信息系统分析与设计第七章
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第7章 信息系统的详细设计
《信息系统分析与设计》
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教学内容
详细设计的目的、原则、过程；详细设计说明书； 详细设计工具；结构化程序设计方法；面向数据结构 的设计方法；环形复杂度的度量方法和文本复杂度的 度量方法；人-机界面设计要点。
教学要求
1．熟练掌握：详细设计工具，包括图形工具（程 序流程图、N-S图和PAD图）、表格工具（判定表和判 定树）、语言工具（PDL语言）；结构化程序设计方法； 环形复杂度的度量方法。 2．一般掌握：详细设计的目的、原则、过程；人 -机界面设计的要求与设计、实现原则。 3．了解：详细设计文档；面向数据结构的设计方 法；文本复杂度的度量方法。
用PAD图表达的三种基本控制结构如图 7-6所示。
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2) PAD图的实例 以前面求一组数中最大值的算法为例，如用PAD图 来描述，结果如图7-7所示。
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3）PAD图的优缺点
PAD图的主要优点如下： ① 支持自顶向下，逐步求精的要求；
② PAD图满足结构化程序设计要求，因此采用PAD 图导出的程序必然是结构化的；
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3．详细设计的过程
详细设计的过程主要包括以下步骤： （1）为每个模块确定采用的算法，并用适当的工 具表达算法的过程，给出详细的描述； （2）确定每一模块使用的数据结构和模块接口的 细节，包括内部接口、外部接口、模块的输入、输出 及局部数据等； （3）为每个模块设计一组测试用例，以便在编码 阶段对模块代码进行预定的测试； （4）编写详细设计说明书，提交复审。
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5．判定表和判定树 判定表和判定树工具在需求分析阶段已经详细地 介绍过，这里就不再重复，下面举个实例再复习一下。 请分别用判定表和判定树工具来描述某单位工资档案 管理系统中“职务津贴计算”加工逻辑过程。假定职 工的职称只分为助工、工程师和高工三种，保低津贴 分别是350、400、500元，并且单位根据职工的工作年 限给予津贴适当的上浮奖励，具体上浮情况如下：无 论助工、工程师和高工工作年限在10年以下的无浮动； 对于在单位工作超过10年但不到20年的职工，助工、 工程师津贴上浮20%，高工上浮30%；对于在单位工作 超过20年的职工，助工津贴上浮30%，工程师津贴上浮 35%，高工上浮40%。
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7.1 详细设计概述 1．详细设计目的 详细设计也可以叫做过程设计。详细设计的目 的是为系统结构图中的每一个模块确定采用的算法 和块内数据流图，用某种选定的表达工具给出清晰 的描述，使程序员可以将这种描述直接翻译为某种 语言程序。 2．详细设计的原则 为了能够使模块的逻辑描述清晰准确，在详细 设计阶段应遵循下列原则。 (1) 将保证程序的清晰度放在首位 (2) 设计过程中应采用逐步细化的实现方法 (3) 选择适当的表达工具
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2）程序流程图的实例 下面以求一组数中的最大值为例说明程序流程图 的画法。如果要实现找出一组数中最大值这个功能， 可将这组数存于一个数组A中，如果用语言描述其计算 过程如下： （1）输入一个数组A，元素个数为N； （2）令最大数MAX=A（1）（数组中的第1元素）； （3）从A（2）至A（N）（即第2个元素至最末一个 元素）依次与最大数MAX进行比较； （4）如新元素>MAX，则MAX=新元素； （5）输出最大数MAX。
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3．使用结构化程序设计技术的优缺点 使用结构化程序设计技术的好处体现在： （1）自顶向下、逐步细化的方法符合人类解决复 杂问题的普遍规律，可以显著提高系统开发的成功率 和生产率。 （2）先全局后局部、先整体后细节、先抽象后具 体的逐步求精过程开发出的程序有清晰的层次结构。 （3）使用单入口单出口的控制结构而不使用GO TO 语句，使得程序的静态结构和它的动态执行情况比较 一致。 （4）控制结构有确定的逻辑模式，编写程序代码 只限于使用很少几种直截了当的方式。 （5）程序清晰和模块化使得在修改和重新设计一 个系统时可以重用的代码量最大。 （6）程序的逻辑结构清晰，有利于程序正确性证 明。
