軟件工程詳細(xì)設(shè)計

第六章詳細(xì)設(shè)計

6.1結(jié)構(gòu)程序設(shè)計6.2人機界面設(shè)計6.3過程設(shè)計的工具6.4面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法6.5程序復(fù)雜程度的定量度量6.6小結(jié)1、詳細(xì)設(shè)計介紹詳細(xì)設(shè)計的根本目標(biāo)是：確定應(yīng)該怎樣具體地實現(xiàn)所要求的系統(tǒng)。經(jīng)過這個階段的設(shè)計工作，應(yīng)該得出對目標(biāo)系統(tǒng)的精確描述，從而在編碼階段可以把這個描述直接翻譯成用某種程序設(shè)計語言書寫的程序。詳細(xì)設(shè)計基本任務(wù)主要確定每個模塊具體執(zhí)行過程，有：為每個模塊進行詳細(xì)的算法設(shè)計。為模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。對數(shù)據(jù)庫進行物理設(shè)計。其他設(shè)計，如：代碼設(shè)計、輸入／輸出格式設(shè)計、人機對話設(shè)計。編寫詳細(xì)設(shè)計說明書。評審6.1結(jié)構(gòu)程序設(shè)計（SP)一、什么是結(jié)構(gòu)化程序？最早由E.W.Dijkstra

在60年代中期提出。經(jīng)典定義：如果一個程序的代碼塊僅僅通過順序、選擇和循環(huán)這3種基本控制結(jié)構(gòu)進行連接，而且每個代碼塊只有一個入口和一個出口，則稱這個程序是結(jié)構(gòu)化的。比較全面的定義：結(jié)構(gòu)程序設(shè)計是盡可能少用GOTO語句的程序設(shè)計方法，最好僅僅在檢測出錯誤時才使用GOTO語句，而且應(yīng)該總是使用前向的GOTO語句。二、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(SP)主要原則

(1)使用語言中的順序、選擇、重復(fù)等有限的基本控制結(jié)構(gòu)表示程序邏輯。

(2)選用的控制結(jié)構(gòu)只準(zhǔn)許有一個入口和一個出口。(3)復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)該用基本控制結(jié)構(gòu)進行組合嵌套來實現(xiàn)。(4)嚴(yán)格控制GOTO語句，僅在下列情形才可使用：用一個非結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計語言去實現(xiàn)一個結(jié)構(gòu)化的構(gòu)造。在某種可以改善而不是損害程序可讀性的情況下。三、五種基本的結(jié)構(gòu)化控制結(jié)構(gòu)（程序流程圖表示)6.2入機界面設(shè)計人機界面通常也稱為用戶界面用戶界面友好性屬軟件性特性，獨立于所有具體功能用戶界面是否友好很大程度由人的主觀因素決定。問：請說說你心目中友好的界面是怎樣的？用戶界面應(yīng)具備的特性可使用性如：使用簡單、界面中所用術(shù)語應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化，并保持一致性；擁有Help

