结构化方法和面向对象方法的比较

Posted 2020-08-23 Reway

结构化方法和面向对象方法的比较

一、结构化方法起源和发展

1.1 结构化方法概述

结构化方法起源于结构化程序设计，具有面向功能、结构清晰、支持逐步求精等特点，使软件易于维护。在运用结构化开发方法时，设计人员首先需要运用抽象(Abstraction)方法在最高层次上描述问题的解决方案，之后，设计人员在进行逐步求精(Refinement)，即通过逐步细化结构最终得出问题的解决方案，在此过程中各个结构内部的信息对外部是不可见的，即信息隐藏(Information Hiding)性。

1.2 结构化方法演变

结构化开发方法主要经历了以下几个演变过程。

①　1967年，Edsger W. Dijkstra提出Go To Statement Considered Harmful，人们开始意识到Go To语句的危害，并寻求一种新的方法，来代替Go To语句在程序中的作用。

②　1971年，Niklaus Emil Wirth提出逐步设计(Step wise design)，为结构化设计奠定基础。

③　1972年，Ben Shneiderman提出N-S图(Nassi-Shneiderman图)。

④　1974年，提出Warnier/Orr图以及HIPO由IBM的层次化输入-处理-输出图。

⑤　1975年，由赖瑞·康斯坦丁、爱德华·尤登等提出结构化方法。

至此，结构化设计方法已经基本形成。结构化方法发展到如今主要包括三部分，即结构化分析、结构化设计以及结构化程序设计。

二、结构化方法相关概念

2.1 数据字典DD(Data Dictionary)

数据字典主要包括数据项、数据结构、数据流、数据存储以及处理过程等几个部分，具体定义如下：

① 数据项：数据流图中数据块的数据结构中的数据项说明数据项描述＝｛数据项名，数据项含义说明，别名，数据类型，长度，取值范围，取值含义，与其他数据项的逻辑关系｝

② 数据结构：数据流图中数据块的数据结构说明数据结构描述＝｛数据结构名，含义说明，组成:｛数据项或 数据结构｝｝

③ 数据流：数据流图中流线的说明数据流描述＝｛数据流名，说明，数据流来源，数据流去向，组成:｛数据结构｝，平均流量，高峰期流量｝

④ 数据存储：数据流图中数据块的存储特性说明数据存储描述＝｛数据存储名，说明，编号，流入的数据流，流出的数据流，组成:｛数据结构｝，数据量，存取方式｝

⑤ 处理过程：数据流图中功能块的说明处理过程描述＝｛处理过程名，说明，输入:｛数据流｝，输出: ｛数据流｝，处理:｛简要说明｝｝

2.2 实体关系图 ERD

E-R图也称实体-联系图(Entity Relationship Diagram)，提供了表示实体类型、属性和联系的方法，用来描述现实世界的概念模型。

它是描述现实世界概念结构模型的有效方法。是表示概念模型的一种方式，用矩形表示实体型，矩形框内写明实体名；用椭圆表示实体的属性，并用无向边将其与相应的实体型连接起来；用菱形表示实体型之间的联系，在菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体型连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1,1:n或m:n）。

2.3 功能建模语言DFD(Data Flow Diagram)

构建DFD的具体过程如下(其中PSPEC表示处理规格说明Process Specification)：

① 建模第0层DFD。将软件/系统描述为一个泡泡，将外部实体描述为一个方框， 从方框到泡泡的箭头描述实体产生系统所使用的信息，从泡 泡到方框的箭头描述实体使用系统产生的信息。

② 将第0层DFD扩展为第1层DFD。将第0层DFD的一个泡泡精化为第1层DFD。在第1层DFD中， 泡泡对应的是软件/系统的主要处理（或功能），箭头对应各 处理间的数据流。

③ DFD图细化为子DFD。精化过程持续进行，直到每一个泡泡都执行一个简单的操作 ，也就是说，直至每个泡泡所代表的处理都

2.4 状态转移图STD

状态—迁移图(STD)或状态—迁移表被用来描述系统或对象的状态，以及导致系统或对象的状态改变的事件，从而描述系统的行为。属于结构化分析方法使用工具五、面向对象方法。通过行为建模给出需求分析方法的所有操作原则。

在状态―迁移图中，由一个状态和一个事件所确定的下一状态可能会有多个。实际会迁移到哪一个状态，是由更详细的内部状态和更详细的事件信息来决定的，此时在状态―迁移图中可能需要使用加进判断框和处理框的记法。状态―迁移图的优点：第一，状态之间的关系能够直观地捕捉到，这样用眼睛就能看到是否所有可能的状态迁移都已纳入图中，是否存在不必要的状态等。第二，由于状态―迁移图的单纯性，能够机械地分析许多情况，可很容易地建立分析工具。

