北京理工大学
软件工程实践
汤铭端
中国航天科工集团公司 706所
第二讲
结构化方法
内容和目的
? 了解结构化方法的产生和有关概念
? 掌握结构化方法的基本原则
? 了解结构化分析、设计、编程方法的基
本内容
? 了解软件开发的一般原则
软件开发方法
? 软件开发方法是软件开发过程所遵循的
方法和步骤，其目的在于有效地得到一
些工作产品，既程序和文档，并且满足
质量要求
? 程序设计方法是软件开发方法的组成部
分
? 此外还有分析方法和设计方法
评价软件开发方法的四大特征
? 技术特征：支持各种技术概念的方法特色,如层次性、抽
象性、并行性、安全性、正确性等
? 使用特征：用于具体开发时的特色,如易理解性、易移植
性、易复用性、工具的支持、任务范围、使用的广度、活
动过渡的可行性、产品的易修改性、对正确性的支持等
? 管理特征：增强对软件开发活动管理的能力方面的特色,
如易管理性、支持或阻碍团队工作的程度、中间阶段的确
定、工作产品、配置管理、阶段结束准则、费用估计等
? 经济特征：给软件组织产生的在质量和生产力方面的可见
效益,如分析活动的局部效益、全生存周期效益、获得该
开发方法的代价、使用它的代价、管理的代价等
选用软件开发方法的考虑因素
1 对该开发方法是否已具有经验，或者已
有受过培训的人员
2 开发项目的进度、人员组成情况
3 为开发项目提供的资源如何
4 计划、组织、管理的可行性
5 开发项目的领域知识准备情况
航天的考虑
? 结构化方法较全面, 最成熟, 最基础,
使用最广泛, 有成功经验
? 结构化方法适合航天软件研制工作
? 结构化方法是基础性方法
? 结构化方法包括就形成了配套的软件结
构化分析方法, 结构化设计方法和结构
化编程方法, 其核心和基础是结构化程
序设计理论
为什么要讲这些所谓的, 方
法,？
“我只要满足需求就可以了，我自己开发使用什么方法你
管不着。”
“这些方法根本没有什么用处，我们那里高手很多，我
们不屑于使用这些方法。”
“结构化, 起源：对 GOTO的认
识
? 1968年 Dijkstra在 ACM通讯中发表了
,GOTO语句是有害的, 文章，认为：
GOTO语句是有害的，是造成程序混乱的
祸根，程序的质量与 GOTO语句的数量成
反比，应该在所有高级程序设计语言中
取消 GOTO语句
? 激起了强烈的反响和长期广泛的论战
论据
? 1966年,Boehm和 Jacopini证明了程序设
计语言只要上旬、选择和重复三种形式
的控制结构就足以表达出各种其他形式
的结构
? 1970年 McKeeman称其 XPL编译程序仅用
一个 GOTO语句
? 1972年 C.Strachey设计的操作系统只在
五处使用了标号和 GOTO语句
争辩
? 否定 GOTO
? 取消 GOTO后，程序
易理解、易排错、易
维护
? 没有其它好的结构代
替 GOTO的话，容易
滥用 GOTO
? 无 GOTO的程序容易
进行正确性证明
? 肯定 GOTO
? 在块和进程的非正常
出口处往往需要
? 使用 GOTO会使程序
执行效率较高
? 在合成程序目标时，
GOTO语句往往是有
用的，如返回语句用
GOTO
结论
? 1974年 Knuth发表了总结性文章：, 带有 GOTO的结构化
程序设计,
? 令人信服地总结和证实了以下三点,
? 滥用 GOTO语句确实有害，应尽量避免
? 完全避免使用 GOTO语句也并非是个明智的方法，有
些地方使用 GOTO语句，会使程序流程更清楚、效率
更高
? 争论的焦点不应该放在是否取消 GOTO语句，而应该
放在用什么样的程序结构上
? 最后一点使关键，肯定以提高程序清晰性为目标的结
构化方法
“方法, 的核心是模型
所谓的“方法”通常围绕一系列的模型展开，给出这些模
型的建立，校验和转换方法。
COMPUTER
MO
DE
L REAL
REAL
仿自,Cantwell Smith,Computers,Models and the Embedding World”
方法与模型
计算机
设
计
模
型
REAL 实际
分
析
模
型
分析 编码
设计
分析模型和设计模型
? 分析模型：对当前所处的环境，或者现
实情况建立的模型，用于分析和评估。
? 设计模型：对未来要建造的系统或者环
境建立的模型，用于系统实施，也用于
交流和评价。
? 建立模型有助于精确有效地表达和沟通。
结构化方法
? 结构化程序设计：一种良好定义的软件
开发技术，它采用自顶向下设计和实现
方法，并严格地采用结构化程序的控制
构造
结构化方法的原则
? 清晰第一效率第二
? 设计先于编码
? 自顶向下逐步细化
1 清晰第一效率第二
? 著名的, 清晰第一，效率第二, 已成为
当今主导的程序设计风格
?, 先求清楚后求快,
?, 保持程序简单以求快,
?, 写清楚 ——不要为 ‘ 效率 ’ 牺牲清晰,
2 设计先于编码
?,开始写程序越早，完成程序需要的时
间就越长。,
?, 设计先于编码, 已成为所有程序设计
必须遵守的一条原则。
? 设计一定要利用各种设计工具来进行。
3 逐步细化的设计方法 …
? 逐步细化方法是结构化程序设计的
心脏。
1）中心思想
a,程序设计是一个由粗到细的过程 ;
b,程序设计不仅包括对控制结构的设计，也
包括对数据结构的设计，两者都要一步步地
细化。
3 逐步细化的设计方法
2）指导原则
a,先分解主要问题，次要的问题可暂时搁置；
b,坚持渐进的原则，每一步的变化不要太大；
c,过程的细化与数据结构的细化宜并行、交叉地进
行；
d,选用适合于问题的设计工具；