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7.2 详细设计的工具 描述程序处理过程的工具称为过程设计工具，它们 可以分为图形、表格和语言三类。 1．图形工具：包括程序流程图、N-S图和PAD图； 2．表格工具：包括判定表和判定树； 3．语言工具：包括PDL语言。
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1．程序流程图 程序流程图也称为程序框图，它是历史最悠久、使 用最广泛的一种描述程序逻辑结构的工具。 1）程序流程图的符号和表示方式 程序流程图常用的基本符号如图7-1所示，用程序 流程图表达的三种基本控制结构如图 7-2所示。
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用程序流程图来描述这一算法的过程，结果如图7-3所示。
图7-3 用程序流程图描述的求最大值的算法
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3）程序流程图的优缺点 程序流程图的优点是比较直观、清晰，使用灵活，便于阅读 和掌握，因此在20世纪40年代末到70年代初被普遍采用。但随着 程序设计方法的发展，程序流程图的许多缺点逐渐暴露出来。这 些缺点主要体现在以下方面： ① 可以随心所欲地画控制流程线的流向，容易造成非结构化 的程序结构，编码时势必不加限制地使用GOTO语句，导致基本控 制块多入口多出口，这样会使系统质量受到影响，与系统设计的 原则相违背； ② 程序流程图本质上不支持逐步求精，它使程序员容易过早 地考虑程序的具体控制流程，而忽略了程序的全局结构； ③ 程序流程图难以表示系统中的数据结构； ④ 对于大型系统而言，程序流程图描述过于琐碎，不容易阅 读和修改。 为了克服程序流程图的缺陷，要求程序流程图都应由三种基 本控制结构顺序组合和完整嵌套而成，不能有相互交叉的情况， 这样的程序流程图才是结构化的程序流程图。
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对应的判定表如表7-1所示 。
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对应的判定树如图7-9所示。
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6．PDL语言 PDL 语 言 即 过 程 设 计 语 言 (Process Design Language)，是一种用于描述程序算法和定义数据结构 的伪码设计语言。 1）PDL的构成 PDL是一种“混杂”语言，它使用一种语言（通 常是某种自然语言）的词汇来表示实际操作，同时却 使用另一种语言（某种结构化的程序设计语言）的语 法来定义控制结构和数据结构。自然语言的采用使算 法的描述灵活自由、清晰易懂，结构化程序设计语言 的采用使控制结构的表达具有固定的形式且符合结构 化设计的思想。PDL语言的构成与用于描述加工的结构 化语言相似但又有区别，主要区别在于：由于PDL语言 表达的算法是编码的直接依据，因此其语法结构更加 严格并且处理过程描述更加具体详细。
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2）PDL的实例 前面求一组数中最大值的过程如果用PDL语言描述， 结果如下: INPUT ARRAY A MAX=A(1) DO FOR I=2 TO N IF MAX<A(I) SET MAX=A(I) ENDIF PRINT MAX
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3）PDL语言的优缺点 PDL语言具有如下一些优点： ① PDL虽然不是程序设计语言，但是它与高级程 序设计语言非常类似，只要对PDL描述稍加变换就可变 成源程序代码，因此，它是详细设计阶段很受欢迎的 表达工具； ② 用PDL写出的程序，既可以很抽象，又可以很 具体。因此，容易实现自顶向下逐步求精的设计原则； ③ PDL描述同自然语言很接近，易于理解； ④ PDL描述可以直接作为注释插在源程序中，成 为程序的内部文档,这对提高程序的可读性是非常有益 的。 PDL的缺点是不如图形工具那样描述形象直观， 对复杂条件的描述，不如判定表清晰、简单，因此常 常将PDL描述与一种图形描述工具结合起来使用。
