第三章 结构化设计

第三章 结构化设计

---

3.1

数据设计：
数据模型及核心数据字典转变为数据结构。
体系结构设计：
功能模型中数据流图转变成计算机模块框架。
接口设计：
功能模型中数据流图转变成软件内部、软件与协作系统间、软件用户间通信方式。
过程设计：
行为模型及功能模型中的“处理规格说明”转换成软件构件过程描述。

3.2 结构化设计的概念与原理

3.2.1 模块化

• 模块（module）：“模块”又称“构件”一般指用一个名字调用的相邻程序元素序列
• 模块化设计（modular design）：按适当的原则把软件划分成一个个较小的、相关而又独立的模块。
  
  

3.2.2 抽象

抽出事物的本质特性，暂不考虑细节。

3.2.3 求精

求精是指为了能集中精力解决主要问题，尽量推迟对细节问题的考虑，实际上是一个细化过程，与抽象是互补的概念。

3.2.4 信息隐藏

每个模块的实现细节对于其他模块来说是隐藏的，模块中所包含的信息是不允许其他不需要这些信息的模块访问的。
每个用户只能通过接口来了解该模块，而所有的实现都隐藏起来，使模块之间的关系相对简单。

3.3 模块独立

1. 容易分工合作
2. 容易测试何维护，修改工作量较小，错误传播范围小，扩充功能容易。
   两个定性度量标准：耦合和内聚。

3.3.1 耦合

定义： 软件结构中不同模块间互连程度度量。取决模块间接口复杂程度，通过接口数据。追求尽可能松散耦合系统。

• 非直接耦合
  两个模块分别能独立地工作不需要另一模块存在。
• 数据耦合
  两模块通过参数交换数据信息。
• 控制耦合
  如果一个模块通过传送开关、标志、名字等控制信息，明显地控制选择另一模块的功能，就是控制耦合。
  
• 公共耦合
  若一组模块都访问同一个公共数据环境，则它们之间的耦合就称为公共耦合。公共的数据环境可以是全局数据结构、共享的通信区、内存的公共覆盖区等。
  
• 内容耦合

1. 一个模块直接访问另一个模块的内部数据;
2. 一个模块不通过正常入口转到另一模块内部;
3. 两个模块有一部分程序代码重迭（只可能出现 在汇编语言中）;
4. 一个模块有多个入口
   

设计原则： 尽量使用数据耦合，少用控制耦合，限制公共环境耦合，完全不用内容耦合。

3.3.2 内聚

（由高到低）

• 功能内聚
  一个模块中各个部分都是完成某一具体功能必不可少的组成部分
• 顺序内聚
  模块内处理元素同某功能密切相关，顺序执行。
• 通信内聚
  一模块内各功能部分都使用相同输入数据，或产生相同输出数据。
• 过程内聚
  使用流程图做为工具设计程序时，把流程图中的某一部分划出组成模块，就得到过程内聚模块。例如，把流程图中的循环部分、判定部分、计算部分分成三个模块，这三个模块都是过程内聚模块。
• 时间内聚
  时间内聚又称为经典内聚。这种模块大多为多功能模块，但模块的各个功能的执行与时间有关，通常要求所有功能必须在同一时间段内执行。例如初始化模块和终止模块。
• 逻辑内聚
  一模块完成功能在逻辑上属相同相似一类。
• 偶然内聚
  模块内各部分间没有联系，即使有也很松散。

3.5 启发规则

1. 改进软件结构提高模块独立性；
2. 模块规模应该适中；
3. 深度、宽度、扇出和扇入都应适当；
4. 模块的作用域应该在控制域之内；
5. 力争降低模块接口的复杂程度；
6. 设计单入口单出口的模块；
7. 模块功能应该可以预测；

3.6 面向数据流的设计方法

-变换流
信息沿输入通路进入系统，同时由外部形式变换成内部形式，进入系统的信息通过变换中心，经加工处理以后再沿输出通路变换成外部形式离开软件系统。当数据流图具有这些特征时，这种信息流就叫作变换流。

