軟件工程-結(jié)構(gòu)化方法

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)軟件工程——結(jié)構(gòu)化方法上世紀(jì)60年代，由于計(jì)算機(jī)計(jì)算能力和處理的問(wèn)題復(fù)雜度的急速增長(zhǎng)，爆發(fā)了眾所周知的軟件危機(jī)。為了應(yīng)對(duì)軟件危機(jī)帶來(lái)的危害，解決管理大型復(fù)雜軟件的難題，學(xué)術(shù)界與工業(yè)界共同研究并提出了許多有效的軟件開(kāi)發(fā)方法。而其中影響最為深遠(yuǎn)的，分支最為龐大的方法就是結(jié)構(gòu)化方法。自1967年起就涌現(xiàn)出了許多軟件工程領(lǐng)域有關(guān)結(jié)構(gòu)化的相關(guān)概念與方法。如結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。本文將針對(duì)它們進(jìn)行介紹以及其應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化編程結(jié)構(gòu)化編程(Structuredprogramming)是上世紀(jì)60年代迪杰斯特拉，科拉多·伯姆及朱塞佩·賈可皮尼等計(jì)算機(jī)科學(xué)家所提出的。圖靈獎(jiǎng)得主迪杰斯特拉（EdsgerWybeDijkstra）在1968年的一篇名稱為《GOTO陳述有害論》的論文寫(xiě)到：最近我發(fā)現(xiàn)為什么使用goto語(yǔ)句具有災(zāi)難性的影響，而且我認(rèn)為goto語(yǔ)句應(yīng)該從所有的高級(jí)語(yǔ)言中廢除，因?yàn)樗狗治龊万?yàn)證程序正確性（特別是涉及循環(huán)）的任務(wù)變得復(fù)雜?！狦oToStatementConsideredHarmfulEdsgerW.Dijkstra科拉多·伯姆于1966年5月在《CommunicationsoftheACM》期刊發(fā)表論文，說(shuō)明任何一個(gè)有g(shù)oto指令的程序，可以改為完全不使用goto指令的程序。下面來(lái)看一個(gè)例子，用于展示goto帶來(lái)的差可讀性。voidfoo{A:...if(c==1)gotoB;elsegotoC;B:...if(c==2)gotoA;elsegotoC;C:...if(c==3)gotoB;elsegotoA;}因此為了應(yīng)對(duì)這些弊端，迪杰斯特拉提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。首先他證明了任何程序都可以用以下三種流程架構(gòu)所組成?？煞譃檠颍╯equence）、選擇（selection）及重復(fù)（repetition），循序是指程序正常的運(yùn)行方式，運(yùn)行完一個(gè)指令后，運(yùn)行后面的指令。選擇是依程序的狀態(tài)，選擇數(shù)段程序中的一個(gè)來(lái)運(yùn)行，一般會(huì)使用if..then..else..endif或switch、case等關(guān)系字來(lái)識(shí)別。重復(fù)是指一直運(yùn)行某一段程序，直到滿足特定條件，或是一集合體中的所有元素均已處理過(guò)，一般會(huì)使用while、repeat、for或do..until等關(guān)鍵字識(shí)別。劃分出三種結(jié)構(gòu)以后，程序可以變成一個(gè)個(gè)基本塊，每個(gè)基本塊之間互不影響(有的時(shí)候存在跨基本塊的變量)，使得程序可讀性變強(qiáng)。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)一經(jīng)提出，在當(dāng)時(shí)受到廣泛的關(guān)注，大多數(shù)人贊同該設(shè)計(jì)方法。一個(gè)很顯著的影響就是，后期幾乎所有的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言都受其影響，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，雖然Java，Python，C++等語(yǔ)句以面向?qū)ο鬄橹饕O(shè)計(jì)思想，但其對(duì)象內(nèi)部實(shí)現(xiàn)依舊以結(jié)構(gòu)化思想為主。當(dāng)然也有人提出了一些反對(duì)意見(jiàn)，著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家高德納(計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)藝術(shù)作者)也提出了使用goto指令可以使得程序更清楚而有效率，也不會(huì)犧牲程序的可讀性。高德納提出了一個(gè)較松的結(jié)構(gòu)限制要求：將程序以流程圖表示，前進(jìn)的分支在流程圖的左側(cè)，倒退的分支在流程圖的右側(cè)，所有分支均不得交叉。無(wú)可爭(zhēng)議的是，結(jié)構(gòu)化編程思想統(tǒng)治了上個(gè)世紀(jì)的軟件開(kāi)發(fā)界。結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)(StructuredAnalysis，簡(jiǎn)稱SA)，80年代起廣為使用的軟件開(kāi)發(fā)方法。強(qiáng)調(diào)面向應(yīng)用，分解需求。該技術(shù)通過(guò)將需求分解，使用抽象化機(jī)制，建立一個(gè)個(gè)小Unit，通過(guò)數(shù)據(jù)的流通構(gòu)建單元之間的輸入輸出。結(jié)構(gòu)化分析還使用諸如數(shù)據(jù)流圖(DFD)，數(shù)據(jù)字典，系統(tǒng)關(guān)系圖(SystemContextDiagram)等建模方式來(lái)形象表達(dá)系統(tǒng)的功能與設(shè)計(jì)。1抽象化機(jī)制結(jié)構(gòu)化分析會(huì)利用抽象化機(jī)制的層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。該抽象機(jī)制由需求開(kāi)始進(jìn)行。機(jī)制一開(kāi)始會(huì)先確認(rèn)整體需求，再反復(fù)地將需求分區(qū)為更小的需求，保留程序最優(yōu)化需要的輸入、輸出、控制及機(jī)制。