③ PAD图描述的算法结构清晰、易读易懂、使用方 便。图中每条竖线表示一个嵌套层次，图示随层次增加 向右伸展； ④ PAD图既可以描述控制，也可以描述数据结构， 很容易将PAD图描述的算法转换为源程序代码； ⑤ 可自动生成程序。 但是，与程序流程图和盒图相比，PAD图的使用不 是很普遍。
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7.3 结构化程序设计方法 1．结构化程序设计的概念 结构化程序设计方法可以定义为：结构化程序设 计是一种设计程序的技术，采用自顶向下、逐步细化 的设计方法和单入口、单出口的控制技术，认为任何 程序都可以通过顺序、选择（IF_THEN_ELSE型选择） 和循环（DO_WHILE型循环）三种基本控制结构的复合 实现。 如 果 只 允 许 使 用 顺 序 、 IF_THEN_ELSE 型 分 支 和 DO_WHILE型循环这三种基本控制结构，则称为经典的 结构程序设计；如果除了上述三种基本控制结构之外， 还允许使用DO_CASE型多分支结构和DO_UNTIL型循环结 构，则称为扩展的结构程序设计；如果再加上允许使 用LEAVE（或BREAK）结构，则称为修正的结构程序设 计。
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4．详细设计说明书 通常，详细设计说明书中应主要包括以下几方面的 内容： (1) 引言：用于说明编写本说明书的目的、背景， 定义所用到的术语和缩略语，以及列出文档中所引用的 参考资料等。 (2) 总体设计：用于给出软件系统的体系结构图。 (3) 模块描述：依次对各个模块进行详细的描述， 主要包括模块的功能和性能、实现模块功能的算法、模 块的输入及输出、模块接口的详细信息等。
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3）盒图的优缺点 盒图有如下一些优点： ① 所有的程序结构均用方框来表示，无论并列或 者嵌套，程序的结构清晰可见； ② 它的控制转移不能任意规定，必须遵守结构化 程序设计的要求； ③ 很容易确定局部和全程数据的作用域； ④ 很容易表现嵌套关系，也可以表示模块的层次 结构。 盒图不足的是，当程序内嵌套的层数增多时，内层 的方块越画越小，不仅会增加画图的困难，并将使图 形的清晰性受到影响；当需要对设计进行修改时，盒 图的修改工作量会很大。
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4．运用程序流程图、盒图和PAD图的一个综合实例 下面分别使用程序流程图、盒图和PAD图来表达计算应发工资 模块的算法过程，结果如图7-8所示。
（a）采用程序流程图描述计算应发工资模块
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(b) 采用N－S图描述计算应发工资模块
(c) 采用PAD图描述计算应发工资模块 图7-8 三种详细设计中使用的图形工具示例
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2．盒图 盒图又称为N-S图（Nassi-Shneiderman 图），它是 由Nassi和Shneiderman 按照结构化的程序设计要求提出的 描述一种图形算法工具。 1）盒图的表示方式 用盒图表达的三种基本控制结构如图 7-4所示。
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2）盒图的实例 以前面求一组数中最大值的算法为例，如用盒图描述，结果如 图7-5所示。
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3．PAD图 PAD是问题分析图(Problem Analysis Diagram)的英文缩称。 PAD图的基本原理是：采用自顶向下、逐步细化和结构设计的原 则，力求将模糊的问题解的概念逐步转换为确定的和详尽的过程， 使之最终可采用计算机直接进行处理。 1） PAD图的表示方式
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2．结构化程序设计的原则 结构化程序设计的主要原则包括： 1)使用语言中的顺序、选择、重复等有限的基本控 制结构表示程序逻辑。 2)选用的控制结构只准许有一个入口和一个出口。 3)复杂结构应该用基本控制结构进行组合嵌套来实 现。 4) 语言中没有的控制结构，可用一段等价的程序段 模拟。 5) 严格控制GOTO语句，仅在下列情形才可使用： (1)用一个非结构化的程序设计语言来实现一个结 构化的构造。 (2)若不使用GOTO语句就会使程序功能模糊。 (3) 在某种可以改善的而不是损害程序可读性的情 况下。
