軟件工程-第3章第3節(jié)

3.3軟件結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則3.3.1軟件結(jié)構(gòu)圖

軟件結(jié)構(gòu)圖是軟件系統(tǒng)的模塊層次結(jié)構(gòu)，反映了整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，即程序的控制層次體系。對(duì)于一個(gè)“問(wèn)題”，可用不同的軟件結(jié)構(gòu)來(lái)解決，不同的設(shè)計(jì)方法和不同的劃分和組織，可得出不同的軟件結(jié)構(gòu)。

軟件結(jié)構(gòu)往往用樹(shù)狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圖形來(lái)表示。軟件工程中，一般采用美國(guó)Yourdon等提出的稱為結(jié)構(gòu)圖(StructureChart，SC)的工具來(lái)表示軟件結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)圖的主要內(nèi)容有：3.3.1軟件結(jié)構(gòu)圖(1)模塊：用方框表示，并用名字標(biāo)識(shí)該模塊，名字應(yīng)體現(xiàn)該模塊的功能。(2)模塊的控制關(guān)系：兩個(gè)模塊間用單向箭頭或直線連接表示它們的控制關(guān)系，如圖3.2所示。按照慣例，圖中位于上方的模塊調(diào)用下方的模塊，所以不用箭頭也不會(huì)產(chǎn)生二義性。調(diào)用模塊和被調(diào)用模塊的關(guān)系稱為上屬與下屬的關(guān)系，或者稱為“統(tǒng)率”與“從屬”的關(guān)系。如圖3.4所示，模塊M統(tǒng)率模塊A、B、C，模塊D從屬于模塊A，也從屬于M。(3)模塊間的信息傳遞：模塊間還經(jīng)常用帶注釋的短箭頭表示模塊調(diào)用過(guò)程中來(lái)回傳遞的信息。有時(shí)箭頭尾部帶空心圓的表示傳遞的是數(shù)據(jù)，帶實(shí)心圓的表示傳遞的是控制信息，如圖3.2所示。圖3.2模塊間的控制關(guān)系及信息傳遞3.3.1軟件結(jié)構(gòu)圖(4)兩個(gè)附加符號(hào)：表示模塊有選擇調(diào)用或循環(huán)調(diào)用，如圖3.3所示。

圖3.3(a)的A模塊中有一個(gè)菱形符號(hào)表示A中有判斷處理功能，它有條件地調(diào)用B或C，圖3.3(b)中M模塊下方有一個(gè)弧形箭頭，表示M循環(huán)調(diào)用T1、T2和T3模塊。圖3.3選擇調(diào)用和循環(huán)調(diào)用的表示3.3.1軟件結(jié)構(gòu)圖(5)結(jié)構(gòu)圖的形態(tài)特征：

①深度：指結(jié)構(gòu)圖控制的層次，也是模塊的層數(shù)，見(jiàn)圖3.4，結(jié)構(gòu)圖的深度為5。

②寬度：指一層中最大的模塊個(gè)數(shù)，如圖3.4所示，寬度為8。

③扇出：指一個(gè)模塊直接下屬模塊的個(gè)數(shù)，如圖3.4所示，模塊M的扇出為3。

④扇入：指一個(gè)模塊直接上屬模塊的個(gè)數(shù)，如圖3.4所示，模塊T的扇入為4。圖3.4結(jié)構(gòu)圖示例(6)畫(huà)結(jié)構(gòu)圖應(yīng)注意的事項(xiàng)：①同一名字的模塊在結(jié)構(gòu)圖中僅出現(xiàn)一次。②調(diào)用關(guān)系只能從上到下。③不嚴(yán)格表示模塊的調(diào)用次序，習(xí)慣上從左到右。有時(shí)為了減少連線的交叉，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整同一層模塊左右的位置，以保持結(jié)構(gòu)圖的清晰。3.3.1軟件結(jié)構(gòu)圖3.2.3信息隱蔽

一個(gè)軟件系統(tǒng)在整個(gè)生存期中要經(jīng)過(guò)多次修改，信息隱蔽為軟件系統(tǒng)的修改、測(cè)試及以后的維護(hù)都帶來(lái)好處。因此，在劃分模塊時(shí)要采取措施，如采用局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使得大多數(shù)過(guò)程(即實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié))和數(shù)據(jù)對(duì)軟件的其他部分是隱藏的，這樣，修改軟件時(shí)偶然引入的錯(cuò)誤所造成的影響只局限在一個(gè)或少量幾個(gè)模塊內(nèi)部，不波及其他部分。3.3.2軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1．模塊獨(dú)立性準(zhǔn)則

劃分模塊時(shí)，盡量做到高內(nèi)聚，低耦合，保持模塊相對(duì)獨(dú)立性，并以此原則優(yōu)化初始的軟件結(jié)構(gòu)。(1)如果若干模塊之間耦合強(qiáng)度過(guò)高，每個(gè)模塊內(nèi)的功能不復(fù)雜，可將它們合并，以減少信息的傳遞和公共區(qū)的引用；(2)若有多個(gè)相關(guān)模塊，應(yīng)對(duì)它們的功能進(jìn)行分析，消去重復(fù)功能。3.3.2軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2．控制范圍與作用范圍之間的準(zhǔn)則

一個(gè)模塊的作用范圍應(yīng)在其控制范圍之內(nèi)，且條件判定所在的模塊應(yīng)與受其影響的模塊在層次上盡量靠近。

在軟件結(jié)構(gòu)中，由于存在著不同事務(wù)處理的需要，某一層上的模塊會(huì)存在著判斷處理，這樣可能影響其他層的模塊處理。為了保證含有判定功能模塊的軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量，引入了模塊的作用范圍(或稱影響范圍)與控制范圍的概念。

