软件工程——结构化设计
一、结构化软件设计的任务
在结构化设计方法中，概要设计阶段将软件需求转化为数据结构和软件的系统结构。概要设计阶段要完成体系结构设计、数据设计及接口设计。详细设计阶段要完成过程设计。
二、结构化设计与结构化分析的关系
结构化设计方法的实施要点：
(1) 研究、分析和审查数据流图。
(2) 根据数据流图决定问题的类型：变换型和事务型。针对两种不同的类型分别进行分析处理。
(3) 由数据流图推导出系统的初始结构图。
(4) 利用一些启发式原则来改进系统的初始结构图，直到得到符合要求的结构图为止。
(5) 根据分析模型中的实体关系图和数据字典进行数据设计，包括数据库设计或数据文件的设
（6) 在上面设计的基础上，并依据分析模型中的加工规格说明、状态转换图进行过程设计
(7) 制定测试计划
三、模块结构表示——结构图
结构图（structure chart，SC）是精确表达模块结构的图形表示工具
(1) 模块的调用关系和接口：在结构图中，两个模块之间用单向箭头连接。箭头从调用模块指向被调用模块，表示调用模块调用了被调用模块。但其中隐含了一层意思，就是被调用模块执行完成之后，控制由返回到调用模块。
(2) 模块间的信息传递：当一个模块调用另一个模块时，调用模块把数据或控制信息传送给被调用模块，以使被调用模块能够运行。
（3)两个辅助模块（条件调用和反复调用）
当模块A有条件地调用另一个模块B时，在模块A的箭头尾部标以一个菱形符号；当一个模块A反复地调用模块C和模块D时，在调用箭头尾部则标以一个弧形符号
（4）结构图的形态特征
模块间的连线：模块之间的调用箭头也可用没有箭头方向的直线表示，在用直线表示时，用模块所处的位置表示它们之间的调用关系，位于上方的模块调用位于下方的模块。
结构图的深度：在多层次的结构图中，模块结构的层次数称为结构图的深度。
结构图的宽度：结构图中同一层模块的最大模块数称为结构图的宽度。
模块的扇入和扇出：扇出表示一个模块直接调用（或控制）的下属模块的数目。扇入则定义为调用（或控制）一个给定模块的调用模块的数目。多扇出意味着需要控制和协调许多下属模块。而多扇入的模块通常时公用模块。
四、体系结构设计
4.1基于数据流方法的设计过程
4.2 典型的数据流类型和系统结构
典型的数据流类型有变换型数据流和事务型数据流，数据流的类型不同，得到的系统结构也不同。 通常，一个系统中的所有数据流都可以认为是变换流，但是，当遇到有明显事务特性的数据流时，建议采用事务型映射方法进行设计。
4.2.1变换型数据流
变换型数据处理问题的工作过程大致分为3步，即取得数据、变换数据和给出数据
变换型系统的结构图相应于取得数据、变换数据、给出数据、系统的结构图由输入、中心变换和输出3部分组成
4.2.2事务型数据流
通常接受一项事务，根据事务处理的特点和性质，选择分派一个适当的处理单元，然后给出结果。 完成选择分派任务的部分称为事务处理中心，或分派部件。
4.3映射方法
4.3.1变换型映射方法
变换分析方法：
(1) 重画数据流图。在需求分析阶段得到的数据流图侧重于描述系统如何加工数据，而重画数据流图的出发点是描述系统中的数据是如何流动的。
(2)在数据流图上区分系统的逻辑输入、逻辑输出和中心变换部分。
(3) 进行一级分解，设计系统模块结构的顶层和第一层。自顶向下设计的关键是找出系统树形结构图的根或顶层模块。 首先设计一个主模块，并用程序的名字为它命名，然后将它画在与中心变换相对应的位置上。 第1层设计：为每个逻辑输入设计一个输入模块，它的功能是为主模块提供数据；为每个逻辑输出设计一个输出模块，它的功能是将主模块提供的数据输出；为中心变换设计一个变换模块，它的功能是将逻辑输入转换成逻辑输出
(4) 进行二级分解，设计中、下层模块。 这一步工作是自顶向下，逐层细化，为每一个输入模块、输出模块、变换模块设计它们的从属模块。 设计下层模块的顺序是任意的。但一般是先设计输入模块的下层模块。
4.3.2事务型映射方法
在很多软件应用中，存在某种作业数据流，它可以引发一个或多个处理，这些处理能够完成该作业要求的功能。这种数据流就叫做事物。
事务分析也是从分析数据流图开始，自顶向下，逐步分解，建立系统的结构图。
事务分析方法：
(1) 识别事务源。利用数据流图和数据词典，从问题定义和需求分析的结果中，找出各种需要处理的事务。
(2) 规定适当的事务型结构。在确定了该数据流图具有事务型特征之后，根据模块划分理论，建立适当的事务型结构。
(3) 识别各种事务和它们定义的操作。
(4) 注意利用公用模块。
(5) 建立事务处理模块。对每一事务，或对联系密切的一组事务，建立一个事务处理模块。
(6) 对事务处理模块规定它们全部的下层操作模块。
(7) 对操作模块规定它们的全部细节模块。
大型的软件系统通常是变换型结构和事务型结构的混合结构，所以，我们通常利用以变换分析为主，事务分析为辅的方式进行软件结构设计。
五、接口设计
接口设计的依据是数据流图中的自动化系统边界。
接口设计主要包括3个方面：模块或软件构件间的接口设计；软件与其他软硬件系统之间的接口设计；软件与人（用户）之间的交互设计。人机交互（用户）界面是人机交互的主要方式。
5.1用户界面应具备的特性
