Bài giảng Nhập môn Công nghệ học phần mềm - Phần IV: Thiết kế và Lập trình - Vũ Thị Hương
9/4/2011
Phần IV
Thiết kế và Lập trình
Design and Programming
Nhập môn
Công nghệ học Phần mềm
Introduction to Software Engineering
Chương 6:
Department of Software Engineering
Faculty of Information Technology
Hanoi University of Technology
TEL: 04-8682595 FAX: 04-8692906
Email: cnpm@it-hut.edu.vn
Phương pháp thiết kế hệ thống
6.1. Thiết kế hệ thống là gì?
6.2. Phương pháp thiết kế hệ thống
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.1
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.2
6.1.Thiết kế hệ thống là gì?
Quy trình thiết kế hệ thống
• Là thiết kế cấu hình phần cứng và cấu trúc
phần mềm (gồm cả chức năng và dữ liệu) để có
được hệ thống
• Phân chia mô hình phân tích ra các hệ con
rrency) trong hệ
thống
• Có thể xem như Thiết kế cấu trúc (WHAT), chứ
không phải là Thiết kế Logic (HOW)
• Phân bố các hệ con cho các bộ xử lý hoặc các
nhiệm vụ (tasks)
• Phát triển thiết kế giao diện
• Chọn chiến lược cài đặt quản trị dữ liệu
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.3
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.4
Các điểm lưu ý khi thiết kế hệ thống
ệu từ hệ thống:
đó là phần nội dung đặc tả yêu cầu và giao
diện
(2) Xem xét tối ưu tài nguyên kiến trúc lên hệ
thống rồi quyết định kiến trúc
Quy trình thiết kế hệ thống (tiếp)
• Tìm ra nguồn t
khiển truy nhập chúng
• Thiết kế cơ chế điều khiển thích hợp cho hệ
thống, kể cả quản lý nhiệm vụ
• Xem xét các điều kiện biên được xử lý như thế
(3) Theo quá trình biến đổi dữ liệu, hãy xem
những chức năng được kiến trúc như thế nào
nào
• Xét duyệt và xem xét các thỏa hiệp (trade-offs)
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.5
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.6
1
9/4/2011
Các điểm lưu ý (tiếp)
Các điểm lưu ý (tiếp)
(4) Từ kiến trúc các chức năng theo (3), hãy xem xét
và chỉnh lại, từ đó chuyển sang kiến trúc chương
trình và thiết kế chi tiết
(5) Quyết định các đơn vị chương trình theo các
chức năng của hệ phần mềm có dựa theo luồng
dữ liệu và phân chia ra các thành phần
(7) Xem xét dữ liệu vào-ra và các tệp dùng chung
của chương trình. Truy cập tệp tối ưu
(8) Hãy nghĩ xem để có được những thiết kế trên
thì nên dùng phương pháp luận và những kỹ
thuật gì ?
(6) Khi cấu trúc chương trình lớn quá, phải phân chia
nhỏhơn thành các môđun
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.7
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.8
6.2 Phương pháp thiết kế hệ thống
Thiết kế hệ thống
• Thiết kế hệ thống
• Phương pháp thiết kế cấu trúc hóa (Structured
Design) của Constantine
khác, như
Phương pháp thiết kế tổng hợp (Composite
Design) của Myers
– Thiết kế hệ thố,
– Thiết kế hệ thố
• Thiết kế hệ thống phần mềm
– Thiết kế tệp (file design) [(7)]
– Thiết kế chức năng hệ thống [(3)-(6)]
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.9
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.10
Thiết kế cấu trúc hóa
Thiết kế cấu trúc hóa
• Bắt nguồn từ modularity, top-down design,
(1) Môđun và tham số
structured programming
(2) Lưu đồ bong bóng và cấu trúc phân cấp
Lưu đồ bong bóng (Bubble chart)
• Còn xem như Phương pháp thiết kế hướng
luồng dữ liệu (Data flow-oriented design)
Cấu trúc phân cấp (Hierarchical structured chart)
(3) Phương pháp phân chia STS
• Quy trình 6 bước: (1) tạo kiểu luồng thông tin; (2)
