基础应用:结构化设计方法

2023-11-03 理论教育版权反馈

【摘要】：结构设计定义软件系统各主要部件之间的关系。详细设计确立每个模块的实现算法和局部数据结构，用适当方法表示算法和数据结构的细节。原则上讲，模块化设计总是希望模块之间的耦合表现为非直接耦合方式。但是，由于问题所固有的复杂性和结构化设计的原则，非直接耦合是不存在的。

误区警示：

在程序结构中，各模块的内聚性越强，则耦合性就越弱。软件设计应尽量做到高内聚、低耦合，即减弱模块之间的耦合性和提高模块内的内聚性，有利于提高模块的独立性。

1.软件设计的基础

从技术观点上看，软件设计包括软件结构设计、数据设计、接口设计、过程设计。

（1）结构设计定义软件系统各主要部件之间的关系。

（2）数据设计将分析时创建的模型转化为数据结构的定义。

（3）接口设计是用来描述软件内部、软件和协作系统之间以及软件与人之间如何通信。

（4）过程设计则是把系统结构部件转换为软件的过程性描述。

从工程管理角度来看，软件设计分两步完成：概要设计和详细设计。

（1）概要设计将软件需求转化为软件体系结构、确定系统级接口、全局数据结构或数据库模式。

（2）详细设计确立每个模块的实现算法和局部数据结构，用适当方法表示算法和数据结构的细节。

2.软件设计的基本原理

（1）抽象：软件设计中考虑模块化解决方案时，可以定出多个抽象级别。抽象的层次从概要设计到详细设计逐步降低。

（2）模块化：模块是指把一个待开发的软件分解成若干小的简单的部分。模块化是指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把软件系统划分成若干模块的过程。

（3）信息隐蔽：信息隐蔽是指在一个模块内包含的信息（过程或数据），对于不需要这些信息的其他模块来说是不能访问的。

（4）模块独立性：模块独立性是指每个模块只完成系统要求的独立的子功能，并且与其他模块的联系最少且接口简单。模块的独立程度是评价设计好坏的重要度量标准。衡量软件的模块独立性使用耦合性和内聚性两个定性的度量标准。内聚性是信息隐蔽和局部化概念的自然扩展。一个模块的内聚性越强，则该模块的模块独立性越强。一个模块与其他模块的耦合性越强，则该模块的模块独立性越弱。内聚性是度量一个模块功能强度的一个相对指标。内聚是从功能角度来衡量模块的联系，它描述的是模块内的功能联系。内聚有如下种类，它们之间的内聚度由弱到强排列为：偶然内聚、逻辑内聚、时间内聚、过程内聚、通信内聚、顺序内聚、功能内聚。

耦合性是模块之间互相连接的紧密程度的度量。耦合性取决于各个模块之间接口的复杂度、调用方式以及哪些信息通过接口传递。耦合可以分为下列几种，它们之间的耦合度由高到低排列为：内容耦合、公共耦合、外部耦合、控制耦合、标记耦合、数据耦合、非直接耦合。在程序结构中，各模块的内聚性越强，则耦合性越弱。一般来说，较优秀的软件设计应尽量做到高内聚、低耦合，即减弱模块之间的耦合性和提高模块内的内聚性，有利于提高模块的独立性。

小提示：上面仅是对耦合机制进行的一个分类。由此可见，一个模块与其他模块的耦合性越强，则该模块独立性越弱。原则上讲，模块化设计总是希望模块之间的耦合表现为非直接耦合方式。但是，由于问题所固有的复杂性和结构化设计的原则，非直接耦合是不存在的。

