8.6結(jié)構(gòu)化設(shè)計

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(有時簡稱SD)是以結(jié)構(gòu)化分析產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流圖為基礎(chǔ)，按一定的步驟映射成軟件結(jié)構(gòu)。該方法由美國IBM公司L.Constantine和E.Yourdon等人于1974年提出，與結(jié)構(gòu)化分析銜接，構(gòu)成了完整的結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計技術(shù)，是目前使用最廣泛的軟件設(shè)計方法之一。8.6.1數(shù)據(jù)流圖的類型

要把數(shù)據(jù)流圖(DFD)轉(zhuǎn)換成軟件結(jié)構(gòu)，必須研究DFD的類型。各種軟件系統(tǒng)，不論DFD如何龐大與復雜，一般可分為變換型數(shù)據(jù)流圖和事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖兩類。8.6.1數(shù)據(jù)流圖的類型1.變換型數(shù)據(jù)流圖變換型的DFD是由輸入、變換(或稱處理)和輸出三部分組成的，如圖8.12所示，虛線為標出的流界。8.6.1數(shù)據(jù)流圖的類型

變換型數(shù)據(jù)處理的工作過程一般分為取得數(shù)據(jù)、變換數(shù)據(jù)和給出數(shù)據(jù)。

這三步體現(xiàn)了變換型DFD的基本思想。變換是系統(tǒng)的主加工，變換輸入端的數(shù)據(jù)流為系統(tǒng)的邏輯輸入，輸出端為邏輯輸出。而直接從外部設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)稱為物理輸入，反之稱為物理輸出。外部的輸入數(shù)據(jù)一般要經(jīng)過輸入正確性和合理性檢查、編輯及格式轉(zhuǎn)換等預處理，這部分工作都由邏輯輸入部分完成，它將外部形式的數(shù)據(jù)變成內(nèi)部形式，送給主加工。同理，邏輯輸出部分把主加工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的內(nèi)部形式轉(zhuǎn)換成外部形式然后物理輸出。因此變換型的DFD是一個順序結(jié)構(gòu)。8.6.1數(shù)據(jù)流圖的類型2.事務(wù)型的數(shù)據(jù)流圖若某個加工將它的輸入流分離成許多發(fā)散的數(shù)據(jù)流，形成許多平行的加工路徑，并根據(jù)輸入的值選擇其中一個路徑來執(zhí)行，這種特征的DFD稱為事務(wù)型的數(shù)據(jù)流圖，這個加工稱為事務(wù)處理中心，如圖8.13所示。8.6.1數(shù)據(jù)流圖的類型

一個大型的軟件系統(tǒng)的DFD，既具有變換型的特征，又具有事務(wù)型的特征，如事務(wù)型DFD中的某個加工路徑可能是變換型的。8.6.2設(shè)計過程(1)精化DFD：把DFD轉(zhuǎn)換成軟件結(jié)構(gòu)圖前，設(shè)計人員要仔細地研究分析DFD并參照數(shù)據(jù)字典，認真理解其中的有關(guān)元素，檢查有無遺漏或不合理之處，進行必要的修改。(2)確定DFD類型：如果是變換型，確定變換中心和邏輯輸入、邏輯輸出的界線，映射為變換結(jié)構(gòu)的頂層和第一層；如果是事務(wù)型，確定事務(wù)中心和加工路徑，映射為事務(wù)結(jié)構(gòu)的頂層和第一層。(3)分解上層模塊，設(shè)計中下層模塊結(jié)構(gòu)。8.6.2設(shè)計過程(4)根據(jù)優(yōu)化準則對軟件結(jié)構(gòu)求精。(5)描述模塊功能、接口及全局數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(6)復查，如果有錯，轉(zhuǎn)(2)修改完善，否則進入詳細設(shè)計。8.6.3變換分析設(shè)計1.確定DFD中的變換中心、邏輯輸入和邏輯輸出

