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教材参考《软件工程导论（第六版）》

七、 层次图（H图）与HIPO图

1、概述 

1.1、层次图（Hierarchy Chart / H图）

​核心定义

• ​目的：描述软件系统的层次结构，体现模块的从属关系。
• ​适用阶段：自顶向下设计（Top-Down Design）的核心工具。
• ​形态特征：
  • 树状结构，根节点为系统顶层模块。
  • 每个父模块分解为多个子模块。
  • 不展示模块间数据流或控制流。

1.2、HIPO图（Hierarchy + Input-Process-Output）

核心组成

• ​H图（层次图）​：模块分解结构，附加追踪编号。
• ​IPO图：为每个模块定义输入、处理逻辑、输出三要素。

​关键特征

• ​可追踪性：模块编号体系（如1.2.3）明确层级关系。
• ​设计完整性：H图描述结构，IPO图补充行为。
• ​IBM标准格式：常用于传统结构化方法，与数据字典配合使用。

1.3、层次图 vs. HIPO图对比

维度	层次图	HIPO图
​核心目标	模块结构分解	模块结构+行为设计
​信息维度	仅层次关系	层次+输入/处理/输出细节
​可追溯性	无编号体系	严格编号支持模块追踪
​设计深度	宏观架构	宏观到微观的完整设计
​适用阶段	初步设计	详细设计阶段

2、符号 

H图

 

HIPO图 

3、例子

H图

HIOP图 

 

八、 结构图

1、概述

步骤1：确定系统边界。步骤2：构建模块层次树。步骤3：定义调用关系。步骤4：标注数据流。步骤5：处理特殊逻辑。步骤6：连接数据存储。步骤7：验证与优化

2、符号

图形符号	名称	含义说明	应用场景示例
▢	模块框	表示独立功能单元，通常以"动词+名词"命名	用户管理模块 订单处理模块
────	调用关系线	表示模块间的单向调用关系	订单模块 → 支付模块
⭯──→ (空心圆箭头)	数据流箭头	表示模块间传递数据结构，通常伴随数据元素说明	传递订单数据： {订单ID, 金额, 商品列表}
●──→ (实心圆箭头)	控制信息箭头	表示传递控制标志或状态码，影响程序执行流程	传递支付验证状态： {状态码: 200, 错误信息: null}

3、例子 

 

九、面向数据流的设计方法

 面向数据流的设计（Data Flow-Oriented Design）是一种基于数据流图（DFD）的结构化设计方法，旨在将系统的数据流程转换为模块化的软件结构。

1、步骤

1.1.绘制数据流图（DFD）

使用加工（Process）、数据流（Data Flow）、数据存储（Data Store）和外部实体（External Entity）表示系统的逻辑模型。

1.2.识别数据流类型

变换流（Transform Flow）：数据经历“输入→核心处理→输出”的线性流程（如计算账单）。

事务流（Transaction Flow）：数据根据类型触发不同处理分支（如订单处理）。

1.3.映射到结构图（Structure Chart）

变换分析：针对变换流，识别核心处理（变换中心），将DFD转换为分层模块结构。

事务分析：针对事务流，设计主模块调度不同事务处理分支。

1.4.优化与细化

合并冗余模块、简化接口、调整模块层次，确保高内聚低耦合。

补充模块的详细逻辑（如伪代码或流程图）。

2、变换分析步骤

2.1、第一级分解​​

• ​​顶层结构​​：
  • ​​Cm（主控模块）​​：协调输入、变换中心、输出。
  • ​​Ca（输入控制模块）​​：管理数据接收。
  • ​​Ct（变换中心控制模块）​​：处理核心逻辑。
  • ​​Ce（输出控制模块）​​：管理结果输出（如生成报告）。

 

---

​​2.2、第二级分解​​

• ​​输入通路​​：将输入流中的每个处理映射为Ca下的模块（如“验证数据”→“格式化数据”）。
• ​​变换中心​​：将核心处理映射为Ct下的模块（如“计算总价”→“检查库存”）。
• ​​输出通路​​：将输出流中的处理映射为Ce下的模块（如“生成确认”→“发送邮件”）。