功能分解的結(jié)構(gòu)化方法單純描述程序，而不去劃定系統(tǒng)的行為，也不決定系統(tǒng)架構(gòu)。此方法只確認(rèn)和模塊有關(guān)的輸入及輸出。結(jié)構(gòu)化分析受歡迎的一個(gè)原因是其本質(zhì)適合描述一個(gè)高級(jí)的程序及概念，使得一個(gè)大型復(fù)雜系統(tǒng)的層次劃分切割的十分適合。2分析方法結(jié)構(gòu)化分析以數(shù)據(jù)在不同模塊中流動(dòng)(Flow)的觀點(diǎn)來(lái)看待一個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能可以用轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)流的移動(dòng)來(lái)表示。結(jié)構(gòu)化分析巧妙的利用功能拆解（或由上到下設(shè)計(jì)）的信息隱藏特性，因此可以關(guān)注在重要的細(xì)節(jié)，而不會(huì)被無(wú)關(guān)的細(xì)節(jié)干擾。而且分析方法可以確定具體的層次，當(dāng)細(xì)節(jié)的層級(jí)提高時(shí)，信息的廣度也隨之減少。常見(jiàn)分析方法包括以下幾項(xiàng):2.1系統(tǒng)關(guān)系圖系統(tǒng)關(guān)系圖（SystemContextDiagram）用以表示系統(tǒng)的邊界，以及系統(tǒng)外實(shí)體（使用者）和系統(tǒng)之間的交互關(guān)系。從抽象層次來(lái)看，它是系統(tǒng)的最高層次視圖。上圖是移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)使用的系統(tǒng)關(guān)系圖，行為者（右側(cè)小人）通過(guò)一個(gè)蜂窩接口與各個(gè)系統(tǒng)模塊進(jìn)行交互。從圖中不難看出系統(tǒng)關(guān)系圖一般是用在項(xiàng)目的初期，它的目的是為了開(kāi)發(fā)初期能夠大致確定系統(tǒng)的架構(gòu)。項(xiàng)目的所有相關(guān)人都需查閱系統(tǒng)關(guān)系圖，因此系統(tǒng)關(guān)系圖需用通俗易懂的語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)，利害相關(guān)人才能了解其中的內(nèi)容。2.2數(shù)據(jù)流程圖數(shù)據(jù)流程圖（DataFlowDiagram）是由賴瑞·康斯坦丁所提出。它是用圖像方式表示信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的流動(dòng)方式。數(shù)據(jù)流程圖和系統(tǒng)流程圖不同，主要是表示數(shù)據(jù)在不同程序之間的流動(dòng)，而不是程序的控制流程。一般在繪制數(shù)據(jù)流程圖前，會(huì)需要上文所說(shuō)SCD圖，描述系統(tǒng)和外界環(huán)境的交互作用。因此來(lái)說(shuō)，它的抽象層次要低于SCD圖，是將SCD中的大模塊分解成一個(gè)個(gè)的小模塊。一般在具體實(shí)現(xiàn)中，如果系統(tǒng)的規(guī)模較大，僅用一個(gè)DFD難以描述，會(huì)使得系統(tǒng)變得復(fù)雜、龐大而又難以理解。為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，一般采取“逐層分解”的方法，繪制分層的DFD。如下圖所示是一個(gè)學(xué)生管理系統(tǒng)的分層DFD圖?？梢钥吹降?層DFD圖粗略的描述了行為者與系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)交互的方法，第1層中的模塊對(duì)應(yīng)的是軟件/系統(tǒng)的主要處理（或功能），箭頭對(duì)應(yīng)各處理間的數(shù)據(jù)流。這樣每個(gè)模塊所代表的處理都執(zhí)行一個(gè)功能，并且該功能可以很容易地被實(shí)現(xiàn)。使得實(shí)現(xiàn)的過(guò)程變得簡(jiǎn)潔明了。繪制分層DFD的原則一般是：先全局后局部，先整體后細(xì)節(jié)，先抽象后具體。2.3數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是定義數(shù)據(jù)庫(kù)基本組織的文件。數(shù)據(jù)字典包括數(shù)據(jù)庫(kù)中所有數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及處理過(guò)程。為了保護(hù)數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容不被破壞，大部分的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)不允許用戶更改數(shù)據(jù)字典。數(shù)據(jù)字典沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，只有一些訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)需要的信息。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)一定要配合數(shù)據(jù)字典才能訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容。一個(gè)很好的能說(shuō)明結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)流行的實(shí)例就是數(shù)據(jù)庫(kù)的SQL語(yǔ)言。結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL）是一種查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言。