Diseño estructurado

En programación y diseño de algoritmos, el diseño estructurado persigue elaborar algoritmos que cumplan la propiedad de modularidad. Para ello, dado un problema que se pretende resolver mediante la elaboración de un programa de ordenador, se busca dividir dicho programa en módulos siguiendo los principios de diseño de descomposición por refinamientos sucesivos, creación de una jerarquía modular y elaboración de módulos independientes.

Para ello se requiere un adecuado análisis de dicho problema, siendo necesario definir primeramente el problema, para lo cual deberá contener una detallada pero concisa descripción del mismo. Un problema bien definido es aquel que lleva implícitas tanto una situación inicial como final claras.

¿Por qué descomponer un problema en partes? Experimentalmente, está comprobado que:

Según esto, merece la pena el esfuerzo de dividir un problema grande en subproblemas más pequeños. Si el objetivo es elaborar un programa para resolver dicho problema grande, cada subproblema (menos complejo) podrá ser resuelto por un módulo (subalgoritmo) relativamente fácil de implementar (más que el programa global no dividido). Ahora la cuestión es ¿cómo realizar la descomposición?; realizando un estudio descendente Top-Down que nos lleve desde la concepción del problema (programa o algoritmo) global hasta identificar sus partes (módulos). Esta técnica se repite aplicando una estrategia llamada de refinamiento sucesivo propuesta por el experto en Ciencias de la Computación Niklaus Wirth, que consiste precisamente en volver a aplicar el estudio descendente Top-Down a cada subproblema una y otra vez hasta obtener subproblemas suficientemente pequeños que puedan ser resueltos por módulos que cumplan, en la medida de lo posible, las características deseables en un módulo en el ámbito de la programación. En palabras del propio Niklaus Wirth:

Problema del refinamiento sucesivo

¿Cuándo parar el refinamiento? Un refinamiento excesivo podría dar lugar a un número tan grande de módulos que haría poco práctica la descomposición. Se tendrán en cuenta estos criterios para dejar de descomponer:

Ésta es una consecuencia directa de la descomposición del problema mediante refinamientos sucesivos. El resultado será un conjunto de módulos estratificados en capas a modo de pirámide, donde en la cima habrá un único módulo que representará al programa global y en los niveles inferiores aparecerán los módulos resultantes de las sucesivas divisiones.

Al final, debe obtenerse una estructura piramidal donde los módulos de los niveles superiores se encargan de las tareas de coordinación, lógica de la aplicación y manipulación de los módulos inferiores; estos otros deberán realizar tareas de cálculo, tratamiento y entrada/salida de información.

Ver Independencia en Características de un módulo.

Para evaluar o determinar cómo es de bueno un diseño estructurado se utilizan los conceptos de acoplamiento y cohesión; éstos están muy relacionados entre sí, tanto que difícilmente se puede variar uno sin que eso afecte al otro. También cabe decir que estos conceptos no son medidas que se puedan cuantificar numéricamente; son más bien magnitudes cualitativas. También se tienen en consideración los conceptos de fan-in y fan-out.

Se define como el grado de interdependencia que hay entre los distintos módulos de un programa; lo deseable es que esta interdependencia sea lo menor posible, es decir, un bajo acoplamiento. Los niveles de acoplamiento, ordenados de menor (más deseable) a mayor (menos deseable), son:

Se define como la medida de fuerza o relación funcional existente entre las sentencias o grupos de sentencias de un mismo módulo. Un módulo cohesionado ejecutará una única tarea sencilla interactuando muy poco o nada con el resto de módulos del programa. Se persigue que los módulos tengan una alta cohesión.

En el diseño estructurado podemos encontrarnos con los siguientes siete tipos de cohesión (de la mejor o más deseable a la menos recomendable):

Además de los dos conceptos anteriores, se deben tener en cuenta el grado de absorción (fan-in) y la diseminación del control (fan-out) de los módulos para garantizar la calidad del diseño.