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教学内容
详细设计的目的、原则、过程；详细设计说明书； 详细设计工具；结构化程序设计方法；面向数据结构 的设计方法；环形复杂度的度量方法和文本复杂度的 度量方法；人-机界面设计要点。
教学要求
1．熟练掌握：详细设计工具，包括图形工具（程 序流程图、N-S图和PAD图）、表格工具（判定表和判 定树）、语言工具（PDL语言）；结构化程序设计方法； 环形复杂度的度量方法。 2．一般掌握：详细设计的目的、原则、过程；人 -机界面设计的要求与设计、实现原则。 3．了解：详细设计文档；面向数据结构的设计方 法；文本复杂度的度量方法。
用PAD图表达的三种基本控制结构如图 7-6所示。
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2) PAD图的实例 以前面求一组数中最大值的算法为例，如用PAD图 来描述，结果如图7-7所示。
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3）PAD图的优缺点
PAD图的主要优点如下： ① 支持自顶向下，逐步求精的要求；
② PAD图满足结构化程序设计要求，因此采用PAD 图导出的程序必然是结构化的；
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3．详细设计的过程
详细设计的过程主要包括以下步骤： （1）为每个模块确定采用的算法，并用适当的工 具表达算法的过程，给出详细的描述； （2）确定每一模块使用的数据结构和模块接口的 细节，包括内部接口、外部接口、模块的输入、输出 及局部数据等； （3）为每个模块设计一组测试用例，以便在编码 阶段对模块代码进行预定的测试； （4）编写详细设计说明书，提交复审。
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5．判定表和判定树 判定表和判定树工具在需求分析阶段已经详细地 介绍过，这里就不再重复，下面举个实例再复习一下。 请分别用判定表和判定树工具来描述某单位工资档案 管理系统中“职务津贴计算”加工逻辑过程。假定职 工的职称只分为助工、工程师和高工三种，保低津贴 分别是350、400、500元，并且单位根据职工的工作年 限给予津贴适当的上浮奖励，具体上浮情况如下：无 论助工、工程师和高工工作年限在10年以下的无浮动； 对于在单位工作超过10年但不到20年的职工，助工、 工程师津贴上浮20%，高工上浮30%；对于在单位工作 超过20年的职工，助工津贴上浮30%，工程师津贴上浮 35%，高工上浮40%。
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7.1 详细设计概述 1．详细设计目的 详细设计也可以叫做过程设计。详细设计的目 的是为系统结构图中的每一个模块确定采用的算法 和块内数据流图，用某种选定的表达工具给出清晰 的描述，使程序员可以将这种描述直接翻译为某种 语言程序。 2．详细设计的原则 为了能够使模块的逻辑描述清晰准确，在详细 设计阶段应遵循下列原则。 (1) 将保证程序的清晰度放在首位 (2) 设计过程中应采用逐步细化的实现方法 (3) 选择适当的表达工具
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2）程序流程图的实例 下面以求一组数中的最大值为例说明程序流程图 的画法。如果要实现找出一组数中最大值这个功能， 可将这组数存于一个数组A中，如果用语言描述其计算 过程如下： （1）输入一个数组A，元素个数为N； （2）令最大数MAX=A（1）（数组中的第1元素）； （3）从A（2）至A（N）（即第2个元素至最末一个 元素）依次与最大数MAX进行比较； （4）如新元素>MAX，则MAX=新元素； （5）输出最大数MAX。
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3．使用结构化程序设计技术的优缺点 使用结构化程序设计技术的好处体现在： （1）自顶向下、逐步细化的方法符合人类解决复 杂问题的普遍规律，可以显著提高系统开发的成功率 和生产率。 （2）先全局后局部、先整体后细节、先抽象后具 体的逐步求精过程开发出的程序有清晰的层次结构。 （3）使用单入口单出口的控制结构而不使用GO TO 语句，使得程序的静态结构和它的动态执行情况比较 一致。 （4）控制结构有确定的逻辑模式，编写程序代码 只限于使用很少几种直截了当的方式。 （5）程序清晰和模块化使得在修改和重新设计一 个系统时可以重用的代码量最大。 （6）程序的逻辑结构清晰，有利于程序正确性证 明。