chỉ ra biên của luồng; (3) ánh xạ DFD sang cấu trúc
chương trình; (4) xác định phân cấp điều khiển; (5)
tinh lọc cấu trúc; (6) chọn mô tả kiến trúc
(Source/Transform/Sink) và TR (Transaction)
(4) Phân tích cấu trúc hóa
(5) Chuẩn phân chia môđun
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.11
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.12
2
9/4/2011
(2a) Lưu đồ bong bóng (Bubble chart)
(1) Môđun
• Dãy các lệnh nhằm thực hiện chức năng
(function) nào đó
• Biểu thị luồng xử lý dữ liệu
• Ký pháp
• Có thể được biên dịch độc lập
Tên dữ liệu
Tên
chức năng
Tên dữ liệu
(Dữ liệu ra)
• Môđun đã được dịch có thể được môđun khác
gọi tới
• Giao diện giữa các môđun thông qua các biến
tham số (arguments)
(Dữ liệu vào) (Bong bóng)
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.13
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.14
(2b) Cấu trúc phân cấp
(Hierarchical structured chart)
Hierarchical structured chart
• Các quy ước (tiếp):
• Là phân cấp biểu thị quan hệ phụ thuộc giữa các
môđun và giao d
• Các quy ước:
– Tên môđun biểu thị chức năng (“làm gì”), đặt tên sao cho
biểu thị đủ chức năng
– Biến số (arguments) biểu thị giao diện giữa các môđun, biến
số ở các môđun gọi/bịgọi có thể khác nhau
– Mũi tên với đuôi tròn trắng biểu thị dữ liệu, đuôi tròn đen
(hồng) biểu thị flag
– Không liên quan đến trình tự gọi các môđun, nhưng ngầm
định là từ trái qua phải
– Mỗi môđun xuất hiện trong cấu trúc 1 lần, có thể được gọi
nhiều lần
– Chiều của mũi tên là hướng truyền tham số
– Quan hệ trên dưới: không cần nêu số lần gọi
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.15
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.16
Hierarchical structured chart
(3) Phương pháp phân chia STS, TR
1
– Phương pháp phân chia STS
(Source/Transform/Sink: Nguồn/Biếnđổi/Hấpthụ)
– Phương pháp phân chia TR (Transaction)
Module B
Module C
Module D
• Minh họa phân chia chức năng theo bong bóng
của DFD (biểu đồ luồng dữ liệu)
Luồng dữ liệu
Luồng flag
Module E
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.17
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.18
3
9/4/2011
(3a) Phương pháp phân chia STS
Quyết định luồng dữ liệu chính
2) Tìm ra luồng dữ liệu chính đi qua các chức năng: từ
đầu vào (Input) tới đầu ra (Output)
1) Chia đối tượng “bài toán” thành các chức năng
thành phần
INPUT
F3
F3
F5
F5
F1
F4
Bài toán
Problem
F1
F4
Luồng dữ
liệu chính
F2
F2
OUTPUT
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.19
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.20
Từ sơ đồ bong bóng sang
sơ đồ phân cấp
4) Xác định vị trí trừu tượng hóa tối đa đầu
Quyết định bong bóng và dữ liệu
3) Theo luồng dữ liệu chính: thay từng chức năng
bởi bong bóng và làm rõ dữ liệu giữa các bong
bóng
Data1
Data2
Data3
Data4
Data5
Data6
F1
F2
F3
F4
F5
INPUT
OUTPUT
Data1
Data2
Data3
Data4
Data5
Data6
Trừu tượng hóa
tối đa đầu vào
Trừu tượng hóa
tối đa đầu ra
F1
F2
F3
F4
F5
INPUT
OUTPUT
TransformModule
Sink Module
Source Module
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.21
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.22
6) Xác định các tham số giữa các môđun dựa theo
quan hệ phụ thuộc
5) Chuyển sang sơ đồ phân cấp
Data1
Data2
F1
F2
F
OUTPUT
INPUT
Trõu t îng hãa
tèi ®a ®Çu vµo
Trõu t îng hãa
tèi ®a ®Çu ra
Module 0
TransformModule
Sink Module
Source Module
0
3
5
3
5
Control
Module