如果設(shè)計人員經(jīng)驗豐富，則容易確定系統(tǒng)的變換中心，即主加工。如幾股數(shù)據(jù)流的匯合處往往是系統(tǒng)的主加工。若一下不能確定，則要從物理輸入端開始，沿著數(shù)據(jù)流方向向系統(tǒng)中心尋找，直到有這樣的數(shù)據(jù)流，它不能再被看作是系統(tǒng)的輸入，而它的前一個數(shù)據(jù)流就是系統(tǒng)的邏輯輸入。同理，從物理輸出端開始，逆數(shù)據(jù)流方向向中間移動，可以確定系統(tǒng)的邏輯輸出。介于邏輯輸入和邏輯輸出之間的加工就是變換中心，用虛線劃分出流界，DFD的三部分就確定了。8.6.3變換分析設(shè)計2.設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)的頂層和第一層——變換結(jié)構(gòu)變換中心確定以后，就相當于決定了主模塊的位置，這就是軟件結(jié)構(gòu)的頂層，如圖8.14所示。其功能是主要完成所有模塊的控制，它的名稱是系統(tǒng)名稱，以體現(xiàn)完成整個系統(tǒng)的功能。8.6.3變換分析設(shè)計(a)軟件結(jié)構(gòu)的頂層設(shè)計8.6.3變換分析設(shè)計(b)軟件結(jié)構(gòu)的第一層設(shè)計圖8.14變換分析設(shè)計舉例8.6.3變換分析設(shè)計主模塊確定之后，設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)的第一層。第一層至少要有輸入、輸出和變換三種功能的模塊，即為每個邏輯輸入設(shè)計一個輸入模塊，其功能為向頂層模塊提供相應的數(shù)據(jù)，如圖8.14中的f3；為每個邏輯輸出設(shè)計一個輸出模塊，其功能為輸出頂層模塊的信息，如圖8.14中的f7、f8。同時，為變換中心設(shè)計一個變換模塊，它的功能是將邏輯輸入進行變換加工，然后邏輯輸出，如圖8.14中，將f3變換成f7和f8。這些模塊之間的數(shù)據(jù)傳送應該與DFD相對應。8.6.3變換分析設(shè)計3.設(shè)計中、下層模塊

對第一層的輸入、變換及輸出模塊自頂向下、逐層分解。1)輸入模塊的下屬模塊的設(shè)計輸入模塊的功能是向它的調(diào)用模塊提供數(shù)據(jù)，所以必須要有數(shù)據(jù)來源。這樣輸入模塊應由接收數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換成調(diào)用模塊所需的信息兩部分組成。因此，每個輸入模塊可以設(shè)計成兩個下屬模塊：一個接收，一個轉(zhuǎn)換。用類似的方法一直分解下去，直到物理輸入端，如圖8.14中模塊“getf3”和“getf2”的分解。模塊“getf1”為物理輸入模塊。8.6.3變換分析設(shè)計2)輸出模塊的下屬模塊的設(shè)計輸出模塊的功能是將它的調(diào)用模塊產(chǎn)生的結(jié)果送出，它由將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成下屬模塊所需的形式和發(fā)送數(shù)據(jù)兩部分組成。這樣每個輸出模塊可以設(shè)計成兩個下屬模塊：一個轉(zhuǎn)換，一個發(fā)送，一直到物理輸出端。如圖8.14中，模塊“putf7”，“putf8”和“putf10”的分解。模塊“putf9”和“putf11”為物理輸出模塊。8.6.3變換分析設(shè)計3)變換模塊的下屬模塊的設(shè)計根據(jù)DFD中變換中心的組成情況，按照模塊獨立性的原則來組織其結(jié)構(gòu)，一般對DFD中每個基本加工建立一個功能模塊，如圖8.14中模塊“C”、“D”和“E”。8.6.3變換分析設(shè)計4.設(shè)計的優(yōu)化以上步驟設(shè)計出的軟件結(jié)構(gòu)僅僅是初始結(jié)構(gòu)，還必須根據(jù)設(shè)計準則對初始結(jié)構(gòu)進行精細設(shè)計和改進，以下為可提供的求精辦法。(1)輸入部分的求精：對每個物理輸入設(shè)置專門模塊，以體現(xiàn)系統(tǒng)的外部接口；其他輸入模塊并非真正輸入，當它與轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的模塊都很簡單時，可將它們合并成一個模塊。(2)輸出部分的求精：為每個物理輸出設(shè)置專門模塊，同時注意把相同或類似的物理輸出模塊合并在一起，以減低耦合度。8.6.3變換分析設(shè)計(3)變換部分的求精：根據(jù)設(shè)計準則，對模塊進行合并或調(diào)整?？傊?，軟件結(jié)構(gòu)的求精帶有很大的經(jīng)驗性。往往形成DFD中的加工與SC中的模塊之間一對一的映射關(guān)系，然后再修改。但對于一個實際問題，可能把DFD中的兩個甚至多個加工組成一個模塊，也可能把DFD中的一個加工擴展為兩個或更多個模塊，要根據(jù)具體情況靈活掌握設(shè)計方法，以求設(shè)計出由高內(nèi)聚和低耦合的模塊所組成的、具有良好特性的軟件結(jié)構(gòu)。8.6.4事務(wù)分析設(shè)計對于具有事務(wù)型特征的DFD，則采用事務(wù)分析的設(shè)計方法。下面結(jié)合圖8.15，說明該方法的設(shè)計過程。8.6.4事務(wù)分析設(shè)計(a)確定事務(wù)中心和加工路徑