e,最后一步应详细到所得结果可以直接翻译为源程
序。
3）优点
a,便于控制开发的复杂性 ;
b,便于验证程序的正确性。
结构化方法采用的原则
? 抽象
? 逐步求精
? 信息隐藏
? 模块化
? 模块独立
模块化原则
? 模块是由边界元素限定的相邻的程序元素 (例
如，数据说明，可执行的语句 )的序列，而且
有一个总体标识符来代表它。
? 模块是构成程序的基本构件。
? 模块化就是把程序划分成独立命名且可独立访
问的模块，每个模块完成一个子功能，把这些
模块集成起来构成一个整体，可以完成指定的
功能满足用户的需求。
模块化原则
? 主要思想是：将整个系统进行分解成为若干
功能独立的，能分别设计、编程和测试的模
块
? 程序员能单独地负责一个或几个模块的开发
? 开发一个模块不需要知道系统其它模块的内
部结构和编程细节
? 模块之间的接口尽可能简明，模块应尽可能
彼此隔离
模块化和软件成本
Meyer模块化五条标准 …
? (1)
? 如果一种设计方法提供了把问题分解为子问题的系
统化机制，它就能降低整个问题的复杂性，从而可
以实现一种有效的模块化解决方案。
? (2)
? 如果一种设计方法能把现有的 (可重用的 )设计构件
组装成新系统，它就能提供一种并非一切都从头开
始做的模块化解决方案。
Meyer模块化五条标准 …
? (3)
? 如果可以把一个模块作为一种独立单元 (无需参考
其他模块 )来理解，那么，这样的模块是易于构造
和易于修改的。
? (4)
? 如果对系统需求的微小修改只导致对个别模块，而
不是对整个系统的修改，则修改所引起 的副作用将
最小。
Meyer模块化五条标准 …
? (5)
? 如果在一个模块内出现异常情况时，它的影
响局限在该模块内部，则由错误引起的副作
用将最小。
模块化应达到的要求
? 具有可修改性,对整个系统的一次修改只涉及
少数几个模块，这种局部性的修改不仅能满足
系统修改的要求，而且不会影响系统已经具有
的良好质量
? 具有易读性,每个模块的含义和职责被明确，
模块之间的接口关系清楚，从而降低复杂性，
使得阅读和理解比较方便
? 具有易验证性,只有每个模块能实现正确，才
可能使整个系统的正确性有必要的前提
抽象
? 人类在认识复杂现象的过程中使用的最强有力的思维
工具是抽象。
? 人们在实践中认识到，在现实世界中一定事物、状态
或过程之间总存在着某些相似的方面 (共性 )。把这些
相似的方面集中和概括起来，暂时忽略它们之间的差
异，这就是抽象。
? 抽象就是抽出事物的 本质特性而暂时不考虑细节。
逐步求精
? 逐步求精是人类解决复杂问题时采用的基本技
术，也是许多软件工程技术的基础。
? 可以把逐步求精定义为：, 为了能集中精力解
决主要问题而尽量推迟对问题细节的考虑。,
? 求精实际上是细化过程。
抽象与求精
? 抽象与求精是一对互补的概念
? 抽象使得设计者能够说明过程和数据，同时却
忽略低层细节。
? 可以把抽象看作是一种通过忽略多余的细节同时强
调有关的细节，而实现逐步求精的方法。
? 求精则帮助设计者在设计过程中揭示出低层细
节。
? 这两个概念都有助于设计者在 设计演化过程中
创造出完整的设计模型。
信息隐藏
? 应用模块化原理时，自然会产生的一个问题,
?, 为了得到最好的一组模块，应该怎样分解软件,
? Parnas提出的信息隐藏是模块化程序设计的基
本方法
? 信息隐藏：为了实现部件的可见性控制，在分
层构造软件模块时，要求这些部件只在模块内
部可见，在模块外部不可见
?,模块独立, 概念是模块化、抽象、逐步
求精和信息隐藏等概念的直接结果，也
是完成有效的模块设计的基本标准。
? 模块的独立程度可以由两个定性标准来
度量，这两个标准分别称为内聚和耦合。
? 耦合衡量不同模块彼此间互相依赖 (连接 )
的紧密程度；内聚衡量一个模块内部各
个元素彼此结合的紧密程度。
耦合
? 耦合是对一个软件结构内不同模块之间互连程
度的度量。
? 耦合强弱取决于模块间接口的复杂程度，进入
或访问一个模块的点，以及通过接口的数据。
? 应该追求尽可能松散耦合的系统。
? 研究、测试或维护任何一个模块可以不需要对
系统的其他模块有很多了解。
? 发生在一处的错误传播到整个系统的可能性就
很小。
内聚
? 内聚标志一个模块内各个元素彼此结合
的紧密程度，它是信息隐蔽和局部化概
念的自然扩展。简单地说，理想内聚的
模块只做一件事情。
? 设计时应该力求做到高内聚，通常中等
程度的内聚也是可以采用的，而且效果
和高内聚相差不多；但是，低内聚很坏，
不要使用。
内聚和耦合
? 内聚和耦合是密切相关的，模块内的高内聚往
往意味着模块间的松耦合。内聚和耦合都是进
行模块化设计的有力工具，但是实践表明内聚
更重要，应该把更多注意力集中到提高模块 的
内聚程度上。
? 事实上，没有必要精确确定内聚的级别。重要
的是设计时力争做到高内聚，并且能够辨认出
低内聚的模块，有能力通过修改设计提高模块
的内聚程度降低模块间的耦合程度，从而获得
较高的模块独立性。
启发规则
? 以下的启发规则有助于模块化,
? 改进软件结构提高模块独立性
? 模块规模应该适中
? 深度、宽度、扇出和扇入都应适当
? 模块的作用域应该在控制域之内
? 力争降低模块接口的复杂程度
? 设计单入口单出口的模块
? 模块功能应该可以预测
结构化方法图示
数据字典
STD
控制规约
接口
设计
体系结构
设计
数据设计
过程设计
结构化分析方法
? 结构化分析 (SA)方法是结构化程序设计理论在
软件需求分析阶段的运用。它是七十年代中期
