軟件工程：第06章 詳細設(shè)計

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1、How to do detailedly?詳細設(shè)計詳細設(shè)計第第6章章 詳細設(shè)計詳細設(shè)計l6.1 結(jié)構(gòu)程序設(shè)計l6.2 人機界面設(shè)計l6.3 過程設(shè)計的工具l6.4 面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法l6.5 程序復(fù)雜程度的定量度量6.1 結(jié)構(gòu)程序設(shè)計結(jié)構(gòu)程序設(shè)計-結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計-“結(jié)構(gòu)程序設(shè)計是盡可能少用GO TO語句的程序設(shè)計方法。最好僅在檢測出錯誤時才使用GO TO語句，而且應(yīng)該總是使用前向GO TO語句”，“程序的質(zhì)量與程序中所包含的GO TO 語句的數(shù)量成反比” 。E.W.Dijkstra,1965。-基本的程序控制結(jié)構(gòu)-Bohm和Jacopini證明了:3種基本的控制結(jié)構(gòu)(順序,選擇,循環(huán))就能

2、實現(xiàn)任何單入口單出口的程序。-實際上，順序結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)理論上是的最基本的控制結(jié)構(gòu)。三種基本的控制結(jié)構(gòu)三種基本的控制結(jié)構(gòu)其他常用的控制結(jié)構(gòu)其他常用的控制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計指導(dǎo)準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)程序設(shè)計指導(dǎo)準(zhǔn)則l經(jīng)典的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計：只允許使用順序、IF-THEN-ELSE型分支和DO-WHILE型循環(huán)這3種基本控制結(jié)構(gòu)； l擴展的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計：除了上述3種基本控制結(jié)構(gòu)之外，還允許使用DO-CASE型多分支結(jié)構(gòu)和DO-UNTIL型循環(huán)結(jié)構(gòu)； l修正的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計：除上述結(jié)構(gòu)以外，還允許使用LEAVE(或BREAK)結(jié)構(gòu)。 l使用GO TO語句的原則:結(jié)構(gòu)程序設(shè)計是不使用（或盡可能少用）GO TO語句的程序設(shè)計

3、方法。僅在檢測出錯誤時才使用GO TO語句，而且總是使用后向GO TO語句。人機界面設(shè)計人機界面設(shè)計l設(shè)計問題l設(shè)計過程l人機界面設(shè)計指南設(shè)計問題設(shè)計問題l1. 系統(tǒng)響應(yīng)時間 響應(yīng)時間的長度：適中相應(yīng)時間的易變性：同一類操作的響應(yīng)時間不要差異太大。l2. 用戶幫助設(shè)施 脫機幫助手冊附加的聯(lián)機幫助集成的聯(lián)機幫助上下文相關(guān)的聯(lián)機幫助l3. 出錯信息（及警告信息）處理 如何辦, 用戶心理l4. 命令交互多媒體(圖,文,聲,光)自定義宏指令控制序列（CTRL+字母 ）設(shè)計過程設(shè)計過程l迭代的設(shè)計過程創(chuàng)建設(shè)計模型原型實現(xiàn)評估復(fù)審進一步精化l評估復(fù)審的準(zhǔn)則系統(tǒng)規(guī)格說明書的長度和復(fù)雜程度動作、命令中的包含的

4、平均參數(shù)個數(shù)及操作個數(shù)設(shè)計模型中包含的動作、命令、狀態(tài)的數(shù)量界面風(fēng)格、幫助設(shè)施、出錯處理的友好性人機界面設(shè)計指南人機界面設(shè)計指南l界面的類別l界面應(yīng)具有的基本特性l界面設(shè)計指南l界面設(shè)計的任務(wù)l界面的基本形式（舉例）用戶界面的類別用戶界面的類別l一般交互界面“一般交互”包括信息顯示、數(shù)據(jù)輸入、系統(tǒng)整體控制。這一部分指南具有全局性意義，對系統(tǒng)界面好壞影響極大。l信息顯示界面指顯示信息時要注意的問題。顯示的信息應(yīng)該是完整的、無二義的、好理解的，這樣才能滿足用戶要求。信息“顯示”的不同方式：文字/圖形/聲音；不同位置/移動；不同大?。徊煌伾?分辨率；等等。l數(shù)據(jù)輸入界面數(shù)據(jù)輸入界面，是系統(tǒng)的重要組

5、成部分。主要從輸入效率和減少出錯率考慮。用戶一般會花費大量的時間在命令操作和數(shù)據(jù)輸入操作，因此友好的數(shù)據(jù)輸入操作非常必要。不同輸入手段（介質(zhì)/設(shè)備）：鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、掃描儀、語音、照片、視頻等等。l1、可使用性 使用簡單 用戶界面中所用術(shù)語的標(biāo)準(zhǔn)化和一致性 具有HELP功能 快速的系統(tǒng)響應(yīng)和低的系統(tǒng)成本 具有容錯能力l2、靈活性 考慮用戶的特點、能力、知識水平。 提供不同的系統(tǒng)響應(yīng)信息。 提供根據(jù)用戶需求制定和修改界面。l3、界面的復(fù)雜性與可靠性復(fù)雜性界面規(guī)模及組織的復(fù)雜程度。應(yīng)該愈簡單愈好。可靠性指無故障使用的時間間隔。用戶界面應(yīng)該能夠保證用戶正確、可靠地使用系統(tǒng)，及程序、數(shù)據(jù)的安全。