(b)設(shè)計頂層軟件結(jié)構(gòu)

圖8.15事務(wù)分析設(shè)計舉例8.6.4事務(wù)分析設(shè)計(1)確定DFD中的事務(wù)中心和加工路徑。當DFD中的某個加工具有明顯地將一個輸入數(shù)據(jù)流分解成多個發(fā)散的輸出數(shù)據(jù)流時，該加工就是事務(wù)中心。從事務(wù)中心輻射出去的數(shù)據(jù)流為各個加工路徑。（2）設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)的頂層和第一層——事務(wù)結(jié)構(gòu)。設(shè)計一個頂層模塊，它是一個主模塊，有兩個功能，一是接收數(shù)據(jù)，二是根據(jù)事務(wù)類型調(diào)度相應的處理模塊。事務(wù)型軟件結(jié)構(gòu)應包括接收分支和發(fā)送分支兩個部分。8.6.4事務(wù)分析設(shè)計①接收分支：負責接收數(shù)據(jù)，它的設(shè)計與變換型DFD的輸入部分設(shè)計方法相同。②發(fā)送分支：通常包含一個調(diào)度模塊，它控制管理所有的下層的事務(wù)處理模塊。當事務(wù)類型不多時，調(diào)度模塊可與主模塊合并。（3)事務(wù)結(jié)構(gòu)中、下層模塊的設(shè)計、優(yōu)化等工作同變換結(jié)構(gòu)。8.6.5數(shù)據(jù)流圖映射成軟件結(jié)構(gòu)1.綜合DFD的映射一個大型系統(tǒng)的DFD中，既有變換流，又有事務(wù)流，屬于綜合的數(shù)據(jù)流圖，其軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法如下：(1)確定DFD整體上的類型。事務(wù)型通常用于對高層數(shù)據(jù)流圖的變換，其優(yōu)點是把一個大而復雜的系統(tǒng)分解成若干較小的簡單的子系統(tǒng)。變換型通常用于對較低層數(shù)據(jù)流圖的轉(zhuǎn)換。變換型具有順序處理的特點，而事務(wù)型具有平行分別處理的特點，所以兩種類型的DFD導出的軟件結(jié)構(gòu)有所不同。8.6.5數(shù)據(jù)流圖映射成軟件結(jié)構(gòu)只要從DFD整體的、主要功能處理分析其特點，就可區(qū)分出該DFD整體類型。(2)標出局部的DFD范圍，確定其類型。(3)按整體和局部的DFD特征，設(shè)計出軟件結(jié)構(gòu)。8.6.5數(shù)據(jù)流圖映射成軟件結(jié)構(gòu)2.分層DFD的映射對于一個復雜問題的數(shù)據(jù)流圖，往往是分層的。分層的數(shù)據(jù)流圖映射成軟件結(jié)構(gòu)圖也應該是分層的，這樣便于設(shè)計，也便于修改。由于數(shù)據(jù)流圖的頂層圖反映的是系統(tǒng)與外部環(huán)境的界面，所以系統(tǒng)的物理輸入與物理輸出都在SC的頂層或0層圖上，相應的軟件結(jié)構(gòu)圖的物理輸入與輸出部分應放在主圖中，便于同DFD的頂層圖對照檢查。8.6.5數(shù)據(jù)流圖映射成軟件結(jié)構(gòu)分層DFD的映射方法是：(1)主圖是變換型，子圖是事務(wù)型，見圖8.16，圖中