可使用性：包括使用简单、界面一致、拥有HELP帮助功能、快速的系统响应和低的系统成本、具有容错能力等。
灵活性：考虑到用户的特点、能力和知识水平，应当使用户接口满足不同用户的要求。
可靠性：用户界面的可靠性是指无故障使用的间隔时间。用户界面应能保证用户正确、可靠地使用系统，保证有关程序和数据的安全性。
人机交互的设计有若干准则
(1) 一致性。采用一致的术语、一致的步骤和一致的活动。
(2) 操作步骤少。使击键或点击鼠标的次数减到最少，甚至要减少做某些事所需的下拉菜单的距离。
(3) 不要“哑播放”。
(4) 提供Undo功能。
(5) 减少人脑的记忆负担。不应该要求人从一个窗口中记住某些信息，然后在另一个窗口中使用。
(6) 提高学习效率。为高级特性提供联机帮助，以便用户在需要时容易找到。
六、数据设计
文件设计 以下几种情况适合于选择文件存储。
(1) 数据量较大的非结构化数据，如多媒体信息。
(2) 数据量大，信息松散，如历史记录、档案文件等。
(3) 非关系层次化数据，如系统配置文件。
(4) 对数据的存取速度要求极高的情况。
(5) 临时存放的数据。
七、数据库设计
根据数据库的组织，可以将数据库分为网状数据库、层次数据库、关系数据库、面向对象数据库、文档数据库、多维数据库等。 关系数据库最成熟，应用也最广泛，一般情况下，大多数设计者都会选择关系数据库。 在结构化设计方法中，很容易将结构化分析阶段建立的实体—关系模型映射到关系数据库中。
八、过程设计
概要设计的任务完成后，就进入详细设计阶段，也就是过程设计阶段。 在这个阶段，要决定各个模块的实现算法，并使用过程描述工具精确地描述这些算法。
表达过程规格说明的工具称为过程描述工具，可以将过程描述工具分为以下3类。
(1) 图形工具：把过程的细节用图形方式描述出来，如程序流程图、N-S图、PAD图、决策树等。
(2) 表格工具：用一张表来表达过程的细节。这张表列出了各种可能的操作及其相应的条件，即描述了输入、处理和输出信息，如决策表。
(3) 语言工具：用某种类高级语言（称为伪代码）来描述过程的细节，如很多数据结构教材中使用类Pascal、类C语言来描述算法。
8.1 结构化程序设计
概念：如果一个程序的代码块仅仅通过顺序、选择和循环这三种基本控制结构进行连接，并且每个代码块只有一个入口和一个出口，则称这个程序是结构化的。
结构程序设计的主要原则
(1)使用语言中的顺序、选择、重复等有限的基本控制结构表示程序逻辑。
(2)选用的控制结构只准许有一个入口和一个出口。
(3)程序语句组成容易识别的块（Block），每块只有一个入口和一个出口。
(4)复杂结构应该用基本控制结构进行组合嵌套来实现。
(5)语言中没有的控制结构，可用一段等价的程序段模拟， 但要求该程序段在整个系统中应前后一致
(6) 严格控制GOTO语句，仅在下列情形才可使用： 用非结构化的程序设计语言去实现结构化的构造。
(7) 在程序设计过程中，尽量采用自顶向下(Top－Down)、逐步细化(Stepwise Refinement)的原则，由粗到细，一步步展开。
8.2程序流程图
程序流程图也称为程序框图，是软件开发者最熟悉的算法表达工具
8.2.1程序流程图的基本控制结构
(1) 顺序型：几个连续的加工步骤依次排列构成。
(2) 选择型：由某个逻辑判断式的取值决定选择两个加工中的一个。
(3) 先判定（while）型循环：在循环控制条件成立时，重复执行特定的加工。
(4) 后判定（until）型循环：重复执行某些特定的加工，直至控制条件成立。
(5) 多情况（case）型选择：列举多种加工情况，根据控制变量的取值，选择执行其一。
8.2.2程序流程图的标准符号：
循环的界限设有一对特殊的符号。循环开始符是削去上面两个直角的矩形，循环结束符是削去下面两个直角的矩形
8.3 N-S图（盒图）
Nassi和Shneiderman 提出了一种符合结构化程序设计原则的图形描述工具，叫做盒图 （box-diagram），也叫做N-S图
在N-S图中，为了表示5种基本控制结构，规定了5种图形构件。
8.3.1 N-S图的基本控制结构
8.3.2N-S图的扩展表示
8.4PAD图
PAD（problem analysis diagram）是日本日立公司提出，由程序流程图演化来的，用结构化程序设计思想表现程序逻辑结构的图形工具
8.4.1PAD图的基本控制结构
8.4.2 PAD的扩充控制结构
8.4.3 PAD的优点
使用PAD符号所设计出来的程序必然是结构化程序。 PAD图描绘程序结构清晰，图中竖线的总条数就是程序的层次数。 用PAD图表现程序逻辑易读、易懂、易记。 容易将PAD图自动转换为高级语言源程序。 PAD图既可以表示程序逻辑，也可用于描绘数据结构。 PAD图的符号支持自顶向下、逐步求精方法的使用。
8.5伪代码
伪代码是一种介于自然语言和形式化语言之间的半形式化语言，是一种用于描述功能模块的算法设计和加工细节的语言，也称为程序设计语言（Program Design Language，PDL）
伪代码的基本控制结构
简单陈述句结构：避免复合语句。
判定结构：IF_THEN_ELSE或CASE_OF结构。
重复结构：WHILE_DO或REPEAT_UNTIL结构