6、用戶界面應(yīng)具有的基本特性用戶界面應(yīng)具有的基本特性一般交互界面設(shè)計指南l保持界面格式的一致性l提供有意義的反饋信息l重要操作要確認：如新增0次確認、修改1次確認、刪除2次確認l為大部分操作提供“回退”(Undo)l減少兩次操作之間的記憶的信息量（自動補充缺省值）l提高操作效率：思考、對話、按鍵、光標(biāo)移動等效率l容許錯誤操作，出錯后不會對系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響l操作功能/動作分類，屏幕合理布局l提供操作的幫助設(shè)施l簡單易懂的命令名信息顯示界面設(shè)計指南l只顯示當(dāng)前工作相關(guān)的信息l以合適的形式顯示信息：圖形？圖表？清單？l以統(tǒng)一的風(fēng)格顯示信息：統(tǒng)一的標(biāo)記、標(biāo)準(zhǔn)的縮寫、預(yù)定的顏色、確定的位置等l提供可視化的顯

7、示環(huán)境l產(chǎn)生有意義的出錯信息l使用格式化的顯示板式：大小寫、縮進、文本分段等l使用窗口分隔不同類型信息l使用“模擬”顯示方式表示信息：數(shù)字儀表盤技術(shù)l合理高效地使用物理顯示屏數(shù)據(jù)輸入界面設(shè)計指南l盡量減少用戶的輸入動作，使按鍵最少，如對相同內(nèi)容輸入設(shè)置默認值、自動填入、列表選擇或點擊選擇等。l保持信息顯示和數(shù)據(jù)輸入一致性：視覺效果一致l容許用戶自定義輸入：為專家級用戶提供的機制l提供靈活的交互方式：鍵盤、鼠標(biāo)等，適應(yīng)不同用戶l休眠(disable)當(dāng)前動作語境中不用的命令l讓用戶控制交互流：靈活的操作順序和恢復(fù)機制l對所有輸入動作都提供幫助l消除冗余的輸入用戶界面設(shè)計的任務(wù)用戶界面設(shè)計的任務(wù)l

8、1、用戶特性分析 用戶模型 了解所有用戶的技能和經(jīng)驗，針對用戶能力設(shè)計或更改界面。從以下方面分析：用戶類型通常分為：外行型、初學(xué)型、熟練型、專家型。用戶特性度量與用戶使用模式和用戶群體能力有關(guān)。包括：用戶使用頻度、用戶用機能力、用戶的知識、思維能力等。l2、用戶界面的任務(wù)分析 任務(wù)模型（DFD圖）是對系統(tǒng)內(nèi)部活動的分解，不僅要進行功能分解（用DFD圖描述），還要包括與人相關(guān)的活動（人工操作）。每個加工即一個功能或任務(wù)。l3、確定用戶界面類型從用戶角度出發(fā)，用戶界面設(shè)計的類型主要有問題描述語言，數(shù)據(jù)表格、圖形與圖標(biāo)、菜單、對話框及窗口等。每一種類型都有不同的特點和性能。用戶界面的基本形式舉例用戶

9、界面的基本形式舉例l菜單程序中功能的選擇、數(shù)據(jù)的選擇l圖象將數(shù)據(jù)可視化地展示l圖表顯示統(tǒng)計數(shù)據(jù)、對比的數(shù)據(jù)l儀表盤動態(tài)變化的數(shù)據(jù)、仿真的數(shù)據(jù)l對話框初始數(shù)據(jù)、任意數(shù)據(jù)的輸入l窗口綜合界面，可包含數(shù)據(jù)輸入、信息顯示、功能選擇操作等。菜單（菜單（menu）正文菜單、圖標(biāo)菜單、正文和圖標(biāo)混合菜單，如：開始菜單固定位置、浮動位置（彈出）、下拉式、嵌入式圖象圖象圖表圖表l圖表主要形式：折線圖、直方圖、餅圖等l圖表的用途：顯示時間變化數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、對比數(shù)據(jù)等儀表盤儀表盤l仿真儀表面板，直觀、動態(tài)地顯示數(shù)據(jù)l適合于動態(tài)數(shù)據(jù)、性能參數(shù)、比較數(shù)據(jù)的顯示對話框?qū)υ捒虼翱冢ù翱冢╳indow）用戶界面實例用戶界面

10、實例6.3 過程設(shè)計的工具過程設(shè)計的工具l6.3.1 程序流程圖l6.3.2 盒圖（N-S圖）l6.3.3 問題分析圖（PAD圖）l6.3.4 判定表l6.3.5 判定樹l6.3.6 過程設(shè)計語言（PDL）6.3.1 程序流程圖程序流程圖l程序流程圖的作用程序流程圖(Progran flowchart)作為一種算法表達工具, 是人們對解決問題的方法、思路或算法的一種描述。國家標(biāo)準(zhǔn)GB1525-89：信息處理-數(shù)據(jù)流程圖,程序流程圖,系統(tǒng)流程圖,程序網(wǎng)絡(luò)圖和系統(tǒng)資源圖的文件編制符號及約定國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO5807-85 ：Information processing-Documentati

11、on symbols and comventions for data,program and system flowcharts,program network charts and system resources chartsl優(yōu)點采用簡單規(guī)范的符號，畫法簡單；結(jié)構(gòu)清晰，邏輯性強；便于描述，容易理解。 l缺點本質(zhì)上不是“自頂向下、逐步求精”的設(shè)計工具（容易引導(dǎo)過早關(guān)注細節(jié)）不是結(jié)構(gòu)化設(shè)計工具（流向線可以隨意連）程序流程圖的基本符號程序流程圖的基本符號l起始框l終止框l執(zhí)行框l判別框l流線程序流程圖的符號程序流程圖的符號程序流程圖的符號（續(xù)）程序流程圖的符號（續(xù)）l(a)判斷（菱形）只有一

