1. 概要
プログラムの構造化設計は、ソフトウェア開発において非常に重要な設計手法の一つです。この手法は、複雑なプログラムを管理しやすい小さな部分（モジュール）に分割し、それらを階層的に組み合わせることで、プログラム全体の品質特性を向上させることを目的としています。
構造化設計の重要性は、以下の点にあります：
- プログラムの可読性と保守性の向上
- 開発効率の向上
- プログラムの信頼性と品質の向上
- 再利用性の促進
2. 詳細説明
2.1. プログラムの構造化設計の基本的な考え方
プログラムの構造化設計の基本的な考え方は、以下の通りです：
- モジュール分割：プログラムを機能単位で独立したモジュールに分割する
- 階層構造：モジュール間の関係を階層的に整理する
- 情報隠蔽：モジュール内部の詳細を外部から隠蔽する
- インタフェースの明確化：モジュール間の通信を明確に定義する
2.2. プログラムの構造化設計の手順
構造化設計の一般的な手順は以下の通りです：
- システムの要求分析
- 機能の洗い出しとグループ化
- モジュールの定義
- モジュール間の関係の整理（階層構造の構築）
- 各モジュールの詳細設計
- インタフェースの設計
- 設計のレビューと改善
図1：モジュールの階層構造
2.3. 品質特性との関連
構造化設計は、ソフトウェアの品質特性向上に大きく寄与します。特に以下の品質特性に影響を与えます：
- 保守性：モジュール化により、変更や修正が容易になる
- 再利用性：独立したモジュールは他のプロジェクトでも再利用できる
- 信頼性：モジュール単位でのテストが可能になり、バグの早期発見・修正につながる
- 効率性：モジュール間の依存関係が明確になり、並行開発が可能になる
3. 応用例
プログラムの構造化設計は、様々な分野で活用されています。以下にいくつかの応用例を示します：
- 業務システム開発：
- 販売管理システムにおいて、受注、在庫管理、請求書発行などの機能をそれぞれ独立したモジュールとして設計する
- Web アプリケーション開発：
- MVC（Model-View-Controller）アーキテクチャを採用し、データ処理、ユーザーインタフェース、制御ロジックを分離する
- 組み込みシステム開発：
- 自動車の制御システムにおいて、エンジン制御、ブレーキ制御、ナビゲーションなどの機能を個別のモジュールとして設計する
- ゲーム開発：
- グラフィックス描画、サウンド処理、物理演算、AIなどの機能を独立したモジュールとして設計し、再利用性を高める
4. 例題
例題1
問題：
簡単な図書管理システムのプログラムを構造化設計の原則に基づいて設計してください。主要な機能は以下の通りです：
- 本の登録
- 本の検索
- 貸出・返却処理
- 会員管理
これらの機能をモジュールに分割し、階層構造を示してください。
回答例：
図書管理システム
|
|-- 本管理モジュール
| |-- 本登録サブモジュール
| |-- 本検索サブモジュール
|
|-- 貸出管理モジュール
| |-- 貸出処理サブモジュール
| |-- 返却処理サブモジュール
|
|-- 会員管理モジュール
| |-- 会員登録サブモジュール
| |-- 会員情報更新サブモジュール
|
|-- データベース接続モジュール
図２：図書管理システムのモジュール構造例
例題2
問題：
上記の図書管理システムにおいて、「本検索サブモジュール」の擬似コードを構造化プログラミングの原則（順次・選択・繰り返し）に従って記述してください。
回答例：
モジュール 本検索
入力: 検索キーワード
出力: 検索結果リスト
初期化:
検索結果リスト ← 空のリスト
処理:
データベース接続を開く
全ての本のレコードに対して繰り返し:
もし (本のタイトルに検索キーワードが含まれる) または
(本の著者名に検索キーワードが含まれる) ならば:
本の情報を検索結果リストに追加
データベース接続を閉じる
もし 検索結果リストが空 ならば:
"該当する本が見つかりませんでした" を表示
そうでなければ:
検索結果リストを表示
検索結果リストを返す
終了 本検索【ポイント】
この擬似コードでは、エラー処理が含まれていないため、現実的なシステムを考慮し、以下のようにデータベース接続エラーや例外処理を追加することが推奨されます。
5. まとめ
プログラムの構造化設計は、複雑なソフトウェアを管理しやすい単位に分割し、品質特性を向上させるための重要な技法です。主な特徴は以下の通りです：
- モジュール分割による複雑性の低減
- 階層構造による全体像の把握しやすさ
- 情報隠蔽によるモジュール間の独立性確保
- 明確なインタフェース定義による保守性・再利用性の向上