• 事物流
  数据沿输入通路到达一个处理T，这个处理根据输入数据的类型在若干个动作序列中选出一个来执行。这类数据流应该划为一类特殊的数据流，称为事务流。
  

面向数据流设计过程

变换分析

第1步 复查基本系统模型。
复查的目的是确保系统的输入数据和输出数据符合实际。

第2步 复查并精化数据流图。
正确处理项完成相对独立功能。

第3步 确定数据流图具有变换特性还是事务特性。
没有明显事务中心，为变换型。

第4步 确定输入流和输出流的边界，从而孤立出变换中心。

第5步 完成第一级分解

第6步 完成第二级分解

事务分析

事务分析的设计步骤和变换分析的设计步骤大部分相同或类似，主要差别仅在于由数据流图到软件结构的映射方法不同。由事务流映射成的软件结构包括一个接收分支和一个发送分支。

一般说来，如果数据流不具有显著的事务特点，最好使用变换分析；反之，如果具有明显的事务中心，则应该采用事务分析技术。

3.7 过程设计

3.7.1 过程设计的任务

• 确定模块算法
• 确定模块使用数据结构
• 确定模块接口（系统外部接口、用户界面、内部模块间接口细节、输入数据和输出数据）

3.7.2 结构化过程设计

结构化程序设计技术是过程设计一关键技术。

• 经典定义：
  程序代码通过顺序、选择、循环三种控制结构连接，
  单入口单出口。
• 扩展定义：
  可限制使用GOTO语句、DO_UNTIL和DO_CASE
• 修正定义：
  LEAVE和BREAK，可从循环中转移出来。

3.7.3 结构化程序设计工具

1. 结构流程图
   
   
   
   
   
   

优点：

• 对控制流程描绘直观，便于初学者掌握。

缺点：

• 不是逐步求精好工具，过早考虑控制流程，非整体结构；
• 用箭头代表控制流，程序员随意转移控制；
• 不易表示数据结构和调用关系。

2. N-S图（盒图）
   

特点：

• 功能域（一特定控制结构的作用域）明确；
• 不可能任意转移控制；
• 容易确定局部和全程数据的作用域；
• 容易表现嵌套关系，也可表示模块的层次结构。

3. PAD图
   

优点：

• 使用PAD图设计的程序必然是结构化程序；
• PAD图描绘的程序结构十分清晰；
• 用PAD图表现程序逻辑，易读、易懂、易记；
• 容易将PAD图转换成高级语言源程序；
• 支持自顶向下逐步求精。

4. 判定表
   

能清晰表示复杂的条件组合与应做动作间对应关系。
四部分:
左上部列出所有条件；
左下部所有可能做的动作；
右上部表示各种条件组合的一矩阵；
右下部是和每种条件组合相对应的动作。

5. 判定树
   判定表变种，表示复杂条件组合与应做动作间对应关系。
   
   优点：
   形式简单，易看出含义，易于掌握和使用。
   缺点：
   简洁性不如判定表，相同数据元素重复写多遍，
   越接近叶端重复次数越多。

6. 伪码
   伪码，用正文形式表示数据和处理过程设计工具。

3.7.4 程序复杂度

McCabe方法

1. 根据过程设计结果画出相应流图
   流图描述程序控制流，基本图形符号如下图所示。
   
2. 计算流图的环形复杂度
   

3.8 面向数据结构设计方法

Jackson图

1. 顺序结构
   

2. 选择结构
   

3. 重复结构
   

JACKSON 图的优点

• 便于表示层次结构，而且是对结构进行自顶向下分解的有力工具；
• 形象直观可读性好；
• 既能表示数据结构也能表示程序结构（因为结构程序设计也只使用上述3种基本控制结构）。

JACKSON 图的缺点

• 用这种图形工具表示选择或重复结构时，选择条件或循环结束条件不能直接在图上表示出来，影响了图的表达能力，也不易直接把图翻译成程序；
• 此外，框间连线为斜线，不易在行式打印机上输出。

改进的JACKSON图