Bài giảng Công nghệ phần mềm - Phần 4: Thiết kế và lập trình cung cấp cho người học các kiến thức: Thiết kế hệ thống, khái niệm, thiết kế cấu trúc hóa, quy trình thiết kế, các phương pháp thiết kế hệ thống, thiết kế chương trình, lập trình. Mời các bạn cùng tham khảo.
10/5/2011 PHẦN IV: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH DESIGN AND PROGRAMMING I Thiết kế hệ thống Khái niệm Thiết kế cấu trúc hóa Quy trình thiết kế Các phương pháp thiết kế hệ thống II Thiết kế chương trình III Lập trình 1 Thiết kế hệ thống gì? • Là thiết kế cấu hình phần cứng cấu trúc phần mềm (gồm chức liệu) để có hệ thống thỏa mãn u cầu đề • Có thể xem Thiết kế cấu trúc (WHAT), Thiết kế Logic (HOW) Phương pháp thiết kế cấu trúc hóa (Structured Design) Constantine Phương pháp thiết kế tổng hợp (Composite Design) Myers CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10/5/2011 Thiết kế cấu trúc hóa • Bắt nguồn từ modularity, top-down design, structured programming • Cịn xem phương pháp thiết kế hướng luồng liệu (Data flow-oriented design) • Quy trình bước: – – – – – – Tạo kiểu luồng thông tin; Chỉ biên luồng; Ánh xạ DFD sang cấu trúc chương trình; Xác định phân cấp điều khiển; Tinh lọc cấu trúc; Chọn mô tả kiến trúc Đặc trưng thiết kế cấu trúc hóa • Dễ thích ứng với mơ hình vịng đời thác nước tính thân thiện cao • Thiết kế theo tiến trình, khơng hợp với thiết kế xử lý theo lơ (batch system) • Dùng phân chia - kết hợp để giải tính phức tạp hệ thống • Topdown phân chia module • Kỹ thuật lập trình hiệu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10/5/2011 2.1 Module • Dãy lệnh nhằm thực chức (function) • Có thể biên dịch độc lập • Module dịch module khác gọi tới • Giao diện module thông qua biến tham số (arguments) • So sánh với NNLT! a Lưu đồ bong bóng (Bubble chart) • Biểu thị luồng xử lý liệu • Ký pháp Tên liệu (Dữ liệu vào) Tên chức (Bong bóng) Tên liệu (Dữ liệu ra) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10/5/2011 b Cấu trúc phân cấp (Hierarchical structured chart) • Là phân cấp biểu thị quan hệ phụ thuộc module giao diện (interface) chúng • Các quy ước: – Khơng liên quan đến trình tự gọi module, ngầm định từ trái qua phải – Mỗi module xuất cấu trúc lần, gọi nhiều lần – Quan hệ dưới: không cần nêu số lần gọi – Tên module biểu thị chức (“làm gì”), đặt tên cho module phía tổng hợp lại biểu thị đủ chức module tương ứng phía – Biến số (arguments) biểu thị giao diện module, biến số module gọi/bị gọi khác – Mũi tên xanh biểu thị liệu, tím biểu thị flag – Chiều mũi tên hướng truyền tham số Cấu trúc phân cấp Module A Module B Luồng liệu Module C Module D Module E Luồng flag CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10/5/2011 Quy trình thiết kế hệ thống • Phân chia mơ hình phân tích hệ • Tìm tương tranh (concurrency) hệ thống • Phân bố hệ cho xử lý nhiệm vụ (tasks) • Phát triển thiết kế giao diện • Chọn chiến lược cài đặt quản trị liệu • Tìm nguồn tài nguyên chung chế điều khiển truy nhập chúng • Thiết kế chế điều khiển thích hợp cho hệ thống, kể quản lý nhiệm vụ • Xem xét điều kiện biên xử lý • Xét duyệt xem xét thỏa hiệp (trade-offs) Các điểm lưu ý thiết kế hệ thống Có thể trích luồng liệu từ hệ thống: phần nội dung đặc tả yêu cầu giao diện Xem xét tối ưu tài nguyên kiến trúc lên hệ thống định kiến trúc Theo trình biến đổi liệu, xem chức kiến trúc nào? Từ kiến trúc chức năng, xem xét chỉnh lại, từ chuyển sang kiến trúc chương trình thiết kế chi tiết • Quyết định đơn vị chương trình theo chức hệ phần mềm có dựa theo luồng liệu phân chia thành phần Khi cấu trúc chương trình lớn quá, phải