 模块

第二级分解结果：

 3.事务分析步骤

步骤1：复查基本系统模型与数据流图​​

• 确保数据流图中存在​​明确的事务中心（N）​​，并识别：

  • ​​接收通路​​（输入流）：L、M。

  • ​​发送通路​​（分支流）：A、B、C三条通路。

 

​​步骤2：确定事务中心与边界​​

• ​​事务中心​​：图中 ​​N节点，负责接收输入并决定分支路径（如根据输入数据选择A、B、C通路）。

• ​​接收分支边界​​：从外部输入到事务中心的路径（如L→M）。

• ​​发送分支边界​​：从事务中心到各分支模块的路径（如J→K）。

​​步骤3：第一级分解​​

• ​​顶层模块（Cm）​​：协调接收分支（ML）、事务中心（N）、发ABC）。

• ​​接收分支（Ca）​​：处理输入数据。

• ​​事务中心（Ct）​​：作为调度核心，不处理具体逻辑，仅决定调用哪个分支模块。

• ​​发送分支（Ce）​​：可能包含公共输出处理。

 

​​步骤4：第二级分解（关键步骤）​​

​​(1) 接收分支的映射​​

从事务中心（N）反向沿接收通路，将每个处理映射为 ​​接收分支的子模块

 

​​(2) 发送分支的映射​​

​​调度模块（N）​​：不直接处理数据，而是调用下级活动模块。

​​活动模块​​：每个分支路径映射为一个独立模块，

​​(3) 输出分支的映射​​

​​步骤5：优化与验证​​

• ​​高内聚​​：每个活动模块（如Q、R）仅处理单一功能。

• ​​低耦合​​：模块间通过事务中心（Ct）调度，避免直接依赖。

• ​​执行顺序​​：由Ct控制

完整例子：

 

十、程序流程图

 1、概述程序流程图

程序流程图（Program Flowchart）是一种用图形化方式描述算法或程序逻辑的工具，通过标准化的符号和箭头连接，直观展示程序的执行流程。以下是其核心要点：

​​1.1.绘制规则​​

• ​​自上而下​​：流程方向通常从顶部开始，向下延伸。

• ​​单一出口/入口​​：除判断框外，每个符号只有一个入口箭头；处理框只有一个出口，判断框有两个（分支）。

• ​​避免交叉​​：通过合理布局或连接点减少交叉线。

• ​​注释​​：可添加文字说明增强可读性。

2、符号

2.1.核心符号​解释​

• ​​起止框​​（椭圆形）：表示程序的开始或结束。

• ​​处理框​​（矩形）：代表计算、赋值等操作（如 x = x + 1）。

• ​​输入/输出框​​（平行四边形）：标注数据的输入或输出（如 打印结果）。

• ​​判断框​​（菱形）：用于条件分支（如 x > 0?），出口标注“是/否”或“Y/N”。

• ​​流向箭头​​：指示程序执行的顺序方向。

• ​​连接点​​（圆形）：简化复杂流程，标记跨页或远距离流程的衔接。

3.程序结构

 

4.例子（身份证号验证模块的流程图）

4.1基于描述画流程图 （旅客信息核验）

4.2基于伪码画流程图 

#include <stdio.h>
void main()
{
    int i, Sum;
    Sum = 0;
    for(i = 1; i <= 100; i++)
        Sum += i;
    printf("总和为 %d\n", Sum);
}

 

十一、盒图 （N-S图）

1、N-S图概述

盒图（N-S图，又称​​Nassi-Shneiderman图​​）是一种​​结构化程序设计​​的图形化工具，通过​​矩形框的嵌套​​严格表示程序的控制结构，避免传统流程图的随意跳转，确保逻辑清晰。

2、符号 

 

