淺談軟件工程中的結構化設計方法

劉珂　韓瑤　高嵩

摘 要：軟件工程中的結構化設計方法是當前軟件工程最成熟，使用最廣泛的一種設計方法，將復雜系統分解為若干個子功能模塊，模塊化軟件構件，同時將這些構件進行簡單的連接組織，最終實現軟件系統控制功能。近年來，軟件工程中的結構化設計已邁入新階段，設計中不僅需要考慮滿足系統的功能，還需對系統性能進行優化，領域工程是典型的代表，能極大的提高可設計構件的復制性，減少開發工作量。

關鍵詞：軟件工程 結構化設計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）06-0008-01

在最初的軟件開發過程中，用戶需求調查、設計時間耗費的時間占整個軟件開發的時間比重較高，約70%的軟件錯誤是發生在這個階段。面向過程的分析與設計，只考慮功能函數的編寫，系統由算法以及數據結構、子程序組成，封裝對象是函數，一定程度提升了軟件的靈活性。但隨著構件的出現，系統開始成為構件以及連接件組成，極大的縮短了軟件開發過程中，結構設計開始成為軟件工程中軟件開發的主要方法。

一、軟件結構化設計方法概述

結構化設計方法是當前軟件工程最成熟，使用最廣泛的一種設計方法，基本指導思想是從頂向下進行功能的抽象、分解，逐步求精。軟件設計開發的過程中，實際上也是一種需求滿足的工程，特別是當前軟件與市場需求、機械工程的聯系越來越緊密，軟件系統功能的結構化趨向也越來越明顯，為結構化設計推廣創造了條件。結構化設計將復雜系統共分解為若干個子功能模塊，模塊化軟件構件，同時將這些構件進行簡單的連接組織，最終實現軟件系統控制功能。結構化的方法最簡單的實現過程中是樹狀結構圖表述，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。程序運行時，主模塊調動從屬模塊，直至最低層。接口實現各個模塊之間的數據輸入輸出，實現程序運行過程中的信息交換，從而實現連續、完整的控制功能。結構化的設計方法已基本成熟，主要包括面向數據流圖的數據流方法，盒子與箭頭為模型元素的IDEF0方法，LCP方法，Jackson方法等。結構方法適合功能比較明顯的軟件系統，以實現功能需求為立足點，功能明顯也是當前許多中小型軟件系統的重要特征，這也是結構化設計得到廣泛應用的原因。結構化設計實際上將功能相互聯系的一種策略，通過描述軟件的功能以及功能模塊之間的調用關系，將復雜的問題簡單化，降低設計的難度。但需注意的是，結構化軟件設計難以應對靈活性、可移植性、可擴展性的要求。

二、軟件結構化設計方法發展

軟件系統結構提供了多連接件、組件、配置的抽象，從宏觀角度來看，可分為不同類型的構件，構件能夠實現一組功能，是一種可以獨立的單元，通過設計這些構件功能，工程人員設計不同構件的連接件，最后制定統一的設計原則。軟件結構設計當前已邁入新的結構設計階段，新的結構設計方法不僅需要考慮滿足系統的功能，還需對系統性能進行優化，全面提升系統的安全性、可靠性、造價、穩定性，制定約束條件。軟件體系結構設計仍在不斷發展之中，產生了新的設計思想，領域工程是典型的代表，其是實現系統化軟件復用的關鍵，一定程度上彌補了傳統結構設計復用性較差的問題。領域工程是指對特定領域的可復用軟件資產進行生產的過程，對一組相似或相近系統建立基本的能力、必備基礎。領域工程極大的減輕了軟件開發的工作負擔，對于在某一領域的軟件開發公司而言，許多軟件資產功能非常的相似，領域功能通過分析、設計一組相似或相近需求的軟件系統覆蓋的區域，實現領域復制，將領域作為結構化設計的重要組成部分，縮短結構化設計后軟件開發的時間、進行結構優化。需注意的是，領域設計下的軟件結構化設計，不同于一般的軟件設計，其設計多個系統的共同特征分析，識別抽象領域內系統的共性問題，該階段需要領域專家、工程師進行領域抽象，如定義解空間訪問、分析模型可追蹤性等，從更宏觀的角度進行結構設計[2]。

三、軟件結構化設計方法應用案例

軟件工程中的結構化設計方法當前在建筑工程、機械工程的智能化領域應用相對較廣，依托于這些領域的原原有的功能結構設計，能夠較方便的分析信息化改造所需要的功能，縮短結構設計的流程。以防護工程智能化軟件為例，智能信息系統由軟件、硬件、人和組織等要素組成人機共治平臺，系統的主要功能包括對各個設備、工程進行信息采集、傳輸、處理與應用，對人等要素進行調度管理，必要時提供智能化分析決策支持，最終實現工程信息與資源的共享，通過人機交互，實現對人、工程資源的全面控制，快速反應。一個基本的防護工程智能信息功能包括功能應用集成、數據與算法集成、子系統集成、現代設備集成四個部分。功能應用集成包括設備運行、安全防范、專家輔助、信息查詢、基礎設施管理等，通過以上應用以及上級平臺實現人機交互，數據與算法集成需要具有協同與運行管理、自適應運行保障功能，能夠實現開房數據訪問、信息接入與傳輸，子系統包括設備智能控制、安全防范、智能視頻、信息發布等，需要集成的設備包括水泵等設備、變頻設備等，需注意的是這些設備需要進行智能化改造[3]。

四、小結

軟件工程中的結構化設計有許多優點，特別是在功能比較明確的系統智能化改造軟件系統設計中，能夠明顯縮短設計的時間，軟件系統設計可復制性明顯增強。當結構化設計方法應對那些靈活性、可移植性、可擴展性的要求較高的大型軟件系統，可能力不從心。在進行結構設計時，若發現模塊有相似之處，可進行功能的完善，進行結構優化。

參考文獻

[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.軟件工程中的結構化設計方法[J].現代電子技術，2012，35（16）：39-41.

作者簡介：劉珂（1999.02.05）；男，山東省臨沂市人，學歷：本科，就讀于：哈爾濱理工大學（榮成）；現有職稱：中級工程師；研究方向：工程造價；