Bài giảng Công nghệ phần mềm - Phần IV: Thiết kế và lập trình - Vũ Thị Hương Giang

ầu 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 
 1 
 10/5/2011 
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 
 2 
 10/5/2011 
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 
 Tên dữ liệu 
 Tên Tên dữ liệu 
 chức năng 
 (Dữ liệu vào) (Bong bóng) (Dữ liệu ra) 
 6 
 3 
 10/5/2011 
b. Cấu trúc phân cấp 
(Hierarchical structured chart) 
• Là phân cấp biểu thị – Tên module biểu thị chức 
 quan hệ phụ thuộc giữa năng (“làm gì”), đặt tên 
 các module và giao diện sao cho các module ở 
 phía dưới tổng hợp lại sẽ 
 (interface) giữa chúng biểu thị đủ chức năng 
• Các quy ước: của module tương ứng 
 – Không liên quan đến phía trên. 
 trình tự gọi các module, – Biến số (arguments) biểu 
 nhưng ngầm định là từ thị giao diện giữa các 
 trái qua phải module, biến số ở các 
 – Mỗi module xuất hiện module gọi/bị gọi có thể 
 trong cấu trúc 1 lần, có khác nhau. 
 thể được gọi nhiều lần – Mũi tên xanh biểu thị dữ 
 – Quan hệ trên dưới: liệu, tím biểu thị flag . 
 không cần nêu số lần gọi – Chiều của mũi tên là 
 hướng truyền tham số. 
 7 
Cấu trúc phân cấp 
 Module A 
 1 
 Module B Module C Module D 
 Luồng dữ liệu 
 Module E 
 Luồng flag 
 8 
 4 
 10/5/2011 
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 • Thiết kế hệ thống 
 thống rồi quyết định kiến trúc. 
 – Thiết kế hệ thống 
3. Theo quá trình biến đổi dữ liệu, hãy xem những phần cứng [(1), (2)] 
 chức năng được kiến trúc như thế nào? 
 – Thiết kế hệ thống 
4. Từ kiến trúc các chức năng, hãy xem xét và phần mềm [(3)-(7)] 
 chỉnh lại, từ đó chuyển sang kiến trúc chương • Thiết kế hệ thống phần 
 trình và thiết kế chi tiết. 
 mềm 
5. Quyết định các đơn vị chương trình theo các 
 – Thiết kế tệp (file 
 chức năng của hệ phần mềm có dựa theo luồng 
 design) [(7)] 
 dữ liệu và phân chia ra các thành phần. 
 – Thiết kế chức năng hệ 
6. Khi cấu trúc chương trình lớn quá, phải phân 
 thống [(3)-(6)] 
 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 
 10 
 thuật gì ? 
 5 
 10/5/2011 
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 
 F3 
 F5 
 Bài toán F1 F4 
 Problem F2 
 13 
 6 
 10/5/2011 
 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) 
 INPUT 
 F3 
 F5 
 F1 
 F4 
 Luồng dữ 
 liệu chính F2 
 OUTPUT 
 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 
 Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 
 F1 F2 F3 F4 F5 
INPUT OUTPUT 
 15 
 7 
 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 
 và đầu ra 
 Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 
 F1 F2 F3 F4 F5 
INPUT OUTPUT 
 Trừu tượng hóa Trừu tượng hóa 
 tối đa đầu vào tối đa đầu ra 
 Source Module Transform Module Sink Module 
 16 
 • 5) Chuyển sang sơ đồ phân cấp 
 Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 
 F1 F2 F3 F4 F5 
INPUT OUTPUT 
 Trừu tượng hóa Trừu tượng hóa 
 tối đa đầu vào tối đa đầu ra 
 Source Module Transform Module Sink Module 
 Control 
 Module 0 
 Source Transform Sink 
 Module 1 Module 2 Module 3 17 
 8 
 10/5/2011 
• 6) Xác định các tham số giữa các module dựa 
 theo quan hệ phụ thuộc 
 Module 0 
 0 
 3 
 5 
 3 5 
 Module 1 Module 2 Module 3 
 1 2 3 
 18 
• 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 
 9 
 10/5/2011 
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 
 10/5/2011 
Thí dụ 
 T1 
 u1 
 v1 
 x y u2 v2 z 
 A B T2 C D 
 u3 v3 
 T3 
 Biểu đồ chức năng có 1 trung tâm giao dịch 
Thí dụ 
 Chính 
 Lấy y T1 T2 T3 Chuyển z 
 Vào Xử lý giao dịch Ra 
 Lưu đồ cấu trúc mô đun mức đỉnh 
 23 
 11 
 10/5/2011 
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 
 12 
 10/5/2011 
 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 
 13 
 10/5/2011 
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 
 14 
 10/5/2011 
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 
 Start: Get (Time-on, Time-of f ,Time, Setting, Temp, Switch)
 if Switch = of fg oto off
 if Switch = on goto on
 goto Cntrld
 of f : if Heating-status = on goto Sw-off
 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 := off
 goto Switch
 Sw-on: Heating-status := on
 Switch: Switch-heating
 loop: goto Start
 31 
 15 
 10/5/2011 
CT được cấu trúc hoá 
 loop
 -- The Get statement finds values for the given variables from the system’s
 -- environment.
 Get (Time-on, Time-of f ,Time, Setting, Temp, Switch) ;
 case Switch of
 when On => if Heating-status = of ft hen
 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-off then
 if Temp > Setting and Heating-status = on then
 Switch-heating; Heating-status = of f ;
 elsif Temp < Setting and Heating-status = of ft hen
 Switch-heating; Heating-status := on ;
 end if;
 end if ;
 end case ;
 end loop ;
 32 
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 
 16 
 10/5/2011 
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) 
 Xử lý 1 ĐIều kiện 
 Y N 
 Xử lý 2 
 Xử lý 1 Xử lý 2 
• c- Đa nhánh (CASE) d- Lặp (repetition) 
 TT1 ĐIều kiện 
 DO WHILE (Đkiện) Xử lý 
 TT2 TT3 
 Xử lý 1 Xử Xử lý 
 Xử lý 2 lý 3 REPEAT UNTIL (Đkiện) 
 35 
 17 
 10/5/2011 
Lưu đồ Phân tích bài toán 
(PAD chart by Hitachi) 
 a- Nối (concatination) b- Chọn (selection) 
 Xử lý 1 
 Trục Xử lý 1 
 chính Điều kiện 
 Xử lý 2 
 Xử lý 2 
 c- Đa nhánh (CASE) d- Lặp (repetition) 
 Xử lý 1 
 Đ TT1 
 I 
 ề 
 TT2 Xử lý 2 
 u WHILE UNTIL 
 Đkiện Xử lý Đkiện Xử lý 
 k 
 i TT3 Xử lý 3 
 ệ 
 n 
 TT4 
 Xử lý 4 
 36 
2.3 Phương pháp Jackson 
• JSP: Jackson Structured Programming 
• Các ký pháp: 
 – Cơ sở (elementary) 
 – Tuần tự (sequence) 
 – Lặp 
 – Rẽ nhánh 
 37 
 18 
 10/5/2011 
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 
 19 
 10/5/2011 
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 
 20 
 10/5/2011 
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 
 21 
 10/5/2011 
 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 
 22 
 10/5/2011 
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 
 23