软件工程（ Software Engineering ）

软件工程（Software Engineering） 第五章详细设计

详细设计 详细设计(Procedural Design)的目标是确定，并具体地实现所要求的系统，从而在编码阶段可以把该实现的描述直接翻译成用某种程序设计语言书写的程序。详细设计的目标不仅是在逻辑上能够正确地实现每个模块的功能，还要求设计的处理过程应该尽可能简明易懂。前一页

本章主要内容 • 结构化程序设计 • 详细设计的工具 • Jackson程序设计方法 • Warnier程序设计方法 • 程序复杂程度的定量度量前一页

结构化程序设计 1965年最早由E.W.Dijkstra提出：“可以从高级语言中取消goto语句，程序的质量与程序中所包含的goto语句的数量成反比”。 1966年，Bohm和Jacopini证明了，只用“顺序”(Sequence)、“选择”(Condition Select)和“循环”(Repetition)三种基本的控制结构就能实现任何单入口单出口的程序。 1972年，IBM公司的Mills进一步提出，程序应该只有一个入口和一个出口。前一页

三种基本结构 前一页

结构化程序设计 结构化程序设计技术采用自顶向下逐步求精的设计和单入口单出口的控制结构。其优点是：（1）自顶向下逐步求精的方法符合人类解决复杂问题的普遍规律，可以显著提高软件开发工程的成功率和生产率。（2）用先全局后局部，先整体后细节。先抽象后具体的逐步求精过程开发的程序有清晰的层次结构，容易阅读和理解。（3）不使用GOTO语句，仅使用单入口单出口的控制结构，使得程序的静态结构和它的动态执行情况比较一致，程序容易阅读和理解，开发时容易保证程序的正确性。前一页

结构化程序设计 （4）控制结构有确定的逻辑模式，编写程序代码只限于使用很少几种直截了当的方式，因此源程序清晰流畅，易读易懂而且容易测试。（5）程序清晰和模块化使得在修改和重新设计一个软件时可以重用的代码量比较大。（6）程序的逻辑结构清晰，有利于程序正确性的分析和证明。前一页

结构化程序设计 结构化程序设计的缺点是：需要的运行时间和存储容量都有一些增加（估计增加10%—20%）。由于计算机硬件技术的飞速发展，上述缺点对系统已没有什么影响。前一页

结构化程序设计 • 经典的结构程序设计：只允许使用顺序、IF-THEN-ELSE型分支和DO-WHIL型循环三种基本控制结构。 • 扩展的结构程序设计：允许使用DO-CASE型多分支结构和DO-UNTIL型循环结构。 • 修正的结构程序设计：允许使用LEAVE（或BREAK）结构。前一页

详细设计的工具 描述程序处理过程的工具称为详细设计的工具，分为图形、表格和语言三类。都要求能提供对设计的无歧义（无二义性）的描述。前一页

详细设计的工具 • 程序流程图 • 盒图（N-S图） • PAD图 • 判定表 • 判定树 • 过程设计语言（PDL） • 模块开发文件夹主要内容前一页

程序流程图 详细设计的工具程序流程图又称为程序框图，是历史最悠久、使用最广泛、也是用得最混乱的一种描述软件设计的方法。总的趋势是正在逐步被淘汰。（1）程序流程图在本质上并不是逐步求精的好工具，它诱使程序员过早地考虑程序的控制流程，而不去考虑程序的全局结构。（2）程序流程图中用箭头代表控制流，因此程序员不受任何约束，可以完全不顾结构化程序设计的原则，随意转移控制。（3）程序流程图不便于表示数据结构。前一页

程序流程图 前一页

盒图（N-S图） 详细设计的工具 Nassi和Shneiderman提出盒图（1）功能域（一个特定控制结构的作用域）明确，可以从盒图上一眼就看出来。（2）不能够随意转移控制。（3）很容易确定局部和全局数据的作用域。（4）很容易表现嵌套关系，也可以表示模块的层次结构。前一页

盒图（N-S图） 前一页

PAD图 详细设计的工具 PAD是问题分析图（Problem Analysis Diagram）的英文缩写，自1973年由日本日立公司发明以后，已得到一定程度的推广。它用二维树结构的图来表示程序的控制流，将这种图翻译成程序代码比较容易。前一页