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7.2 详细设计的工具 描述程序处理过程的工具称为过程设计工具，它们 可以分为图形、表格和语言三类。 1．图形工具：包括程序流程图、N-S图和PAD图； 2．表格工具：包括判定表和判定树； 3．语言工具：包括PDL语言。
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1．程序流程图 程序流程图也称为程序框图，它是历史最悠久、使 用最广泛的一种描述程序逻辑结构的工具。 1）程序流程图的符号和表示方式 程序流程图常用的基本符号如图7-1所示，用程序 流程图表达的三种基本控制结构如图 7-2所示。
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用程序流程图来描述这一算法的过程，结果如图7-3所示。
图7-3 用程序流程图描述的求最大值的算法
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3）程序流程图的优缺点 程序流程图的优点是比较直观、清晰，使用灵活，便于阅读 和掌握，因此在20世纪40年代末到70年代初被普遍采用。但随着 程序设计方法的发展，程序流程图的许多缺点逐渐暴露出来。这 些缺点主要体现在以下方面： ① 可以随心所欲地画控制流程线的流向，容易造成非结构化 的程序结构，编码时势必不加限制地使用GOTO语句，导致基本控 制块多入口多出口，这样会使系统质量受到影响，与系统设计的 原则相违背； ② 程序流程图本质上不支持逐步求精，它使程序员容易过早 地考虑程序的具体控制流程，而忽略了程序的全局结构； ③ 程序流程图难以表示系统中的数据结构； ④ 对于大型系统而言，程序流程图描述过于琐碎，不容易阅 读和修改。 为了克服程序流程图的缺陷，要求程序流程图都应由三种基 本控制结构顺序组合和完整嵌套而成，不能有相互交叉的情况， 这样的程序流程图才是结构化的程序流程图。
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对应的判定表如表7-1所示 。
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对应的判定树如图7-9所示。
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6．PDL语言 PDL 语 言 即 过 程 设 计 语 言 (Process Design Language)，是一种用于描述程序算法和定义数据结构 的伪码设计语言。 1）PDL的构成 PDL是一种“混杂”语言，它使用一种语言（通 常是某种自然语言）的词汇来表示实际操作，同时却 使用另一种语言（某种结构化的程序设计语言）的语 法来定义控制结构和数据结构。自然语言的采用使算 法的描述灵活自由、清晰易懂，结构化程序设计语言 的采用使控制结构的表达具有固定的形式且符合结构 化设计的思想。PDL语言的构成与用于描述加工的结构 化语言相似但又有区别，主要区别在于：由于PDL语言 表达的算法是编码的直接依据，因此其语法结构更加 严格并且处理过程描述更加具体详细。
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2）PDL的实例 前面求一组数中最大值的过程如果用PDL语言描述， 结果如下: INPUT ARRAY A MAX=A(1) DO FOR I=2 TO N IF MAX<A(I) SET MAX=A(I) ENDIF PRINT MAX
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3）PDL语言的优缺点 PDL语言具有如下一些优点： ① PDL虽然不是程序设计语言，但是它与高级程 序设计语言非常类似，只要对PDL描述稍加变换就可变 成源程序代码，因此，它是详细设计阶段很受欢迎的 表达工具； ② 用PDL写出的程序，既可以很抽象，又可以很 具体。因此，容易实现自顶向下逐步求精的设计原则； ③ PDL描述同自然语言很接近，易于理解； ④ PDL描述可以直接作为注释插在源程序中，成 为程序的内部文档,这对提高程序的可读性是非常有益 的。 PDL的缺点是不如图形工具那样描述形象直观， 对复杂条件的描述，不如判定表清晰、简单，因此常 常将PDL描述与一种图形描述工具结合起来使用。