12、個入口,但可以有一個或二個出口，在出口流線上注明判斷的條件(真、假)l(b)注解符（縱邊線和虛線構(gòu)成）用以標(biāo)識注解的內(nèi)容。l(c)特定處理（帶有雙縱邊線的矩形）表示已命名的特定處理.該處理為在另外地方已得到詳細說明,如子例行程序。l(d)多重選擇 （多出口菱形）只有一個入口,但可以有多個可供選擇的出口。在出口流線上注明滿足選擇條件的值。l(e)端點符（扁圓形）表示轉(zhuǎn)向外部環(huán)境或從外部環(huán)境轉(zhuǎn)入. 如程序流程的起始或結(jié)束,數(shù)據(jù)的外部使用起點或終點.l(f)準(zhǔn)備（六邊形符號）它表示修改一條指令或一組指令以影響隨后的活動.例如,設(shè)置開關(guān),初始化例行程序.l(g-h)循環(huán)界限（去角矩形）表示循環(huán)的開始和

13、循環(huán)的結(jié)束. 一對符號內(nèi)應(yīng)注明同一循環(huán)標(biāo)識符。程序流程圖的符號（續(xù)）程序流程圖的符號（續(xù)）l(i)虛線用于表明被注解的范圍或連接被注解部分與注解正文。.l(j)省略符（三點構(gòu)成）若流程圖中有些部分無需給出符號的具體形式和數(shù)量,可用省略符。l(k)并行方式（一對平行線）表示同步進行兩個或兩個以上并行方式的操作.。l(l)處理（矩形）表示各種處理功能.例如,執(zhí)行一個或一組特定的操作, 矩形內(nèi)可注明處理名。l(m)數(shù)據(jù)（平行四邊形）表示數(shù)據(jù),其中可注明數(shù)據(jù)名,來源,用途或其它的文字說明。l(n)連接符（圓形）用以表明轉(zhuǎn)向流程圖的它處,或從流程圖它處轉(zhuǎn)入.它是流線的斷點，在圓形內(nèi)注明斷編號（符號）。l

14、(o)連接符（錐形）用以表明轉(zhuǎn)向另一流程圖,或從另一流程圖轉(zhuǎn)入.它是流線圖的斷點，在錐形內(nèi)注明流程圖編號（名稱）。l(p).流線（箭頭直線）表示控制流的流向. 程序流程圖例程序流程圖例6.3.2 盒圖（盒圖（N-S圖）圖）l盒圖盒圖（N-S圖）是一種符合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計（SP）的圖形工具。其結(jié)構(gòu)化具有強制性。lN-S圖的基本結(jié)構(gòu)N-S圖僅含有圖的5種基本成分，它們分別表示SP方法的幾種標(biāo)準(zhǔn)控制結(jié)構(gòu)。lN-S圖的數(shù)據(jù)盒和模塊盒用NS圖作為詳細設(shè)計的描述手段時，常需用兩個盒子：數(shù)據(jù)盒和模塊盒。前者描述有關(guān)的數(shù)據(jù)，包括全程數(shù)據(jù)、局部數(shù)據(jù)和模塊界面上的參數(shù)等，后者描述執(zhí)行過程。lN-S圖的主要特點：每種

15、結(jié)構(gòu)的功能域明確不可能任意轉(zhuǎn)移（go to）控制很容易確定局部和全局數(shù)據(jù)作用域很容易表現(xiàn)結(jié)構(gòu)的嵌套關(guān)系和模塊的層次結(jié)構(gòu)簡單、易學(xué)易用lNS圖的缺點手工修改比較麻煩，這是有些人不用它的主要原因。NS圖基本結(jié)構(gòu)圖基本結(jié)構(gòu)N-S圖舉例圖舉例模塊的數(shù)據(jù)盒和過程盒模塊的數(shù)據(jù)盒和過程盒6.3.3 問題分析圖（問題分析圖（PAD圖）圖）lPADPAD（Problem Analysis Diagram，問題分析圖）是日立公司創(chuàng)立的一種采用二維（平面）、樹形結(jié)構(gòu)表示程序的控制結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法。PAD為多種高級程序設(shè)計語言（Fortran、Cobol、Pascal等）根據(jù)其語言結(jié)構(gòu)特點都設(shè)計了一套符號。lPA

16、D的優(yōu)點結(jié)構(gòu)化：采用結(jié)構(gòu)化的PAD設(shè)計出的程序必定是結(jié)構(gòu)化的。程序結(jié)構(gòu)清晰：垂直（豎線）方向表明了結(jié)構(gòu)的順序，水平方向（結(jié)構(gòu)）表明了結(jié)構(gòu)嵌套的層次及深度（豎線的數(shù)目）。程序邏輯清晰：很好地表現(xiàn)程序邏輯，易讀、易懂、易記。自上而下、從左向右執(zhí)行，可遍歷程序的所有節(jié)點（圖論中的“廣度優(yōu)先”遍歷）。易于轉(zhuǎn)換成高級程序設(shè)計語言的源程序：PAD規(guī)范，易于自動轉(zhuǎn)換，有利于提高軟件可靠性和生產(chǎn)率。表達能力強：既可容易地表達程序邏輯，也可表達數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。支持“自頂向下、逐步求精”的設(shè)計方法：在上層進行抽象，使用“def”符號在下層逐步細化。lPAD的不足水平嵌套層次太深時，表達顯得有點凌亂。PAD圖的基本控制結(jié)