倡导的基于功能分解的分析方法，常用于基于
瀑布模型的软件研制过程的需求分析阶段，其
目的是帮助弄清用户对软件的需求。
? 按照 DeMarco的定义,,结构化分析就是使用
数据流图（ＤＦＤ）、数据字典（ＤＤ）、结
构化英语、决策表和决策树等工具，来建立一
种新的、称为结构化规格说明的目标文档。,
结构化分析五个步骤
1) 通过对用户的调查，以软件的需求为线索，
获得当前系统的具体模型；
2) 去掉具体模型中非本质因素，抽象出当前系
统的逻辑模型；
3) 根据计算机的特点分析当前系统与目标系统
的差别，建立目标系统的逻辑模型；
4) 完善目标系统并补充细节，写出目标系统的
软件需求规格说明；
5) 评审直到确认完全符合用户对软件的需求。
八条指导原则
1) 请用户共同参与开发；
2) 编写用户资料，考虑他
们的专门技术水平和阅
读与使用资料的目的；
3) 使用画图工具做媒介，
减少与用户交流时发生
问题的可能性；
4) 进行系统设计之前建立
一个系统的逻辑模型；
5) 自顶向下进行分析设计；
6) 自顶向下的方法进行测
试；
7) 验收之前，就让用户看
到系统的某些主要输出，
使用户能够尽早地看到
结果，及时地提出意见；
8) 对系统的评价不仅是指
开发和运行费用的评价，
而是对整个生存过程中
的费用和收益的评价。
结构化分析方法四大特点
一是用画图的方法
二是自顶向下地分解
三是强调逻辑而不是物理
四是没有重复性
结构化分析的工具
1) 数据流图 (DFD)；
2) 控制流图 (CFD)；
3) 数据字典 (DD)；
4) 控制逻辑表达方法,包括状态转换图 (STD)等；
5) 处理逻辑表达方法，包括结构化语言、判断
树和判断表；
6) 数据存储结构规范化；
7) 数据立即存取图 (DIAD)。
四句指导工作的准则
? 分层分片，均衡分解；父子平衡，推迟细节。
? 分层就是逐步细化；分片就是用一组数据流图
来代替一大张包罗万象的总图。
? 均衡分解是指自顶向下画分层数据流图时，各
个子系统的分解程度应大致均匀。
? 父子平衡是指数据流图的父图与子图在输入数
据和输出数据上应该分别保持一致。
? 推迟细节是指为了优先考虑重要问题，允许将
一些细节推迟到下层数据流图来处理 。
结构化设计方法
? 70年代提出的面向数据流、重点确定软件结构的
设计方法
?, 结构化设计就是采用最佳的可能方法设计系统
的各个组成部分以及各成分之间的内部联系的技
术。也就是说，结构化设计是这样一个过程，它
决定用哪些方法把哪些部分联系起来，才能解决
好某个具体有清楚定义的问题。,
? 基本思想是将软件设计成由相对独立、单一功能
的模块组成的结构。
? 评价模块结构质量的两个具体标准 ——内聚度和
耦合度
耦合度
? 耦合度：耦合度是各模块之间相互联系
的一种度量，它是对模块独立性的直接
衡量，耦合度越弱就意味着模块的独立
性越高，则模块间相互影响就越小。
? 耦合度的强弱可以由弱至强分为非直接
耦合、数据耦合、特征耦合、控制耦合、
外部耦合、公共耦合和内容耦合七个等
级。
内聚度
? 内聚度是指一个模块内部各成分（语句
或语句段）之间的联系程度，内聚度高，
则模块的相对独立性势必会提高。
? 内聚度由低到高可划分为偶然内聚、逻
辑内聚、时间内聚、过程内聚、通讯内
聚、顺序内聚和功能内聚七个等级。
结构化设计方法设计步骤
1) 建立初始结构图 ;
2) 改进初始结构图。
建立初始结构图
开始
细化 /修改软件需求
规格说明中的
数据流图
是变换
型吗？
变换
分析
事物
分析
将映射得来的初始结构图
改进为最终结构图
对最终结构图进行评审
结束
是 否
从数据流图过渡到结构图
传入
传入部分 变换中心 传出部分
（ a）变换型结构
传出 变换
接受 事务
分析
动作
1
动作
2
动作
3
接受部分 事务中心
（ b）事务型结构 DFD
主模块
输入模块 主加工模块 输出模块
(a)
事务控制模块
接受模块 动作发送模块
动作 1模块 动作 1模块 动作 1模块
(b) SC
改进初始结构图 …
1）减少块间联系，降低耦合度：可从方式、
作用、数量等方面着手，其中最常用的
是减少模块间传递的参数个数；
2）消除管道性模块，提高内聚度：管道性
模块的块内联系很弱，只是像管道一样
将一些参数从主模块传送到它的几个下
层模块，对这样的模块，应予以消除；
3）适当考虑系统将来可能发生的变化；
改进初始结构图
4）注意模块的大小：限制模块大小是降低
复杂性的手段之一；
5）适当调整调用和被调用的次数，即深度、
宽度、扇出和扇入都要适当。一个模块
调用或被调用过多，往往是设计不好的
迹象；
6）整体考虑问题：即尽可能研究整张结构
图，而不是只分别考虑一张结构图的各
个部分。
三条指导规则
1）对模块分割、合并和变动模块调用关系
的指导规则
2）保持高扇入 /低扇出的规则
3）把作用域保持在控制域之内的规则
对模块分割、合并和变动模块
调用关系的指导规则
? 分割或合并结构图中的模块，应以提高
模块独立性为首要的标准：力求提高内
聚，降低耦合，简化接口，少用全局性
和控制型信息
? 要适当考虑快的大小
? 对模块位置应否变更，视处理是否方便
来定，不必拘泥于数据流图
保持高扇入 /低扇出的规则
? 扇入数指调用该模块的模块个数
? 扇出数指该模块调用的模块个数
? 扇入高则上级模块多，能增加利用率
? 扇出低则下级模块少，能减少复杂度
? 扇出数以３－４为宜，最好不超过 5-7
? 软件结构通常具有, 瓮, 形或, 清真寺,
形的形状