PAD图 详细设计的工具优点：（1）使用表示结构化控制结构的PAD符号所设计出来的程序必然是结构化程序。（2）PAD图所描绘的程序结构十分清晰。图中最左面的竖线是程序的主干线，即第一层结构。随着程序层次的增加，PAD图逐渐向右延伸，每增加一个层次，图形向右扩展一条竖线。PAD图中竖线的总条数就是程序的层次数。前一页

PAD图 详细设计的工具（3）用PAD图表现程序逻辑，易读、易懂、易记。PAD图是二维树形结构的图形，程序从图中最左竖线上端的结点开始执行，自上而下，从左向右顺序执行，遍历所有结点（4）容易将PAD图转换成高级语言源程序，这种转换可用软件工具自动完成（5）PAD图的符号支持自顶向下，逐步求精方法的使用。前一页

前一页 PAD图基本符号

前一页 用PAD图逐步求精

判定表 详细设计的工具当算法中包含多重嵌套的条件选择时，用程序流图、盒图、PDL等都难以清楚地描述。而判定表和判定树都能清晰地表示复杂的条件组合与操作之间的关系。一张判定表由四部分组成：左上部：所有可能的条件右上部：各种条件的组合左下部：所有可能的操作右下部：每种组合的动作前一页

详细设计的工具 判定表例：某航空公司规定，乘客可以免费托运不超过3 30公斤的行李。对超重部分：头等仓国内乘客4元/公斤；其他仓国内乘客6元/公斤；外国乘客比国内乘客多收一倍；残疾乘客比正常乘客少收一半。前一页

前一页

详细设计的工具 判定树判定树与判定表类似，同样能够清晰地表示复杂的条件组合与操作之间的关系，但它的表达形式比判定表更直观清晰。前一页

用判定树计算行李费 前一页

过程设计语言（PDL） 详细设计的工具 PDL也称为伪码，这是一个笼统的名称，类似于高级语言，现在有许多种不同的过程设计语言在使用。它是用正文形式数据和处理过程的设计工具。前一页

模块开发文件夹 详细设计的工具每个开发文件夹中包含一个（或多个）模块的全部文档，文件夹的封皮上列出工程项目的名称、模块名字、程序员姓名、完成的日期、修改的日期、源程序行数、目标代码长度、对模块的简要描述、以及设计、编码、单元测试和集成测试等阶段的起止时间（预计的时间和实际时间）等等。前一页

JACKSON程序设计方法 • Jackson图 • 改进的Jackson图 • Jackson方法主要内容前一页

JACKSON图 J A C K S O N 程序设计方法虽然程序中实际使用的数据结构种类繁多，但是数据元素彼此间的逻辑关系只有顺序、选择和重复三类，因此，逻辑数据结构也只有这三类。前一页

JACKSON图 J A C K S O N 程序设计方法 1.顺序结构顺序结构的数据由一个或多个数据元素组成，每个元素按确定次序出现一次。 2.选择结构选择结构的数据包含两个或多个数据元素，每次使用这个数据时按一定条件从这些数据元素中选择一个。 3.重复结构重复结构的数据，根据使用时的条件由一个数据元素出现零次或多次构成。前一页

JACKSON图

JACKSON图 J A C K S O N 程序设计方法 Jackson图的优点：便于表示层次结构,而且是对结构进行自顶向下分解的有力工具；形象直观可读性好；既能表示数据结构也能表示程序结构（因为结构程序设计也只是使用上述三种基本结构）。前一页

改进的JACKSON图 前一页

JACKSON方法 J A C K S O N 程序设计方法 Jackson结构程序设计方法基本上由下述五个步骤组成： 1、分析并确定输入数据和输出数据的逻辑结构，并用Jackson图描绘这些数据结构。前一页

JACKSON方法 J A C K S O N 程序设计方法 2、找出输入数据结构和输出数据结构结构中有相对应关系的数据单元。对应关系是指有直接的因果关系，在程序中可以同时处理的数据单元。前一页

J A C K S O N 程序设计方法 JACKSON方法 3、用下述三条规则从描绘数据结构  为每对有对应关系的数据单元，按照它们在数据结构图中的层次在程序结构图的相应层次画一个处理框。  根据输入数据结构中剩余的每个数据单元所处的层次，在程序结构图的相应层次分别为它们画上对应的处理框。  根据输出数据结构中剩余的每个数据单元所处的层次，在程序结构图的相应层次分别为它们画上对应的处理框。前一页

