Bài giảng Kỹ thuật phần mềm - Phần IV: Thiết kế và lập trình

10/5/2011 
1 
PHẦN IV: 
THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH 
DESIGN AND PROGRAMMING 
I. Thiết kế hệ thống 
1. Khái niệm 
2. Thiết kế cấu trúc hóa 
3. Quy trình thiết kế 
4. Các phương pháp thiết kế hệ thống 
II. Thiết kế chương trình 
III. Lập trình 
1 
1. Thiết kế hệ thống là gì? 
• Là thiết kế cấu hình phần cứng và cấu trúc phần 
mềm (gồm cả chức năng và dữ liệu) để có được 
hệ thống thỏa mãn các yêu cầu đề ra. 
• Có thể xem như Thiết kế cấu trúc (WHAT), chứ 
không phải là Thiết kế Logic (HOW). 
 Phương pháp thiết kế cấu trúc hóa (Structured 
Design) của Constantine 
 Phương pháp thiết kế tổng hợp (Composite 
Design) của Myers. 
2 
10/5/2011 
2 
2. Thiết kế cấu trúc hóa 
• Bắt nguồn từ modularity, top-down design, 
structured programming. 
• Còn xem như phương pháp thiết kế hướng luồng 
dữ liệu (Data flow-oriented design). 
• Quy trình 6 bước: 
– Tạo kiểu luồng thông tin; 
– Chỉ ra biên của luồng; 
– Ánh xạ DFD sang cấu trúc chương trình; 
– Xác định phân cấp điều khiển; 
– Tinh lọc cấu trúc; 
– Chọn mô tả kiến trúc. 
3 
Đặc trưng của thiết kế cấu trúc hóa 
• Dễ thích ứng với mô hình vòng đời thác nước do 
tính thân thiện cao. 
• 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 module. 
• Kỹ thuật lập trình hiệu quả. 
4 
10/5/2011 
3 
2.1. Module 
• Dãy các lệnh nhằm thực hiện chức 
năng (function) nào đó. 
• Có thể được biên dịch độc lập 
• Module đã được dịch có thể được 
module khác gọi tới. 
• Giao diện giữa các module thông qua 
các biến tham số (arguments) . 
• So sánh với các NNLT! 
5 
a. Lưu đồ bong bóng (Bubble 
chart) 
• Biểu thị luồng xử lý dữ liệu 
• Ký pháp 
6 
Tên 
chức năng 
Tên dữ liệu Tên dữ liệu 
(Dữ liệu vào) (Dữ liệu ra) (Bong bóng) 
10/5/2011 
4 
b. Cấu trúc phân cấp 
(Hierarchical structured chart) 
• Là phân cấp biểu thị 
quan hệ phụ thuộc giữa 
các module và giao diện 
(interface) giữa chúng 
• Các quy ước: 
– Không liên quan đến 
trình tự gọi các module, 
nhưng ngầm định là từ 
trái qua phải 
– Mỗi module xuất hiện 
trong cấu trúc 1 lần, có 
thể được gọi nhiều lần 
– Quan hệ trên dưới: 
không cần nêu số lần gọi 
– Tên module biểu thị chức 
năng (“làm gì”), đặt tên 
sao cho các module ở 
phía dưới tổng hợp lại sẽ 
biểu thị đủ chức năng 
của module tương ứng 
phía trên. 
– Biến số (arguments) biểu 
thị giao diện giữa các 
module, biến số ở các 
module gọi/bị gọi có thể 
khác nhau. 
– Mũi tên xanh biểu thị dữ 
liệu, tím biểu thị flag . 
– Chiều của mũi tên là 
hướng truyền tham số. 
7 
Cấu trúc phân cấp 
Module A 
Module B Module C Module D 
Module E 
1 
Luồng dữ liệu 
Luồng flag 
8 
10/5/2011 
5 
3. Quy trình thiết kế hệ thống 
• Phân chia mô hình phân tích ra các hệ con 
• Tìm ra sự tương tranh (concurrency) trong hệ thống 
• 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 
• Tìm ra nguồn tài nguyên chung và cơ chế điều 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 nào. 
• Xét duyệt và xem xét các thỏa hiệp (trade-offs). 
9 
Các điểm lưu ý khi thiết kế hệ thống 
1. Có thể trích được luồng dữ liệu 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. 
3. Theo quá trình biến đổi dữ liệu, hãy xem những 
chức năng được kiến trúc như thế nào? 
4. Từ kiến trúc các chức năng, 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. 
6. Khi cấu trúc chương trình lớn quá, phải phân 
chia nhỏ hơn thành các module. 
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 ? 