把作用域保持在控制域之内的规则
? 一个模块的控制域，等于模块本身加上
其下级模块。
? 一个模块的作用域，是受这个模块中的
判定所影响的模块。
? 规则的含义是,
a,作用域不要超过控制域的范围；
b,软件系统的判定，其位置离受它控制的模
块越近越好。
结构化编程方法
? 用一组标准的准则和工具从事程序设计，称为
结构化程序设计；这些准则和工具包括一组基
本控制结构，自顶向下扩展原则，模块化和逐
步求精
? 结构化编程方法派生于结构化程序设计理论，
它要求使用顺序、选择、循环等基本控制结构，
并遵循增加程序产量、提高程序可读性、容易
测试和验证的原则来编写程序。
结构化编程应遵循的原则 …
1) 使用程序设计语言中的顺序、选择、循环
等有限的控制结构表示程序的控制逻辑；
2) 选用的控制结构只准许有一个入口和一个
出口；
3) 程序语句组成容易识别的块，每块只有一
个入口和一个出口；
4) 复杂结构应该用嵌套的基本控制结构来实
现；
结构化编程应遵循的原则
5) 语言中所没有的控制结构，应该采用前后
一致的方法来模拟；
6) 严格控制 GOTO语句，仅在下列情况才可使
用,
a,用一个非结构化的程序设计语言去实现
一个结构化的构造；
b,若不使用 GOTO语句会使功能模糊；
c,在某种可以改善而不是损害程序可读性
的情况下。
结构化编程方法的主要优点
1) 易于理解、使用和维护。程序员采用结构化
编程方法，降低了程序的复杂性，因此容易编
写程序。程序员能够进行逐步求精、程序证明
和测试，以确保程序的正确性，程序容易阅读
并被人理解，便于用户使用和维护。
2) 提高编程工作的效率，降低了软件开发成本。
由于结构化编程方法能够把错误控制到最低限
度，因此能够减少调试和查错时间。结构化程
序是由一些为数不多的基本结构模块组成，这
些模块甚至可以由机器自动生成，从而极大地
减轻了编程工作量。
结构化方法的缺点
? 著名的“两个鸿沟”
?,数据和过程的鸿沟”
?,分析和设计的鸿沟”
? 专注于过程的分析模型，其抗击变动的
能力和可复用性就相对较差。
软件开发的原则（ 1）
? 规范严格的原则
? 遵循严格化原则，可以达到开发出正确、成功的软
件产品的目的
? 软件开发过程是创造性的工作过程，但严格化不会
抑制创造性
? 严格的分析设计可以增强对创造性成果的信心
? 严格化对可靠性、维护性、可移植性、可理解性等
产生影响
? 过程详细记录可供精确地掌握和控制开发过程
软件开发的原则（ 2）
? 分隔化的原则
? 解决复杂问题时从不同的方面把问题分隔开，
然后单独集中精力解决每一个方面的问题
? 分隔化原则是要将相互关系不太紧密的方面
分割开，对相互联系仅考虑其影响
? 分隔的途径：以时间次序、以质量指标、以
软件规模、以不同的视图、以开发人员的技
能
软件开发的原则（ 3）
? 模块化的原则
? 先对复杂问题进行分析，找出基本要素，尽
量使之独立，然后各个击破
? 简单的单元易于加工、维修，可以标准化、
通用化
? 复杂问题的分解，基于自顶向下的思路
? 已有模块的组合，基于自底向上的思路
软件开发的原则（ 4）
? 抽象化的原则
? 重要、带有普遍意义特征的方面或内容被抽
象出来，次要的、缺乏普遍意义的方面或内
容被忽略
? 抽象是分隔化原则的一种特殊应用
软件开发的原则（ 5）
? 预见变动的原则
? 软件由于其错误、新需求、新环境而产生变
化要求
? 开发时就要考虑到软件变动的要求
? PARNAS的原则
? 开发系列产品
? 渐进开发，从子集出发，信息隐藏，保持接口不
变
? 采用为变化而设计的技术
软件开发的原则（ 6）
? 通用化的原则
? 尽量找出对类似问题或相关问题的具有一定普遍意
义的解决方法，并在相应产品开发中应用，使软件
产品具有一定的通用性
? 对普遍性、通用性问题的解决方法具有质量、经济
方面的价值
? 对通用和专用，需要在经济和效率方面进行权衡
? 通用性原则是设计通用的软件产品的一个最基本原
则
软件开发的原则（ 7）
? 逐步完善的原则
? 由于难以确定用户的具体需求，只能从不完
善逐步走向完善
? 必须注意,
? 记录每一个有意义的渐进
? 文档必须尽早反映变动，变动得到控制
? MICROSOFT在采用逐步完善原则方面取得
了成功
软件开发的原则（ 8）
? 有关软件质量的原则
? 用户至上的原则
? 以用户的利益为前提
? 处处为用户使用方便着想
? 千方百计帮助用户使用好软件
? 注意与用户的交流
? 质量可靠的原则
? 在质量、成本之间进行权衡
软件开发的原则（ 9）
? 有关软件文档的原则
? 文档标准化原则
? 用户手册简明原则
? 用词规范
? 尽可能使用用户的专业术语或行话
? 通俗易懂
? 描述的句子不要太长
软件开发的原则（ 10）
? 有关设计编码的原则
? 根据文档设计（需求记录在文档）
? 注意概念的完整
? 整个软件要适于变动、易于维护
? 程序编制简明清晰
? 注意技术与工具更新
软件开发的原则（ 11）
? 有关软件测试的原则
? 测试的独立性原则
? 克服心理障碍
? 独立公正
? 专业优势
? 成功的测试是发现问题的测试
? 要分析错误产生的原因，举一反三
软件开发的原则（ 12）
? 有关开发管理的原则
? 良好的管理
? 适量的人员
? 切实的计划
谢谢！
汤铭端
010-68389085（ O）
010-68389504（ H）
bicast@public3.bta.net.cn
软件工程实践
汤铭端
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第二讲
