《詳細設(shè)計》課件

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1、詳細設(shè)計PPT課件詳細設(shè)計PPT課件5.1 構(gòu)造程序設(shè)計 早在1965年，E.W.Dijkstra就提出構(gòu)造程序設(shè)計的概念。1966年，Bohm和Jacopini證明了只用三種根本的控制構(gòu)造就能實現(xiàn)任何單人口單出口的程序。這三種根本的控制構(gòu)造是“順序、“選擇和“循環(huán)。5.1 構(gòu)造程序設(shè)計 早在1965年，E.W.D上圖中的a、b和c就分別是順序、選擇和循環(huán)的流程圖。上圖中的a、b和c就分別是順序、選擇和循環(huán)的流程什么是構(gòu)造程序設(shè)計呢？構(gòu)造程序設(shè)計是一個設(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構(gòu)造。有人認為構(gòu)造程序設(shè)計的定義中還應(yīng)包括采用“主程序員組這種人員組織形式。

2、使用構(gòu)造程序設(shè)計也存在一些好處和一些缺點。什么是構(gòu)造程序設(shè)計呢？從理論上說只用那三種根本控制構(gòu)造就可以實現(xiàn)任何單入口單出口的程序。但是為了實際使用方便，還常常允許使用DO-UNTIL和DO-CASE兩種控制構(gòu)造。它們的流程圖如上圖所示。從理論上說只用那三種根本控制構(gòu)造就可以實現(xiàn)任何單入5.2 詳細設(shè)計的工具 描述程序處理過程的工具稱為詳細設(shè)計的工具，它們可以分為圖形、表格和語言三類。不管是哪類工具，對它們的根本要求都是能提供對設(shè)計的無歧義的描述，也就是應(yīng)該能指明控制流程、處理功能、數(shù)據(jù)組織以及其他方面的實現(xiàn)細節(jié)，從而在編碼階段能把對設(shè)計的描述直接翻譯成程序代碼。5.2 詳細設(shè)計的工具 描述程序

3、處理過程的工具稱5.2.1 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軟件設(shè)計的方法。它使用了一些系統(tǒng)流程圖中沒有的符號。如以下圖所示：5.2.1 程序流程圖 程序流程圖又稱為 程序流程圖一直是軟件設(shè)計的主要工具。它的主要優(yōu)點是：對控制流程的描繪很直觀，便于初學者掌握。它的主要缺點是：1.程序流程圖本質(zhì)上不是逐步求精的好工具。它誘使程序員過早的考慮程序的控制流，而不去考慮程序的全局構(gòu)造。2.程序流程圖中用箭頭代表控制流，因此程序員可以不受任何約束，可以完全不顧構(gòu)造程序設(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)構(gòu)造。程序流程圖一直是軟件設(shè)計的主要工具。5.2.

4、2 盒圖N_S圖 這種盒圖是不允許違背構(gòu)造程序設(shè)計精神的圖形工具。它有下述特點：1.功能域明確，可以從盒圖上看出來。2.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構(gòu)造。5.2.2 盒圖N_S圖 上圖給出了構(gòu)造化控制構(gòu)造和調(diào)用子程序的盒圖表示方法。上圖給出了構(gòu)造化控制構(gòu)造和調(diào)用子程序的盒圖表5.2.3 PAD圖 PAD是問題分析圖Problem Analysis Diagram)的英文縮寫。它用二維樹形構(gòu)造的圖來表示程序的控制流。以下圖給出了PAD圖的根本符號：其中:a順序先執(zhí)行P1后執(zhí)行P2 b選擇IF C THEN P1 ELSE

5、P2 cCASE型對分支 dWHILE型循環(huán)WHILE C DO P eUNTIL型循環(huán)REPEAT P UNTIL C f語句標號 g定義5.2.3 PAD圖 PAD是問題分析圖PAD圖的主要優(yōu)點如下：(1)使用表示構(gòu)造化控制構(gòu)造的PAD符號所設(shè)計出來的程序必然是構(gòu)造化程序。(2)PAD圖所描繪的程序構(gòu)造十分清晰。上圖最左邊的豎線是程序的主線，PAD圖中豎線的總條數(shù)就是程序的層次數(shù)。(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)即可用于表示程序邏輯，也可用于描繪數(shù)據(jù)構(gòu)造。(6)PAD圖的符號支持自頂向下、逐步求精方法的使用。PAD圖的主要優(yōu)點

