第5讲结构化设计

1、何帆-湖南理工学院1第5讲 结构化设计(Structured Design)何帆-湖南理工学院2主要内容n软件设计步骤n软件结构设计n软件结构设计的图形工具：HIPO图和结构图何帆-湖南理工学院3软件设计步骤软件设计分为软件设计分为概要设计概要设计和和详细设计详细设计n概要设计概要设计(又称总体设计又称总体设计)确定设计方案确定设计方案结构设计结构设计n详细设计详细设计软件过程设计软件过程设计接口设计接口设计数据设计数据设计何帆-湖南理工学院4软件设计步骤n概要设计的基本步骤概要设计的基本步骤确定设计方案确定设计方案软件结构设计软件结构设计数据文件设计数据文件设计制定测试方案制定测试方案书写概

2、要设计文档书写概要设计文档何帆-湖南理工学院5软件设计步骤n概要设计的基本步骤确定设计方案1. 设计供选择的方案2. 推荐最佳实现方案例如：需要开发一个网络办公系统，该系统可设计成B/S模式或者C/S模式两种方案。然后根据需要选择适合的方案。何帆-湖南理工学院6软件设计步骤n概要设计的基本步骤软件结构设计1.功能分解汽车配件管理系统进货出货存货管理统计何帆-湖南理工学院7软件设计步骤n概要设计的基本步骤软件结构设计2.设计软件结构 分析员应把模块组织成层次结构，顶层模块依次调用它的下一层模块。M1M11M14M12M13何帆-湖南理工学院8软件设计步骤n概要设计的基本步骤数据文件设计1.数据结

3、构设计2.数据库设计数据字典E-R图数据文件或数据库何帆-湖南理工学院9软件设计步骤n概要设计的基本步骤：制定测试计划何帆-湖南理工学院10软件设计步骤n概要设计的基本步骤：书写概要设计文档1.系统说明2.用户手册3.测试计划4.详细的软件工程进度计划5.数据文件设计结果何帆-湖南理工学院11软件设计步骤n详细设计详细设计的基本任务的基本任务数据结构设计数据结构设计接口设计接口设计过程设计过程设计代码，输入输出，网络设计代码，输入输出，网络设计编写详细设计说明书，软件系统的操作编写详细设计说明书，软件系统的操作手册手册复审复审何帆-湖南理工学院12软件结构设计软件结构设计的基本原理：n软件的模

4、块化n模块独立性n抽象和逐步求精n信息隐蔽和局部化何帆-湖南理工学院13模块化 模块又称构件，它一般具有如下五个基本属性：n名称：模块的名称最好能表达模块的功能n接口：模块的输入输出。n功能：即指该模块实现什么功能，做什么事情。n逻辑：即描述模块内部怎么做。n状态：即该模块使用时的环境和条件。何帆-湖南理工学院14模块化模块化（模块化（Modularization）是把系统分割）是把系统分割成能完成独立功能的模块。成能完成独立功能的模块。1. 模块化可产生的效果模块化可产生的效果n减少复杂性减少复杂性n提高软件的可靠性提高软件的可靠性n提高可维护性提高可维护性n有助于软件工程的组织管理有助于软

5、件工程的组织管理n有助于信息屏蔽有助于信息屏蔽何帆-湖南理工学院15模块化2. 模块分割方法模块分割方法n横向分割横向分割根据根据输入输出等功能输入输出等功能的不同来分割模块的不同来分割模块n纵向分割纵向分割根据系统对信息进行根据系统对信息进行处理过程中不同的阶段处理过程中不同的阶段来来分割分割n模块分割顺序模块分割顺序先确定中心控制模块，由控制模块指示从属模先确定中心控制模块，由控制模块指示从属模块，逐次进行分解。块，逐次进行分解。 何帆-湖南理工学院16模块独立性 所谓模块的所谓模块的独立性独立性，是指软件系统中每，是指软件系统中每个模块只涉及软件要求的具体的子功能，个模块只涉及软件要求的