功能；較快的系統(tǒng)響應(yīng)速度和較低的系統(tǒng)開銷；具有容錯能力。靈活性能滿足不同用戶的要求；可以制定和修改界面方式；能提供各類的系統(tǒng)響應(yīng)信息，如反饋、提示、幫助、報錯等；與其他軟件系統(tǒng)應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)的界面。復(fù)雜性在完成預(yù)定功能的前提下，用戶界面越簡單越好?？煽啃杂脩艚缑婺鼙ＷC用戶正確、可靠地使用系統(tǒng)，保證有關(guān)程序和數(shù)據(jù)的安全性。6.2.1設(shè)計問題在設(shè)計人機界面過程中，幾乎總會遇到以下4個問題：①系統(tǒng)響應(yīng)時間②用戶幫助信息③出錯信息處理④命令交互①系統(tǒng)響應(yīng)時間系統(tǒng)響應(yīng)時間指從用戶完成某個控制動作到軟件給出預(yù)期的響應(yīng)之間的這段時間。有兩個重要屬性：長度：響應(yīng)時間的長短；易變性：響應(yīng)時間相對于平均響應(yīng)時間的偏差。②用戶幫助信息具體設(shè)計幫助信息時，應(yīng)該解決以下問題：在用戶與系統(tǒng)交互期間，是否在任何時候都能獲得關(guān)于系統(tǒng)任何功能的幫助信息？（全部或部分）用戶怎樣請求幫助？（幫助菜單、功能鍵、Help命令）怎樣顯示幫助信息？（獨立窗口、某個參考文檔、屏幕固定位置顯示簡短提示）用戶怎樣返回正常的交互方式？（返回按鈕、功能鍵）怎樣組織幫助信息?（通過關(guān)鍵字訪問、層次結(jié)構(gòu)、超文本結(jié)構(gòu)）③出錯信息處理出錯信息或警告信息應(yīng)具有的屬性：是用戶可以理解的術(shù)語應(yīng)該提高有助于從錯誤中恢復(fù)的建設(shè)性意見信息應(yīng)該指出錯誤可能導(dǎo)致哪些負(fù)面后果（如破壞數(shù)據(jù)文件）等信息應(yīng)該伴隨視覺聽覺上的提示，如警告聲等信息不能帶有指責(zé)色彩④命令交互多數(shù)情況，用戶應(yīng)該既可以從菜單中選擇命令，也可以通過鍵盤輸入命令。提供命令交互應(yīng)考慮的問題：是否每個菜單選項都有對應(yīng)的命令？采用何種命令形式？（控制序列，如ctrl＋…；功能鍵；鍵入命令）學(xué)習(xí)和記憶命令的難度多大？忘了怎么辦？用戶是否可以定制或縮寫命令？6.2.3設(shè)計過程用戶界面設(shè)計是一個迭代的過程，包括以下步驟：6.2.3人機界面設(shè)計指南界面分類一、一般交互界面二、信息顯示界面三、數(shù)據(jù)輸入界面一、一般交互界面1、基本設(shè)計指南保持一致性；提供有意義的反饋和幫助信息；執(zhí)行較大破壞性動作之前要求用戶確認(rèn)；允許犯錯誤，允許中斷或撤銷絕大多數(shù)操作；

減少兩次操作之間必須記憶的信息量；按功能對動作分類，并據(jù)此設(shè)計屏幕布局用簡單動詞或短語作為命令名2、交互界面的基本類型①菜單界面②對話③其他①菜單界面按顯示形象分類：正文菜單、圖標(biāo)菜單、正文圖標(biāo)混合菜單。按屏幕位置和操作風(fēng)格分類固定、浮動、下拉式、嵌入式②對話框?qū)υ捫问奖仨毣卮鹗?、無需回答式、警告式對話實現(xiàn)方式標(biāo)準(zhǔn)對話、定做式對話③其他圖像窗口二、信息顯示界面1、界面顯示的基本元素①數(shù)據(jù)②字符③圖形④報告2、基本設(shè)計指南可用多種不同方式顯示信息。如用圖形表示數(shù)據(jù)只顯示與當(dāng)前工作內(nèi)容有關(guān)的信息使用一致的標(biāo)記、縮寫和可預(yù)知的顏色。使用窗口分隔不同類型的信息使用模擬方式表示信息。界面舉例網(wǎng)上紅心大戰(zhàn)三、數(shù)據(jù)輸入界面1、基本設(shè)計指南盡量減少用戶輸入的動作保持信息顯示和數(shù)據(jù)輸入的一致性允許用戶自定義輸人，如鍵盤輸入或鼠標(biāo)輸入當(dāng)前動作語境中，不適用的命令不起作用。讓用戶控制交互流，如用戶能跳過不必要的動作消除冗余的輸入界面舉例MSN界面舉例顏色使用指南：