Module 1
Module 2
Module 3
0
2
1
2
3
Source
Module
Transform
Module
Sink
Module
1
3
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.23
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.24
4
9/4/2011
7) Với từng môđun (Source, Transform, Sink) lại áp
dụng cách phân chia STS lặp lại các bước từ 1) đến
6). Đôi khi có trường hợp không chia thành 3 mô
đun nhỏ mà thành 2 hoặc 1
8) Tiếp tục chia đến mức cấu trúc lôgic khi môđun
tương ứng với thuật toán đã biết thì dừng. Tổng
hợp lại ta được cấu trúc phân cấp: mỗi nút là 1
môđun với số nhánh phía dưới không nhiều hơn 3
(3b) Phương pháp phân chia TR
• Khi không tồn tại luồng dữ liệu chính, mà dữ liệu
vào có đặc thù khác nhau như những nguồn khác
nhau xem như các Giao dịch khác nhau
• Mỗi giao dịch ứng với 1 môđun xử lý nó
• Phân chia môđun có thể: theo kinh nghiệm; theo
tính độc lập môđun; theo số bước tối đa trong 1
môđun (ví dụ < 50) và theo chuẩn
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.25
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.26
(4) Phân tích cấu trúc hóa
(5) Chuẩn phân chia môđun
• Tính độc lập: Độ kết hợp (coupling) và Độ bền
vững (strength)
– Decomposability
– Composability
– Understandability
– Continuity
• Xác định luồng dữ liệu
• Luồng tuyến tín
• Luồng phân nh
– Protection
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.27
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.28
Chương 7:
Kỹ thuật thiết kế chương trình
Đặc trưng của thiết kế cấu trúc hóa
• Dễ thích ứng với mô hình vòng đời thác
nước do tính thân thiện cao
7.1 Thiết kế chương trình là gì ?
7.2 Phương pháp thiết kế chương trình
7.3 Công cụ thiết kế
• Thiết kế theo tiến trình, không hợp với thiết
kế xử lý theo lô (batch system)
• Dùng phân chia - kết hợp để giải quyết tính
phức tạp của hệ thống
• Topdown trong phân chia môđun
• Kỹ thuật lập trình hiệu quả
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.29
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.30
5
9/4/2011
7.2 Phương pháp thiết kế chương trình
• Không có trạng thái mờ (fuzzy), để đảm bảo
thiết kế cấu trúc trong đúng đắn
7.1 Thiết kế chương trình là gì ?
• Là thiết kế chi tiết cấu trúc bên trong của phần
mềm: thiết kế tính năng từng môđun và giao
diện tương ứng
• Ngôn ngữ lập trình phù hợp
• Triển khai đúng đắn đặc tả chức năng các
môđun và chương trình nhờ phương pháp luận
thiết kế chi tiết
• Dùng quy trình thiết kế dễ chuẩn hóa từng
bước
• Cấu trúc ngoài của phần mềm: thiết kế hệ
thống
• Trình tự xử lý bên trong: Thuật toán (giải thuật,
Algorithm); Logic
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.31
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.32
Kỹ thuật thiết kế chương trình
7.2.1 Lập trình cấu trúc hóa
• Kỹ thuật thiết kế mô hình hệ phần mềm
• Khái niệm cơ bản: tuần tự, nhánh (chọn), lặp; cấu
trúc mở rộng, tiền xử lý, hậu xử lý
toán
– Tính độc lập của môđun: chỉ quan tâm vào-ra
– Làm cho chương trình dễ hiểu
– Hướng tiến trìn(
trúc điều khiển
– Hướng cấu trúc dữ liệu (data): Kỹ thuật thiết kế cấu
trúc dữ liệu
– Hướng sự vật / đối tượng (object): Kỹ thuật thiết kế
hướng đối tượng
– Dễ theo dõi chương trình thực hiện
– Hệ phức tạp sẽ dễ hiểu nhờ tiếp cận phân cấp
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.33
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.34
Loại bỏ GOTO
Lưu ý khi thiết kế chương trình
• GOTO dùng để làm gì?