10 
• Thiết kế hệ thống 
– Thiết kế hệ thống 
phần cứng [(1), (2)] 
– Thiết kế hệ thống 
phần mềm [(3)-(7)] 
• Thiết kế hệ thống phần 
mềm 
– Thiết kế tệp (file 
design) [(7)] 
– Thiết kế chức năng hệ 
thống [(3)-(6)] 
10/5/2011 
6 
4. 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 năng theo bong bóng 
của DFD (biểu đồ luồng dữ liệu) 
11 
4.1. Phương pháp phân chia STS 
(Source/Transform/Sink) 
• 1) Chia đối tượng “bài toán” thành các chức năng 
thành phần 
13 
Bài toán 
Problem 
F1 
F2 
F3 
F4 
F5 
10/5/2011 
7 
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) 
F1 
F2 
F3 
F4 
F5 
INPUT 
OUTPUT 
Luồng dữ 
liệu chính 
14 
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 
F2 F3 F4 F5 F1 
Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 
INPUT OUTPUT 
15 
10/5/2011 
8 
Từ sơ đồ bong bóng sang sơ đồ phân 
cấp 
• 4) Xác định vị trí trừu tượng hóa tối đa đầu vào 
và đầu ra 
16 
F2 F3 F4 F5 F1 
Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 
INPUT OUTPUT 
Trừu tượng hóa 
tối đa đầu vào 
Trừu tượng hóa 
tối đa đầu ra 
Source Module Transform Module Sink Module 
• 5) Chuyển sang sơ đồ phân cấp 
17 
F2 F3 F4 F5 F1 
Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 
INPUT OUTPUT 
Trừu tượng hóa 
tối đa đầu vào 
Trừu tượng hóa 
tối đa đầu ra 
Source Module Transform Module Sink Module 
Control 
Module 
Source 
Module 
Transform 
Module 
Sink 
Module 
0 
1 2 3 
10/5/2011 
9 
• 6) Xác định các tham số giữa các module dựa 
theo quan hệ phụ thuộc 
18 
Module 0 
Module 1 Module 2 Module 3 
0 
1 2 3 
3 
3 5 5 
• 7) Với từng module (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 
module tương ứng với thuật toán đã biết thì 
dừng. Tổng hợp lại ta được cấu trúc phân cấp: 
mỗi nút là 1 module với số nhánh phía dưới 
không nhiều hơn 3. 
19 
10/5/2011 
10 
4.2. Phương pháp phân chia TR 
(Transaction) 
• 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 module xử lý nó 
• Phân chia module có thể: theo kinh nghiệm; theo 
tính độc lập module; theo số bước tối đa trong 1 
module (ví dụ < 50) và theo chuẩn. 
20 
Các bước thực hiện 
• Xác định trung tâm giao dịch gồm 1 số chức năng 
phân loại và các chức năng tham gia vào quá 
trình xử lý: 
– Vào: 1 số chức năng truyền dẫn thông tin từ nguồn và 1 
số chức năng sơ chế. 
– Ra: Một số chức năng dẫn thông tin ra từ các tình huống 
xử lý. 
• Vẽ 2 mức cao nhất của lưu đồ cấu trúc: 
• - Một mô đun mức cao nhất (đỉnh): mức 1 
• - 1 cho vào, 1 mô đun xử lý cho mỗi trường 
hợp và 1 mô đun ra: mức 2. 
21 
10/5/2011 
11 
Thí dụ 
A B D C 
T1 
T3 
T2 
x y 
u1 
u2 
u3 v3 
v2 
v1 
z 
Biểu đồ chức năng có 1 trung tâm giao dịch 
Thí dụ 
23 
Lưu đồ cấu trúc mô đun mức đỉnh 
Chính 
T1 Lấy y T2 T3 Chuyển z 
Vào Xử lý giao dịch Ra 
10/5/2011 
12 
4.3. Phân tích cấu trúc hóa 
• Xác định luồng dữ liệu 
• Luồng tuyến tính thì theo phân chia STS 
• Luồng phân nhánh thì theo phân chia TR 
24 
4.4. Chuẩn phân chia module 
• Tính độc lập: Độ kết hợp (coupling) và Độ bền 
vững (strength) 
• 5 tiêu chuẩn của Myers 
– Decomposability 
– Composability 
– Understandability 
– Continuity 
– Protection 
25 
10/5/2011 
13 
PHẦN IV: 
THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH 
DESIGN AND PROGRAMMING 
I. Thiết kế hệ thống 
II. Thiết kế chương trình 
1. Khái niệm 
2. Phương pháp thiết kế chương trình 
3. Công cụ thiết kế 
III. Lập trình 
26 
1. Khái niệm 
• Thiết kế chương trình là thiết kế chi tiết cấu trúc 
bên trong của phần mềm: thiết kế tính năng từng 
module và giao diện tương ứng. 
• Cấu trúc ngoài của phần mềm: thiết kế hệ thống. 
• Trình tự xử lý bên trong: Thuật toán (giải thuật, 
Algorithm); Logic. 
27 
10/5/2011 
14 
2. Phương pháp thiết kế chương trình 
• Nguyên tắc 
– Không có trạng thái mờ (fuzzy), để đảm bảo thiết kế cấu 
trúc trong đúng đắn. 
– Ngôn ngữ lập trình phù hợp. 
– Triển khai đúng đắn đặc tả chức năng các module và 
chương trình nhờ phương pháp luận thiết kế chi tiết. 
– Dùng quy trình thiết kế dễ chuẩn hóa từng bước. 