一個窗口中不應(yīng)該出現(xiàn)5種以上不同色系的顏色。一般的，盡量少用不同的顏色總是好的。如果一個圖表中僅包含幾種顏色，背景應(yīng)該選用其中一種顏色的補色：如果一幅圖中包含許多顏色，背景應(yīng)該選用一種中性的顏色，如灰色。如果兩個相鄰的顏色不是特別和諧，可以用細(xì)的黑色邊框?qū)⑺鼈兎珠_。背景和字體顏色應(yīng)選用對比度強的顏色。顏色的應(yīng)用要適度，裝飾性的使用服從功能性的使用。區(qū)域的顏色實際上能夠影響他的觀察尺寸。使用高飽和度(亮)顏色的大區(qū)域是不明智的。紅色和藍色具有最強的深度不一致的效果，紅色看起來近，藍色看起來遠(yuǎn)。6.3過程設(shè)計的工具(1)圖形工具程序流程圖(FC)盒圖（NS)問題分析圖(PAD)(2)表格工具判定表判定樹(3)語言工具過程設(shè)計語言（PDL)6.3.1程序流程圖(FC)又稱程序框圖。以圖形方式說明系統(tǒng)中的控制流，是歷史最悠久、使用最廣泛的一種描述程序邏輯結(jié)構(gòu)的工具。優(yōu)點：直觀清晰、易于使用，是普遍采用的工具。缺點：反映的是最后的結(jié)果，不易反映逐步求精的過程可以隨心所欲地畫控制流程線的流向，容易造成非結(jié)構(gòu)化的程序結(jié)構(gòu)。不易表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。程序流程圖的標(biāo)準(zhǔn)符號6.3.2盒圖（N-S圖）出于要有一種不允許違背結(jié)構(gòu)程序設(shè)計精神的圖形工具的考慮，Nassi

和Shneiderman

提出用盒圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的流程圖，簡稱為N一S圖。優(yōu)點：只能描述結(jié)構(gòu)化程序所允許的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。程序結(jié)構(gòu)用方框表示，清晰可見。缺點：當(dāng)程序內(nèi)嵌套層數(shù)增多時，內(nèi)層方塊越畫越小，增加了畫圖的困難，并使圖形的清晰性受到影響。五種基本控制結(jié)構(gòu)在盒圖中的表示N-S圖的嵌套定義形式盒圖例1日立公司發(fā)明。用二維樹形結(jié)構(gòu)的圖來表示程序的控制流，控制流程自上而下，從左往右地執(zhí)行。優(yōu)點：程序結(jié)構(gòu)清晰，結(jié)構(gòu)化程度高。支持自頂向下，逐步求精的設(shè)計方法。既可以表示程序邏輯，也可以描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。用PAD圖表現(xiàn)程序邏輯，易讀易寫，使用方便。容易轉(zhuǎn)換成高級語言源程序，也可用軟件工具實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換。6.3.3問題分析圖(PAD)五種基本控制結(jié)構(gòu)在PAD圖中的表示PAD描述的示例6.3.4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。如果數(shù)據(jù)流處理時需要依賴多個邏輯條件的取值，用判定表來描述比較合適。一、判定表組成條件部分給出所有的

兩分支判斷的列表；動作部分給出相應(yīng)的處理；例1：檢查發(fā)貨單判定表二、判定表的應(yīng)用使用判斷表進行數(shù)據(jù)處理說明6.3.5判定樹判定樹是判定表的變種，能清晰表示復(fù)雜的條件組合與操作之間的關(guān)系，形式簡單，不需要做任何說明，是常見的系統(tǒng)分析工具。例1：檢查發(fā)貨單的判定樹“計算行李費”的判定樹6.3.6過程設(shè)計語言（processDesignLanguage,PDL）也稱偽碼（pseudocode)，是一種介于自然語言和形式化語言之間的語言，用于描述功能模塊的算法設(shè)計和處理細(xì)節(jié)的語言。特點：易編寫，易理解，容易轉(zhuǎn)換成源程序。例：商店業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)中“檢查發(fā)貨單”