6、如下：使用PAD圖，開場時設(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)，直到完成詳細設(shè)計，如以下圖所示：使用PAD圖，開場時設(shè)計者可以定義一個抽象的程5.2.4 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。一張判定表由四局部組成：左上部列出所有條件。左下部是所有可能做的動作。右上部是表示各種條件組合的一個矩陣。右下部是和每種條件組合相對應(yīng)的動作。判定表右半部的每一列實質(zhì)上是一條規(guī)那么，規(guī)定了與特定的條件組合相對應(yīng)的動作。5.2.4 判定表 判定表能夠清晰地表示 下面以行李托運費的算法為例說明判定表的組織方式。假設(shè)某航空公司規(guī)定，乘客可以

7、免費托運重量不超過30公斤的行李。當行李重量超過30公斤時，對頭等艙的國內(nèi)乘客超重局部每公斤收費4元，對其他艙的國內(nèi)乘客超重局部每公斤收費6元，對國外乘客超重局部每公斤收費比國內(nèi)乘客多一倍，對殘疾乘客超重局部每公斤比正常乘客少一半。用判定表可以清楚的表示與上述每種條件組合相對應(yīng)的動作(算法)，如下頁圖所示：其中“T表示條件成立，“F表示條件不成立，空白表示這個條件的成立與否并不影響對動作的選擇。畫“表示做它左邊的那項動作，空白表示不做這項動作。下面以行李托運費的算法為例說明判定表的組織方式詳細設(shè)計PPT課件5.2.5 判定樹 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

8、對應(yīng)關(guān)系，是一種比較常用的系統(tǒng)分析和設(shè)計工具。與上表判定表對應(yīng)的判定樹如下：5.2.5 判定樹 判定樹是判定表的變種，5.2.6 過程設(shè)計語言(PDL)PDL也稱為偽碼，它是用正文形式表示數(shù)據(jù)和處理過程的設(shè)計工具。PDL具有嚴格的關(guān)鍵字外部語法，用于定義控制構(gòu)造和數(shù)據(jù)構(gòu)造，然而，PDL表示實際操作和條件的內(nèi)部語法通常又是靈活自由的，以便可以適應(yīng)各種工程工程的需要，它使用一種語言的詞匯，卻使用另一種語言的語法。它具有以下特點：1.關(guān)鍵字的固定語法，它提供了構(gòu)造化控制構(gòu)造、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。5.2.6 過程設(shè)計語言(PDL)PD 3.數(shù)據(jù)說明的手段既包

9、括簡單的數(shù)據(jù)構(gòu)造，又包括復(fù)雜的數(shù)據(jù)構(gòu)造。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。PDL作為一種設(shè)計工具還有如下一些優(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。3.數(shù)據(jù)說明的手段既包括簡單的數(shù)據(jù)構(gòu)造，又5.2.7 模塊開發(fā)文件夾 模塊開發(fā)文件夾是組織和保存在軟件開發(fā)過程種不斷產(chǎn)生出來的文檔資料的一種有效方法，用這種方法保存和管理文檔既方便又容易查閱。文件夾的封面上列出工程工程的名稱、模塊名字、程序員姓名、完成日期、修改日期、源程序行數(shù)、目標代碼

10、長度、對模塊的簡要描述、以及設(shè)計、編碼、單元測試和集成測試等階段的起止時間等等。文件夾內(nèi)應(yīng)該保存對模塊詳細設(shè)計結(jié)果的描述、源程序清單、測試時間、修改的源程序清單、最終的源程序清單、測試方案、測試軟件和測試結(jié)果等等。5.2.7 模塊開發(fā)文件夾 模塊開發(fā)文件5.3 Jackson程序設(shè)計方法 Jackson程序設(shè)計方法是面向數(shù)據(jù)構(gòu)造的設(shè)計方法，也就是用數(shù)據(jù)構(gòu)造作為程序設(shè)計的根底。它的最終目的是得出對程序處理過程的描述，因此，這種方法最適合于在詳細設(shè)計階段使用，也就是在完成了軟件構(gòu)造設(shè)計之后，可以使用面向數(shù)據(jù)構(gòu)造的方法來設(shè)計每個模塊的處理過程。5.3 Jackson程序設(shè)計方法 Jac5.3.1 J