• Phụ thuộc vào kỹ năng và kinh nghiệm của
người thiết kế
• Cần chuẩn hóa tài liệu đặc tả thiết kế chi tiết
• Khi thiết kế cấu trúc điều khiển của giải thuật,
vì theo các quy ước cấu trúc hóa nên đôi khi
tính sáng tạo của người thiết kế bị hạn chế, bó
buộc theo khuôn mẫu đã có
– Cho phép thực hiện các bước nhảy đến một nhãn nhất
định
• Tại sao cần loại bỏ GOTO ?
– Phá vỡ tính cấu trúc của lập trình cấu trúc hóa
• Phương pháp loại bỏ GOTO
• Có thể loại bỏ GOTO trong mọi trường hợp?
• Thế nào là “kỹ năng lập trình cấu trúc”
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.35
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.36
6
9/4/2011
Lưu đồ Nassi-Shneiderman
(NS chart by IBM)
7.2.2 Lưu đồ cấu trúc hóa
a- Nối (concatination)
b- Chọn (selection)
• Tác dụng của lưu đồ (flow chart)
• Quy phạm (discipline)
• Trừu tượng hóa thủ tục
Xử lý 1
ĐIều kiện
Y
N
c- Đa nhánXhử(lCý 2ASE)
Xử lý 2
d- LặXửlý1
• Lưu đồ cấu trúc hóa
– Cấu trúc điều khiển cơ bản
TT1
ĐIều kiện
– Chi tiết hóa từng bước giải thuật
– Thể hiện được trình tự điều khiển thực hiện
DO WHILE (Đkiện)
Xử lý
TT2
TT3
Xử lý 1
Xử lý
Xử
lý 3
Xử lý 2
REPEAT UNTIL (Đkiện)
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.37
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.38
7.2.3 Về Phương pháp Giắc-sơn
(Jackson’s method)
• JSP: Jackson Structured Programming
– Tuần tự (sequence)
– Lặp
Lưu đồ Phân tích bài toán
(PAD chart by Hitachi)
a- Nối (concatination)
b- Chọn (selection)
Xử lý 1
Trục
chính
Xử lý 2
Xử lý 2
c- Đa nhánh (CASE)
d- Lặp (repetition)
Xử lý
1
TT1
Đ
I
– Rẽ nhánh
ề
u
TT2
Xử lý
2
WHILE
Đkiện
UNTIL
Đkiện
Xử lý
Xử lý
k
i
ệ
TT3
TT4
Xử lý
3
n
Xử lý
4
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.39
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.40
7.2.4 Về Phương pháp Wa-ny
(Warnier’s method)
Trình tự thiết kế chung
• Thiết kế cấu trú
• Trình tự thiết kế
– Thiết kế dữ liệu ra
• Thiết kế cấu trúc chương trình (Program step)
• Thiết kế thủ tục (Operation step)
• Thiết kế đặc tả chương trình (Text step)
– Thiết kế dữ liệu vào
– Thiết kế cấu trúc chương trình
– Thiết kế lưu đồ
– Thiết kế lệnh thủ tục
– Thiết kế đặc tả chi tiết
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.41
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.42
7
9/4/2011
8.1 Lịch sử ngôn ngữ lập trình
• Các ngôn ngữ thế hệ thứ nhất:
Chương 8:
Kỹ thuật lập trình
– Ngôn ngữ lập trình mã máy (machine code)
– Ngôn ngữ lập trình assembly
• Các ngôn ngữ thế thế thứ hai:
– FOTRAN, COBOL, ALGOL, BASIC
– Phát triển 1950-1970
• Các ngôn ngữ thế hệ thứ ba
– Ngôn ngữ lập trình cấp cao vạn năng (cấu trúc)
– Lập trình hướng đối tượng
8.1 Lịch sử phát triển của ngôn ngữ lập trình
8.2 Cấu trúc chương trình
- Cấu trúc dữ liệu dễ hiểu
- Cấu trúc thuật toán dễ hiểu
8.3 Các công cụ lập trình
– Lập trình hướng suy diễn – logic
• Các ngôn ngữ thế hệ thứ tư
– Truy vấn
– Các ngôn ngữ hỗ trợ quyết định
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.43
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.44
8.2 Cấu trúc dữ liệu dễ hiểu
Cấu trúc thuật toán dễ hiểu
• Nên xác định tất cả các cấu trúc dữ liệu và các
thao tác cần thực hiện trên từng cấu trúc dữ liệu
• Việc biểu diễn/
nên thực hiện ở
tiếp dữ liệu
• Algorithm
lưu ý:
–
–
–
–
–
–
–
Tránh GOTO, trừ khi phải ra khỏi lặp và dừng
Dùng comments hợp lý
Dùng tên biến có nghĩa, gợi nhớ
Cấu trúc lồng rõ ràng
Tránh dùng CASE / switch nhiều hoặc lồng nhau
Mã nguồn 1 chương trình / môđun nên viết trên 1 trang
Tránh viết nhiều lệnh trên 1 dòng
• Nên thiết lập và sử dụng từ điển dữ liệu khi
thiết dữ liệu
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.45
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.46
IF THEN / IF THEN ELSE
CASE / switch
PASCAL
CASE <biểu thức>
OF
gtrị1: <việc 1>;
gtrị2: <việc 2>;
...........