IF發(fā)貨單金額超過＄500THEN

lF

欠款超過了60天THEN

在償還欠款前不予批準(zhǔn)

ELSE（欠款未超期）發(fā)批準(zhǔn)書，發(fā)貨單

ENDIFELSE（發(fā)貨單金額未超過＄500)IF欠款超過60天THEN

發(fā)批準(zhǔn)書，發(fā)貨單及賒欠報告

ELSE（欠款未超期）發(fā)批準(zhǔn)書，發(fā)貨單

ENDIFENDIFPDL的特性1）正文用嚴(yán)格的程序語言的基本控制結(jié)構(gòu)分割，稱為“外語法”，如If……Then……Else

、While……DO、Repeat……Until、Case……of。2）

操作用自然語言表示，描述處理特點，稱為“內(nèi)語法”。

3）具有數(shù)據(jù)說明機制，包括簡單的（如純量和數(shù)組）與復(fù)雜的（如鏈表或?qū)哟蔚臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）數(shù)據(jù)說明。

4）具有模塊定義和調(diào)用機制，因此開發(fā)人員應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)編程所用的語種，說明PDL表示的有關(guān)程序結(jié)構(gòu)。例：數(shù)據(jù)字典中，使用PDL進行數(shù)據(jù)處理的說明處理名：核實訂票處理編號：3.2激活條件：收到取訂票信息處理邏輯:1、讀訂票旅客信息文件

2、搜索此文件中是否有與輸入信息中姓名及身份證號相符的項目

IF有

THEN判斷余項是否與文件中信息相符

IF是THEN輸出已訂票信息

ELSE輸出未訂票信息

ENDIFELSE輸出未訂票信息

ENDIF執(zhí)行頻率：實時PDL優(yōu)點提供的機制比圖形全面，為保證詳細(xì)設(shè)計與編碼的質(zhì)量創(chuàng)造了有利條件?？勺鳛樽⑨屒度朐谠闯绦蛑幸黄鹱鳛槌绦虻奈臋n，并可同高級程序設(shè)計語言一樣進行編輯、修改，有利于軟件的維護?？勺詣由沙绦虼a，提高軟件生產(chǎn)率。面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計方法總結(jié)6.4面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)既影響程序的結(jié)構(gòu)又影響程序的處理過程重復(fù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)通常由具有循環(huán)控制結(jié)構(gòu)的程序來處理選擇數(shù)據(jù)要用帶有分支控制結(jié)構(gòu)的程序來處理層次的數(shù)據(jù)組織通常和使用這些數(shù)據(jù)的程序的層次結(jié)構(gòu)十分相似。面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法的最終目標(biāo)是得出對程序處理過程的描述。6.4.1Jackson圖

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)元素彼此間的邏輯關(guān)系：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。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。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。A由B、C、D3個元素順序組成根據(jù)條件A是B或C或D中的某一個A由B出現(xiàn)N次(N≥0)組成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)。Jackson圖的缺點：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，影響了圖的表達能力，也不易直接把圖翻譯成程序；框間連線為斜線，不易在行式打印機上輸出。6.4.2改進的Jackson圖Jackson圖和層次圖的區(qū)別：Jackson圖層次圖作用①描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)②描繪程序結(jié)構(gòu)描繪軟件結(jié)構(gòu)矩形框①數(shù)據(jù)元素②幾個語句模塊連線組成關(guān)系調(diào)用關(guān)系6.4.3Jackson方法Jackson結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方法由5個步驟組成：(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)，用Jackson圖描繪數(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(對于重復(fù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)單元必須重復(fù)的次序和次數(shù)都相同才可能有對應(yīng)關(guān)系)。(3)用下述規(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：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(層次不同時與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。改進的Jackson圖規(guī)定在構(gòu)成順序結(jié)構(gòu)的元素中不能有重復(fù)出現(xiàn)或選擇出現(xiàn)的元素，因此可能需要增加中間層次的處理框。(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。順序結(jié)構(gòu)：AseqBCDAend選擇結(jié)構(gòu)：Aselectcond1BAorcond2CAorcond3DAend循環(huán)結(jié)構(gòu)：Aiteruntil(或while)condBAend例1：一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)。設(shè)計步驟如下：(1)用Jackson圖描繪的輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(2)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。(3)從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)出程序結(jié)構(gòu)圖。(4)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。(5)用偽碼表示程序處理過程。