结构化方法
内容和目的
? 了解结构化方法的产生和有关概念
? 掌握结构化方法的基本原则
? 了解结构化分析、设计、编程方法的基
本内容
? 了解软件开发的一般原则
软件开发方法
? 软件开发方法是软件开发过程所遵循的
方法和步骤，其目的在于有效地得到一
些工作产品，既程序和文档，并且满足
质量要求
? 程序设计方法是软件开发方法的组成部
分
? 此外还有分析方法和设计方法
评价软件开发方法的四大特征
? 技术特征：支持各种技术概念的方法特色,如层次性、抽
象性、并行性、安全性、正确性等
? 使用特征：用于具体开发时的特色,如易理解性、易移植
性、易复用性、工具的支持、任务范围、使用的广度、活
动过渡的可行性、产品的易修改性、对正确性的支持等
? 管理特征：增强对软件开发活动管理的能力方面的特色,
如易管理性、支持或阻碍团队工作的程度、中间阶段的确
定、工作产品、配置管理、阶段结束准则、费用估计等
? 经济特征：给软件组织产生的在质量和生产力方面的可见
效益,如分析活动的局部效益、全生存周期效益、获得该
开发方法的代价、使用它的代价、管理的代价等
选用软件开发方法的考虑因素
1 对该开发方法是否已具有经验，或者已
有受过培训的人员
2 开发项目的进度、人员组成情况
3 为开发项目提供的资源如何
4 计划、组织、管理的可行性
5 开发项目的领域知识准备情况
航天的考虑
? 结构化方法较全面, 最成熟, 最基础,
使用最广泛, 有成功经验
? 结构化方法适合航天软件研制工作
? 结构化方法是基础性方法
? 结构化方法包括就形成了配套的软件结
构化分析方法, 结构化设计方法和结构
化编程方法, 其核心和基础是结构化程
序设计理论
为什么要讲这些所谓的, 方
法,？
“我只要满足需求就可以了，我自己开发使用什么方法你
管不着。”
“这些方法根本没有什么用处，我们那里高手很多，我
们不屑于使用这些方法。”
“结构化, 起源：对 GOTO的认
识
? 1968年 Dijkstra在 ACM通讯中发表了
,GOTO语句是有害的, 文章，认为：
GOTO语句是有害的，是造成程序混乱的
祸根，程序的质量与 GOTO语句的数量成
反比，应该在所有高级程序设计语言中
取消 GOTO语句
? 激起了强烈的反响和长期广泛的论战
论据
? 1966年,Boehm和 Jacopini证明了程序设
计语言只要上旬、选择和重复三种形式
的控制结构就足以表达出各种其他形式
的结构
? 1970年 McKeeman称其 XPL编译程序仅用
一个 GOTO语句
? 1972年 C.Strachey设计的操作系统只在
五处使用了标号和 GOTO语句
争辩
? 否定 GOTO
? 取消 GOTO后，程序
易理解、易排错、易
维护
? 没有其它好的结构代
替 GOTO的话，容易
滥用 GOTO
? 无 GOTO的程序容易
进行正确性证明
? 肯定 GOTO
? 在块和进程的非正常
出口处往往需要
? 使用 GOTO会使程序
执行效率较高
? 在合成程序目标时，
GOTO语句往往是有
用的，如返回语句用
GOTO
结论
? 1974年 Knuth发表了总结性文章：, 带有 GOTO的结构化
程序设计,
? 令人信服地总结和证实了以下三点,
? 滥用 GOTO语句确实有害，应尽量避免
? 完全避免使用 GOTO语句也并非是个明智的方法，有
些地方使用 GOTO语句，会使程序流程更清楚、效率
更高
? 争论的焦点不应该放在是否取消 GOTO语句，而应该
放在用什么样的程序结构上
? 最后一点使关键，肯定以提高程序清晰性为目标的结
构化方法
“方法, 的核心是模型
所谓的“方法”通常围绕一系列的模型展开，给出这些模
型的建立，校验和转换方法。
COMPUTER
MO
DE
L REAL
REAL
仿自,Cantwell Smith,Computers,Models and the Embedding World”
方法与模型
计算机
设
计
模
型
REAL 实际
分
析
模
型
分析 编码
设计
分析模型和设计模型
? 分析模型：对当前所处的环境，或者现
实情况建立的模型，用于分析和评估。
? 设计模型：对未来要建造的系统或者环
境建立的模型，用于系统实施，也用于
交流和评价。
? 建立模型有助于精确有效地表达和沟通。
结构化方法
? 结构化程序设计：一种良好定义的软件
开发技术，它采用自顶向下设计和实现
方法，并严格地采用结构化程序的控制
构造
结构化方法的原则
? 清晰第一效率第二
? 设计先于编码
? 自顶向下逐步细化
1 清晰第一效率第二
? 著名的, 清晰第一，效率第二, 已成为
当今主导的程序设计风格
?, 先求清楚后求快,
?, 保持程序简单以求快,
?, 写清楚 ——不要为 ‘ 效率 ’ 牺牲清晰,
2 设计先于编码
?,开始写程序越早，完成程序需要的时
间就越长。,
?, 设计先于编码, 已成为所有程序设计
必须遵守的一条原则。
? 设计一定要利用各种设计工具来进行。
3 逐步细化的设计方法 …
? 逐步细化方法是结构化程序设计的
心脏。
1）中心思想
a,程序设计是一个由粗到细的过程 ;
b,程序设计不仅包括对控制结构的设计，也
包括对数据结构的设计，两者都要一步步地
细化。
3 逐步细化的设计方法
2）指导原则
a,先分解主要问题，次要的问题可暂时搁置；
b,坚持渐进的原则，每一步的变化不要太大；
c,过程的细化与数据结构的细化宜并行、交叉地进
行；
d,选用适合于问题的设计工具；
e,最后一步应详细到所得结果可以直接翻译为源程