17、構(gòu)圖的基本控制結(jié)構(gòu)(a)順序結(jié)構(gòu)(b)選擇結(jié)構(gòu)(c)多分枝選族結(jié)構(gòu)(d)前置條件循環(huán)結(jié)構(gòu)(e)后置條件循環(huán)結(jié)構(gòu)(f)語句標(biāo)號(g)定義PAD使用使用“def”逐步求精示例逐步求精示例PAD應(yīng)用示例應(yīng)用示例6.3.4 判定表判定表l判定表表達復(fù)雜的條件組合與需執(zhí)行的動作之間的對應(yīng)關(guān)系的一種關(guān)系表。l判定表由四部分組成：基本條件條件組合矩陣 （規(guī)則，或條件表達式）基本動作動作組合矩陣（條件組合對應(yīng)要執(zhí)行的動作）l判定表特點可準(zhǔn)確地表達“規(guī)則-操作”條件表達式（規(guī)則）可簡化只適用于此，作為其他設(shè)計工具的補充C1C1C2C2CmCmA1A1A2A2AmAm判定表：示例判定表：示例1l假設(shè)某航空公司規(guī)定

18、，乘客可以免費托運重量不超過30kg的行李。l當(dāng)行李重量超過30kg時， 對頭等艙的國內(nèi)乘客超重部分每公斤收費4元， 對其他艙的國內(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。 判定表：示例判定表：示例2l假設(shè)某大學(xué)要從學(xué)生中挑選男子籃球隊隊員，基本條件是： 各門課程的平均分在70分以上， 身高超過180米，體重超過75千克。 l需要從學(xué)生登記表中挑選出符合上述條件的男同學(xué)，并列出他們的姓名和住址，以便進一步選拔。 6.3.5 判定樹判定樹l判定樹用樹型結(jié)構(gòu)表示條件組合與應(yīng)做的動作之間的關(guān)系。是判定表的變種。l判定樹

19、的特點與判定表相比，能更清晰地表達復(fù)雜的條件組合關(guān)系。形式簡單，易于使用，易于理解所表達的條件-動作關(guān)系的含義。判定樹例判定樹例6.3.6 過程設(shè)計語言（過程設(shè)計語言（PDL）lPDL（Procedure Design Language）過程設(shè)計語言PDL也稱為“偽碼”或“偽語言”，是一種介于自然語言和程序設(shè)計語言之間的軟件設(shè)計語言。 PDL是非形式化比較靈活結(jié)構(gòu)化的語言，用于描述模塊內(nèi)部過程的具體算法，以便在開發(fā)人員之間比較精確的進行交流。lPDL的語法PDL的語法是開放式的，其外層語法是確定的，采用類似于一般程序設(shè)計語言控制結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵字。為了區(qū)別關(guān)鍵字，關(guān)鍵字一律大寫，其它單詞一律小寫。而

20、內(nèi)層語法則不確定，一般使用自然語言（或半形式化語言）來描述處理特性。內(nèi)語法比較靈活，只要寫清楚就可以，不必考慮語法錯，以利于人們可把主要精力放在描述算法的邏輯上。這種語法一般稱為“類-程序設(shè)計語言”，如Like-C，Like-JAVA，Like-Pascal等。PDL特點、優(yōu)點和缺點特點、優(yōu)點和缺點lPDL特點結(jié)構(gòu)描述：固定的關(guān)鍵字詞法；固定的程序結(jié)構(gòu)語法；結(jié)構(gòu)化的控制結(jié)構(gòu)；模塊化。處理描述：采用自然語言或半形式化語言描述操作、處理。數(shù)據(jù)描述：規(guī)范的數(shù)據(jù)說明（定義），包括簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如標(biāo)量、數(shù)組）和復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義（如記錄、鏈表）。lPDL優(yōu)點PDL程序易于編寫和編輯，使設(shè)計人員關(guān)注程序的

21、邏輯而不是程序的語法。PDL程序轉(zhuǎn)化成程序設(shè)計語言程序時，可用作很好的注釋，提高了程序的可讀性、可維護性。存在將PDL轉(zhuǎn)化成程序代碼的自動化工具。lPDL缺點描述有些算法不如圖形化工具形象直觀。 描述復(fù)雜的條件組合與動作間的對應(yīng)關(guān)系時，不如判定表清晰簡單。PDL控制結(jié)構(gòu)語法例控制結(jié)構(gòu)語法例 順序結(jié)構(gòu)p1; P2; pn示例示例: 拼詞檢查程序拼詞檢查程序PROCEDURE spellcheckBEGIN -* split document into single words LOOP get next word add word to word list in sortorder EXIT W

22、HEN all words processed END LOOP -* look up words in dictionary LOOP get word from word list IF word not in dictionary THEN -* display words not in dictionary display word prompt on user terminal IF user response says word OK THEN add word to good word list ELSE add word to bad word list ENDIF ENDIF

23、 EXIT WHEN all words processedEND LOOP-* create a new words dictionary dictionary :merge dictionary and good word listEND spellcheck6.4 HIPO法法lHIPO HIPO法法(Hierarchy plus Input-Process-Output) 即按即按功能層次的結(jié)構(gòu)分析法，是功能層次的結(jié)構(gòu)分析法，是1976年由年由 IBM 公司推出的軟公司推出的軟件分析及設(shè)計方法，又稱件分析及設(shè)計方法，又稱HIPO圖。圖。l基本思想結(jié)構(gòu)化方法是以數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)封閉性準(zhǔn)則來分