③ PAD图描述的算法结构清晰、易读易懂、使用方 便。图中每条竖线表示一个嵌套层次，图示随层次增加 向右伸展； ④ PAD图既可以描述控制，也可以描述数据结构， 很容易将PAD图描述的算法转换为源程序代码； ⑤ 可自动生成程序。 但是，与程序流程图和盒图相比，PAD图的使用不 是很普遍。
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7.3 结构化程序设计方法 1．结构化程序设计的概念 结构化程序设计方法可以定义为：结构化程序设 计是一种设计程序的技术，采用自顶向下、逐步细化 的设计方法和单入口、单出口的控制技术，认为任何 程序都可以通过顺序、选择（IF_THEN_ELSE型选择） 和循环（DO_WHILE型循环）三种基本控制结构的复合 实现。 如 果 只 允 许 使 用 顺 序 、 IF_THEN_ELSE 型 分 支 和 DO_WHILE型循环这三种基本控制结构，则称为经典的 结构程序设计；如果除了上述三种基本控制结构之外， 还允许使用DO_CASE型多分支结构和DO_UNTIL型循环结 构，则称为扩展的结构程序设计；如果再加上允许使 用LEAVE（或BREAK）结构，则称为修正的结构程序设 计。
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4．详细设计说明书 通常，详细设计说明书中应主要包括以下几方面的 内容： (1) 引言：用于说明编写本说明书的目的、背景， 定义所用到的术语和缩略语，以及列出文档中所引用的 参考资料等。 (2) 总体设计：用于给出软件系统的体系结构图。 (3) 模块描述：依次对各个模块进行详细的描述， 主要包括模块的功能和性能、实现模块功能的算法、模 块的输入及输出、模块接口的详细信息等。
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3）盒图的优缺点 盒图有如下一些优点： ① 所有的程序结构均用方框来表示，无论并列或 者嵌套，程序的结构清晰可见； ② 它的控制转移不能任意规定，必须遵守结构化 程序设计的要求； ③ 很容易确定局部和全程数据的作用域； ④ 很容易表现嵌套关系，也可以表示模块的层次 结构。 盒图不足的是，当程序内嵌套的层数增多时，内层 的方块越画越小，不仅会增加画图的困难，并将使图 形的清晰性受到影响；当需要对设计进行修改时，盒 图的修改工作量会很大。
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4．运用程序流程图、盒图和PAD图的一个综合实例 下面分别使用程序流程图、盒图和PAD图来表达计算应发工资 模块的算法过程，结果如图7-8所示。
（a）采用程序流程图描述计算应发工资模块
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(b) 采用N－S图描述计算应发工资模块
(c) 采用PAD图描述计算应发工资模块 图7-8 三种详细设计中使用的图形工具示例
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2．盒图 盒图又称为N-S图（Nassi-Shneiderman 图），它是 由Nassi和Shneiderman 按照结构化的程序设计要求提出的 描述一种图形算法工具。 1）盒图的表示方式 用盒图表达的三种基本控制结构如图 7-4所示。
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3．PAD图 PAD是问题分析图(Problem Analysis Diagram)的英文缩称。 PAD图的基本原理是：采用自顶向下、逐步细化和结构设计的原 则，力求将模糊的问题解的概念逐步转换为确定的和详尽的过程， 使之最终可采用计算机直接进行处理。 1） PAD图的表示方式
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2．结构化程序设计的原则 结构化程序设计的主要原则包括： 1)使用语言中的顺序、选择、重复等有限的基本控 制结构表示程序逻辑。 2)选用的控制结构只准许有一个入口和一个出口。 3)复杂结构应该用基本控制结构进行组合嵌套来实 现。 4) 语言中没有的控制结构，可用一段等价的程序段 模拟。 5) 严格控制GOTO语句，仅在下列情形才可使用： (1)用一个非结构化的程序设计语言来实现一个结 构化的构造。 (2)若不使用GOTO语句就会使程序功能模糊。 (3) 在某种可以改善的而不是损害程序可读性的情 况下。