3.详细设计

详细设计的任务是为软件结构图中的每个模块确定实现算法和局部数据结构，用某种选定的表达工具表示算法和数据结构的细节。

详细过程设计的常用工具如下。

（1）图形工具：程序流程图，N-S，PAD，HIPO。

（2）表格工具：判定表。

（3）语言工具：PDL（伪码）。

程序流程图的5种控制结构：顺序型、选择型、先判断重复型、后判断重复型和多分支选择型。

方框图中仅含5种基本的控制结构，即顺序型、选择型、多分支选择型、WHILE重复型和UNTIL重复型。

PAD图表示5种基本控制结构，即顺序型、选择型、多分支选择型、WHILE重复型和UNTIL重复型。

过程设计语言（PDL）也称为结构化的语言和伪码，它是一种混合语言，采用英语的词汇和结构化程序设计语言，类似编程语言。

PDL可以由编程语言转换得到，也可以是专门为过程描述而设计的。

疑难解答：程序流程图、N-S图和PAD图的控制结构的异同点是什么？

相同点是三种图都有顺序结构、选择结构和多分支选择，并且N-S图和PAD图还有相同的WHILE重复型、UNTIL重复型；不同点是程序流程图没有WHILE重复型、UNTIL重复型而有后判断重复型和先判断重复型。

4.软件测试

软件测试是在软件投入运行前对软件需求、设计、编码的最后审核。其工作量和成本占总工作量和总成本的40%以上，而且具有较高的组织管理和技术难度。(www.chuimin.cn)

（1）软件测试是为了发现错误而执行程序的过程。

（2）一个好的测试用例是能够发现至今尚未发现的错误的用例。

（3）一个成功的测试是发现了至今尚未发现的错误的测试。

软件测试过程分4个步骤，即单元测试、集成测试、验收测试和系统测试。

单元测试是对软件设计的最小单位——模块（程序单元）进行正确性检验测试。单元测试的技术包括静态分析和动态测试。

集成测试是测试和组装软件的过程，主要目的是发现与接口有关的错误，主要依据是概要设计说明书。

集成测试所设计的内容包括：软件单元的接口测试、全局数据结构测试、边界条件和非法输入的测试等。集成测试时将模块组装成程序，通常采用两种方式：非增量方式组装和增量方式组装。

确认测试的任务是验证软件的功能和性能，以及其他特性是否满足了需求规格说明中确定的各种需求，包括软件配置是否完全、正确。确认测试的实施首先运用黑盒测试方法，对软件进行有效性测试，即验证被测软件是否满足需求规格说明确认的标准。

系统测试是通过测试确认软件，作为整个基于计算机系统的一个元素，与计算机硬件、外设、支撑软件、数据和人员等其他系统元素组合在一起，在实际运行（使用）环境下对计算机系统进行一系列的集成测试和确认测试。

系统测试的具体实施一般包括：功能测试、性能测试、操作测试、配置测试、外部接口测试、安全性测试等。

5.软件的调试

误区警示：

程序经调试改错后还应进行再测试，因为经调试后有可能产生新的错误，而且测试是贯穿生命周期的整个过程。

在对程序进行了成功的测试之后将进入程序调试（通常称Debug，即排错）。程序调试的任务是诊断和改正程序中的错误。调试主要在开发阶段进行。

程序调试活动由两部分组成，一是根据错误的迹象确定程序中错误的确切性质、原因和位置；二是对程序进行修改，排除这个错误。程序调试的基本步骤如下：

（1）错误定位。从错误的外部表现形式入手，研究有关部分的程序，确定程序中出错位置，找出错误的内在原因。

（2）修改设计和代码，以排除错误。

（3）进行回归测试，防止引进新的错误。

调试原则可以从以下两个方面考虑：

1）确定错误的性质和位置时的注意事项

分析思考与错误征兆有关的信息；

避开死胡同；

只把调试工具当作辅助手段来使用；

避免用试探法，最多只能把它当作最后手段。

2）修改错误原则

在出现错误的地方，很可能有别的错误；

修改错误的一个常见失误是只修改了这个错误的征兆或这个错误的表现，而没有修改错误本身；

修正一个错误的同时有可能会引入新的错误；

修改错误的过程将迫使人们暂时回到程序设计阶段；

修改源代码程序，不要改变目标代码。

疑难解答：软件测试与软件调试有何不同？

软件测试是尽可能多地发现软件中的错误，而软件调试的任务是诊断和改正程序中的错误。软件测试贯穿整个软件生命周期，调试主要在开发阶段。

基础应用:结构化设计方法

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