24、解的，結(jié)構(gòu)化方法是以數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)封閉性準(zhǔn)則來分解的，HIPO法則是以功能、功能完備性準(zhǔn)則逐層分解的。法則是以功能、功能完備性準(zhǔn)則逐層分解的。層次圖 (H圖)l層次圖 (H圖) 表明各個功能的隸屬關(guān)系。它是自頂向下逐層分解得到的。最高一層是整個系統(tǒng)的名稱和系統(tǒng)的概括功能說明；最高一層是整個系統(tǒng)的名稱和系統(tǒng)的概括功能說明；第二層把系統(tǒng)功能展開，分成幾個框；第二層把系統(tǒng)功能展開，分成幾個框；第二層功能進一步分解，就得到了第三層、第四層，第二層功能進一步分解，就得到了第三層、第四層，直到最后一層。直到最后一層。每個框內(nèi)都應(yīng)有一個名字，用以標(biāo)識它的功能。還應(yīng)有每個框內(nèi)都應(yīng)有一個名字，用以標(biāo)識它的功能。還

25、應(yīng)有一個編號，以記錄它所在的層次及在該層次的位置。一個編號，以記錄它所在的層次及在該層次的位置。IPO圖lIPO圖為層次圖中每一功能框詳細地指明輸入(I)、處理(P)及輸出(O)。l通常，IPO圖有固定格式，處理操作部分總是列在中間，輸入和輸出部分分別在其左邊和右邊。l由于某些細節(jié)很難在一張IPO圖中表達清楚，常常把IPO圖又分為兩部分：概括的稱為概括的稱為概要圖概要圖（overview diagram）具體的稱為具體的稱為詳細圖詳細圖（detail diagram）。）。概要概要IPO圖圖 vs 詳細詳細IPO 圖圖l概要IPO圖用于表達對一個系統(tǒng)，或?qū)ζ渲心骋蛔酉到y(tǒng)功能的概略用于表達對一個

26、系統(tǒng)，或?qū)ζ渲心骋蛔酉到y(tǒng)功能的概略表達，指明完成某一功能框規(guī)定的功能時需要表達，指明完成某一功能框規(guī)定的功能時需要哪些輸入哪些輸入，哪些操作哪些操作和和哪些輸出哪些輸出。概要概要IPO在總體設(shè)計中處理。在總體設(shè)計中處理。l詳細IPO 圖詳細表明輸入、處理、輸出三者之間的關(guān)系。詳細表明輸入、處理、輸出三者之間的關(guān)系。輸入和輸輸入和輸出應(yīng)是確定的文件和記錄，或是文件和記錄中的字段，出應(yīng)是確定的文件和記錄，或是文件和記錄中的字段，以及具體介質(zhì)和設(shè)備類型，處理框中的操作也應(yīng)是具體以及具體介質(zhì)和設(shè)備類型，處理框中的操作也應(yīng)是具體的而不是含糊的，調(diào)用子程序時應(yīng)標(biāo)明子程序名。的而不是含糊的，調(diào)用子程序時應(yīng)標(biāo)

27、明子程序名。 詳細詳細IPO在詳細設(shè)計中處理。在詳細設(shè)計中處理。層次圖 (H圖)l層次圖 (H圖) 表明各個功能的隸屬關(guān)系。它是自頂向下逐層分解得到的。最高一層是整個系統(tǒng)的名稱和系統(tǒng)的概括功能說明；最高一層是整個系統(tǒng)的名稱和系統(tǒng)的概括功能說明；第二層把系統(tǒng)功能展開，分成幾個框；第二層把系統(tǒng)功能展開，分成幾個框；第二層功能進一步分解，就得到了第三層、第四層，第二層功能進一步分解，就得到了第三層、第四層，直到最后一層。直到最后一層。每個框內(nèi)都應(yīng)有一個名字，用以標(biāo)識它的功能。還應(yīng)有每個框內(nèi)都應(yīng)有一個名字，用以標(biāo)識它的功能。還應(yīng)有一個編號，以記錄它所在的層次及在該層次的位置。一個編號，以記錄它所在的層

28、次及在該層次的位置。例：盤存例：盤存/銷售系統(tǒng)的層次圖銷售系統(tǒng)的層次圖l根據(jù)需求分析，系統(tǒng)應(yīng)具備有以下功能：l1）計算買主訂單 2）準(zhǔn)備銷售報表 3）產(chǎn)生買主文件和應(yīng)收帳發(fā)票l4）運行更新的盤存文件 5）產(chǎn)生托運單和包裝單 6）保證庫存及時訂貨編號說 明 1.0.0 銷售/盤存處理框圖1.1.0 顧客訂單檢查, 核對顧客賒欠金額, 產(chǎn)生銷售報表1.1.1 用工作文件的盤存項目號, 對顧客訂單進行核對和排序1.1.2 以地區(qū)和人員為單位, 編制銷售報表, 計算銷售傭金1.1.3 檢驗顧客賒欠金額, 計算折扣, 確定支付項目1.2.0 處理顧客盤存管理報表, 顧客付款收帳, 處理發(fā)貨、包裝、托運例

29、：盤存例：盤存/銷售系統(tǒng)的層次圖說明銷售系統(tǒng)的層次圖說明對應(yīng)H圖上框的概要IPO圖 對應(yīng)于對應(yīng)于H圖框的詳細圖框的詳細IPO圖圖HIPO法的特點法的特點l優(yōu)點：簡單易行，資料易于查找，不僅適于信息軟件的開發(fā)，也可用于邏輯關(guān)系較復(fù)雜的應(yīng)用軟件l缺點：無驗證功能，功能完備性很難驗證。未能反映系統(tǒng)性能要求。資料量大，不宜規(guī)模大的系統(tǒng)。6.4 面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法(Jackson方法方法)l6.4.1 Jackson圖l6.4.2 改進的Jackson圖l6.4.3 Jackson方法JSD系統(tǒng)方法簡介系統(tǒng)方法簡介lJackson系統(tǒng)開發(fā)（JSD）方法是一種典型的面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的