phân chia nhỏ thành module Xem xét liệu vào-ra tệp dùng chung chương trình Truy cập tệp tối ưu Hãy nghĩ xem để có thiết kế nên dùng phương pháp luận kỹ thuật ? CuuDuongThanCong.com – Thiết phần – Thiết phần • Thiết kế hệ thống kế hệ thống cứng [(1), (2)] kế hệ thống mềm [(3)-(7)] Thiết kế hệ thống phần mềm – Thiết kế tệp (file design) [(7)] – Thiết kế chức hệ thống [(3)-(6)] 10 https://fb.com/tailieudientucntt 10/5/2011 Các phương pháp thiết kế hệ thống • Thiết kế cấu trúc: – Phương pháp phân chia STS (Source/Transform/Sink: Nguồn/Biếnđổi/Hấpthụ) – Phương pháp phân chia TR (Transaction) • Minh họa phân chia chức theo bong bóng DFD (biểu đồ luồng liệu) 11 4.1 Phương pháp phân chia STS (Source/Transform/Sink) • 1) Chia đối tượng “bài toán” thành chức thành phần F3 Bài toán Problem F1 F5 F4 F2 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10/5/2011 Quyết định luồng liệu • 2) Tìm luồng liệu qua chức năng: từ đầu vào (Input) tới đầu (Output) INPUT F3 Luồng liệu F5 F1 F4 F2 OUTPUT 14 Quyết định bong bóng liệu • 3) Theo luồng liệu chính: thay chức bong bóng làm rõ liệu bong bóng Data1 F1 Data2 F2 Data3 F3 Data4 F4 Data5 F5 INPUT Data6 OUTPUT 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10/5/2011 Từ sơ đồ bong bóng sang sơ đồ phân cấp • 4) Xác định vị trí trừu tượng hóa tối đa đầu vào đầu Data1 F1 Data2 Data3 F2 F3 Data4 F4 Data5 F5 INPUT Data6 OUTPUT Trừu tượng hóa tối đa đầu vào Trừu tượng hóa tối đa đầu Transform Module Source Module Sink Module 16 • 5) Chuyển sang sơ đồ phân cấp Data1 INPUT F1 Data2 Data3 F2 F3 Data4 Trừu tượng hóa tối đa đầu vào F5 Trừu tượng hóa tối đa đầu Control Module CuuDuongThanCong.com Data5 Transform Module Source Module Source Module F4 Transform Module Data6 OUTPUT Sink Module Sink Module https://fb.com/tailieudientucntt 17 10/5/2011 • 6) Xác định tham số module dựa theo quan hệ phụ thuộc Module 3 Module 1 Module Module 3 18 • 7) Với module (Source, Transform, Sink) lại áp dụng cách phân chia STS lặp lại bước từ 1) đến 6) Đơi có trường hợp không chia thành mô đun nhỏ mà thành • 8) Tiếp tục chia đến mức cấu trúc lơgic module tương ứng với thuật tốn biết dừng Tổng hợp lại ta cấu trúc phân cấp: nút module với số nhánh phía khơng nhiều 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10/5/2011 4.2 Phương pháp phân chia TR (Transaction) • Khi khơng tồn luồng liệu chính, mà liệu vào có đặc thù khác nguồn khác xem Giao dịch khác • Mỗi giao dịch ứng với module xử lý • Phân chia module có thể: theo kinh nghiệm; theo tính độc lập module; theo số bước tối đa module (ví dụ < 50) theo chuẩn 20 Các bước thực • Xác định trung tâm giao dịch gồm số chức phân loại chức tham gia vào trình xử lý: – Vào: số chức truyền dẫn thông tin từ nguồn số chức sơ chế – Ra: Một số chức dẫn thơng tin từ tình xử lý • Vẽ mức cao lưu đồ cấu trúc: • - Một mơ đun mức cao (đỉnh): mức • - cho vào, mô đun xử lý cho trường hợp mô đun ra: mức 21 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 10/5/2011 Thí dụ T1 u1 x y A v1 u2 B T2 v2 z C u3 D v3 T3 Biểu đồ chức có trung tâm giao dịch Thí dụ Chính Lấy y Vào T1 T2 T3 Xử lý giao dịch Chuyển z Ra Lưu đồ cấu trúc mô đun mức đỉnh 23 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 11 10/5/2011 4.3 Phân tích cấu trúc hóa • Xác định luồng liệu • Luồng tuyến tính theo phân chia STS • Luồng phân nhánh theo phân chia TR 24 4.4 Chuẩn phân chia module • Tính độc lập: Độ kết hợp (coupling) Độ bền vững (strength) • tiêu chuẩn Myers – – – – – Decomposability Composability Understandability Continuity Protection 25 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 