序。
3）优点
a,便于控制开发的复杂性 ;
b,便于验证程序的正确性。
结构化方法采用的原则
? 抽象
? 逐步求精
? 信息隐藏
? 模块化
? 模块独立
模块化原则
? 模块是由边界元素限定的相邻的程序元素 (例
如，数据说明，可执行的语句 )的序列，而且
有一个总体标识符来代表它。
? 模块是构成程序的基本构件。
? 模块化就是把程序划分成独立命名且可独立访
问的模块，每个模块完成一个子功能，把这些
模块集成起来构成一个整体，可以完成指定的
功能满足用户的需求。
模块化原则
? 主要思想是：将整个系统进行分解成为若干
功能独立的，能分别设计、编程和测试的模
块
? 程序员能单独地负责一个或几个模块的开发
? 开发一个模块不需要知道系统其它模块的内
部结构和编程细节
? 模块之间的接口尽可能简明，模块应尽可能
彼此隔离
模块化和软件成本
Meyer模块化五条标准 …
? (1)
? 如果一种设计方法提供了把问题分解为子问题的系
统化机制，它就能降低整个问题的复杂性，从而可
以实现一种有效的模块化解决方案。
? (2)
? 如果一种设计方法能把现有的 (可重用的 )设计构件
组装成新系统，它就能提供一种并非一切都从头开
始做的模块化解决方案。
Meyer模块化五条标准 …
? (3)
? 如果可以把一个模块作为一种独立单元 (无需参考
其他模块 )来理解，那么，这样的模块是易于构造
和易于修改的。
? (4)
? 如果对系统需求的微小修改只导致对个别模块，而
不是对整个系统的修改，则修改所引起 的副作用将
最小。
Meyer模块化五条标准 …
? (5)
? 如果在一个模块内出现异常情况时，它的影
响局限在该模块内部，则由错误引起的副作
用将最小。
模块化应达到的要求
? 具有可修改性,对整个系统的一次修改只涉及
少数几个模块，这种局部性的修改不仅能满足
系统修改的要求，而且不会影响系统已经具有
的良好质量
? 具有易读性,每个模块的含义和职责被明确，
模块之间的接口关系清楚，从而降低复杂性，
使得阅读和理解比较方便
? 具有易验证性,只有每个模块能实现正确，才
可能使整个系统的正确性有必要的前提
抽象
? 人类在认识复杂现象的过程中使用的最强有力的思维
工具是抽象。
? 人们在实践中认识到，在现实世界中一定事物、状态
或过程之间总存在着某些相似的方面 (共性 )。把这些
相似的方面集中和概括起来，暂时忽略它们之间的差
异，这就是抽象。
? 抽象就是抽出事物的 本质特性而暂时不考虑细节。
逐步求精
? 逐步求精是人类解决复杂问题时采用的基本技
术，也是许多软件工程技术的基础。
? 可以把逐步求精定义为：, 为了能集中精力解
决主要问题而尽量推迟对问题细节的考虑。,
? 求精实际上是细化过程。
抽象与求精
? 抽象与求精是一对互补的概念
? 抽象使得设计者能够说明过程和数据，同时却
忽略低层细节。
? 可以把抽象看作是一种通过忽略多余的细节同时强
调有关的细节，而实现逐步求精的方法。
? 求精则帮助设计者在设计过程中揭示出低层细
节。
? 这两个概念都有助于设计者在 设计演化过程中
创造出完整的设计模型。
信息隐藏
? 应用模块化原理时，自然会产生的一个问题,
?, 为了得到最好的一组模块，应该怎样分解软件,
? Parnas提出的信息隐藏是模块化程序设计的基
本方法
? 信息隐藏：为了实现部件的可见性控制，在分
层构造软件模块时，要求这些部件只在模块内
部可见，在模块外部不可见
?,模块独立, 概念是模块化、抽象、逐步
求精和信息隐藏等概念的直接结果，也
是完成有效的模块设计的基本标准。
? 模块的独立程度可以由两个定性标准来
度量，这两个标准分别称为内聚和耦合。
? 耦合衡量不同模块彼此间互相依赖 (连接 )
的紧密程度；内聚衡量一个模块内部各
个元素彼此结合的紧密程度。
耦合
? 耦合是对一个软件结构内不同模块之间互连程
度的度量。
? 耦合强弱取决于模块间接口的复杂程度，进入
或访问一个模块的点，以及通过接口的数据。
? 应该追求尽可能松散耦合的系统。
? 研究、测试或维护任何一个模块可以不需要对
系统的其他模块有很多了解。
? 发生在一处的错误传播到整个系统的可能性就
很小。
内聚
? 内聚标志一个模块内各个元素彼此结合
的紧密程度，它是信息隐蔽和局部化概
念的自然扩展。简单地说，理想内聚的
模块只做一件事情。
? 设计时应该力求做到高内聚，通常中等
程度的内聚也是可以采用的，而且效果
和高内聚相差不多；但是，低内聚很坏，
不要使用。
内聚和耦合
? 内聚和耦合是密切相关的，模块内的高内聚往
往意味着模块间的松耦合。内聚和耦合都是进
行模块化设计的有力工具，但是实践表明内聚
更重要，应该把更多注意力集中到提高模块 的
内聚程度上。
? 事实上，没有必要精确确定内聚的级别。重要
的是设计时力争做到高内聚，并且能够辨认出
低内聚的模块，有能力通过修改设计提高模块
的内聚程度降低模块间的耦合程度，从而获得
较高的模块独立性。
启发规则
? 以下的启发规则有助于模块化,
? 改进软件结构提高模块独立性
? 模块规模应该适中
? 深度、宽度、扇出和扇入都应适当
? 模块的作用域应该在控制域之内
? 力争降低模块接口的复杂程度
? 设计单入口单出口的模块
? 模块功能应该可以预测
结构化方法图示
数据字典
STD
控制规约
接口
设计
体系结构
设计
数据设计
过程设计
结构化分析方法
? 结构化分析 (SA)方法是结构化程序设计理论在
软件需求分析阶段的运用。它是七十年代中期
倡导的基于功能分解的分析方法，常用于基于