結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言一開(kāi)始是用在一個(gè)商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，后來(lái)成為在迷你電腦及大型計(jì)算機(jī)運(yùn)作的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，最受歡迎的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言。結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言也可在一般個(gè)人電腦中的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中使用，并且可配合分布式數(shù)據(jù)庫(kù)使用，因此允許許多用戶在網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容。在軟件工程課程的實(shí)踐過(guò)程中，我接觸到了數(shù)據(jù)流程圖和數(shù)據(jù)字典。利用兩者可以很好的構(gòu)建大型系統(tǒng)的具體框架，使用結(jié)構(gòu)化分析的方法，將需求切分成小塊從而達(dá)到分解的目的。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)一開(kāi)始聽(tīng)到結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)這個(gè)名詞，沒(méi)有理解它與結(jié)構(gòu)化分析的區(qū)別在哪，看了它的定義才明白幾分。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)（SD）是有關(guān)軟件模塊的開(kāi)發(fā)，及分析模塊之間的“模塊層次”（modulehierarchy）。兩者的區(qū)別在哪呢，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)化分析是結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)化分析對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)需求說(shuō)明書(shū)，強(qiáng)調(diào)的是通過(guò)DFD，DD等建模方法，將系統(tǒng)的整體框架和設(shè)計(jì)理念搭建好。而結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是在具體實(shí)現(xiàn)，也就是系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。強(qiáng)調(diào)如何將分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是一種面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法，目的在于確定軟件的結(jié)構(gòu)。采用自頂向下、逐層分解的方法，建立系統(tǒng)的處理流程。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的步驟如下：①評(píng)審和細(xì)化數(shù)據(jù)流圖；②確定數(shù)據(jù)流圖的類型；③把數(shù)據(jù)流圖映射到軟件模塊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出模塊結(jié)構(gòu)的上層；④基于數(shù)據(jù)流圖逐步分解高層模塊，設(shè)計(jì)中下層模塊；⑤對(duì)模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到更為合理的軟件結(jié)構(gòu)；⑥描述模塊接口。在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，有以下兩個(gè)主要的概念：1，內(nèi)聚力，是指機(jī)能相關(guān)的程序組合成一模塊的程度。2，耦合力，是指模塊及模塊之間信息或參數(shù)流動(dòng)的程度。當(dāng)耦合力調(diào)整到最佳情形時(shí)，會(huì)簡(jiǎn)化模塊之間的接口，也會(huì)簡(jiǎn)化程序的復(fù)雜度。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的方法流程，將模塊打散，使得模塊之間的聯(lián)系越松散越好，而模塊內(nèi)各成分之間的聯(lián)系越緊湊越好。使程序的結(jié)構(gòu)盡可能反映要解決的問(wèn)題的結(jié)構(gòu)。在一步步的細(xì)化中使整個(gè)系統(tǒng)變得清晰，明確，實(shí)現(xiàn)更加輕松?？偨Y(jié)從以上三種結(jié)構(gòu)化方法的簡(jiǎn)述和分析過(guò)程中可以提取出來(lái)結(jié)構(gòu)化方法的主要思想如下：1、強(qiáng)調(diào)軟件是有組織、有結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)體，其結(jié)構(gòu)為自頂向下的形式，軟件由程序和數(shù)據(jù)組成，其結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)三層組織形式，即系統(tǒng)、子系統(tǒng)、功能模塊/數(shù)據(jù)體。軟件結(jié)構(gòu)中的各部分既獨(dú)立又關(guān)聯(lián)。2、特點(diǎn)：抽象性：抽象描述系統(tǒng)的本質(zhì)內(nèi)容，結(jié)構(gòu)化、模塊化、層次化：分而治之，由分到合，分析與設(shè)計(jì)線索：面向過(guò)程（處理）–過(guò)程驅(qū)動(dòng)面向數(shù)據(jù)–數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)3、總體規(guī)劃：為所規(guī)劃的軟件系統(tǒng)作出一個(gè)戰(zhàn)略的、宏觀的、全局的技術(shù)方案，構(gòu)建宏觀結(jié)構(gòu)模型，為后期的分析與設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)三個(gè)工作內(nèi)容：（1）需求調(diào)查（2）結(jié)構(gòu)模型建立（3）總體規(guī)劃文檔撰寫(xiě)在計(jì)