6、具体的子功能，而和软件系统中其它的模块的接口是简而和软件系统中其它的模块的接口是简单的。单的。 例如：若一个模块只具有单一的功能且例如：若一个模块只具有单一的功能且与其它模块没有太多的联系，则称此模与其它模块没有太多的联系，则称此模块具有模块独立性。块具有模块独立性。何帆-湖南理工学院17模块独立性模块独立性的评价标准模块独立性的评价标准:n模块大小模块大小n模块之间的联系程度模块之间的联系程度 (耦合耦合)n模块内的软件元素的联系程度模块内的软件元素的联系程度 (内聚内聚)n模块信息的隐蔽程度模块信息的隐蔽程度何帆-湖南理工学院18模块独立性1. 模块的耦合模块的耦合软件结构中软件结构中模块

7、之间模块之间互相依赖的程度用耦合来互相依赖的程度用耦合来度量。度量。n内容耦合内容耦合n公共耦合公共耦合n外部耦合外部耦合n控制耦合控制耦合n标记耦合标记耦合n数据耦合数据耦合n非直接耦合非直接耦合何帆-湖南理工学院19模块的耦合模块的耦合n内容耦合 如果一个模块直接访问另一个模块的内部数据；或者一个模块不通过正常入口转到另一模块内部；或者两个模块有一部分程序代码重迭；或者一个模块有多个入口，则两个模块之间就发生了内容耦合。在内容耦合的情形，被访问模块的任何变更，或者用不同的编译器对它再编译，都会造成程序出错。这种耦合是模块独立性最弱的耦合。 何帆-湖南理工学院20模块的耦合模块的耦合n 公共

8、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。若只是两个模块之间有公共数据环境，则公共耦合有两种情况：松散公共耦合和紧密公共耦合。只有在模块之间共享的数据很多，且通过参数表传递不方便时，才使用公共耦合。何帆-湖南理工学院21模块的耦合模块的耦合n外部耦合一组模块都访问同一全局简单变量而不是同一全局数据结构，而且不是通过参数表传递该全局变量的信息，则称之为外部耦合。 外部耦合引起的问题类似于公共耦合，区别在于在外部耦合中不存在依赖于一个数据结构内部各项的物理安排。何帆-湖南理工学院22模块的耦合模块的耦合n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

9、制选择另一模块的功能，就是控制耦合。这种耦合的实质是在单一接口上选择多功能模块中的某项功能。因此，对被控制模块的任何修改，都会影响控制模块。何帆-湖南理工学院23模块的耦合模块的耦合n标记耦合如果一组模块通过参数表传递记录信息，就是标记耦合。事实上，这组模块共享了某一数据结构的子结构，而不是简单变量。这要求这些模块都必须清楚该记录的结构，并按结构要求对记录进行操作。n数据耦合如果一个模块访问另一个模块时，彼此之间是通过数据参数（不是控制参数、公共数据结构或外部变量）来交换输入、输出信息的，则称这种耦合为数据耦合。数据耦合是松散的耦合，模块之间的独立性比较强。何帆-湖南理工学院24模块的耦合模块

10、的耦合n非直接耦合如果两个模块之间没有直接关系，它们之间的联系完全是通过主模块的控制和调用来实现的，这就是非直接耦合。这种耦合的模块独立性最强。何帆-湖南理工学院25模块的耦合模块的耦合n耦合性越低，模块的独立性越强，否则越弱。何帆-湖南理工学院26模块独立性在模块划分时，应尽量降低模块间的耦合程度，在模块划分时，应尽量降低模块间的耦合程度，采取以下原则：采取以下原则：n在传递信息时，尽量使用数据耦合，少用控制在传递信息时，尽量使用数据耦合，少用控制耦合耦合n用参数传递信息，不采用内容耦合，尽量控制用参数传递信息，不采用内容耦合，尽量控制公共环境耦合公共环境耦合n模块间调用，参数最好只有模块间