30、分析與設(shè)計方法。其分析的重點放在構(gòu)造與系統(tǒng)相關(guān)的現(xiàn)實世界，并建立現(xiàn)實世界的信息域的模型上。其最終目標(biāo)是生產(chǎn)軟件的過程性描述。l前面介紹的結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法是一種面向數(shù)據(jù)流的開發(fā)方法，而Jackson系統(tǒng)開發(fā)方法則是面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的開發(fā)方法。其基本思想實現(xiàn)建立輸入輸出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再將其轉(zhuǎn)換為軟件結(jié)構(gòu)。lJackson方法由英國的M. Jackson提出，該方法特別適合于數(shù)據(jù)處理類問題。如企事業(yè)管理一類的軟件系統(tǒng)。6.4.1 Jackson圖圖l數(shù)據(jù)元素彼此間的基本邏輯關(guān)系只有順序、選擇和重復(fù)3類，因此，邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也只有這3類。l1. 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

31、序出現(xiàn)一次。l2. 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。 l3. 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圖的三種結(jié)構(gòu)圖的三種結(jié)構(gòu)6.4.2 改進的改進的Jackson圖圖l上一小節(jié)介紹的Jackson圖的缺點是： 表示選擇或重復(fù)結(jié)構(gòu)時，選擇條件或循環(huán)結(jié)束條件不能直接在圖上表示出來；框間連線為斜線，層次結(jié)構(gòu)不嚴(yán)謹。（舊理由：不易在行式打印機上輸出。） l改進Jackson圖 上、下層之間的連線改成組織結(jié)構(gòu)層次連線。在重復(fù)結(jié)構(gòu)的連線上標(biāo)注循環(huán)條件。在選擇結(jié)構(gòu)的連線上標(biāo)注選擇條件。增

32、加單分支選擇結(jié)構(gòu)，即在無操作的選擇臂上使用“無關(guān)”結(jié)點框。6.4.2 改進的改進的Jackson圖圖l(a)順序結(jié)構(gòu)l(b)多重選擇結(jié)構(gòu)，帶選擇條件l(c)單臂選擇結(jié)構(gòu)，帶選擇條件l(d)重復(fù)結(jié)構(gòu)，帶重復(fù)選擇條件Jackson圖和軟件結(jié)構(gòu)層次圖不同圖和軟件結(jié)構(gòu)層次圖不同lJackson圖和描繪軟件結(jié)構(gòu)的層次圖形式類似，但是含義卻很不相同。l方框中內(nèi)容不同層次圖中的一個方框通常代表一個模塊； Jackson圖的一個方框只代表幾個語句。 l上下方框之間的關(guān)系不同 層次圖表現(xiàn)的是調(diào)用關(guān)系，通常一個模塊除了調(diào)用下級模塊外，還完成其他操作；Jackson圖表現(xiàn)的是組成關(guān)系，一個方框中包括的操作僅僅由它下

33、層框中的那些操作組成。6.4.3 Jackson方法方法lJACKSON方法SD法是一種面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法，JACKSON方法是一種面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。強調(diào)程序結(jié)構(gòu)與問題結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。lJACKSON方法的構(gòu)成JACKSON方法由JSP（Jackson Structured Programming)和JSD(Jackson System Development)方法構(gòu)成。JSP法主要體現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不嚴(yán)格區(qū)分軟件概要設(shè)計和詳細設(shè)計。可以根據(jù)JSP的規(guī)則直接導(dǎo)出程序結(jié)構(gòu)。一般用于規(guī)模不大的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，而且I/O數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)容易描述的情況。JSD法是對JSP法的擴充，針對JSP法的缺陷而提出

34、的解決方案。其主要特點是：用“分而治之”的策略控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，解決I/O結(jié)構(gòu)的沖突問題。JSD方法的步驟如下方法的步驟如下l1、實體動作分析l2、實體結(jié)構(gòu)分析l3、定義初始模型l4、功能描述：詳細說明與已定義的動作相對應(yīng)的功能。l5、絕對系統(tǒng)時間特性：對進程調(diào)度特性進行評價和說明。l6、實現(xiàn)：設(shè)計組成系統(tǒng)的硬件和軟件。lJSD方法的前三步屬于需求分析階段，后三步屬于軟件設(shè)計階段。 例：文本輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的例：文本輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖圖例：描繪統(tǒng)計空格程序結(jié)構(gòu)的例：描繪統(tǒng)計空格程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖圖把操作和條件分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適把操作和條件分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置當(dāng)位

35、置實體結(jié)構(gòu)分析實體結(jié)構(gòu)分析JACKSON方法的設(shè)計過程方法的設(shè)計過程例：合并文件例：合并文件l考慮輸入和輸出之間的對應(yīng)關(guān)系：輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)容、數(shù)量、次序上是對應(yīng)的。1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2、設(shè)計程序圖回溯結(jié)構(gòu)設(shè)計回溯結(jié)構(gòu)設(shè)計l 以上回溯結(jié)構(gòu)由三種構(gòu)件組成：、Posit（假定）：用于表示條件成立時的處理過程，進入Posit構(gòu)件時程序狀態(tài)就被保存起來。2、Quit（退出）：當(dāng)假定調(diào)解不成立，控制轉(zhuǎn)向另一認可。3、Admit (認可）：Admit構(gòu)件提供了另一條處理路徑，在Admit的入口處程序無條件恢復(fù)到原有狀態(tài)。JACKSON方法的優(yōu)點和缺點方法的優(yōu)點和缺點l優(yōu)點：結(jié)構(gòu)清晰、易理解、易修改。不會過

