第5章 詳細(xì)設(shè)計

2023/2/4第1頁詳細(xì)設(shè)計工具Jackson程序設(shè)計方法第五章詳細(xì)設(shè)計

結(jié)構(gòu)程序設(shè)計基本任務(wù)

回答的關(guān)鍵問題：“怎樣具體地實現(xiàn)這個系統(tǒng)”

主要任務(wù)是設(shè)計出程序的“藍(lán)圖”，供程序員日后根據(jù)這個藍(lán)圖編寫出實際的程序代碼。

注意：設(shè)計程序的藍(lán)圖，不是具體地編寫程序。

主要采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法。軟件工程2023/2/4第2頁5.1詳細(xì)設(shè)計概述

1、什么是詳細(xì)設(shè)計？詳細(xì)設(shè)計為軟件結(jié)構(gòu)圖(SC：StructChart)圖或系統(tǒng)層次圖（HC：HierarchyChart)中的每一個模塊確定采用的算法和定義模塊內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并用某種選定的表達(dá)工具給出清晰的描述。假如在總體設(shè)計階段，定義A模塊的作用是對一個表進(jìn)行排序，那么詳細(xì)設(shè)計就要指明采用哪一種排序算法并描述此算法的處理過程。2、詳細(xì)設(shè)計的目標(biāo)：（1）能在邏輯上正確地實現(xiàn)每個模塊的功能；（2）使設(shè)計出的處理過程清晰易讀、好理解。軟件工程2023/2/4第3頁3、詳細(xì)設(shè)計應(yīng)完成的任務(wù)：

①確定軟件各個組成部分內(nèi)所采用的算法和各部分的內(nèi)部數(shù)據(jù)組織形式；②對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理設(shè)計，如確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)。物理結(jié)構(gòu)主要指數(shù)據(jù)的存儲記錄格式、存儲記錄安排和存儲方法等。

③確定模塊接口的細(xì)節(jié)，包括對系統(tǒng)外部的接口和用戶界面。對系統(tǒng)內(nèi)部其他模塊的接口，以及模塊輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)和局部數(shù)據(jù)的全部細(xì)節(jié)。軟件工程2023/2/4軟件工程（工程碩士）第4頁3、詳細(xì)設(shè)計應(yīng)完成的任務(wù)：

④選用某種圖形、表格和語言等工具將每個模塊處理過程的詳細(xì)算法描述表達(dá)出來，編寫詳細(xì)設(shè)計說明書。⑤為每一個模塊設(shè)計出一組測試用例，以便在編碼階段對模塊代碼（即程序）進(jìn)行預(yù)定的測試，模塊的測試用例是軟件測試計劃的重要組成部分，通常包括測試輸入數(shù)據(jù)、期望輸出結(jié)果等內(nèi)容。⑥在詳細(xì)設(shè)計結(jié)束時，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計的評審。把上述結(jié)果寫入詳細(xì)設(shè)計說明書(程序規(guī)格說明書)，并通過復(fù)審形成正式文檔，作為下一階段(編碼)的工作依據(jù)。返回2023/2/4第5頁4、詳細(xì)設(shè)計的其它任務(wù)（1）少量的代碼設(shè)計。雖然編碼工作有待下一階段進(jìn)行，但為了提高數(shù)據(jù)的輸入、分類、存儲和檢索等操作的效率，并節(jié)約內(nèi)存空間，對數(shù)據(jù)庫中某些數(shù)據(jù)項的值須進(jìn)行專項代碼設(shè)計，如數(shù)據(jù)庫的觸發(fā)器代碼、存儲過程的代碼設(shè)計等。（2）輸入/輸出格式設(shè)計。對于涉及眾多不同類型設(shè)備或具有網(wǎng)絡(luò)交換功能的系統(tǒng)，需要特別詳細(xì)地設(shè)計數(shù)據(jù)的輸入/輸出以及交換格式。（3）人機對話（界面）設(shè)計。實時系統(tǒng)中用戶與計算機需要頻繁對話，因此有必要進(jìn)行對話方式、內(nèi)容、格式和界面的具體設(shè)計。

軟件工程2023/2/4第6頁5.2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計1、什么是結(jié)構(gòu)化程序？

