軟件工程的基本思想是面對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題，讓軟件的開(kāi)發(fā)按照工程的概念、原理、技術(shù)和方法模式來(lái)實(shí)施，有計(jì)劃地按照要求分階段實(shí)現(xiàn)。針對(duì)大型項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，為了保證軟件產(chǎn)品質(zhì)量，提高軟件開(kāi)發(fā)效率，在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)之前，必須先確定軟件總體結(jié)構(gòu)。軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法主要有結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，其中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是應(yīng)用最廣泛的一種，它是建立良好程序結(jié)構(gòu)的方法，提出了衡量模塊質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是“高內(nèi)聚、低耦合”。另外，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)（StructuredDesign，SD）方法是一種面向過(guò)程的設(shè)計(jì)方法或面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法，它可以與結(jié)構(gòu)化分析（StructuredAnalysis，SA）方法、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)（StructuredProgramming）方法前后呼應(yīng)，形成了統(tǒng)一、完整的系列化方法。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法以需求分析階段獲得的數(shù)據(jù)流圖為基礎(chǔ)，通過(guò)一系列映射，把數(shù)據(jù)流圖變換為軟件結(jié)構(gòu)圖。

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1數(shù)據(jù)流的類型

在需求分析階段，用SA方法產(chǎn)生了數(shù)據(jù)流圖。結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)能方便地將數(shù)據(jù)流圖（DataFlowDiagram，DFD）轉(zhuǎn)換成軟件結(jié)構(gòu)圖。DFD中從系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)流到系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)流的一連串連續(xù)變換形成了一條信息流。根據(jù)數(shù)據(jù)流類型不同，可分為變換型和事務(wù)型2類，事務(wù)型和變換型數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)步驟基本是大同小異，它們之間主要差別就是從數(shù)據(jù)流圖到軟件結(jié)構(gòu)的映射方法不同。因此，在進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)數(shù)據(jù)流圖進(jìn)行分析，然后判斷屬于那一種類型，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)流類型，通過(guò)一系列映射，把數(shù)據(jù)流程圖轉(zhuǎn)換為軟件結(jié)構(gòu)圖?；玖鞒桃?jiàn)圖1.

1.1變換型數(shù)據(jù)流

信息在沿著輸入通路進(jìn)入系統(tǒng)，同時(shí)由外部形式變換成內(nèi)部形式進(jìn)入系統(tǒng)的信息，通過(guò)變換中心經(jīng)加工處理，以后再沿著輸出通路變換成外部形式離開(kāi)系統(tǒng)。當(dāng)數(shù)據(jù)流具有了信息流的這種特征時(shí)這種信息流就叫作變換型數(shù)據(jù)流。變換型數(shù)據(jù)流的DFD可明顯地分為三大部分：邏輯輸入、變換中心（主加工）、邏輯輸出。變換型數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.邏輯輸入：可以從數(shù)據(jù)流圖上的物理輸入開(kāi)始，一步一步向系統(tǒng)中間移動(dòng)，一直到數(shù)據(jù)流不再被看作是系統(tǒng)的輸入為止，則其前一個(gè)數(shù)據(jù)流就是系統(tǒng)的邏輯輸入。可以認(rèn)為邏輯輸入就是離物理輸入端最遠(yuǎn)的，且仍被看作是系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)流。變換中心：多股數(shù)據(jù)流匯集的地方往往是系統(tǒng)的中心變換部分。
邏輯輸出：從物理輸出端開(kāi)始，一步一步地向系統(tǒng)中間移動(dòng)，就可以找到離物理輸出端最遠(yuǎn)，且仍被看作是系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)流。
圖1數(shù)據(jù)流程圖轉(zhuǎn)換為軟件結(jié)構(gòu)圖基本流程

圖2變換型數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)

1.2事務(wù)型數(shù)據(jù)流


信息在沿著輸入通路進(jìn)入系統(tǒng)，由外部形成內(nèi)部形式后到達(dá)事務(wù)中心。通常事務(wù)中心位于幾條處理路徑的起點(diǎn)，從數(shù)據(jù)流程圖上很容易標(biāo)識(shí)出來(lái)，因?yàn)槭聞?wù)處理中心一般會(huì)有“發(fā)射中心”的特征。因?yàn)槭聞?wù)流有明顯的事務(wù)中心，所以各式各樣活動(dòng)流都以事務(wù)中心為起點(diǎn)呈輻射狀流出。事務(wù)型數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.