36、多依賴于設(shè)計者的經(jīng)驗。l缺點：當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模及復(fù)雜度大時，確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)困難。6.4 程序復(fù)雜程度的定量度量l程序的復(fù)雜程度定量度量的意義：把程序的復(fù)雜程度乘以適當(dāng)常數(shù)即可估算出軟件中錯誤的數(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)模的精確限度。 l介紹定量度量的二個著名方法6.4.1 McCabe方法6.4.2 Halstead方法McCabe和Halstead在70年代中期提出的度量方法是非常著名的度量方法，直到今天還被激烈討論。McCabe根據(jù)圖論定義了 “循環(huán)數(shù)”來得到一種軟件復(fù)雜性度量方法，即著名的McC

37、abe循環(huán)復(fù)雜度（Cyclomatic Complexity ）。Halstead度是基于程序源代碼。Halstead指出估計工作量，或者程序員工作時間，可以用運算符，運算元或語法數(shù)的函數(shù)來表示。6.4.1 McCabe方法方法lMcCabe方法概要McCabe方法根據(jù)程序控制流的復(fù)雜程度定量地度量程序的復(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”。l主要內(nèi)容流圖概念及變換計算環(huán)形復(fù)雜度的方法環(huán)形復(fù)雜度的用途1.流圖流圖l流圖“流圖”是McCabe方法所基于的表示程序控制流的一種圖，也稱為“程序圖”。 流圖是退化的程度流程圖，僅僅描述了程序的“控制流”,完全不表示程序中的具體操作和分支或

38、循環(huán)的具體判定條件。l流圖的構(gòu)成結(jié)點：l流圖中的圓點，表示一個元判定（最簡單的條件），程序中連續(xù)的操作和接著的一個判定可映射成一個結(jié)點。邊：l流圖中的箭頭線，表示控制流，每條比邊必須終止于某個結(jié)點。區(qū)域：l由流圖的邊所圍成的封閉區(qū)域，所有區(qū)域以外的開區(qū)域（這樣的區(qū)域只有一個）也是流圖的一個區(qū)域。程序流程圖映射成流圖程序流程圖映射成流圖l從程序（或程序段）的入口開始，按程序流程順序處理；l每個判定設(shè)置一個結(jié)點（如圖1、3、6）；l將兩個判定之間的所有連續(xù)操作忽略不計，或合并到后續(xù)的第一個判定結(jié)點（如圖2&3）；l后續(xù)沒有判定的操作（或連續(xù)操作合并）各設(shè)置一個結(jié)點（如圖7、8、4&5）；l每個結(jié)構(gòu)

39、的出口匯合點各設(shè)置一個結(jié)點（如圖9、10）；l按照程序流程圖的邏輯關(guān)系用邊（箭頭線）連接起來。PDL翻譯成流圖翻譯成流圖包含復(fù)合條件的的流圖包含復(fù)合條件的的流圖l復(fù)合條件指含有布爾運算符的條件：and、or、nand、nor等l復(fù)合條件的變換當(dāng)程序中包含復(fù)合條件時，將其拆分成若干個簡單條件（元條件），每個簡單條件對應(yīng)一個結(jié)點（如圖a、b）。同一個復(fù)合條件中簡單條件結(jié)點串聯(lián)起來，且連接到同一操作結(jié)點。2.計算環(huán)形復(fù)雜度的方法計算環(huán)形復(fù)雜度的方法l可采用下面任何一種方法“流圖G的環(huán)形復(fù)雜度”:使用區(qū)域數(shù)計算lV(G) = D l其中D為區(qū)域數(shù)使用邊與結(jié)點數(shù)計算：lV(G)=E-N+2l其中：E為邊

40、數(shù)，N為結(jié)點數(shù)使用判定結(jié)點數(shù)計算：lV(G)=P+1l其中：p為判定結(jié)點數(shù)l例：如圖4個區(qū)域:R1,R2,R3,R4V(G)=E-N+2=11-9+2=4V(G)=P+1=3+1=43.環(huán)形復(fù)雜度的用途環(huán)形復(fù)雜度的用途l預(yù)測程序的復(fù)雜度程序的“環(huán)形復(fù)雜度”取決于程序控制流的復(fù)雜程度，即反映了程序控制結(jié)構(gòu)（選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)）的復(fù)雜程度（選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)多少和條件的復(fù)雜程度） 。因此，環(huán)形復(fù)雜度可用于預(yù)測程序的測試難度和預(yù)測軟件可靠性。l幫助控制程序模塊的規(guī)模V(G)高的程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于實現(xiàn)，容易出錯。因此，環(huán)形復(fù)雜度V(G)可用于幫組控制模塊規(guī)模，參考的模塊規(guī)模為V(G)10 。6.4.2

41、 Halstead方法方法lHalstead方法概要根據(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。l程序的總長度N的定義令lN1程序中運算符出現(xiàn)的總次數(shù)lN2程序中操作數(shù)出現(xiàn)的總次數(shù)則程序的總長度N定義為lN=N1+N2l程序的總長度H的預(yù)測令ln1 程序中不同運算符（包括關(guān)鍵字）出現(xiàn)的總次數(shù)ln2 程序中不同操作數(shù)（包括變量和常量）出現(xiàn)的總次數(shù)則程序的預(yù)測總長度H為lH=n1 log2 n1 + n2 long2 n2l程序中錯誤數(shù)E的預(yù)測E=N log2（n1 + n2 ）/ 3000Halstead方法的評價方法的評價l可操作性強Halstead度量方法以程序中出現(xiàn)的操作符(Ope

