軟件工二程詳細設(shè)計-

第5章

詳細設(shè)計結(jié)構(gòu)程序設(shè)計人機界面設(shè)計過程設(shè)計的工具面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法程序復(fù)雜程度的定量度量小結(jié)習題詳細設(shè)計的任務(wù)確定每個模塊的具體算法；確定每個模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)；確定模塊接口的具體細節(jié)；為每個模塊設(shè)計一組測試用例；編寫文檔，參加復(fù)審。5.3

過程設(shè)計的工具5.3.1

程序流程圖程序流程圖又稱為程序框圖，它是歷史最悠久、使用最廣泛的描述過程設(shè)計的方法，然而它也是用得最混亂的一種方法。圖5.1 程序流程圖中的基本符號(a)一般處理框；(b)輸入/輸出框；(c)判斷框；(d)流程線；(e)起止框結(jié)束輸出：a開始輸入10個整數(shù)到ai=0Ni

<

9Yj

=

i

+

1j

<

10Ya[i]

>

a[j]Ya[i]

a[j]j

++NNi

++N開始輸入m,na=m;b=na

<

b

?b

=

b

-

aYa

<

>

b

?Ya

=

a

-

bN輸出：a結(jié)束X

=

YX

>

Y“輾轉(zhuǎn)相截（減）法”原理：XGCD(

X

,

Y

)

= GCD

(

X

–

Y

,

Y

)GCD

(

X

,

Y

–

X

) X

<

Y示例：GCD

(

27

,

18

)

=

GCD

(

9

,

18

)?

=

GCD

(

9

,

9

）?

=

9開始輸入mfound

=

1i

=

2結(jié)束i

=

i+

1NN輸出：是輸出：不是Nfound

=

=

1

?Yi

<

mYm能被i整除？Yfound

=

0入口返回X=X/ATA>15

AND

B=3FX=X+1TA=30

OR

X>5F開始輸入mfound

=

1i

=

2結(jié)束i

=

i

+

1NN輸出：是輸出：不是Nfound

=

=

1

?Yi

<=

(m+1)/2Ym能被i整除？Yfound

=

0開始輸入mfound

=

1i

=

2結(jié)束i

=

i

+

1NN輸出：是輸出：不是Nfound

=

=

1

?Yi

<=

sqrt

(m+1)Ym能被i整除？Yfound

=

0按鈕指示燈電梯按鈕樓層按鈕m112m-2通信通信電梯門電梯控制器控制1

n開始輸入mfound

=

1i

=

2(i

<=

sqrt

(m+1))

and

(found==1)結(jié)束i

=

i

+

1NN輸出：是輸出：不是Nfound

=

=

1

?YYm能被i整除？Yfound

=

0開始輸入mi=2結(jié)束i

=

i

+

1i

<=

sqrt

(m+1)Ym能被i整除？NN輸出：是輸出：不是Ni

>

sqrt(m+1)YY程序流程圖的主要缺點如下：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);程序流程圖中用箭頭代表控制流，因此程序員不受任何約束，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;程序流程圖不易表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。盒圖是一種不允許違背結(jié)構(gòu)程序設(shè)計精神的圖形工具，又稱為N-S圖,它有下述特點：功能域(即，一個特定控制結(jié)構(gòu)的作用域)明確，可以從盒圖上一眼就看出來;不可能任意轉(zhuǎn)移控制;很容易確定局部和全程數(shù)據(jù)的作用域;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)。5.3.2

盒圖(N-S圖)圖5.2盒圖的基本符號優(yōu)點：表達出的程序結(jié)構(gòu)必然符合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的思想，有利于培養(yǎng)軟件設(shè)計人員的良好設(shè)計風格。缺點：程序嵌套層次較多時，N－S圖的內(nèi)層方框會越畫越小，不僅影響可讀性而且不易修改。PAD是問題分析圖(problem

analysis

diagram)的英文縮寫，它用二維樹形結(jié)構(gòu)的圖來表示程序的控制流，將這種圖翻譯成程序代碼比較容易。PAD圖的主要優(yōu)點如下：(1)使用表示結(jié)構(gòu)化控制結(jié)構(gòu)的PAD符號所設(shè)計出來的程序必然是結(jié)構(gòu)化程序。5.3.3

PAD圖圖5.3

PAD圖的基本符號主要優(yōu)點如下：使用表示結(jié)構(gòu)化控制結(jié)構(gòu)的PAD符號所設(shè)計出來的程序必然是結(jié)構(gòu)化程序。PAD圖所描繪的程序結(jié)構(gòu)十分清晰。圖中最左面的豎線是程序的主線，即第一層結(jié)構(gòu)。隨著程序?qū)哟蔚脑黾樱琍AD圖逐漸向右延伸，每增加一個層次，圖形向右擴展一條豎線。PAD圖中豎線的總條數(shù)就是程序的層次數(shù)。用PAD圖表現(xiàn)程序邏輯，易讀、易懂、易記。