一個(gè)模塊的作用范圍指受該模塊內(nèi)一個(gè)判定影響的所有模塊的集合。一個(gè)模塊的控制范圍指模塊本身以及其所有下屬模塊(直接或間接從屬于它的模塊)的集合。3.3.2軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

如圖3.5(a)(符號(hào)

表示模塊內(nèi)有判定功能，陰影表示模塊的作用范圍)所示，模塊D的作用范圍是C、D、E和F，模塊D的控制范圍是D、E、F，作用范圍超過(guò)了控制范圍，這種結(jié)構(gòu)最差。因?yàn)镈的判定作用到了C，必然有控制信息通過(guò)上層模塊B傳遞到C，這樣增加了數(shù)據(jù)的傳遞量和模塊間的耦合。若修改D模塊，則會(huì)影響到不受它控制的C模塊，這樣不易理解與維護(hù)。圖3.5模塊的判定作用范圍3.3.2軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

再看圖3.5(b)，模塊TOP的作用范圍在控制范圍之內(nèi)，但是判定所在模塊與受判定影響的模塊位置太遠(yuǎn)，也存在著額外的數(shù)據(jù)傳遞(模塊B、D并不需要這些數(shù)據(jù))，增加了接口的復(fù)雜性和耦合強(qiáng)度。這種結(jié)構(gòu)雖符合設(shè)計(jì)原則，但不理想。最理想的結(jié)構(gòu)圖是圖3.5(c)，消除了額外的數(shù)據(jù)傳遞。如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)模塊作用范圍不在其控制范圍之內(nèi)，可以用以下方法加以改進(jìn)：3.3.2軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(1)上移判斷點(diǎn)。如圖3.5(a)所示，將模塊D中的判斷點(diǎn)上移到它的上層模塊B中，或者將模塊D整個(gè)合并到模塊B中，使該判斷的層次升高，以擴(kuò)大它的控制范圍。(2)下移受判斷影響的模塊。將受判斷影響的模塊下移到判斷所在模塊的控制范圍內(nèi)，如圖3.5(a)所示，將模塊C下移到模塊D的下層。3.3.2軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3．軟件結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征準(zhǔn)則

軟件結(jié)構(gòu)的深度、寬度、扇入及扇出應(yīng)適當(dāng)。

深度是軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后觀察到的情況，能粗略地反映系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度。寬度也能反映系統(tǒng)的復(fù)雜情況。寬度與模塊的扇出有關(guān)，一個(gè)模塊的扇出太多，說(shuō)明本模塊過(guò)分復(fù)雜，缺少中間層。單一功能模塊的扇入數(shù)大比較好，說(shuō)明本模塊為上層幾個(gè)模塊共享的公用模塊，重用率高。但是不能把彼此無(wú)關(guān)的功能湊在一起形成一個(gè)通用的超級(jí)模塊，雖然它扇入高，但低內(nèi)聚。因此非單一功能的模塊扇入高時(shí)應(yīng)重新分解，以消除控制耦合的情況。軟件結(jié)構(gòu)從形態(tài)上看，應(yīng)是頂層扇出數(shù)較高一些，中間層扇出數(shù)較低一些，底層扇入數(shù)較高一些。3.3.2軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則4．模塊的大小準(zhǔn)則在考慮模塊的獨(dú)立性同時(shí)，為了增加可理解性，模塊的大小最好在50～150條語(yǔ)句左右，可以用1～2頁(yè)打印紙打印，便于人們閱讀與研究。5．模塊的接口準(zhǔn)則模塊的接口要簡(jiǎn)單、清晰及含義明確，便于理解，易于實(shí)現(xiàn)、測(cè)試與維護(hù)。3.3.3軟件結(jié)構(gòu)的HIPO圖HIPO圖(HierarchyPlusInput/Processing/Output)是美國(guó)IBM公司20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的表示軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工具。它既可以描述軟件總的模塊層次結(jié)構(gòu)——H圖(層次圖)，又可以描述每個(gè)模塊輸入/輸出數(shù)據(jù)、處理功能及模塊調(diào)用的詳細(xì)情況——IPO圖。HIPO圖是以模塊分解的層次性以及模塊內(nèi)部輸入、處理及輸出三大基本部分為基礎(chǔ)建立的。當(dāng)然，繪制HIPO圖同樣要遵循軟件設(shè)計(jì)的基本原理。3.3.3軟件結(jié)構(gòu)的HIPO圖

1．HIPO圖的H圖H圖用于描述軟件的層次結(jié)構(gòu)，矩形框表示一個(gè)模塊，矩形框之間的直線表示模塊之間的調(diào)用關(guān)系，同結(jié)構(gòu)圖一樣未指明調(diào)用順序。在2.4.2節(jié)的IDEF方法應(yīng)用示例的銷售管理系統(tǒng)中，它的H圖如圖3.6所示。圖3.6銷售管理系統(tǒng)的H圖3.3.3軟件結(jié)構(gòu)的HIPO圖2．IPO圖H圖只說(shuō)明了軟件系統(tǒng)由哪些模塊組成及其控制層次結(jié)構(gòu)，并未說(shuō)明模塊間的信息傳遞及模塊內(nèi)部的處理。因此對(duì)一些重要模塊還必須根據(jù)數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典及H圖繪制具體的IPO圖，圖3.7為“確定能否供貨”的IPO圖。“確定能否供貨”是圖3.6中的一個(gè)模塊。3.3.3軟件結(jié)構(gòu)的HIP