結(jié)構(gòu)化程序可由若干個基本結(jié)構(gòu)組成，雖然每一個基本結(jié)構(gòu)可以包含一條或若干條語句，但任何程序都由順序、選擇、重復(fù)三種基本結(jié)構(gòu)構(gòu)造。這三種基本結(jié)構(gòu)具有以下特點:①有一個入口，有一個出口；②結(jié)構(gòu)中每一部分都有被執(zhí)行到的機會，也就是說，每一部分都應(yīng)當(dāng)有一條從入口到出口的路徑通過它(至少通過一次)；③沒有死循環(huán)(無終止的循環(huán))。軟件工程2023/2/4第7頁2、什么是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計結(jié)構(gòu)程序設(shè)計是一種設(shè)計程序的技術(shù)，它采用自頂向下逐步求精的設(shè)計方法和單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)。逐步求精的含義（1）詳細(xì)設(shè)計階段逐步求精的含義：把一個模塊的功能逐步分解細(xì)化為一系列具體的處理步驟或某種高級語言的語句。（2）總體設(shè)計階段逐步求精的含義：把一個復(fù)雜問題的解法分解和細(xì)化成一個由許多模塊組成的層次結(jié)構(gòu)的軟件系統(tǒng)。軟件工程2023/2/4第8頁3、結(jié)構(gòu)程序設(shè)計技術(shù)的優(yōu)越性（1）自頂向下逐步求精的方法符合人類解決復(fù)雜問題的普遍規(guī)律，因此可以顯著提高軟件開發(fā)工程的成功率和生產(chǎn)率。（2）用先全局后局部、先整體后細(xì)節(jié)、先抽象后具體的逐步求精過程開發(fā)出的程序有清晰的層次結(jié)構(gòu)，因此容易閱讀和理解。（3）不使用GOTO語句僅使用單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)，使得程序的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和它的動態(tài)執(zhí)行情況比較一致，易于閱讀和理解。軟件工程2023/2/4第9頁（4）控制結(jié)構(gòu)有確定的邏輯模式，編寫程序代碼只限于很少幾種直截了當(dāng)?shù)姆绞?，因此源程序清晰流暢。?）程序清晰和模塊化使得在修改和重新設(shè)計一個軟件時可以重用的代碼量最大。（6）有利于程序正確性證明。軟件工程2023/2/4第10頁4、判斷一個程序是不是結(jié)構(gòu)化程序的方法（1）看是不是單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)；（2）能不能用NS圖或PAD圖表示。軟件工程2023/2/4第11頁5、非結(jié)構(gòu)程序轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化程序兩種辦法:(1)重新組合判定條件;講究技藝(2)結(jié)構(gòu)化定理（使用FLAG標(biāo)置位）最可靠的方法,但比較繁鎖參閱熊前興，《結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計》軟件工程2023/2/4第12頁5.3詳細(xì)設(shè)計工具什么是詳細(xì)設(shè)計工具？

用于表達(dá)過程規(guī)格說明的工具叫做詳細(xì)設(shè)計工具，它可以分為以下三類：（1）圖形工具──利用圖形工具可以把過程的細(xì)節(jié)用圖形描述出來。程序流程圖、N-S圖、PAD圖、IPO圖。（2）表格工具──用表格方式描述過程的細(xì)節(jié)，在中列出各種可能的操作和相應(yīng)的條件。判定樹、判定表。（3）語言工具──用某種高級語言（稱之為偽碼）來描述過程的細(xì)節(jié)。程序設(shè)計語言PDL。