PAD圖是二維樹形結(jié)構(gòu)的圖形，程序從圖中最左豎線上端的結(jié)點開始執(zhí)行，自上而下，從左向右順序執(zhí)行，遍歷所有結(jié)點。容易將PAD圖轉(zhuǎn)換成高級語言源程序，這種轉(zhuǎn)換可用軟件工具自動完成，從而可省去人工編碼的工作，有利于提高軟件可靠性和軟件生產(chǎn)率。即可用于表示程序邏輯，也可用于描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PAD圖的符號支持自頂向下、逐步求精方法的使用。開始時設(shè)計者可以定義一個抽象的程序，隨著設(shè)計工作的深入而使用def符號逐步增加細節(jié)，直至完成詳細設(shè)計。圖5.4使用PAD圖提供的定義功能來逐步求精的例子本節(jié)先介紹Jackson方法的工具——Jackson圖，然后介紹Jackson程序設(shè)計方法的基本步驟。5.4

面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法(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出現(xiàn)一次。圖5.5是表示順序結(jié)構(gòu)的Jackson圖的一個例子。5.4.1

Jackson圖圖5.5

A由B、C、D

3個元素順序組成(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。圖5.6根據(jù)條件A是B或C或D中的某一個(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。圖5.7是表示重復(fù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖。圖5.7

A由B出現(xiàn)N次(N≥0)組成圖5.8改進的Jackson圖5.4.2 改進的Jackson圖Jackson結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方法基本上由下述5個步驟組成：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)。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。用下述3條規(guī)則從描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖導(dǎo)出描繪程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖：5.4.3

Jackson方法第一，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（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的在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖中層次低的那個對應(yīng)）；第二，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；第三，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。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)圖的適當位置。用偽碼表示程序。Jackson方法中使用的偽碼和Jackson圖是完全對應(yīng)的，下面是和3種基本結(jié)構(gòu)對應(yīng)的偽碼。和圖5.8(a)所示的順序結(jié)構(gòu)對應(yīng)的偽碼，其中‘seq’和‘end’是關(guān)鍵字：AA

seqB

C

Dend和圖5.8(b)所示的選擇結(jié)構(gòu)對應(yīng)的偽碼，其中

‘select’、‘or’和‘end’是關(guān)鍵字，cond1、cond2和cond3分別是執(zhí)行B、C或D的條件：AselectBcond1Aorcond2CAorcond3DAend和圖5.8(d)所示重復(fù)結(jié)構(gòu)對應(yīng)的偽碼，其中‘iter’、

‘until’、‘while’和‘end’是關(guān)鍵字，cond是條

件：A

iter

until(或while)condBA

end［例］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)。圖5.9表示輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖圖5.10描繪統(tǒng)計空格程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖基本操作：(1)停止；(2)打開文件；(3)關(guān)閉文件；(4)打印字符串；(5)打印行空格數(shù);(6)打印空格總數(shù)；(7)sum：=sum+1；(8)

totalsum=totalsum+sum;(9)讀入字符串(10)sum：=0；(11)

totalsum=0；(12)

pointer=1；(13)pointer=pointer+1。條件：I(1)文件結(jié)束；I(2)字符串結(jié)束；

S(3)字符是空格。圖5.11把操作和條件分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當位置統(tǒng)計空格seq打開文件讀入字符串totalsum∶=0程序體iter

until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endsum∶=0pointer∶=1分析字符串iter

until字符串結(jié)束分析字符select字符是空格處理空格seqsum∶=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seqpointer∶=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)endtotalsum∶=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著重介紹使用得比較廣泛的McCabe方法和

Halstead方法。5.5

程序復(fù)雜程度的定量度量(1)流圖McCabe方法根據(jù)程序控制流的復(fù)雜程度定量度量程序的復(fù)雜程度，這樣度量出的結(jié)果稱為程序的環(huán)形復(fù)雜度。為了突出表示程序的控制流，人們通常使用流圖

(也稱為程序圖)。所謂流圖實質(zhì)上是“退化了的”程序流程圖，它僅僅描繪程序的控制流程，完全不表

現(xiàn)對數(shù)據(jù)的具體操作以及分支或循環(huán)的具體條件。5.5.1

McCabe方法圖5.16由PDL翻譯成的流圖(2)計算環(huán)形復(fù)雜度的方法①流圖中的區(qū)域數(shù)等于環(huán)形復(fù)雜度。②流圖G的環(huán)形復(fù)雜度V(G)=E-N+2,其中，E是流圖中邊的條數(shù)，N是結(jié)點數(shù)。③流圖G的環(huán)形復(fù)雜度V(G)=P+1，其中，P是流圖中判定結(jié)點的數(shù)目。Halstead方法是另一個著名的方法，它根據(jù)程序中運算符和操作數(shù)的總數(shù)來度量程序的復(fù)雜程度。令N1為程序中運算符出現(xiàn)的總次數(shù)，N2為操作數(shù)出現(xiàn)的總次數(shù)，程序長度N定義為：N=N1+N2詳細設(shè)計完成之后，可以知道程序中使用的不同運算