12 10/5/2011 PHẦN IV: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH DESIGN AND PROGRAMMING I Thiết kế hệ thống II Thiết kế chương trình Khái niệm Phương pháp thiết kế chương trình Cơng cụ thiết kế III Lập trình 26 Khái niệm • Thiết kế chương trình thiết kế chi tiết cấu trúc bên phần mềm: thiết kế tính module giao diện tương ứng • Cấu trúc ngồi phần mềm: thiết kế hệ thống • Trình tự xử lý bên trong: Thuật tốn (giải thuật, Algorithm); Logic 27 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 13 10/5/2011 Phương pháp thiết kế chương trình • Ngun tắc – Khơng có trạng thái mờ (fuzzy), để đảm bảo thiết kế cấu trúc đắn – Ngơn ngữ lập trình phù hợp – Triển khai đắn đặc tả chức module chương trình nhờ phương pháp luận thiết kế chi tiết – Dùng quy trình thiết kế dễ chuẩn hóa bước • Kỹ thuật thiết kế mơ hình hệ phần mềm – Hướng tiến trình (process) : Kỹ thuật thiết kế cấu trúc điều khiển – Hướng cấu trúc liệu (data): Kỹ thuật thiết kế cấu trúc liệu – Hướng vật / đối tượng (object): Kỹ thuật thiết kế hướng đối tượng 28 2.1 Lập trình cấu trúc hóa • Khái niệm bản: tuần tự, nhánh (chọn), lặp; cấu trúc mở rộng, tiền xử lý, hậu xử lý • Những điểm lợi thiết kế thuật tốn : – – – – Tính độc lập module: quan tâm vào-ra Làm cho chương trình dễ hiểu Dễ theo dõi chương trình thực Hệ phức tạp dễ hiểu nhờ tiếp cận phân cấp 29 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14 10/5/2011 Loại bỏ GOTO • GOTO dùng để làm gì? – Cho phép thực bước nhảy đến nhãn định • Tại cần loại bỏ GOTO ? – Phá vỡ tính cấu trúc lập trình cấu trúc hóa • Phương pháp loại bỏ GOTO • Có thể loại bỏ GOTO trường hợp? • Thế “kỹ lập trình cấu trúc” 30 VD chương trình Spaghetti Start: Get (Time-on, Time-of f ,Time, Setting, Temp, Switch) if Switch = of f goto off if Switch = on goto on goto Cntrld of f : if Heating-status = on goto Sw-of f goto loop on: if Heating-status = off goto Sw-on goto loop Cntrld: if Time = Time-on goto on if Time = Time-off goto off if Time < Time-on goto Start if Time > Time-off goto Start if Temp > Setting then goto off if Temp < Setting then goto on Sw-off : Heating-status := of f goto Switch Sw-on: Heating-status := on Switch: Switch-heating loop: goto Start 31 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 15 10/5/2011 CT cấu trúc hoá loop The Get statement f inds values for the given variables f rom the system’s environment Get (Time-on, Time-of f ,Time, Setting, Temp, Switch) ; case Switch of when On => if Heating-status = of f then Switch-heating ; Heating-status := on ; end if ; when Off => if Heating-status = on then Switch-heating ; Heating-status := off ; end if; when Controlled => if Time >= Time-on and Time < = Time-of f then if Temp > Setting and Heating-status = on then Switch-heating; Heating-status = of f ; elsif Temp < Setting and Heating-status = of f then Switch-heating; Heating-status := on ; end if; end if ; end case ; end loop ; 32 Lưu ý thiết kế chương trình • Phụ thuộc vào kỹ kinh nghiệm người thiết kế • Cần chuẩn hóa tài liệu đặc tả thiết kế chi tiết • Khi thiết kế cấu trúc điều khiển giải thuật, theo quy ước cấu trúc hóa nên đơi tính sáng tạo người thiết kế bị hạn chế, bó buộc theo khn mẫu có 33 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 16 10/5/2011 2.2 Lưu đồ cấu trúc hóa • • • • Tác dụng lưu đồ (flow chart) Quy phạm (discipline) Trừu tượng hóa thủ tục Lưu đồ cấu trúc hóa – Cấu trúc điều khiển – Chi tiết hóa bước giải thuật – Thể trình tự điều khiển thực 34 Lưu đồ Nassi-Shneiderman (NS chart by IBM) • a- Nối (concatination) Xử lý Xử lý • c- Đa nhánh (CASE) TT1 