圖3事務(wù)型數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)

事務(wù)中心主要完成下述任務(wù)：接收輸入數(shù)據(jù)（輸入數(shù)據(jù)又稱為事務(wù)）；分析每個(gè)事務(wù)以確定它的類型；根據(jù)事務(wù)類型選取一條活動(dòng)通路。通常，事務(wù)中心前面的部分叫作接收路徑，發(fā)射中心后面各條發(fā)散路徑叫作事務(wù)處理路徑。對(duì)于每條處理路徑來(lái)講，還應(yīng)該確定它們自己的流特征。
2映射過(guò)程

任何一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都不是統(tǒng)一、固定不變的，設(shè)計(jì)的要求越高，往往需要設(shè)計(jì)者在方法上不但具有超強(qiáng)的判斷能力還要有規(guī)則性的創(chuàng)造精神。根據(jù)不同類型，分析其映射過(guò)程。
2.1變換型數(shù)據(jù)流到軟件結(jié)構(gòu)圖映射

（1）設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)的頂層和第1層。設(shè)計(jì)一個(gè)主模塊，并用系統(tǒng)的名字為它命名，作為系統(tǒng)的頂層。第1層為每個(gè)邏輯輸入設(shè)計(jì)一個(gè)輸入模塊，它的功能是為主模塊提供數(shù)據(jù)；為每一個(gè)邏輯輸出設(shè)計(jì)一個(gè)輸出模塊，它的功能是將主模塊提供的數(shù)據(jù)輸出；為中心變換設(shè)計(jì)一個(gè)變換模塊，它的功能是將邏輯輸入轉(zhuǎn)換成邏輯輸出。主模塊控制和協(xié)調(diào)第1層的輸入模塊、變換模塊和輸出模塊的工作。
（2）設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)的下層結(jié)構(gòu)。每個(gè)邏輯輸入模塊有2個(gè)下屬模塊：一個(gè)接收數(shù)據(jù)；另一個(gè)把數(shù)據(jù)變換成上級(jí)模塊所需要的數(shù)據(jù)格式。而接收數(shù)據(jù)模塊又是輸入模塊，又要重復(fù)上述工作。如此循環(huán)下去，直到輸入模塊已經(jīng)涉及到物理輸入端為止。同樣，每個(gè)邏輯輸出模塊有2個(gè)下屬模塊：一個(gè)是將上級(jí)模塊提供的數(shù)據(jù)變換成輸出的形式；另一個(gè)是將它們輸出。對(duì)于每一個(gè)邏輯輸出，在數(shù)據(jù)流程圖上向物理輸出端方向移動(dòng)，遇到物理輸出為止。設(shè)計(jì)中心變換模塊的下層模塊沒(méi)有通用的方法，一般應(yīng)參照數(shù)據(jù)流程圖的中心變換部分和功能分解的原則來(lái)考慮如何對(duì)中心變換模塊進(jìn)行分解。
變換型數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換后的初始軟件結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4.

圖4變換型數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換后的初始軟件結(jié)構(gòu)圖

2.2事務(wù)型數(shù)據(jù)流到軟件結(jié)構(gòu)圖映射

事務(wù)型數(shù)據(jù)處理問(wèn)題的工作機(jī)理是接受一項(xiàng)事務(wù)，根據(jù)事務(wù)處理的特點(diǎn)和性質(zhì)，選擇分派一個(gè)適當(dāng)?shù)奶幚韱卧?，然后給出結(jié)果。
（1）設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)的頂層和第1層。軟件結(jié)構(gòu)圖的頂層是系統(tǒng)的事務(wù)控制模塊。第1層是由事務(wù)流輸入分支和事務(wù)分類處理分支映射得到的程序結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，第1層通常是由兩部分組成：取得事務(wù)和處理事務(wù)。
（2）設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)的下層結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)事務(wù)流輸入分支的方法與變換分析中輸入流的設(shè)計(jì)方法類似，從事務(wù)中心變換開(kāi)始，沿輸入路徑向物理輸入端移動(dòng)。每個(gè)接收數(shù)據(jù)模塊的功能是向調(diào)用它的上級(jí)模塊提供數(shù)據(jù)，它需要有兩個(gè)下屬模塊：一個(gè)接收數(shù)據(jù)；另一個(gè)把這些數(shù)據(jù)變換成它的上級(jí)模塊所需要的數(shù)據(jù)格式。接收數(shù)據(jù)模塊又是輸入模塊，也要重復(fù)上述工作。如此循環(huán)下去，直到輸入模塊已經(jīng)涉及到物理輸入端為止。
事務(wù)處理分支結(jié)構(gòu)映射成一個(gè)分類控制模塊，它控制下層的處理模塊。對(duì)每個(gè)事務(wù)建立一個(gè)事務(wù)處理模塊。如果發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)中有類似的事務(wù)，就可以把這些類似的事務(wù)組織成一個(gè)公共事務(wù)處理模塊。但是，如果組合后的模塊是低內(nèi)聚的，則應(yīng)該重新考慮組合問(wèn)題。
事務(wù)中心模塊按所接受的事務(wù)的類型，選擇某一個(gè)事務(wù)處理模塊執(zhí)行。每個(gè)事務(wù)處理模塊可能要調(diào)用若干個(gè)操作模塊，而操作模塊又可能調(diào)用若干個(gè)細(xì)節(jié)模塊。不同的事務(wù)處理模塊可以共享一些操作模塊。不同的操作模塊又可以共享一些細(xì)節(jié)模塊。事務(wù)型數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換后的初始軟件結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖5.