從三個方面學(xué)習(xí)：1、符號2、實例3、特點軟件工程2023/2/4第13頁5.3.1程序流程圖1、符號軟件工程2023/2/4第14頁2、實例：求頭100個奇數(shù)平方和C語言源程序main(){ints,i;s=0;for(i=1;i<=100;i++)s=s+(2*i-1)*(2*i-1);printf(“Thesumis\n”,s);}s=0i=1i<=100s=s+(2*i-1)*(2*i-1)i=i+1開始結(jié)束軟件工程2023/2/4第15頁3、特點：優(yōu)點：對控制流程的描繪很直觀，便于初學(xué)者掌握。缺點：（1）程序流程圖本質(zhì)上不是逐步求精的好工具，它誘使程序員過早地考慮程序的控制流程，而不去考慮程序的全局結(jié)構(gòu)。（2）程序流程圖中用箭頭代表控制流，因此程序員不受約束，可以完全不顧結(jié)構(gòu)程序設(shè)計的精神，隨意轉(zhuǎn)移控制。（3）程序流程圖不易表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。軟件工程2023/2/4第16頁5.2.2盒圖(N_S圖)N-S圖即盒狀圖或Chapin圖，是由Nassi和Shneiderman提出的一種符合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計原則的圖形描述工具，其目標(biāo)是開發(fā)一種不破壞結(jié)構(gòu)化構(gòu)成元素的過程設(shè)計表示。

軟件工程2023/2/4第17頁1、符號：軟件工程2023/2/4第18頁2、實例S=0i=1i<=100s=s+(2*i-1)*(2*i-1)i=i+1輸出s軟件工程2023/2/4第19頁3、特點：(1)功能域（即一個特定控制結(jié)構(gòu)的作用域）明確，很容易從盒圖上看出。(2)盒圖沒有箭頭，不可能任意轉(zhuǎn)移控制。(3)很容易確定局部和全程數(shù)據(jù)的作用域。(4)很容易表現(xiàn)嵌套關(guān)系，也可以表示模塊的層次結(jié)構(gòu)軟件工程2023/2/4第20頁5.3.3PAD圖PAD圖（ProblemAnalysisDiagram)由日本日立公司在1979年發(fā)明，它用二維樹型結(jié)構(gòu)的圖來表示程序的控制流，比較容易翻譯成程序代碼。1、符號：軟件工程2023/2/4第21頁2、實例：s=0i=1s=s+(2*i-1)*(2*i-1)i=i+1whilei<=100輸出s軟件工程2023/2/4第22頁3、特點：(1)使用PAD圖設(shè)計的程序必然是結(jié)構(gòu)化程序(2)PAD圖描繪的程序結(jié)構(gòu)十分清晰。(3)用PAD圖表現(xiàn)程序邏輯，易讀、易懂、易記。(4)容易將PAD圖轉(zhuǎn)換成高級語言源程序(5)PAD圖既可用于表示程序邏輯，也可用于描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(6)PAD圖的符號支持自頂向下、逐步求精方法的使用。(7)PAD圖面向高級語言。軟件工程2023/2/4第23頁5.3.4判定表

判定表能夠清晰地表示復(fù)雜的條件組合與應(yīng)做的動作之間的對應(yīng)關(guān)系，而其它的工具不易表示。1、表現(xiàn)形式：條件茬（cha)條件組合動作茬動作軟件工程2023/2/4第24頁2、實例：假設(shè)某航空公司規(guī)定，乘客可以免費托運重量不超過30公斤的行李。當(dāng)行李重量超過30公斤時，對頭等艙的國內(nèi)乘客超重部分每公斤收費4元，對其它艙的國內(nèi)乘客超重部分每公斤收費6元，對外國乘客超重部分每公斤收費比國內(nèi)乘客多一倍，對殘疾乘客超重部分每公斤收費比正常乘客少一半。試用判定樹判定表表示上述每種組合相對應(yīng)的動作。所有需要考慮的條件：（1）重量是否超過30公斤；（2）是否頭等艙；（3）是否國內(nèi)乘客；（4）是否殘疾人?？赡懿扇√幚韯幼鳎海?）免費；（2）超出部分每公斤收費2元；（3）超出部分每公斤收費3元；（4）超出部分每公斤收費4元；（5）超出部分每公斤收費6元；（6）超出部分每公斤收費8元；（7）超出部分每公斤收費12元；軟件工程2023/2/4第25頁軟件工程2023/2/4第26頁實例：輸出si=i+1s=s+(2*i-1)*(2*i-1)i=1s=0FTi<=100軟件工程2023/2/4第27頁3、特點：（1）容易表示條件組合；（2）不容易表示順序和重復(fù)等處理；（3）不適合作通用程序設(shè)計工具，軟件工程2023/2/4第28頁