11、ackson圖 它的邏輯數(shù)據(jù)構(gòu)造只有三種：順序、選擇和重復(fù)。順序構(gòu)造：它的數(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。構(gòu)造圖如以下圖所示：5.3.1 Jackson圖 它的邏輯數(shù)據(jù)構(gòu) 選擇構(gòu)造：它的數(shù)據(jù)包括兩個或多個數(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。以下圖所示的是三個中選一個構(gòu)造的Jackson圖：選擇構(gòu)造：它的數(shù)據(jù)包括兩個或多個數(shù)據(jù)元素，每次使 重復(fù)構(gòu)造：它的數(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?qū)掖螛?gòu)成。以下圖表示重復(fù)構(gòu)造的Jackson圖：重復(fù)構(gòu)造：它的數(shù)據(jù)，根據(jù)使用時的條件由一個數(shù)據(jù)元Jackson圖有下述優(yōu)點：便于表示層次構(gòu)造，而且

12、是對構(gòu)造進展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)構(gòu)造也能表示程序構(gòu)造。Jackson圖有下述優(yōu)點：5.3.2 改進的Jackson圖 上面介紹的Jackson圖的缺點是，用這種圖形工具表示選擇或重復(fù)構(gòu)造時，選擇條件或循環(huán)完畢條件不能直接在圖上表示出來，影響了圖的表達能力，也不易直接把圖翻譯成程序，此外，框間連線為斜線，不易在行式打印機上輸出。為了解決上述問題，建議使用改進的Jackson圖。如下頁圖所示：5.3.2 改進的Jackson圖 詳細設(shè)計PPT課件5.3.3 Jackson方法 Jackson構(gòu)造程序設(shè)計方法根本上由下述五個步驟組成：1.分析并確認輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)

13、的邏輯構(gòu)造，并用Jackson圖描述這些數(shù)據(jù)構(gòu)造。2.找出輸入數(shù)據(jù)構(gòu)造和輸出數(shù)據(jù)構(gòu)造中有對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元。3.從描述數(shù)據(jù)構(gòu)造的Jackson圖導(dǎo)出描繪程序構(gòu)造的Jackson圖。4.列出所有操作和條件，并且把它們分配到程序構(gòu)造圖的適當位置。5.用偽代碼表示程序。5.3.3 Jackson方法 Jack其中第三條需要根據(jù)以下規(guī)那么：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)構(gòu)造圖中的層次在程序構(gòu)造圖的相應(yīng)層次畫一個處理框。第二，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)構(gòu)造中剩余的每個數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序構(gòu)造圖的相應(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)構(gòu)造中剩余的每個數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序構(gòu)造

14、圖的相應(yīng)層次分別為它們畫上對應(yīng)的處理框。其中第三條需要根據(jù)以下規(guī)那么：Jackson方法中使用的偽碼和Jackson圖是完全對應(yīng)的，下面是和三種根本構(gòu)造對應(yīng)的偽碼。和圖5.11a所示的順序構(gòu)造對應(yīng)的偽碼：其中seq和end是關(guān)鍵字。A seq B C D A end Jackson方法中使用的偽碼和Jackso 和圖5.11b所示的選擇構(gòu)造對應(yīng)的偽碼，其中select、or和end示關(guān)鍵字，cond1、cond2和cond3分別是執(zhí)行B、C和D的條件：A select cond1 B A or cond2 C A or cond3 D A end 和圖5.11b所示的選擇構(gòu)造對應(yīng)的偽碼，其中

15、和圖5.11d所示重復(fù)構(gòu)造對應(yīng)的偽碼，其中iter、until、while和end是關(guān)鍵字重復(fù)構(gòu)造有until和while兩種形式，cond是條件：A iter until(或while)cond B A end 和圖5.11d所示重復(fù)構(gòu)造對應(yīng)的偽碼，其中舉例：一個正文文件由假設(shè)干記錄組成，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)。解析：對于這個簡單的例子而言。第一步：確定輸入和輸出數(shù)據(jù)的構(gòu)造。以下圖是用Jackson圖描繪的輸入/輸出數(shù)據(jù)構(gòu)造

