淺談軟件工程中的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法

劉珂　韓瑤　高嵩

摘 要：軟件工程中的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是當(dāng)前軟件工程最成熟，使用最廣泛的一種設(shè)計(jì)方法，將復(fù)雜系統(tǒng)分解為若干個(gè)子功能模塊，模塊化軟件構(gòu)件，同時(shí)將這些構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)單的連接組織，最終實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)控制功能。近年來，軟件工程中的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)已邁入新階段，設(shè)計(jì)中不僅需要考慮滿足系統(tǒng)的功能，還需對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化，領(lǐng)域工程是典型的代表，能極大的提高可設(shè)計(jì)構(gòu)件的復(fù)制性，減少開發(fā)工作量。

關(guān)鍵詞：軟件工程 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）06-0008-01

在最初的軟件開發(fā)過程中，用戶需求調(diào)查、設(shè)計(jì)時(shí)間耗費(fèi)的時(shí)間占整個(gè)軟件開發(fā)的時(shí)間比重較高，約70%的軟件錯(cuò)誤是發(fā)生在這個(gè)階段。面向過程的分析與設(shè)計(jì)，只考慮功能函數(shù)的編寫，系統(tǒng)由算法以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、子程序組成，封裝對(duì)象是函數(shù)，一定程度提升了軟件的靈活性。但隨著構(gòu)件的出現(xiàn)，系統(tǒng)開始成為構(gòu)件以及連接件組成，極大的縮短了軟件開發(fā)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始成為軟件工程中軟件開發(fā)的主要方法。

一、軟件結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法概述

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是當(dāng)前軟件工程最成熟，使用最廣泛的一種設(shè)計(jì)方法，基本指導(dǎo)思想是從頂向下進(jìn)行功能的抽象、分解，逐步求精。軟件設(shè)計(jì)開發(fā)的過程中，實(shí)際上也是一種需求滿足的工程，特別是當(dāng)前軟件與市場(chǎng)需求、機(jī)械工程的聯(lián)系越來越緊密，軟件系統(tǒng)功能的結(jié)構(gòu)化趨向也越來越明顯，為結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)推廣創(chuàng)造了條件。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)將復(fù)雜系統(tǒng)共分解為若干個(gè)子功能模塊，模塊化軟件構(gòu)件，同時(shí)將這些構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)單的連接組織，最終實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)控制功能。結(jié)構(gòu)化的方法最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)過程中是樹狀結(jié)構(gòu)圖表述，頂端是程序的主模塊，第一層為模塊1，2，……，n子模塊，以此類推。程序運(yùn)行時(shí)，主模塊調(diào)動(dòng)從屬模塊，直至最低層。接口實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)輸入輸出，實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行過程中的信息交換，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)、完整的控制功能。結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法已基本成熟，主要包括面向數(shù)據(jù)流圖的數(shù)據(jù)流方法，盒子與箭頭為模型元素的IDEF0方法，LCP方法，Jackson方法等。結(jié)構(gòu)方法適合功能比較明顯的軟件系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)功能需求為立足點(diǎn)，功能明顯也是當(dāng)前許多中小型軟件系統(tǒng)的重要特征，這也是結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)得到廣泛應(yīng)用的原因。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上將功能相互聯(lián)系的一種策略，通過描述軟件的功能以及功能模塊之間的調(diào)用關(guān)系，將復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，降低設(shè)計(jì)的難度。但需注意的是，結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)難以應(yīng)對(duì)靈活性、可移植性、可擴(kuò)展性的要求。