判定樹是判定表的變種，也能清晰地表示復(fù)雜的條件組合與應(yīng)做的動作之間的對應(yīng)關(guān)系。

1、實例軟件工程2023/2/4第29頁2、特點：優(yōu)點：形式簡單，不需任何說明，易看出含義，易于掌握和使用。缺點：簡潔性不如判定表，相同的數(shù)據(jù)元素往往要重復(fù)寫多遍，而且越接近樹的葉端重復(fù)次數(shù)越多。軟件工程2023/2/4第30頁5.3.6過程設(shè)計語言PDL

PDL也稱為偽碼，是用正文形式表示數(shù)據(jù)和處理過程的設(shè)計工具。1、表現(xiàn)形式：（1）關(guān)鍵字外部語法（固定），用于定義結(jié)構(gòu)化控制結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)說明；（2）自然語言內(nèi)部語法（自由），表示處理特點。軟件工程2023/2/4第31頁2、實例Procedurespellcheckis

BEGINsplitdocumentintosinglewordslookupwordsindictionarydisplaybad_spelledwordscreateanewdictionary

ENDspellcheck軟件工程2023/2/4第32頁Procedurespellcheckis

BEGIN*splitdocumentintosinglewords

LOOPgetnextwordaddwordtowordlistinsortedorderEXITwhenallwordsprocessed

ENDLOOP

軟件工程2023/2/4第33頁*lookupwordsindictionary

LOOPgetawordfromwordlist

IFwordnotindictionaryTHENdisplaytheword,promptonuser’sterminal

IFuserresponsesayword‘ok’THENaddwordtogoodwordlist

ELSEaddwordtobadwordlist

ENDIF

ENDIFEXITwhenallwordsprocessed

ENDLOOP軟件工程2023/2/4第34頁*displaybad_spelledwords

LOOPfetchwordsfrombadwordlistdisplayEXITwhenallbad_spelledwordsprocessed

ENDLOOP*createanewdictionarydictionary:=dictionary+goodwordlist

ENDspellcheck軟件工程2023/2/4第35頁3、特點：1.關(guān)鍵字的固定語法，它提供了結(jié)構(gòu)化控制結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)說明和模塊化的特點。2.自然語言的自由語法，它描述處理特點。3.數(shù)據(jù)說明的手段既包括簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又包括復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。4.模塊定義和調(diào)用的技術(shù)，應(yīng)該提供各種接口描述模式。優(yōu)點：

1.可以作為注釋直接插在源程序中間。

2.可以使用普通的正文編輯程序或文字處理系統(tǒng)，很方便地完成PDL的書寫和編輯工作。

3.已經(jīng)有自動處理程序存在，而且可以自動由PDL生成程序代碼。軟件工程2023/2/4第36頁5.2Jackson程序設(shè)計方法

思想:出發(fā)點是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用JACKSON圖表示用JACKSON圖表示用JACKSON偽碼表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)過程描述程序結(jié)構(gòu)映射詳細(xì)組織問題環(huán)境可執(zhí)行的操作需完成的任務(wù)軟件工程2023/2/4第37頁(1)順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)由一個或多個數(shù)據(jù)元素組成，每個元素按確定次序依次出現(xiàn)。軟件工程5.2.1Jackson圖2023/2/4第38頁(2)選擇結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包含兩個或多個數(shù)據(jù)元素，每次使用這個數(shù)據(jù)時按一定條件從這些數(shù)據(jù)元素中選擇一個。軟件工程2023/2/4第39頁(3)重復(fù)結(jié)構(gòu)重復(fù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，根據(jù)使用時的條件由一個數(shù)據(jù)元素出現(xiàn)零次或多次構(gòu)成。Jackson圖的優(yōu)點。便于表示層次結(jié)構(gòu)，而且是對結(jié)構(gòu)進(jìn)行自頂向下分解的有力工具。。形象直觀可讀性好。既能表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也能表示程序結(jié)構(gòu)軟件工程2023/2/4第40頁5.3.2改進(jìn)的Jackson圖

上面介紹的Jackson圖的缺點：（1）不能直接在圖上表示選擇條件或循環(huán)結(jié)束條件，影響了圖的表達(dá)能力，也不易直接把圖翻譯成程序；（2）框間連線為斜線，不易在行式打印機上輸出。軟件工程2023/2/4第41頁Jackson偽碼。

