_loan(loan,cash: int); function all_transactions_completed(state: s): boolean; function completion_possible(claim, cash: int); begin state:= current_state; complete_transactions(state); sa

12、fe:=all_transactions_completed(state); end; 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 3 软件概念 1. 软件结构 软件结构是指程序的系统结构。通常，它意味一 种特殊的层次控制体系，但不一定表示软件中各部 分处理的顺序、调用的次数或判定。仅仅体现了程 序各部分之间的控制关系。研究软件结构就是研究 各部分划分的原则以及它们之间的联系。 软件结构的好坏对软件的质量具有极其重要的影 响；另一方面，从不同的角度出发，同一个问题可 以由不同的软件结构。 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 要解决的问题 软件结构 必须着重指出，

13、软件的层次不是固有的，在很大程度上它 是人为的。是人们为了分解大系统的复杂性而引入的。不同 的设计方法可以产生不同的结构，问题是何种结构使软件系 统更加清晰、维护更加方便，这是人们所关心的。 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 2. 模块 模块是组成软件的最小单位。严格地定义 是：模块是一个可以独立编址的程序单位。 3. 结构 深度 宽度 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 软件结构的深度是指控制的层数； 软件结构的宽度是指同一层次的最大跨度 。 4. 模块性 模块性是指软件易于开发、管理和维护的 程度。 （ C(P1) C(P2) ) ( E(P1)

14、E(P2) 但是，C(P1+P2) C(P1)+C(P2) ，因此， E(P1+P2) E(P1)+E(P2) 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 但是，除了处理的复杂性以外，还存在模块之间 接口的复杂性。开发工作量是与两者之和相关的。 工作量 模块数量 接口代价 模块代价 总代价 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 抽象：指开发时概括的级别，层次越高，抽象 级别越高。 信息隐蔽：指模块内部定义的数据结构和操作 的外部不可见性，用以防止错误蔓延。 5. 模块独立性 模块独立性是指模块可以被独立地理解、编制 、测试和修改的程度。其量度的标准是内聚和耦合 。

15、 内聚：模块内部结合的紧密程度，理想的高内 聚是一个模块恰好完成一件任务。 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 低 高 共存的：模块的语句之间实际上没有联系，仅仅从存储的角 度将它们放在一起； 逻辑的：将逻辑上相似的功能合并为一个模块； 时态的：将需要同时执行的程序放在一个模块内； 以上为弱内聚的。 过程的：模块的各部分相互关联，且必须按指定的次序执行 ； 通信的：模块的各个处理部分都因用同样的数据； 共存的 逻辑的 时态的 过程的 通信的 顺序的 功能的 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 顺序的：模块中的各个处理部分都紧密相关于一个功能，而 且其中一个部分的输出就是另一部分的输入； 功能的：一个模块实现且仅实现一个功能。 目标：尽可能设计高内聚的模块！ 耦合：模块之间相互联系和依赖的程度。模块之间 的耦合依赖于模块之间接口的复杂性。 考察模块之间的耦合从三个角度： 方式，耦合的方式； 作用，共享信息的作用； 数量，模块间联系的多少 第三章第三章 软件设计的概念和过程软件设计的概念和过程 研究耦合的目的：防止错误蔓延。 低