瀑布模型的软件研制过程的需求分析阶段，其
目的是帮助弄清用户对软件的需求。
? 按照 DeMarco的定义,,结构化分析就是使用
数据流图（ＤＦＤ）、数据字典（ＤＤ）、结
构化英语、决策表和决策树等工具，来建立一
种新的、称为结构化规格说明的目标文档。,
结构化分析五个步骤
1) 通过对用户的调查，以软件的需求为线索，
获得当前系统的具体模型；
2) 去掉具体模型中非本质因素，抽象出当前系
统的逻辑模型；
3) 根据计算机的特点分析当前系统与目标系统
的差别，建立目标系统的逻辑模型；
4) 完善目标系统并补充细节，写出目标系统的
软件需求规格说明；
5) 评审直到确认完全符合用户对软件的需求。
八条指导原则
1) 请用户共同参与开发；
2) 编写用户资料，考虑他
们的专门技术水平和阅
读与使用资料的目的；
3) 使用画图工具做媒介，
减少与用户交流时发生
问题的可能性；
4) 进行系统设计之前建立
一个系统的逻辑模型；
5) 自顶向下进行分析设计；
6) 自顶向下的方法进行测
试；
7) 验收之前，就让用户看
到系统的某些主要输出，
使用户能够尽早地看到
结果，及时地提出意见；
8) 对系统的评价不仅是指
开发和运行费用的评价，
而是对整个生存过程中
的费用和收益的评价。
结构化分析方法四大特点
一是用画图的方法
二是自顶向下地分解
三是强调逻辑而不是物理
四是没有重复性
结构化分析的工具
1) 数据流图 (DFD)；
2) 控制流图 (CFD)；
3) 数据字典 (DD)；
4) 控制逻辑表达方法,包括状态转换图 (STD)等；
5) 处理逻辑表达方法，包括结构化语言、判断
树和判断表；
6) 数据存储结构规范化；
7) 数据立即存取图 (DIAD)。
四句指导工作的准则
? 分层分片，均衡分解；父子平衡，推迟细节。
? 分层就是逐步细化；分片就是用一组数据流图
来代替一大张包罗万象的总图。
? 均衡分解是指自顶向下画分层数据流图时，各
个子系统的分解程度应大致均匀。
? 父子平衡是指数据流图的父图与子图在输入数
据和输出数据上应该分别保持一致。
? 推迟细节是指为了优先考虑重要问题，允许将
一些细节推迟到下层数据流图来处理 。
结构化设计方法
? 70年代提出的面向数据流、重点确定软件结构的
设计方法
?, 结构化设计就是采用最佳的可能方法设计系统
的各个组成部分以及各成分之间的内部联系的技
术。也就是说，结构化设计是这样一个过程，它
决定用哪些方法把哪些部分联系起来，才能解决
好某个具体有清楚定义的问题。,
? 基本思想是将软件设计成由相对独立、单一功能
的模块组成的结构。
? 评价模块结构质量的两个具体标准 ——内聚度和
耦合度
耦合度
? 耦合度：耦合度是各模块之间相互联系
的一种度量，它是对模块独立性的直接
衡量，耦合度越弱就意味着模块的独立
性越高，则模块间相互影响就越小。
? 耦合度的强弱可以由弱至强分为非直接
耦合、数据耦合、特征耦合、控制耦合、
外部耦合、公共耦合和内容耦合七个等
级。
内聚度
? 内聚度是指一个模块内部各成分（语句
或语句段）之间的联系程度，内聚度高，
则模块的相对独立性势必会提高。
? 内聚度由低到高可划分为偶然内聚、逻
辑内聚、时间内聚、过程内聚、通讯内
聚、顺序内聚和功能内聚七个等级。
结构化设计方法设计步骤
1) 建立初始结构图 ;
2) 改进初始结构图。
建立初始结构图
开始
细化 /修改软件需求
规格说明中的
数据流图
是变换
型吗？
变换
分析
事物
分析
将映射得来的初始结构图
改进为最终结构图
对最终结构图进行评审
结束
是 否
从数据流图过渡到结构图
传入
传入部分 变换中心 传出部分
（ a）变换型结构
传出 变换
接受 事务
分析
动作
1
动作
2
动作
3
接受部分 事务中心
（ b）事务型结构 DFD
主模块
输入模块 主加工模块 输出模块
(a)
事务控制模块
接受模块 动作发送模块
动作 1模块 动作 1模块 动作 1模块
(b) SC
改进初始结构图 …
1）减少块间联系，降低耦合度：可从方式、
作用、数量等方面着手，其中最常用的
是减少模块间传递的参数个数；
2）消除管道性模块，提高内聚度：管道性
模块的块内联系很弱，只是像管道一样
将一些参数从主模块传送到它的几个下
层模块，对这样的模块，应予以消除；
3）适当考虑系统将来可能发生的变化；
改进初始结构图
4）注意模块的大小：限制模块大小是降低
复杂性的手段之一；
5）适当调整调用和被调用的次数，即深度、
宽度、扇出和扇入都要适当。一个模块
调用或被调用过多，往往是设计不好的
迹象；
6）整体考虑问题：即尽可能研究整张结构
图，而不是只分别考虑一张结构图的各
个部分。
三条指导规则
1）对模块分割、合并和变动模块调用关系
的指导规则
2）保持高扇入 /低扇出的规则
3）把作用域保持在控制域之内的规则
对模块分割、合并和变动模块
调用关系的指导规则
? 分割或合并结构图中的模块，应以提高
模块独立性为首要的标准：力求提高内
聚，降低耦合，简化接口，少用全局性
和控制型信息
? 要适当考虑快的大小
? 对模块位置应否变更，视处理是否方便
来定，不必拘泥于数据流图
保持高扇入 /低扇出的规则
? 扇入数指调用该模块的模块个数
? 扇出数指该模块调用的模块个数
? 扇入高则上级模块多，能增加利用率
? 扇出低则下级模块少，能减少复杂度
? 扇出数以３－４为宜，最好不超过 5-7
? 软件结构通常具有, 瓮, 形或, 清真寺,
形的形状
把作用域保持在控制域之内的规则