三、结构化分析和设计

3.1 结构化分析

①分析当前的情况，做出反映当前物理模型的DFD；

②推导出等价的逻辑模型的DFD；

③设计新的逻辑系统，生成数据字典和基元描述；

④建立人机接口，提出可供选择的目标系统物理模型的DFD；

⑤确定各种方案的成本和风险等级，据此对各种方案进行分析；

⑥选择一种方案；

⑦建立完整的需求规约。

3.2 结构化设计

①评审和细化数据流图；

②确定数据流图的类型；

③把数据流图映射到软件模块结构，设计出模块结构的上层；

④基于数据流图逐步分解高层模块，设计中下层模块；

⑤对模块结构进行优化，得到更为合理的软件结构；

⑥描述模块接口。

四、面向对象方法

4.1 面向对象的起源和发展

1967年挪威计算中心的Kisten Nygaard和Ole Johan Dahl开发了Si面向对象程序设计mula67语言，它提供了比子程序更高一级的抽象和封装，引入了数据抽象和类的概念，它被认为是第一个面向对象语言。

世纪70年代初，Palo Alto研究中心的Alan Kay所在的研究小组开发出Smalltalk语言，之后又开发出Smalltalk-80，Smalltalk-80被认为是最纯正的面向对象语言，它对后来出现的面向对象语言，如Object-C，C++，Self，Eiffl都产生了深远的影响。随着面向对象语言的出现，面向对象程序设计也就应运而生且得到迅速发展。之后，面向对象不断向其他阶段渗透，1980年Grady Booch提出了面向对象设计的概念，之后面向对象分析开始。1985年，第一个商用面向对象数据库问世。1990年以来，面向对象分析、测试、度量和管理等研究都得到长足发展。

4.2 面向对象的分析方法(OOA)

Object-Oriented Analysis（面向对象分析方法）是确定需求或者业务的角度，按照面向对象的思想来分析业务。OOA只是对需求中描述的问题，进行模块化的处理，描述问题的本质，区别每个问题的不同点相同点，确定问题中的对象。在用OOA具体地分析一个事物时，大致上遵循如下五个基本步骤：

①确定对象和类。这里所说的对象是对数据及其处理方式的抽象，它反映了系统保存和处理现实世界中某些事物的信息的能力。类是多个对象的共同属性和方法集合的描述，它包括如何在一个类中建立一个新对象的描述。

②确定结构（structure）。结构是指问题域的复杂性和连接关系。类成员结构反映了泛化-特化关系，整体-部分结构反映整体和局部之间的关系。

③确定主题（subject）。主题是指事物的总体概貌和总体分析模型。

④确定属性（attribute）。属性就是数据元素，可用来描述对象或分类结构的实例，可在图中给出，并在对象的存储中指定。

⑤确定方法（method）。方法是在收到消息后必须进行的一些处理方法：方法要在图中定义，并在对象的存储中指定。对于每个对象和结构来说，那些用来增加、修改、删除和选择一个方法本身都是隐含的（虽然它们是要在对象的存储中定义的，但并不在图上给出），而有些则是显示的。

4.3 面向对象的设计方法(OOD)

面向对象的设计方法是OO方法中一个中间过渡环节。其主要作用是对OOA分析的结果作进一步的规范化整理，以便能够被OOP直接接受。在OOD的设计过程中，要展开的主要有如下几项工作。

OOD的目标是管理程序内部各部分的相互依赖。为了达到这个目标，OOD要求将程序分成块，每个块的规模应该小到可以管理的程度，然后分别将各个块隐藏在接口（interface）的后面，让它们只通过接口相互交流。

这种依赖关系的转换使得系统的各部分具有了可复用性。

OOD是一种解决软件问题的设计范式（paradigm），一种抽象的范式。使用OOD这种设计范式，我们可以用对象（object）来表现问题领域（problem domain）的实体，每个对象都有相应的状态和行为。

五、结构化设计和面向对象设计比较

5.1 结构化设计和面向对象设计的相同点

(1)二者在分解和抽象原则上存在联系。

在结构化设计方法中往往采用分解的思想，将一个复杂的问题化整为零，层层消化从而得到一个问题的解决方案。而在面向对象设计中通过抽象求出问题的形式表示，通过接口继承和多态来将抽象的问题转化为具体的问题，最终求出问题的解决方案。

(2)二者在重用性设计原则上一致

在结构化设计中，不希望软件一部份影响软件的其他部分使用，因此会需要利用局部化将代码和数据分隔化，以隔绝不必要的信息。而在面向对象设计中，通过数据以及代码的封装来实现代码和数据的重用，并且提高了安全性。

5.2 结构化设计和面向对象设计的不同点

(1)主要思想不同：结构化的程序设计的主要思想是功能分解并逐步求精。面向对象程序设计的本质是把数据和处理数据的过程当成一个整体——对象。

(2)处理问题的基本单位不同：结构化设计是将现实世界的问题自顶向下分解为若干小模型，小模型内部的控制方法为条件、分支和循环等，这些小模型就是过程。而在面向对象设计过程中，大多以类或对象为基本单位，对于提出的问题多采用封装、继承以及多态等方法，符合人们对日常生活的认知。

(3)数据的处理方式不同：结构化设计直接通过过程处理数据，处理结果能够立即显示。而面向对象的设计将代码和数据封装成一个整体即为类，不同类的对象之间不能直接相互修改各自的数据。

(4)安全性存在差异：面向对象方法支持多线程，当多个线程同时对数据进行操作时，如果控制不好就会导致数据修改的不确定性。而结构化设计方法，由于对数据的操作过程都是由相应的控制语句进行调控的，不支持多线程，这就保证了数据的安全性。