J A C K S O N 程序设计方法 JACKSON方法 4、列出所有操作和条件（包括分支和循环结束条件）并且把它们分配到程序结构图的适当位置。 5、用伪码表示程序。三种伪码前一页

WARNIER方法 由法国人J.D.Warnier提出的另一种面向数据结构的设计方法，逻辑构造程序的方法（简称LCP方法）。 Warnier方法的原理和Jackson方法类似，也是从数据结构出发设计程序，但是这种方法的逻辑更严格。北京大学计算机研究所使用Warnier方法开发汉字激光照排软件，取得了较好效果。前一页

WARNIER方法 主要内容 • Warnier方法 • Warnier方法的辅助技术前一页

WARNIER方法 WARN I ER 方法 Warnier程序设计方法的最终目标同样是得出对程序处理过程的详细描述。由下述五个步骤组成：第一步，分析和确定输入数据和输出数据的逻辑结构，并用Warnier图描绘这些数据结构。第二步，主要依据输入数据结构导出程序结构，并用Warnier图描绘程序的处理层次。第三步，画出程序流程图并自上而下依次给每个处理框编序号。前一页

WARN I ER 方法 WARNIER方法第四步，分类写出伪码指令，Warnier定义了下列五类指令：输入和输出准备、分支和分支准备、计算、输出和输出准备、子程序调用。第五步，把前一步中分类写出的指令按序号排序，从而得出描述处理过程的伪码。前一页

程序复杂程度的定量度量 定量度量程序复杂程度的方法很有价值：把程序的复杂程度乘以适当常数即可估算出软件中故障的数量以及软件开发需要用的工作量；定量度量的结果可以用来比较两个不同的设计或两个不同算法的优劣；程序的定量的复杂程度可以作为模块化的精确限度。前一页

本章内容结束 前一页回首页

本章小结 详细设计阶段的关键任务是，确定具体实现所要求的目标系统。除了保证程序完成系统的功能和性能指标之外，还程序的容易读、容易测试、容易维护和修改等也是详细设计的重要目标。理论研究和实践表明，采用自顶向下逐步求精和设计单入口和单出口的控制结构是完全可行的，具有重要的优点。结构化程序设计技术是实现该目标的重要保证。是进行详细设计的逻辑基础。程序流程图、盒图、PAD图、HIPO图、判定表、判定树和PDL语言等都是完成详细设计的工具，选择合适的工具并且正确地使用它们是十分重要的。前一页

本章习题 一、名词解释 1.结构化程序设计 2.流程图 3.盒图 5. PAD图 7. Jackson方法 8. Warnier方法

本章习题 二、回答问题 1.什么是结构化程序设计，它在软件发展史上有什么重要地位？ 2.Jackson方法是以控制为中心还是以数据为中心，为什么？ 3.控制结构有哪几种？ 4.为什么说设计单入口和单出口的模块是完全可能的？

本章习题 三、综合 1.在总体设计的基础上，作出教务管理系统的两个模块的详细设计。 2.假设只有 SEQUENCE 和 DO WHILE 两种控制结构，如何用来完成 IF THEN ELSE 操作。

本章习题 3.画出下列伪码程序的程序流程图和盒图。 START IF p THEN WHILE q DO f END DO ELSE BLOCK g n END BLOCK END IF STOP

本章习题 4.研究下列伪码程序： LOOP: Set I to (START+FINISH)/2 if TABLE(I)=ITEM goto FOUND if TABLE(I)<ITEM Set START to (I+1) if TABLE(I)>ITEM Set FINISH to (I-1) if (FINISH-START)>1 goto LOOP if TABLE(START)=ITEM goto FOUND if TABLE(FINISH)=ITEM goto FOUND Set PLAG to 0 goto DONE FOUND:Set FLAG to 1 DONE:Exit

本章习题 （1）画出程序流程图。（2）分析程序是否结构化，说明理由。（3）若程序是非结构化的，请设计一个等价的结构化的程序，并画出程序流程图。（4）分析此程序的功能是什么，完成预定的功能应具有哪些隐含的前提条件。

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