二、軟件結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法發(fā)展

軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了多連接件、組件、配置的抽象，從宏觀角度來看，可分為不同類型的構(gòu)件，構(gòu)件能夠?qū)崿F(xiàn)一組功能，是一種可以獨(dú)立的單元，通過設(shè)計(jì)這些構(gòu)件功能，工程人員設(shè)計(jì)不同構(gòu)件的連接件，最后制定統(tǒng)一的設(shè)計(jì)原則。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)前已邁入新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不僅需要考慮滿足系統(tǒng)的功能，還需對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化，全面提升系統(tǒng)的安全性、可靠性、造價(jià)、穩(wěn)定性，制定約束條件。軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍在不斷發(fā)展之中，產(chǎn)生了新的設(shè)計(jì)思想，領(lǐng)域工程是典型的代表，其是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化軟件復(fù)用的關(guān)鍵，一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)用性較差的問題。領(lǐng)域工程是指對(duì)特定領(lǐng)域的可復(fù)用軟件資產(chǎn)進(jìn)行生產(chǎn)的過程，對(duì)一組相似或相近系統(tǒng)建立基本的能力、必備基礎(chǔ)。領(lǐng)域工程極大的減輕了軟件開發(fā)的工作負(fù)擔(dān)，對(duì)于在某一領(lǐng)域的軟件開發(fā)公司而言，許多軟件資產(chǎn)功能非常的相似，領(lǐng)域功能通過分析、設(shè)計(jì)一組相似或相近需求的軟件系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域復(fù)制，將領(lǐng)域作為結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的重要組成部分，縮短結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)后軟件開發(fā)的時(shí)間、進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。需注意的是，領(lǐng)域設(shè)計(jì)下的軟件結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，不同于一般的軟件設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)多個(gè)系統(tǒng)的共同特征分析，識(shí)別抽象領(lǐng)域內(nèi)系統(tǒng)的共性問題，該階段需要領(lǐng)域?qū)＜?、工程師進(jìn)行領(lǐng)域抽象，如定義解空間訪問、分析模型可追蹤性等，從更宏觀的角度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[2]。

三、軟件結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用案例

軟件工程中的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法當(dāng)前在建筑工程、機(jī)械工程的智能化領(lǐng)域應(yīng)用相對(duì)較廣，依托于這些領(lǐng)域的原原有的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠較方便的分析信息化改造所需要的功能，縮短結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程。以防護(hù)工程智能化軟件為例，智能信息系統(tǒng)由軟件、硬件、人和組織等要素組成人機(jī)共治平臺(tái)，系統(tǒng)的主要功能包括對(duì)各個(gè)設(shè)備、工程進(jìn)行信息采集、傳輸、處理與應(yīng)用，對(duì)人等要素進(jìn)行調(diào)度管理，必要時(shí)提供智能化分析決策支持，最終實(shí)現(xiàn)工程信息與資源的共享，通過人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)人、工程資源的全面控制，快速反應(yīng)。一個(gè)基本的防護(hù)工程智能信息功能包括功能應(yīng)用集成、數(shù)據(jù)與算法集成、子系統(tǒng)集成、現(xiàn)代設(shè)備集成四個(gè)部分。功能應(yīng)用集成包括設(shè)備運(yùn)行、安全防范、專家輔助、信息查詢、基礎(chǔ)設(shè)施管理等，通過以上應(yīng)用以及上級(jí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，數(shù)據(jù)與算法集成需要具有協(xié)同與運(yùn)行管理、自適應(yīng)運(yùn)行保障功能，能夠?qū)崿F(xiàn)開房數(shù)據(jù)訪問、信息接入與傳輸，子系統(tǒng)包括設(shè)備智能控制、安全防范、智能視頻、信息發(fā)布等，需要集成的設(shè)備包括水泵等設(shè)備、變頻設(shè)備等，需注意的是這些設(shè)備需要進(jìn)行智能化改造[3]。

四、小結(jié)

軟件工程中的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)有許多優(yōu)點(diǎn)，特別是在功能比較明確的系統(tǒng)智能化改造軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，能夠明顯縮短設(shè)計(jì)的時(shí)間，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)可復(fù)制性明顯增強(qiáng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)對(duì)那些靈活性、可移植性、可擴(kuò)展性的要求較高的大型軟件系統(tǒng)，可能力不從心。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)模塊有相似之處，可進(jìn)行功能的完善，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]周子涵.影響軟件可靠性的因素[J].信息與電腦（理論版），2016（05）：94-95.

[2] P Kruchten， H Obbink， J Stafford， The past， present， and future for software architecture[J]. Software， IEEE， 2006，14（3）：289～301.

[3]張耀民.軟件工程中的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（16）：39-41.

作者簡(jiǎn)介：劉珂（1999.02.05）；男，山東省臨沂市人，學(xué)歷：本科，就讀于：哈爾濱理工大學(xué)（榮成）；現(xiàn)有職稱：中級(jí)工程師；研究方向：工程造價(jià)；