42、rator)和操作數(shù)(Operand)為計數(shù)對象，以它們的出現(xiàn)次數(shù)作為計數(shù)目標(biāo)來測算程序容量和工作量。 該方法可操作性強，易于使用、易于計算。l應(yīng)用性強（軟件規(guī)模、開發(fā)、測試、錯誤度量）Halstead度量方法不僅僅度量了程序長度，還描述了程序的最小實現(xiàn)和實際實現(xiàn)之間的關(guān)系，并據(jù)此闡釋程序語言的等級高低。還可預(yù)測程序中的錯誤數(shù)。l計算結(jié)果與實測貼近根據(jù)試驗統(tǒng)計， Halstead度量方法的計算結(jié)果（程序長度、錯誤數(shù)）與實際非常接近！小結(jié)小結(jié)l詳細設(shè)計的關(guān)鍵任務(wù)在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，進一步確定軟件怎樣具體實現(xiàn)。主要任務(wù)包括人機界面設(shè)計、模塊過程設(shè)計。l人機界面設(shè)計（指導(dǎo)原則）重視4個人機界面設(shè)計問

43、題：系統(tǒng)響應(yīng)時間、用戶幫助設(shè)施、出錯信息處理、命令交互方式。領(lǐng)會3類人機界面設(shè)計指南：一般交互、信息顯示、數(shù)據(jù)輸入。l過程設(shè)計（工具）掌握結(jié)構(gòu)化設(shè)計工具（圖形、表格、語言）：程序流程圖、盒圖、PAD圖、判定表、判定樹、PDL、Jackson方法。l程序復(fù)雜性度量（方法）McCabe方法：基于程序流中“循環(huán)數(shù)”的環(huán)形復(fù)雜度。Halstead方法：基于程序中運算符和運算數(shù)的程序長度。習(xí)題習(xí)題6l1. 假設(shè)只有SEQUENCE和DO-WHILE兩種控制結(jié)構(gòu)，怎樣利用它們完成IF-THEN-ELSE操作?l2. 假設(shè)只允許使用SEQUENCE和IF-THEN-ELSE兩種控制結(jié)構(gòu)，怎樣利用它們完成DO

44、-WHILE操作?l3. 畫出下列偽碼程序的程序流程圖和盒圖：習(xí)題習(xí)題6（續(xù)）（續(xù)）l4. 圖給出的程序流程圖代表一個非結(jié)構(gòu)化的程序，問：l(1) 為什么說它是非結(jié)構(gòu)化的?l(2) 設(shè)計一個等價的結(jié)構(gòu)化程序。l(3) 在(2)題的設(shè)計中使用附加的標(biāo)志變量flag了嗎?若沒用，再設(shè)計一個使用flag的程序；若用了，再設(shè)計一個不用flag的程序。習(xí)題習(xí)題6（續(xù)）（續(xù)）l5. 研究下圖所示的偽碼程序， 要求：l(1) 畫出程序流程圖。l(2) 程序是結(jié)構(gòu)化的嗎?說明理由。l(3) 若程序是非結(jié)構(gòu)化的，設(shè)計一個等價的結(jié)構(gòu)化程序并畫出程序流程圖。l(4) 此程序的功能是什么?它完成預(yù)定功能有什么隱含的前

45、提條件嗎?習(xí)題習(xí)題6（續(xù)）（續(xù)）l6. 用Ashcroft_Manna技術(shù)可以將非結(jié)構(gòu)化的程序轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化程序，圖是一個轉(zhuǎn)換的例子。l(a) 非結(jié)構(gòu)化設(shè)計； (b) 轉(zhuǎn)換成的等價的結(jié)構(gòu)化設(shè)計l(1) 能否從這個例子總結(jié)出Ashcroft-Manna技術(shù)的一些基本方法?l(2) 進一步簡化圖6.19(b)給出的結(jié)構(gòu)化設(shè)計。習(xí)題習(xí)題6（續(xù)）（續(xù)）l7. 某交易所規(guī)定給經(jīng)紀(jì)人的手續(xù)費計算方法如下：總手續(xù)費等于基本手續(xù)費加上與交易l中的每股價格和股數(shù)有關(guān)的附加手續(xù)費。如果交易總金額少于1000元，則基本手續(xù)費為交l易金額的8.4%；如果交易總金額在1000元到10000元之間，則基本手續(xù)費為交易金額的

46、l5%，再加34元；如果交易總金額超過10000元，則基本手續(xù)費為交易金額的4%加上134元。l當(dāng)每股售價低于14元時，附加手續(xù)費為基本手續(xù)費的5%，除非買進、賣出的股數(shù)不是100的倍數(shù)，在這種情況下附加手續(xù)費為基本手續(xù)費的9%。當(dāng)每股售價在14元到25元之間時，附加手續(xù)費為基本手續(xù)費的2%，除非交易的股數(shù)不是100的倍數(shù)，在這種情況下附加手續(xù)費為基本手續(xù)費的6%。當(dāng)每股售價超過25元時，如果交易的股數(shù)零散(即，不是100的倍數(shù))，則附加手續(xù)費為基本手續(xù)費的4%,否則附加手續(xù)費為基本手續(xù)費的1%。l要求：l(1) 用判定表表示手續(xù)費的計算方法。l(2) 用判定樹表示手續(xù)費的計算方法。習(xí)題習(xí)題6（續(xù)）（續(xù)）l8. 畫出下列偽碼程序的流圖，計算它的環(huán)形復(fù)雜度。這個程序的邏輯有什么問題嗎?習(xí)題習(xí)題6（續(xù)）（續(xù)）l9. 把統(tǒng)計空格程序的Jackson圖(圖6.13)改畫為等價的程序流程圖和盒圖。習(xí)題習(xí)題6（續(xù)）（續(xù)）l10. 人機對話由操作員信息和系統(tǒng)信息交替組成。假設(shè)一段對話總是由操作員信息開始，以系統(tǒng)信息結(jié)束，用Jackson圖描繪這樣的人機對話過程。