11、调用，参数最好只有1个，最多不超过个，最多不超过4个个n设计模块尽量做到把模块之间的连接限制到最设计模块尽量做到把模块之间的连接限制到最少少何帆-湖南理工学院27模块的内聚(1) 巧合内聚（偶然内聚）当几个模块内凑巧有一些程序段代码相同，又没有明确表现出独立的功能，把这些代码独立出来建立的模块即为巧合内聚模块。它是内聚程度最低的模块。 (2) 逻辑内聚这种模块把几种相关的功能组合在一起，每次被调用时，由传送给模块的控制型参数来确定该模块应执行哪一种功能。逻辑内聚模块比巧合内聚模块的内聚程度要高。因为它表明了各部分之间在功能上的相关关系。何帆-湖南理工学院28模块的内聚 (3) 时间内聚（经典内

12、聚） 这种模块大多为多功能模块，但要求模块的各个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。时间内聚模块比逻辑内聚模块的内聚程度又稍高一些。在一般情形下，各部分可以以任意的顺序执行，所以它的内部逻辑更简单。何帆-湖南理工学院29模块的内聚 (4) 过程内聚使用流程图做为工具设计程序的时侯，常常通过流程图来确定模块划分。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。这类模块的内聚程度比时间内聚模块的内聚程度更强一些。(5) 通信内聚如果一个模块内各功能部分都使用了相同的输入数据，或产生了相同的输出数据，则称之为通信内聚模块。何帆-湖南理工学院30模块的内聚(6) 信息内聚 这

13、种模块完成多个功能，各个功能都在同一数据结构上操作，每一项功能有一个唯一的入口点。例如下图所示的模块是一个信息内聚的模块。信息内聚模块可以看成是多个功能内聚模块的组合，并且达到信息的隐蔽，增加了模块的独立性。 何帆-湖南理工学院31模块的内聚 (7) 功能内聚一个模块中各个部分都是为完成一项具体功能而协同工作，紧密联系，不可分割的。则称该模块为功能内聚模块。功能内聚模块时内聚性最强的模块。何帆-湖南理工学院32模块的内聚n一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度用内聚来度量。n模块的内聚性越高，模块的独立性越强，否则独立性就弱 何帆-湖南理工学院33模块设计启发规则结构设计中，模块独立性比较强的模

14、块应是高内聚低耦合的模块。在软件设计过程中应注意：在软件设计过程中应注意：n1. 提高模块独立性提高模块独立性n2. 注意模块的可靠性、通用性、可维护性、注意模块的可靠性、通用性、可维护性、简单性简单性n3. 模块的大小应适中模块的大小应适中n4. 模块的深度、宽度、扇出和扇入应适当模块的深度、宽度、扇出和扇入应适当n5. 模块接口简单清晰模块接口简单清晰何帆-湖南理工学院34模块设计启发规则设计得好的软件结构，顶层扇出高，中间扇出较少，下层调用公共模块。 Model1M21M31M22何帆-湖南理工学院35软件结构设计的图形工具n 层次图（或HIPO图）何帆-湖南理工学院36结构图结构图1.

15、 结构图的符号 n方框代表模块，框内注明模块的名字和主要功能。n方框之间的大箭头或直线表示模块的调用关系。 n带注释的小箭头表示模块调用时传递的信息及其传递方向。v尾部加空心圆的小箭头表示传递数据信息。v尾部加实心圆的小箭头表示传递控制信息。n选择结构，见(a)n循环结构，模块 H 循环调用模块 A,B,C，见(b)何帆-湖南理工学院37结构图的绘制n【例】招聘考试成绩管理系统的结构图招聘考试成绩管理系统输入处理输出何帆-湖南理工学院38结构图的绘制n【例】学生成绩管理系统的结构图招聘考试成绩管理系统原始数据处理数据输出计算考生总分排序输入数据原始数据统计结果选择打印原始数据考生总分排序结果何帆-湖南理工学院39小结概要设计阶段：确定设计方案和结构设计。详细设计阶段：过程设计、接口设计和数据设计。模块(module)是能够单独命名，独立地完成一定功能，能独立地设计、编制、调试、查错、修改与维护的程序语句的集合。评价模块分割的标准：（）模块的大小（）模块之间的联系程度（耦合）（）模块内的联系程度（内聚）（）模块信息的隐蔽程度何帆-湖南理工学院40练习n请将汽车配件管理信息系统进行模块分割，尽可能的使模块的独立性高。何帆-湖南理工学院41软件设计方法 从系统设计的角度出发，软件设计方法可