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1. 结构化设计概览

1.1 核心思想

结构化设计（SD）方法主要面向数据流。

  • 出发点：以数据流图（DFD）为基础。
  • 核心任务：将分析阶段产生的“分析模型”（如DFD、数据字典）转换为“设计模型”（软件结构图）。

1.2 设计的两个阶段

PPT明确将设计分为两个层次，这是考试中常见的概念辨析题：

  1. 概要设计 (Overview Design)
    • 别名：结构设计、体系结构设计。
    • 任务：宏观布局。把系统的功能需求分配给软件结构，确定模块及模块间的调用关系。
    • 核心产物：SC图 (Structure Chart)。
    • 助教解释：就像盖房子画蓝图，决定哪里是客厅、哪里是卧室，以及它们之间怎么走通，但不管房间里具体装修。
  2. 过程设计 (Process Design)
    • 别名：详细设计。
    • 任务：微观实现。确定每个模块内部的算法和数据结构。
    • 核心工具：N-S图、PAD图、PDL语言、IPO图。
    • 助教解释：这就是具体的装修方案，决定每个房间的地板怎么铺，电路怎么走。

2. 概要设计核心工具：SC图 (结构图)

这是本章的绝对重点，请务必掌握如何看图和画图。

2.1 模块的六种类型

在SC图中，模块不仅仅是方框，它们有不同的功能角色：

  1. 传入模块：负责从下属模块获取数据，处理后传给上级（逻辑输入）。
  2. 传出模块：从上级获取数据，处理后传给下属（逻辑输出）。
  3. 变换模块 (加工模块)：核心计算部分。将输入转换为输出（如“计算工资”、“计算最佳解”）。
  4. 源模块：产生数据。
  5. 漏模块：接收并消耗数据。
  6. 控制模块：负责调度和控制。

2.2 调用关系

  • 简单调用：A调用B。
  • 选择调用：A根据条件调用B或C（图标中有菱形符号）。
  • 循环调用：A重复调用B（图标中有弧形箭头）。
  • 重点注意：图中必须画出数据流（带空心圆的箭头）和控制流（带实心圆的箭头，虽然PPT主要强调数据流）。

3. 从DFD到SC图的转换 (核心考点)

如何把“数据流图”变成“程序结构图”？主要依据数据流的类型采用两种不同的分析方法。

3.1 变换分析 (Transform Analysis)

适用于：数据流具有明显的输入、变换（处理中心）、输出三个阶段。

  • 步骤：
    1. 划界：在DFD上找到逻辑输入、逻辑输出和变换中心的边界。
    2. 建立框架：顶层设计一个主控制模块；第一层分解为“输入控制”、“变换控制”、“输出控制”三个分支。
    3. 分解：
      • 输入分支：设计为“获取数据”的结构（Get/Read）。
      • 输出分支：设计为“发送数据”的结构（Put/Write）。
      • 变换分支：映射具体的计算处理模块。

3.2 事务分析 (Transaction Analysis)

适用于：数据流中存在一个明显的事务中心，数据到达这里后，根据输入类型触发不同的处理路径（如：菜单选择、命令分发）。

  • 步骤：
    1. 识别事务中心：找到那个负责“分发任务”的加工。
    2. 建立框架：
      • 顶层：事务控制模块。
      • 第一层：接收分支（获取事务类型） + 调度分支（根据类型调用不同处理模块）。
    3. 分解：针对每一条具体的事务动作路径进行细化。
  • 助教补充技巧：
    • 如果DFD像一个哑铃（两头小中间大，中间是复杂的计算），用变换分析。
    • 如果DFD像一个辐射状的太阳（一个点发散出多条路径），用事务分析。
    • 实际系统中往往是混合结构。

4. 优化设计的指导原则 (考试重点/简答题)

画出SC图后，必须根据以下原则进行优化：

4.1 模块独立性 (核心原则)

  • 高内聚 (High Cohesion)：模块内部各元素联系越紧密越好。每个模块只做一件事。
  • 低耦合 (Low Coupling)：模块之间联系越松散越好。少传参数，少用全局变量。

4.2 扇入与扇出 (Fan-in & Fan-out)

  • 扇出 (Fan-out)：一个模块直接控制（调用）的下属模块数量。
    • 原则：3-7为宜，最好不超过9。
    • 解释：管的人太多（扇出大）管不过来；管的人太少（扇出小）层级太深，效率低。
  • 扇入 (Fan-in)：有多少个上级模块调用它。
    • 原则：底层模块扇入越高越好。
    • 解释：扇入高说明这个模块是通用的（如“计算税率”），复用性强。

4.3 作用域与控制域 (Scope of Effect vs. Scope of Control)

这是很多同学容易混淆的概念，必考：

  • 控制域：模块本身及其所有下属模块的集合（权力的范围）。
  • 作用域：受该模块内一个判定影响的所有模块的集合（影响的范围）。
  • 核心规则：作用域必须包含在控制域之内。
    • 助教通俗解释：如果模块A做了一个决定（比如“是否通过审批”），这个决定影响了模块B的执行，那么模块B必须归模块A管（或者是模块A下属的下属）。如果B不归A管，A就得把这个决定层层上报再下传，不仅麻烦还容易出错（高耦合）。
    • 优化方法：如果作用域超出了控制域，要把做判定的模块位置上移，或者把受影响的模块下移。

5. 过程设计 (详细设计)

这一阶段主要解决“怎么做”的问题，即算法实现。

5.1 结构化程序设计的三种基本结构

理论证明，任何程序都可以只用这三种结构实现：

  1. 顺序结构
  2. 选择结构 (If-Else, Switch)
  3. 循环结构 (While, Until)
  • 原则：单入口，单出口。尽量少用GOTO语句。

5.2 常用工具对比 (常考填空/选择)

工具名称 特点 优点 缺点
程序流程图 历史悠久，箭头表示控制流 直观 随意转移控制（这不符合结构化精神），不易表示数据结构
N-S图 (盒图) 像堆积木一样的方框 强制结构化，无GOTO，作用域清晰 修改麻烦
PAD图 二维树形结构 (问题分析图) 逻辑最清晰，支持自顶向下，易转为代码
PDL (伪代码) 混杂英语和自然语言 易写易读，可作为注释 不如图形直观
  • 重点练习：PPT最后布置了练习题，要求根据逻辑画出 程序流程图、N-S图、PAD图。建议你针对PPT第74、78、88页的例题亲手画一遍，这是必会的基本功。

6. 其他知识点

  • HIPO图：带编号的层次图 + IPO图（输入-处理-输出）。
  • 复审 (Review)：设计完成后必须进行复审，包括“走查”（Walkthrough，非正式）和“正式复审”。目的是尽早发现错误。
  • Jackson方法：一种面向数据结构的设计方法（不同于SD的面向数据流）。它认为程序的结构应该对应数据的结构。

7. 助教总结 (Chapter Summary)

本章是软件工程中承上启下的关键章节。

  1. 核心任务是把分析阶段的“数据流图(DFD)”转化为设计阶段的“模块结构图(SC)”。
  2. 转换方法依据数据流特性分为“变换分析”和“事务分析”，实际设计中常结合使用。
  3. 评判标准是模块独立性（高内聚、低耦合），以及扇入扇出、作用域/控制域规则。
  4. 详细设计阶段，不要依赖传统的流程图，而应掌握N-S图和PAD图这些更能体现结构化思想的工具。