AseqBCDAendAselectcond1BAorcond2CAorcond3DAendAiteruntil(或while)condBAend軟件工程2023/2/4第42頁(1)分析并確定輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，并用Jackson圖描繪這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(2)找出輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元。所謂有對應(yīng)關(guān)系是指有直接的因果關(guān)系，在程序中可以同時處理的數(shù)據(jù)單元。(3)用下述三條規(guī)則從描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖導(dǎo)出描述程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖(4)列出所有操作和條件（包括分支條件和循環(huán)結(jié)束條件），并且把它們分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置。(5)用偽碼表示程序。軟件工程5.3.3Jackson方法2023/2/4第43頁例子：一個正文文件由若干個記錄組成，每個記錄是一個字符串。要求統(tǒng)計每個記錄中空格字符的個數(shù)，以及文件中空格字符的總個數(shù)。要求的輸出數(shù)據(jù)格式是，每復(fù)制一行輸入字符串之后，另起一行印出這個字符串中的空格數(shù)，最后印出文件中空格的總個數(shù)。輸出格式：原樣輸出字符串1，字符串1空格數(shù)原樣輸出字符串2，字符串2空格數(shù)……原樣輸出字符串n，字符串n空格數(shù)輸出空格總數(shù)軟件工程2023/2/4第44頁第一步：繪出輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸出文件串信息*字符串空格數(shù)表格體空格總數(shù)正文文件字符*空格○非空格○字符串*IISI輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)軟件工程2023/2/4第45頁第二步：分析確定在輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元。輸出文件串信息*字符串空格數(shù)表格體空格總數(shù)正文文件字符*空格○非空格○字符串*IISI輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)軟件工程2023/2/4第46頁第三步：從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)出程序結(jié)構(gòu)圖。（1）為每對有對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元，按照它們在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖中的層次在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次畫一個處理框。注意：如果這對數(shù)據(jù)單元在輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中所處的層次不同，則和它們對應(yīng)的處理框在程序結(jié)構(gòu)圖中所處的層次與它們之中在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖中層次低的那個對應(yīng)。

（2）根據(jù)輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的每個數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次分別為它們畫上對應(yīng)的處理框。（3）根據(jù)輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的每個數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次分別為它們畫上對應(yīng)的處理框。

程序結(jié)構(gòu)圖統(tǒng)計空格處理字符串*處理空格○處理非空格○處理字符串表格體印總數(shù)I印字符串印空格數(shù)分析字符串分析字符*IS軟件工程2023/2/4第47頁第四步：列出所有操作和條件，并且把它們分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置。最后的程序結(jié)構(gòu)圖統(tǒng)計空格處理字符串*處理空格○處理非空格○程序體印總數(shù)I(文件結(jié)束)印字符串印空格數(shù)分析字符串分析字符*打開文件讀入字符串Totalsum:=0關(guān)閉文件停止印出空格總數(shù)印出字符串sum:=0pointer:=1Totalsum:=Totalsum+sum讀入字符串I(字符串結(jié)束)印出空格數(shù)目sum:=sum+1pointer:=pointer+1pointer:=pointer+1S(字符是空格)Sum:保存空格個數(shù)的變量;Totalsum:保存空格總數(shù)的變量;Pointer:當(dāng)前分析的字符在字符串中的位置;軟件工程2023/2/4第48頁第五步：用偽碼表示程序處理過程。從圖5.14可以得出下列代碼：統(tǒng)計空格seq

打開文件

讀入字符串

totalsum：=0

程序體iteruntil文件結(jié)束處理字符串seq

印字符串seq

印出字符串印字符串end

sum：=0pointer：=1

分析字符串iteruntil字符串結(jié)束分析字符select字符是空格處理空格seq

sum：=sum+1pointer：=pointer+1

處理空格end

分析字符or字符不是空格處理非空格seq

pointer：=pointer+1

處理非空格end

分析字符end

分析字符串end

印空格數(shù)seq

印出空格數(shù)目印空格數(shù)end

totalsum：=totalsum+sum

讀入字符串處理字符串end

程序體end

印總數(shù)seq

印出空格總數(shù)印總數(shù)end

關(guān)閉文件停止統(tǒng)計空格end軟件工