16、。舉例：一個正文文件由假設(shè)干記錄組成，每個記錄詳細設(shè)計PPT課件 第二步：在確定了輸入/輸出數(shù)據(jù)構(gòu)造之后，下一步是分析確定在輸入數(shù)據(jù)構(gòu)造和輸出數(shù)據(jù)構(gòu)造中由有對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元。第三步：從數(shù)據(jù)構(gòu)造中導(dǎo)出程序構(gòu)造圖。如下：第二步：在確定了輸入/輸出數(shù)據(jù)構(gòu)造之后，下一 第四步：列出所有操作和條件，并且把它們分配到程序構(gòu)造圖的適當位置。首先，列出統(tǒng)計空格個數(shù)需要的全部操作和條件如下：1停頓 2翻開文件3關(guān)閉文件 4印出字符串5印出空格數(shù)目 6印出空格總數(shù)7sum:=sum+1 8totalsum:=totalsum+sum9讀入字符串 10sum:=011totalsum:=0 12pointer:=

17、113pointer:=pointer+1 I1文件完畢 I2字符串完畢 S3字符是空格 其中，sum是保存空格個數(shù)的變量，totalsum是保存空格總數(shù)的變量，pionter是指示當前分析的字符的在字符串中的位置的變量。得到如以下圖形：第四步：列出所有操作和條件，并且把它們分配到詳細設(shè)計PPT課件 第五步：用偽碼表示程序處理過程。從圖5.14可以得出以下代碼：統(tǒng)計空格 seq 翻開文件 讀入字符串 totalsum：=0 程序體 iter until文件完畢 處理字符串 seq 印字符串 seq 印出字符串 印出字符串 end sum：=0 pointer：=1 分析字符串 iter unt

18、il 字符串完畢 分析字符 select 字符是空格 處理空格 seq sum：=sum+1 pointer：=pointer+1 處理空格 end 第五步：用偽碼表示程序處理過程。從圖5.14 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 停頓 統(tǒng)計空格 end 分析字符 or 字符不5.5 程序

19、復(fù)雜程度的定量度量 定量度量程序復(fù)雜程度的方法很有價值：把程序的復(fù)雜程度乘以適當常數(shù)即可估算出軟件中故障的數(shù)量以及軟件開發(fā)需要用的工作量，定量度量的結(jié)果可以用來比較兩個不同的設(shè)計或兩個不同算法的優(yōu)劣；程序的定量的復(fù)雜程度可以作為模塊規(guī)模的準確限度。這里著重介紹使用比較廣泛的McCabe方法和Halstead方法。5.5 程序復(fù)雜程度 定量度量程序復(fù)雜程度5.5.1 McCabe方法 使用McCabe方法首先需要畫出程序圖。所謂程序圖可以看成是“退化了的程序流程圖，也就是把程序程序流程圖中每個處理符號都退化成一個點，原來連接不同處理符號的箭頭變成連接不同點的有向弧，這樣的有向圖就稱為程序圖。用M

20、cCabe方法度量得出的結(jié)果稱為程序的環(huán)形復(fù)雜度，它等于強連通的程序圖中線性無關(guān)的有向環(huán)的個數(shù)。通常稱程序圖中開場點后面的那個節(jié)點為入口點，稱停頓點前面的那個節(jié)點為出口點。從程序流程圖導(dǎo)出程序圖如下頁所示：5.5.1 McCabe方法 使用McC詳細設(shè)計PPT課件1.環(huán)形復(fù)雜度的計算方法 根據(jù)圖論，在一個強連通的有向圖中線形無關(guān)環(huán)的個數(shù)由下面的公式給出：V(G)=m-n+p 其中V(G)是有向圖G中的環(huán)數(shù)，m是有向圖G中的弧數(shù)；n 是有向圖G中的節(jié)點數(shù)；p 是有向圖G中別離局部的數(shù)目。對于一個正常的程序來說，應(yīng)該能夠從程序圖內(nèi)的入口點到達圖中任何一個節(jié)點，因此，程序圖總是連通的，也就是說，p=