? 一个模块的控制域，等于模块本身加上
其下级模块。
? 一个模块的作用域，是受这个模块中的
判定所影响的模块。
? 规则的含义是,
a,作用域不要超过控制域的范围；
b,软件系统的判定，其位置离受它控制的模
块越近越好。
结构化编程方法
? 用一组标准的准则和工具从事程序设计，称为
结构化程序设计；这些准则和工具包括一组基
本控制结构，自顶向下扩展原则，模块化和逐
步求精
? 结构化编程方法派生于结构化程序设计理论，
它要求使用顺序、选择、循环等基本控制结构，
并遵循增加程序产量、提高程序可读性、容易
测试和验证的原则来编写程序。
结构化编程应遵循的原则 …
1) 使用程序设计语言中的顺序、选择、循环
等有限的控制结构表示程序的控制逻辑；
2) 选用的控制结构只准许有一个入口和一个
出口；
3) 程序语句组成容易识别的块，每块只有一
个入口和一个出口；
4) 复杂结构应该用嵌套的基本控制结构来实
现；
结构化编程应遵循的原则
5) 语言中所没有的控制结构，应该采用前后
一致的方法来模拟；
6) 严格控制 GOTO语句，仅在下列情况才可使
用,
a,用一个非结构化的程序设计语言去实现
一个结构化的构造；
b,若不使用 GOTO语句会使功能模糊；
c,在某种可以改善而不是损害程序可读性
的情况下。
结构化编程方法的主要优点
1) 易于理解、使用和维护。程序员采用结构化
编程方法，降低了程序的复杂性，因此容易编
写程序。程序员能够进行逐步求精、程序证明
和测试，以确保程序的正确性，程序容易阅读
并被人理解，便于用户使用和维护。
2) 提高编程工作的效率，降低了软件开发成本。
由于结构化编程方法能够把错误控制到最低限
度，因此能够减少调试和查错时间。结构化程
序是由一些为数不多的基本结构模块组成，这
些模块甚至可以由机器自动生成，从而极大地
减轻了编程工作量。
结构化方法的缺点
? 著名的“两个鸿沟”
?,数据和过程的鸿沟”
?,分析和设计的鸿沟”
? 专注于过程的分析模型，其抗击变动的
能力和可复用性就相对较差。
软件开发的原则（ 1）
? 规范严格的原则
? 遵循严格化原则，可以达到开发出正确、成功的软
件产品的目的
? 软件开发过程是创造性的工作过程，但严格化不会
抑制创造性
? 严格的分析设计可以增强对创造性成果的信心
? 严格化对可靠性、维护性、可移植性、可理解性等
产生影响
? 过程详细记录可供精确地掌握和控制开发过程
软件开发的原则（ 2）
? 分隔化的原则
? 解决复杂问题时从不同的方面把问题分隔开，
然后单独集中精力解决每一个方面的问题
? 分隔化原则是要将相互关系不太紧密的方面
分割开，对相互联系仅考虑其影响
? 分隔的途径：以时间次序、以质量指标、以
软件规模、以不同的视图、以开发人员的技
能
软件开发的原则（ 3）
? 模块化的原则
? 先对复杂问题进行分析，找出基本要素，尽
量使之独立，然后各个击破
? 简单的单元易于加工、维修，可以标准化、
通用化
? 复杂问题的分解，基于自顶向下的思路
? 已有模块的组合，基于自底向上的思路
软件开发的原则（ 4）
? 抽象化的原则
? 重要、带有普遍意义特征的方面或内容被抽
象出来，次要的、缺乏普遍意义的方面或内
容被忽略
? 抽象是分隔化原则的一种特殊应用
软件开发的原则（ 5）
? 预见变动的原则
? 软件由于其错误、新需求、新环境而产生变
化要求
? 开发时就要考虑到软件变动的要求
? PARNAS的原则
? 开发系列产品
? 渐进开发，从子集出发，信息隐藏，保持接口不
变
? 采用为变化而设计的技术
软件开发的原则（ 6）
? 通用化的原则
? 尽量找出对类似问题或相关问题的具有一定普遍意
义的解决方法，并在相应产品开发中应用，使软件
产品具有一定的通用性
? 对普遍性、通用性问题的解决方法具有质量、经济
方面的价值
? 对通用和专用，需要在经济和效率方面进行权衡
? 通用性原则是设计通用的软件产品的一个最基本原
则
软件开发的原则（ 7）
? 逐步完善的原则
? 由于难以确定用户的具体需求，只能从不完
善逐步走向完善
? 必须注意,
? 记录每一个有意义的渐进
? 文档必须尽早反映变动，变动得到控制
? MICROSOFT在采用逐步完善原则方面取得
了成功
软件开发的原则（ 8）
? 有关软件质量的原则
? 用户至上的原则
? 以用户的利益为前提
? 处处为用户使用方便着想
? 千方百计帮助用户使用好软件
? 注意与用户的交流
? 质量可靠的原则
? 在质量、成本之间进行权衡
软件开发的原则（ 9）
? 有关软件文档的原则
? 文档标准化原则
? 用户手册简明原则
? 用词规范
? 尽可能使用用户的专业术语或行话
? 通俗易懂
? 描述的句子不要太长
软件开发的原则（ 10）
? 有关设计编码的原则
? 根据文档设计（需求记录在文档）
? 注意概念的完整
? 整个软件要适于变动、易于维护
? 程序编制简明清晰
? 注意技术与工具更新
软件开发的原则（ 11）
? 有关软件测试的原则
? 测试的独立性原则
? 克服心理障碍
? 独立公正
? 专业优势
? 成功的测试是发现问题的测试
? 要分析错误产生的原因，举一反三
软件开发的原则（ 12）
? 有关开发管理的原则
? 良好的管理
? 适量的人员
? 切实的计划
谢谢！
汤铭端
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010-68389504（ H）
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