(a) 顺序；(b) 选择；(c) CASE 多分支；(d) 循环；(e) 调用子程序 A 

3.盒图绘制步骤​​

​​3.1. 确定程序的基本结构​​

盒图的核心是​​顺序、分支、循环​​和调用四种基本结构，需先明确程序的逻辑类型：

• ​​顺序结构​​（图a）：任务按步骤依次执行。
• ​​分支结构​​（图b/c）：根据条件选择不同路径。
• ​​循环结构​​（图d）：重复执行某段代码直到条件不满足。
• 调用（图e)

 3.2.按顺序绘制盒图

如下：

 顺序：

 

分支：IF ELSE

循环：

 

调用：无

盒图绘制如下：

4.例子 

 

 

 十二、PAD图

 1、PAD图简述

PAD图以​​树形结构​​向右展开，通过​​纵向分层​​和​​横向分支​​表示逻辑关系：

• ​​纵向​​：表示顺序执行（如任务1→任务2→任务3）。
• ​​横向​​：表示条件分支或循环嵌套（如IF-THEN-ELSE、CASE分支）。

2.符号

3.PAD图绘制例子

4.例子

 

 

十三、判定表 

1.概述

组成部分	说明
左上部	列出所有条件
左下部	所有可能做的动作
右上部	表示各种条件组合的一个矩阵
右下部	和每种条件组合相对应的动作

判定表的优点：

能清晰地表示复杂的条件组合与应做的动作之间的对应关系。

判定表的缺点：          

判定表的含义不是一眼就能看出来的，初次接触这种工具的人理解它需要有一个简短的学习过程。

当数据元素的值多于两个时，判定表的简洁程度也将下降。

 

 

 

2、例子

 

 判定表如下：

 

十四、判定树 

1、判定树概述

判定树是一种​​树形结构模型​​，通过​​节点​​和​​分支​​表示条件判断与执行逻辑，广泛用于分类、决策和算法设计。图中展示了其核心组成：

• ​​根节点​​：起始判断条件（如“条件”框）。
• ​​内部节点​​：中间判断或操作（如“CASE条件”“循环条件”）。
• ​​叶节点​​：最终操作或结果（如“部分”“第三个任务”）。
• ​​分支​​：连接节点的路径，标注条件取值（如T/F、值1~值n）。

2、例子

 

 

十五、McCabe环形复杂度方法​​

​​1. 基本概念​​

​​流图（Control Flow Graph）​​

• 简化的控制流模型，忽略具体操作细节，聚焦分支与循环结构：
• ​​结点​​：代码块或控制点，用圆表示，一个圆代表一条或多条语句。
• ​​边​​：无条件或有条件跳转路径，箭头线称为边，代表控制流。在流图中一条边必须终止于一个结点，即使这个结点并不代表任何语句。
• ​​区域​​：边与结点围成的闭合区域（含图外部区域）

​​复合条件分解​​
若条件中含布尔运算符（如 if (A && B)），需拆分为多个简单条件结点：

// 原始复合条件 → 分解为多个简单条件
if (A && B) { ... }
// 分解后流图：
// 结点1: if (A)
// 结点2:   if (B) → 分支语句
// 结点3: else → 结束

 2.流图映射

对于顺序结构，一个顺序处理序列和下一个选择或循环的开始语句，可以映射成流图中的一个结点。

 

对于选择结构，开始语句映射成一个结点；两条分支至少各映射成一个结点；结束映射成一个结点。

 

对于循环结构，开始和结束语句各映射成一个结点。

复合条件映射

 

 

​​3. 环形复杂度计算​​

通过流图计算控制流复杂度（三种等效公式）：

公式	示例说明
​​V(G) = 区域数​​	流图分为4个区域 → V(G)=4
​​V(G) = E - N + 2​​（E边数,N结点数）	E=11，N=8 → V(G)=11-8+2=5
​​V(G) = P + 1​​（P判定节点数）	判定节点数4 → V(G)=4+1=5

4.例子