圖5事務(wù)型數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換后的初始軟件結(jié)構(gòu)圖

2.3變換－事務(wù)混合型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

一般來(lái)講，一個(gè)大型項(xiàng)目不可能是單一的數(shù)據(jù)變換型，也不可能是單一的事務(wù)型，通常是變換型數(shù)據(jù)流和事務(wù)型數(shù)據(jù)流的混合體。在具體的應(yīng)用中一般以變換型為主，事務(wù)型為輔的方式進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。變換－事務(wù)混合型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖6.

圖6變換－事務(wù)混合型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖形工具

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)主要有兩種圖形工具：結(jié)構(gòu)圖和層次圖。結(jié)構(gòu)圖和層次圖基本上是大同小異，都是用來(lái)描述軟件結(jié)構(gòu)的圖形工具，圖中設(shè)有很多方框，一個(gè)方框就代表一個(gè)模塊，框內(nèi)注明模塊的名字或主要功能；方框之間的箭頭（或直線）用來(lái)表示模塊的調(diào)用關(guān)系。二者描述重點(diǎn)不一樣。
3.1結(jié)構(gòu)圖

結(jié)構(gòu)圖主要描述軟件結(jié)構(gòu)中模塊之間的調(diào)用關(guān)系和信息傳遞問(wèn)題。基本成分有模塊、調(diào)用和數(shù)據(jù)。
在通常情況下會(huì)在結(jié)構(gòu)圖中用箭頭注釋一下表示模塊在調(diào)用過(guò)程中信息的來(lái)回傳遞?？梢愿鶕?jù)箭頭的尾部形狀標(biāo)明某種信息，認(rèn)定一種形狀作為一種信息符號(hào)，自己只要按箭頭形狀就可以區(qū)分傳遞的信息是數(shù)據(jù)還是控制信息了。比如：尾部是空心圓就表示傳遞的是數(shù)據(jù)，實(shí)心圓就表示傳遞的是控制信息。結(jié)構(gòu)圖不僅僅只是一些基本符號(hào)，其實(shí)還有不少附加符號(hào)，用來(lái)表示模塊的選擇調(diào)用或循環(huán)調(diào)用的。
3.2層次圖

層次圖主要描述軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)以及各個(gè)功能的隸屬關(guān)系，特別適合于自頂向下設(shè)計(jì)使用。在層次圖里除頂層之外，每個(gè)方框里都加編號(hào)，記錄它所在的層次及在該層次的位置。一般最上層的模塊含有退出、輸入、處理、輸出、查詢和系統(tǒng)維護(hù)模塊。根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，下層再將功能進(jìn)一步細(xì)化。
層次圖和結(jié)構(gòu)圖對(duì)于模塊調(diào)用次序方面要求的并不嚴(yán)格。在畫(huà)模塊方面，很多人習(xí)慣按調(diào)用次序從左到右的方法畫(huà)模塊，其實(shí)又沒(méi)有規(guī)定一定要這樣，出于其他方面的考慮（例如為了減少交叉線），完全可以不按這種次序畫(huà)，還有就是在層次圖和結(jié)構(gòu)圖中并不指明什么時(shí)候調(diào)用下層模塊。一般情況下上層模塊中除了調(diào)用下層模塊的語(yǔ)句之外還有其他語(yǔ)句，到底是先執(zhí)行調(diào)用下層模塊的語(yǔ)句還是先執(zhí)行其他語(yǔ)句，絲毫不在圖中指明。事實(shí)上，層次圖和結(jié)構(gòu)圖往往只表明一個(gè)模塊用來(lái)調(diào)用哪些模塊，對(duì)于一些模塊內(nèi)不含其他成分的根本就不作表示。
4軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化規(guī)則

