系统架构设计师:软件工程基础知识--结构化编程及数据库设计

1.结构化编程

结构化程序设计（Structured Programing，SP）思想是最早由E.W.Dijikstra在1965年提出的。“面向结构”的程序设计方法即结构化程序设计方法，是“面向过程”方法的改进，结构上将软件系统划分为若干功能模块，各模块按要求单独编程，再组合构成相应的软件系统。该方法强调程序的结构性，所以容易做到易读易懂。该方法思路清晰，做法规范，程序的出错率和维护费用大大减少。

结构化程序设计采用自顶向下、逐步求精的设计方法，各个模块通过“顺序、选择、循环”

第5章 软件工程基础知识

199的控制结构进行连接，并且只有一个入口和一个出口。

结构化程序设计的原则可表示为：程序=（算法）+（数据结构）。

算法是一个独立的整体，数据结构（包含数据类型与数据）也是一个独立的整体。两者分开设计，以算法（函数或过程）为主。

结构化程序设计提出的原则可以归纳为32个字：自顶向下，逐步细化；清晰第一，效率第二；书写规范，缩进格式；基本结构，组合而成。

2.数据库设计

数据库设计是指根据用户的需求，在某一具体的数据库管理系统上，设计数据库的结构和建立数据库的过程。数据库设计的内容包括：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库的实施和数据库的运行和维护。本小节主要讨论数据库的概念结构设计，其他内容详见数据库章节。

1）概念结构设计

概念结构设计是对用户要求描述的现实世界（可能是一个工厂、商场、学校或企业等），通过对其中实体事物的分类、聚集和概括，建立抽象的概念数据模型。这个概念模型应反映现实世界各部门的信息结构、信息流动情况、信息间的互相制约关系以及各部门对信息储存、查询和加工的要求等。通常采用实体-联系图（Entity Relationship Diagram，E-R图）

来表示。

E-R图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。它是描述现实世界关系概念模型的有效方法，是表示概念关系模型的一种方式。

在E-R图中有如下成分：矩形框表示实体；菱形框表示联系；椭圆形框表示实体或联系的属性，对于主属性名，则在其名称下画一条下画线。

（1）实体。一般认为，客观上可以相互区分的事物就是实体，实体可以是具体的人和物，也可以是抽象的概念与联系。关键在于一个实体能与另一个实体相区别，具有相同属性的实体具有相同的特征和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体。在E-R图中用矩形表示，矩形框内写明实体名；比如学生张三、学生李四都是实体对象。

（2）属性。实体所具有的某一特性，一个实体可由若干个属性来刻画。属性不能脱离实体，属性是相对实体而言的。在E-R 图中用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来；比如学生的姓名、学号、性别都是属性。如果是多值属性的话，在椭圆形外面再套实线椭圆。

如果是派生属性则用虚线椭圆表示。

（3）联系。联系也称关系，信息世界中反映实体内部或实体之间的关联。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系；实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。在E-R图中用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1：1，1：n或m:n）。比如老师给学生授课存在授课关系，学生选课存在选课关系。如果是弱实体的联系则在菱形外面再套菱形。

E-R 图中的联系存在3种一般性约束：一对一约束（联系）、一对多约束（联系）和多对多约束（联系），它们用来描述实体集之间的数量约束。

（1）一对一联系（1：1）。

对于两个实体集A 和 B，若A 中的每一个值在B 中至多有一个实体值与之对应，反之亦然，则称实体集A和B具有一对一的联系。

一个学校只有一个正校长，而一个校长只在一个学校中任职，则学校与校长之间具有一对联系。

（2）一对多联系（1：N）

对于两个实体集A 和B，若A 中的每一个值在 B 中有多个实体值与之对应，反之B 中每一个实体值在A中至多有一个实体值与之对应，则称实体集A和B具有一对多的联系。

例如，某校教师与课程之间存在一对多的联系“教”，即每位教师可以教多门课程，但是，每门课程只能由一位教师来教，教师与课程之间具有一对多联系。一个专业中有若干名学生，而每个学生只在一个专业中学习，专业与学生之间具有一对多联系。

（3）多对多联系（M:N）。

对于两个实体集A 和B，若A 中每一个实体值在B中有多个实体值与之对应，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有多对多联系。实际上，一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多对多联系的特例。

例如，表示学生与课程间的联系“选修”是多对多的，即一个学生可以学多门课程，而每门课程可以有多个学生来学。

联系也可能有属性。例如，学生“选修”某门课程所取得的成绩，既不是学生的属性也不是课程的属性。由于“成绩”既依赖于特定学生又依赖于某门特定的课程，所以它是学生与课程之间的联系“选修”的属性。

E-R 图的基本作图步骤如下。

（1）确定所有的实体集合。

（2）选择每个实体集应该包含的属性。

（3）确定实体集之间的联系。

（4）确定实体集的关键字，用下画线在属性上表明关键字的属性组合。

（5）确定联系的类型，在用线将表示联系的菱形框联系到实体集时，在线旁注明是1或n来表示联系的类型。