例2：高考后將考生的基本情況文件（簡稱考生情況文件）和考生高考成績文件（簡稱考分文件）合并成一個新文件（簡稱考生新文件）?？忌厩闆r文件中的考生記錄的內(nèi)容包括：準(zhǔn)考證號、姓名、通信地址?？挤治募械目忌涗浀膬?nèi)容包括：準(zhǔn)考證號和各門考分。合并后的考生新文件自然也是由考生記錄組成，內(nèi)容包括：準(zhǔn)考證號、姓名、通信地址和各門考分。設(shè)計步驟如下：(1)用Jackson圖描繪的輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：(2)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。(3)從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)出程序結(jié)構(gòu)圖。(4)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。操作：①停止；②打開兩個輸入文件；③建立輸出文件；④從輸入文件中各讀一條記錄；⑤生成一條新記錄；⑥將新記錄寫入輸出文件；⑦關(guān)閉全部文件。條件：I(1)文件結(jié)束。(5)用偽碼表示程序處理過程。產(chǎn)生新文件

seq

打開兩個輸入文件 建立輸出文件 從輸入文件中各讀一條記錄 分析考生記錄iteruntil文件結(jié)束

處理考生記錄seq

產(chǎn)生準(zhǔn)考證號 產(chǎn)生姓名 產(chǎn)生通信地址 產(chǎn)生考分 生成一條新記錄 將新記錄寫入輸出文件 從輸入文件中各讀一條記錄 處理考生記錄end

分析考生記錄end

關(guān)閉全部文件 停止產(chǎn)生新文件end6.5程序復(fù)雜程度的定量度量1、軟件復(fù)雜性是軟件度量的一個重要分支。主要參數(shù)有：規(guī)模：即總共的指令數(shù)，或源程序行數(shù)。難度：通常由程序中出現(xiàn)的操作數(shù)的數(shù)目所決定的量來表示。結(jié)構(gòu)：通常用與程序結(jié)構(gòu)有關(guān)的度量來表示智能度：即算法的難易程度。2、程序復(fù)雜性軟件復(fù)雜性主要表現(xiàn)在程序的復(fù)雜性，程序復(fù)雜性主要指模塊內(nèi)程序的復(fù)雜性。常見的定量度量軟件復(fù)雜性的方法有：代碼行度量法McCabe度量法：又稱環(huán)路度量法。Halstead的軟件科學(xué)6.5.1McCabe方法T.McCabe的研究：McCabe方法根據(jù)程序控制流的復(fù)雜程度定量度量程序復(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。一個程序的環(huán)形復(fù)雜度（cyclomaticcomplexity）取決于它的程序圖(流圖)

包含的判定結(jié)點的數(shù)量。1、什么是程序圖一種簡化了的流程圖。程序圖(流圖)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。流程圖中的各種處理框（如加工框，判斷框等），都被簡化成用圓圈表示的結(jié)點可由流程圖導(dǎo)出或其他工具（PAD圖、代碼等）變換獲得。程序圖的基本元素符號“O”為程序圖的結(jié)點，表示一個或多個無分支的語句；箭頭為邊，表示控制流的方向。邊和結(jié)點圈定的封閉范圍叫做區(qū)域。程序圖的基本元素從圖論的觀點看，它是一個可以用G=<