b- Chọn (selection) Y ĐIều kiện Xử lý Xử lý d- Lặp (repetition) ĐIều kiện DO WHILE (Đkiện) Xử lý N TT2 TT3 Xử Xử lý lý Xử lý Xử lý REPEAT UNTIL (Đkiện) 35 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 17 10/5/2011 Lưu đồ Phân tích tốn (PAD chart by Hitachi) a- Nối (concatination) Trục b- Chọn (selection) Xử lý Xử lý Điều kiện Xử lý Xử lý c- Đa nhánh (CASE) Đ I ề u k i ệ n TT1 Xử lý TT2 Xử lý TT3 TT4 d- Lặp (repetition) WHILE Đkiện Xử lý UNTIL Đkiện Xử lý Xử lý Xử lý 36 2.3 Phương pháp Jackson • JSP: Jackson Structured Programming • Các ký pháp: – – – – Cơ sở (elementary) Tuần tự (sequence) Lặp Rẽ nhánh 37 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 18 10/5/2011 Lưu đồ JSD (tiếp) JSD biểu diễn chức HT nhân 38 Trình tự thiết kế chung • • • • Thiết Thiết Thiết Thiết kế kế kế kế cấu trúc liệu (Data step) cấu trúc chương trình (Program step) thủ tục (Operation step) đặc tả chương trình (Text step) 39 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 19 10/5/2011 2.4 Phương pháp Warnier • Khái niệm chung • Trình tự thiết kế – – – – – – Thiết Thiết Thiết Thiết Thiết Thiết kế kế kế kế kế kế liệu liệu vào cấu trúc chương trình lưu đồ lệnh thủ tục đặc tả chi tiết 40 PHẦN IV: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH DESIGN AND PROGRAMMING I Thiết kế hệ thống II Thiết kế chương trình III Lập trình Lịch sử phát triển ngơn ngữ lập trình Cấu trúc chương trình Các cơng cụ lập trình 41 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 20 10/5/2011 Lịch sử ngôn ngữ lập trình • Các ngơn ngữ hệ thứ nhất: – Ngơn ngữ lập trình mã máy (machine code) – Ngơn ngữ lập trình assembly • Các ngơn ngữ thế thứ hai: – FOTRAN, COBOL, ALGOL, BASIC – Phát triển 1950-1970 • Các ngơn ngữ hệ thứ ba – Ngơn ngữ lập trình cấp cao vạn (cấu trúc) – Lập trình hướng đối tượng – Lập trình hướng suy diễn – logic • Các ngơn ngữ hệ thứ tư 42 2.1 Cấu trúc liệu dễ hiểu • Nên xác định tất cấu trúc liệu thao tác cần thực cấu trúc liệu • Việc biểu diễn/khai báo cấu trúc liệu nên thực mơ đun sử dụng trực tiếp liệu • Nên thiết lập sử dụng từ điển liệu thiết liệu 43 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 21 10/5/2011 2.2 Cấu trúc thuật tốn dễ hiểu • Giải thuật • điểm lưu ý viết chương trình có cấu trúc: Tuân theo quy cách lập trình Một đầu vào, đầu Tránh GOTO, trừ phải khỏi lặp dừng Dùng comments hợp lý Dùng tên biến có nghĩa, gợi nhớ Cấu trúc lồng rõ ràng Tránh dùng CASE / switch nhiều lồng – Mã nguồn chương trình / module nên viết trang – Tránh viết nhiều lệnh dòng – – – – – – – 44 2.3 Chú thích chương trình • Tại cần đặt thích chương trình ? • Vị trí đặt thích chương trình – – – – Thành phần/ Module Lớp Hàm/thủ tục Các vị trí đặc biệt khác • Một số quy định đặt thích: – Ngắn gọn – Gợi nhớ 45 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 22 10/5/2011 Các cơng cụ lập trình • • • • • • • 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 C#, NET 46 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 23 ... Heating-status = on goto Sw-of f goto loop on: if Heating-status = off goto Sw-on goto loop Cntrld: if Time = Time-on goto on if Time = Time-off goto off if Time < Time-on goto Start if Time > Time-off... Switch-heating ; Heating-status := off ; end if; when Controlled => if Time >= Time-on and Time < = Time-of f then if Temp > Setting and Heating-status = on then Switch-heating; Heating-status... chương trình / module nên viết trang – Tránh viết nhiều lệnh dòng – – – – – – – 44 2.3 Chú thích chương trình • Tại cần đặt thích chương trình ? • Vị trí đặt thích chương trình – – – – Thành phần/