表示“或者”。圖8.16主圖變換型、子圖事務(wù)型8.6.5數(shù)據(jù)流圖映射成軟件結(jié)構(gòu)(2)主圖是事務(wù)型，子圖是變換型，見圖8.17。圖8.17主圖事務(wù)型、子圖變換型8.6.6結(jié)構(gòu)化設(shè)計應用示例將8.3.3小節(jié)中的銷售管理系統(tǒng)的DFD轉(zhuǎn)換為軟件結(jié)構(gòu)圖。分析該系統(tǒng)的0層圖，它有4個主要功能，即訂貨處理、進貨處理、缺貨處理和銷售統(tǒng)計。其中，訂貨處理包括訂單處理和供貨處理兩部分。這4個處理可平行工作，因此從整體上分析可按事務(wù)型數(shù)據(jù)流圖來設(shè)計，根據(jù)功能鍵來選擇4個處理中的一個。設(shè)計出的軟件結(jié)構(gòu)如圖8.18所示。8.6.5數(shù)據(jù)流圖映射成軟件結(jié)構(gòu)8.6.5數(shù)據(jù)流圖映射成軟件結(jié)構(gòu)圖8.18銷售管理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖8.6.7設(shè)計的后處理由設(shè)計的工作流程可知，經(jīng)過變換分析或事務(wù)分析設(shè)計，形成軟件結(jié)構(gòu)并經(jīng)過優(yōu)化和改進后，還要做以下工作：(1)為每個模塊寫一份處理說明：從設(shè)計的角度描述模塊的主要處理任務(wù)、條件抉擇等，以需求分析階段產(chǎn)生的加工邏輯的描述為參考。這里的說明應該是清晰、無二義性的。(2)為每個模塊提供一份接口說明：包括通過參數(shù)表傳遞的數(shù)據(jù)、外部的輸入/輸出和訪問全局數(shù)據(jù)區(qū)的信息等，并指出它的下屬模塊與上屬模塊。8.6.7設(shè)計的后處理為清晰易讀，對以上兩個說明可用設(shè)計階段常采用的圖形工具——IPO圖(見3.3.3小節(jié))來表示。(3)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明：軟件結(jié)構(gòu)確定之后，必須定義全局的和局部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因為它對每個模塊的過程細節(jié)有著深遠的影響。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述可用偽碼(如PDL語言、類Pascal語言)或Warnier圖、Jackson圖等形式表達。(4)給出設(shè)計約束或限制：如數(shù)據(jù)類型和格式的限制、內(nèi)存容量的限制、時間的限制、數(shù)據(jù)的邊界值、個別模塊的特殊要求等。8.6.7設(shè)計的后處理(5)進行設(shè)計評審：軟件設(shè)計階段不可避免地會引入人為的錯誤，如果