數(shù)據(jù)流程圖轉(zhuǎn)換為初始軟件結(jié)構(gòu)圖后，按照高內(nèi)聚低耦合、模塊化、信息隱藏的原則，應(yīng)該對(duì)初始軟件結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行優(yōu)化?？紤]設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題時(shí)應(yīng)該記住，“一個(gè)不能工作的‘最佳設(shè)計(jì)’的價(jià)值是值得懷疑的”。軟件設(shè)計(jì)人員應(yīng)該致力于開(kāi)發(fā)能夠滿足所有功能和性能要求，導(dǎo)出不同的軟件結(jié)構(gòu)，對(duì)它們進(jìn)行評(píng)價(jià)和比較，力求得到“最佳”的效果，這種優(yōu)化真正的優(yōu)點(diǎn)，就是能夠把軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)很好地分開(kāi)。通常，用下述方法對(duì)初始化軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化是合理的：在不考慮時(shí)間因素的前提下開(kāi)發(fā)并精化軟件結(jié)構(gòu)。在得到初始的功能結(jié)構(gòu)圖之后，如果發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)模塊有相似之處，可消除重復(fù)功能，改善軟件結(jié)構(gòu)；模塊功能的完善化。一個(gè)完整的功能模塊，不僅應(yīng)能完成指定的功能，而且還應(yīng)當(dāng)能夠告訴使用者完成任務(wù)的狀態(tài)，以及不能完成的原因；模塊的作用范圍應(yīng)在控制范圍之內(nèi)。模塊的控制范圍包括它本身及其所有的從屬模塊；模塊的作用范圍是指模塊內(nèi)一個(gè)判定的作用范圍，凡是受這個(gè)判定影響的所有模塊都屬于這個(gè)判定的作用范圍；盡可能減少高扇出結(jié)構(gòu)。模塊的扇出過(guò)大，將使得系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖的寬度變大，寬度越大結(jié)構(gòu)圖越復(fù)雜。模塊的扇出過(guò)小也不好，這樣將使得系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖的深度大大增加，不但增加了模塊接口的復(fù)雜度，而且增加了調(diào)用和返回的時(shí)間開(kāi)銷，降低系統(tǒng)的工作效率。比較適當(dāng)?shù)哪K扇出數(shù)目為2～5個(gè)，最多不要超過(guò)9個(gè)；模塊的大小要適中。限制模塊的大小是減少?gòu)?fù)雜性的手段之一，因而要求把模塊的大小限制在一定的范圍之內(nèi)。模塊的大小一般用模塊的源代碼數(shù)量來(lái)衡量，通常在設(shè)計(jì)過(guò)程中，將模塊的源代碼數(shù)量限制在50～100行左右，即一頁(yè)紙的范圍內(nèi)，這樣閱讀比較方便；設(shè)計(jì)功能可預(yù)測(cè)的模塊，避免過(guò)分受限制的模塊。一個(gè)功能可預(yù)測(cè)的模塊不論內(nèi)部處理細(xì)節(jié)如何，但對(duì)相同的輸入數(shù)據(jù)，總能產(chǎn)生同樣的結(jié)果；軟件包應(yīng)滿足設(shè)計(jì)約束和可移植性。一個(gè)僅處理單一功能的模塊，由于具有高度的內(nèi)聚性，而受到了設(shè)計(jì)人員的重視。
5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)軟件體系結(jié)構(gòu)的一種系統(tǒng)化的方法，根據(jù)不同的映射規(guī)則，可以把數(shù)據(jù)流圖變換成軟件的初步結(jié)構(gòu)圖。得出軟件的初始結(jié)構(gòu)圖之后，還必須根據(jù)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的基本原則和有關(guān)啟發(fā)規(guī)則，對(duì)所得到的初始軟件結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行仔細(xì)優(yōu)化，才能設(shè)計(jì)出令人滿意的軟件體系結(jié)構(gòu)。