21、1。1.環(huán)形復(fù)雜度的計算方法 根據(jù)圖論，在一個強連 強連通圖是指從圖中任一個節(jié)點出發(fā)都可以到達所有其他節(jié)點。程序圖通常不是強連通的，因為從圖中較低的即較靠近出口點的節(jié)點往往不能到達較高的節(jié)點。然而，如果從出口到入口點畫一條虛弧，那么程序圖必然成為強連通的。做出這個結(jié)論有下述三點理由：(1)從入口點總能到達圖中任何一點；(2)從圖中任何一點總能到達出口點；(3)經(jīng)過從出口點到入口點的弧，可以從出口點到達入口點。強連通圖是指從圖中任一個節(jié)點出發(fā)都可以到達所 圖5.24(b)不是強連通的，必須增加一條從出口點j到入口點b的虛弧，結(jié)果如以下圖所示：圖5.24(b)不是強連通的，必須增加一條從2.環(huán)形復(fù)

22、雜度的用途 程序的環(huán)形復(fù)雜度取決于程序控制流的復(fù)雜程度，也即是取決于程序構(gòu)造的復(fù)雜程度。當程序內(nèi)分支或循環(huán)個數(shù)增加時，環(huán)形復(fù)雜度也隨之增加，因此它是對測試難度的一種定量度量，也能對軟件最終的可靠性給出某種預(yù)測。McCabe研究大量程序后發(fā)現(xiàn)，環(huán)形復(fù)雜度高的程序往往是最困難、最容易出問題的程序。實驗說明，模塊規(guī)模以V(G)10為宜，也就是說，V(G)=10是規(guī)模的一個更科學更準確的上限。2.環(huán)形復(fù)雜度的用途 程序的環(huán)形復(fù)雜度取決于5.5.2 Halstead方法 Halstead方法是另一個著名的方法，它是根據(jù)程序運算中運算符和操作符的總數(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)，

23、N2為操作數(shù)出現(xiàn)的總次數(shù)，程序長度N定義為：N=N1+N25.5.2 Halstead方法 Hal 詳細設(shè)計完成之后，可以知道程序中使用的不同運算符(包括關(guān)鍵字)的個數(shù)n1，以及不同操作數(shù)(變量和常數(shù))的個數(shù)n2。Halstead給出預(yù)測程序長度的公式如下：H=n1 log2 n1+n2 log2 n2 屢次實驗都證明，預(yù)測的長度H與實際長度N非常接近。Halstead還給出了預(yù)測程序中包含錯誤的個數(shù)的公式如下：E=N log2(n1+n2)/3000 詳細設(shè)計完成之后，可以知道程序中使用的不同運5.6 小 結(jié) 詳細設(shè)計階段的關(guān)鍵任務(wù)是確定怎樣具體地實現(xiàn)所要求的目標系統(tǒng)，也就是要設(shè)計出程序的“

24、藍圖。除了應(yīng)該保證的可靠性之外，使將來編寫出的程序可讀性好，容易理解，容易測試和容易修改、維護使詳細設(shè)計階段最重要的目標。理論研究和大量實踐都說明，采用自頂向下逐步求精的策略和單入口單出口的控制構(gòu)造設(shè)計程序是完全可行的，而且有一系列重大優(yōu)點，因此，構(gòu)造程序設(shè)計技術(shù)是實現(xiàn)上述目標的根本保證，是進展詳細設(shè)計的邏輯根底。5.6 小 結(jié) 詳細設(shè)計階段的關(guān)鍵任 程序流程圖、盒圖、PAD圖、HIPO圖、判定表、判定樹和PDL語言等等都是完成詳細設(shè)計的工具，選擇適宜的工具并且正確地使用它們是十分重要的。用模塊開發(fā)文件夾的形式組織管理與一個模塊有關(guān)的全部文檔，可能是一個行之有效的好方法。面向數(shù)據(jù)構(gòu)造的設(shè)計方法(例如Jackson方法和Warnier方法)是進展詳細設(shè)計的形式化的方法。本章的目的僅僅是使讀者對這類方法有初步了解，為了能熟練地使用這種方法解決實際問題，還需要進一步鉆研有關(guān)的專著并進展達來大量的實踐。使用環(huán)形復(fù)雜度可以定量度量程序的復(fù)雜程度，實踐說明環(huán)形復(fù)雜度V(G)=10是模塊規(guī)模的合理上限。程序流程圖、盒圖、PAD圖、HIPO圖、判定感謝聆聽