gtrịN: <việc N>;
ELSE
PASCAL
if điều kiện then
begin
công việc 1
end;
else
begin
công việc 2
end
Ngôn ngữ C
switch (<bthức>)
{
case <gtrị1>: <việc1>;[break;]
case <gtrị2>: <việc2>; [break;]
case <gtrịN>: <việcN>; [break;]
[default : <việcN+1>; [break;] ]
ĐK
=0
Công việc1
Công việc 2
Ngôn ngữ C
if (điều kiện)
{ công việc 1}
else
}
<việc N+1>;
END;
{công việc 2}
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.47
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.48
8
9/4/2011
FOR TO / DOWNTO
PASCAL
Bắt đầu
FOR biếnđkhiển := GTđầu TO GTCuối DO
begin
<việc>
end;
Biến điều khiển = Giá trị đầu
Biến điều khiển > Giá trị cuối
Ngôn ngữ C
for ( [biểuthức1] ; [biểuthứcĐK]; [biểuthức2] )
{ <việc>; }
KThúc
Thực hiện <Công việc>
Biến điều khiển = giá trị tiếp theo của biến điều khiển)
Đặc biệt: có các lệnh thoát break; continue;
exit
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.49
SE-IV.51
SE-IV.53
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.50
PASCAL
DO WHILE
While BiểuthứcBoolean DO
begin
<Công việc>
end;
Bắt đầu
Đúng
while (<biểuthứcĐK>)
{ <Công việc>; }
Công việc
• Kiểm tra điều kiện trước khi thực hiện
• Lỗi thường gặp: Lặp vô hạn
KThúc
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.52
REPEAT UNTIL
PASCAL
until Biểu_thức_Boolean;
Ngôn ngữ C
do {
Công việc
<Công việc>;
} while (<biểuthứcĐK>);
Biểu thức Logic
Sai
Đúng
• Có sự khác nhau giữa hai ngôn ngữ?
Kthúc
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.54
9
9/4/2011
8.3 Các công cụ lập trình
Chú thích trong chương trình
• Tại sao cần đặt các chú thích trong chương trình ?
• Vị trí đặt các chú thích trong chương trình
– Thành phần/ Module
– Lớp
• Environments: DOS, WINDOWS,
UNIX/LINUX
• Editors, Compilers, Linkers, Debuggers
• TURBO C, PASCAL
• MS C, Visual Basic, Visual C++, ASP
• UNIX/LINUX: C/C++, gcc (Gnu C Compiler)
• JAVA, CGI, perl
– Hàm/thủ tục
– Các vị trí đặc biệt khác
• Một số quy định khi đặt chú thích:
– Ngắn gọn
– Gợi nhớ
• C#, .NET
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.55
HUT, Falt. of IT
Dept. of SE, 2001
SE-IV.56
10
10 trang
18240
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Nhập môn Công nghệ học phần mềm - Phần IV: Thiết kế và Lập trình - Vũ Thị Hương", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nhap_mon_cong_nghe_hoc_phan_mem_phan_iv_thiet_ke_v.pdf