• Kỹ thuật thiết kế mô hình hệ phần mềm 
– Hướng tiến trình (process) : Kỹ thuật thiết kế cấu 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. 
28 
2.1. Lập trình cấu trúc hóa 
• Khái niệm cơ bản: tuần tự, nhánh (chọn), lặp; 
cấu trúc mở rộng, tiền xử lý, hậu xử lý. 
• Những điểm lợi khi thiết kế thuật toán : 
– Tính độc lập của module: chỉ quan tâm vào-ra 
– Làm cho chương trình dễ hiểu 
– Dễ theo dõi chương trình thực hiện 
– Hệ phức tạp sẽ dễ hiểu nhờ tiếp cận phân cấp 
29 
10/5/2011 
15 
Loại bỏ GOTO 
• GOTO dùng để làm gì? 
– 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” 
30 
VD chương trình Spaghetti 
31 
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
10/5/2011 
16 
CT được cấu trúc hoá 
32 
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 ;
Lưu ý khi thiết kế chương trình 
• 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. 
33 
10/5/2011 
17 
2.2. Lưu đồ cấu trúc hóa 
• Tác dụng của lưu đồ (flow chart) 
• Quy phạm (discipline) 
• Trừu tượng hóa thủ tục 
• Lưu đồ cấu trúc hóa 
– Cấu trúc điều khiển cơ bản 
– Chi tiết hóa từng bước giải thuật 
– Thể hiện được trình tự điều khiển thực hiện 
34 
Lưu đồ Nassi-Shneiderman 
(NS chart by IBM) 
• a- Nối (concatination) b- Chọn (selection) 
• c- Đa nhánh (CASE) d- Lặp (repetition) 
Xử lý 1 
Xử lý 2 
ĐIều kiện 
Y N 
Xử lý 1 Xử lý 2 
ĐIều kiện 
Xử lý 1 
Xử lý 2 
Xử 
lý 3 
TT1 
TT2 TT3 
DO WHILE (Đkiện) 
Xử lý 
REPEAT UNTIL (Đkiện) 
Xử lý 
35 
10/5/2011 
18 
Lưu đồ Phân tích bài toán 
(PAD chart by Hitachi) 
36 
a- Nối (concatination) b- Chọn (selection) 
c- Đa nhánh (CASE) d- Lặp (repetition) 
WHILE 
Đkiện Xử lý 
Xử lý 1 
Xử lý 2 
Xử lý 1 
Xử lý 2 
Điều kiện 
Xử lý 1 
Xử lý 2 
Xử lý 3 
Xử lý 4 
TT1 
TT2 
TT3 
TT4 
Đ 
I 
ề 
u 
k 
i 
ệ 
n 
UNTIL 
Đkiện Xử lý 
Trục 
chính 
2.3 Phương pháp Jackson 
• JSP: Jackson Structured Programming 
• Các ký pháp: 
– Cơ sở (elementary) 
– Tuần tự (sequence) 
– Lặp 
– Rẽ nhánh 
37 
10/5/2011 
19 
Lưu đồ JSD (tiếp) 
JSD biểu diễn các chức năng của 1 HT nhân sự 
38 
Trình tự thiết kế chung 
• Thiết kế cấu trúc dữ liệu (Data step) 
• Thiết kế cấu trúc chương trình (Program step) 
• Thiết kế thủ tục (Operation step) 
• Thiết kế đặc tả chương trình (Text step) 
39 
10/5/2011 
20 
2.4. Phương pháp Warnier 
• Khái niệm chung 
• Trình tự thiết kế 
– Thiết kế dữ liệu ra 
– 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 
40 
PHẦN IV: 
THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH 
DESIGN AND PROGRAMMING 
I. Thiết kế hệ thống 
II. Thiết kế chương trình 
III. Lập trình 
1. Lịch sử phát triển của ngôn ngữ lập trình 
2. Cấu trúc chương trình 
3. Các công cụ lập trình 
41 
10/5/2011 
21 
1. Lịch sử ngôn ngữ lập trình 
• Các ngôn ngữ thế hệ thứ nhất: 
– 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 
– Lập trình hướng suy diễn – logic 
• Các ngôn ngữ thế hệ thứ tư 
42 
2.1. Cấu trúc dữ liệu 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/khai báo các cấu trúc 
dữ liệu chỉ nên thực hiện ở những mô 
đun sử dụng trực tiếp dữ liệu. 
• Nên thiết lập và sử dụng từ điển dữ 
liệu khi thiết dữ liệu. 
43 
10/5/2011 
22 
2.2. Cấu trúc thuật toán dễ 
hiểu 
• Giải thuật 
• 9 điểm lưu ý khi viết chương trình có cấu 
trúc: 
– Tuân theo quy cách lập trình 
– Một đầu vào, một đầu ra 
– 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 / module nên viết 
trên 1 trang 
– Tránh viết nhiều lệnh trên 1 dòng 
44 
2.3. 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 
– Hàm/thủ tục 
– Các vị trí đặc biệt khác 
• Một số quy định khi đặt chú thích: 
– Ngắn gọn 
– Gợi nhớ 
45 
10/5/2011 
23 
3. Các công 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