结构化详细设计

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扩充的控制结构
• 为了实际使用方便起见，常常还允许使用 DO_CASE型多分支结构和DO_UNTIL型循环结 构。 • 有时需要立即从循环（甚至嵌套的循环）中转移 出来，如果允许使用LEAVE（或BREAK）结构， 则不仅方便而且会使效率提高很多。
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扩充的控制结构
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结构程序设计
• 经典的结构程序设计：
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• 8.3.5 判定树
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• 8.3.6 过程设计语言
过程设计语言(PDL)也称为伪码 。 PDL应该具有下述特点： – 关键字的固定语法，它提供了结构化控制结构、数据 说明和模块化的特点。 – 自然语言的自由语法，它描述处理特点。 – 数据说明的手段。 – 模块定义和调用的技术，应该提供各种接口描述模式。
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8.5.1 McCabe方法 1. 流图
流图实质上是“退化了的”程序流程图，它仅仅描绘程序的控 制流程，完全不表现对数据的具体操作以及分支或循环的具体条件。 把程序流程图映射成流图的方法。
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用PDL表示的处理过程及与之对应的流图。
第3篇
软件开发及维护
第8章 结构化详细设计
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第8章 结构化详细设计
本章的主要目标是基于总体设计结果，进行结构化的软件 模块详细设计。读完本章，你将了解以下基本内容： 结构化程序设计的理念。 人机界面设计原理及注意问题。 详细设计工具。 面向数据结构的设计方法。 程序复杂程度定量度量标准。 详细设计的根本目标是确定怎样具体地实现所要求的 系统。即经过这个阶段的设计工作，应该得出对目标系统 的精确描述，从而在编码阶段可以把这个描述直接翻译成 用某种程序设计语言书写的程序。 详细设计阶段的任务还不是具体地编写程序代码，而 是设计出程序的“蓝图”，程序员则根据蓝图写出实际的 程序代码。
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列出所有操作和条件(包括分支条件和循环结束条件)，并且把它们分 配到程序结构图的适当位置。 用伪码表示程序。 下面结合一个具体例子进一步说明Jackson结构程序设计方法。 [例] 一个正文文件由若干个记录组成，每个记录是一个字符串。要求 统计每个记录中空格字符的个数，以及文件中空格字符的总个数。要 求的输出数据格式是，每复制一行输入字符串之后，另起一行印出这 个字符串中的空格数，最后印出文件中空格的总个数。
数据元素彼此间的逻辑关系只有顺序、选择和重复3类 。 1. 顺序结构
顺序结构的数据由一个或多个数据元素组成，每个数据元素按 确定的次序出现一次 。
2. 选择结构
选择结构的数据包含两个或多个数据元素，每次使用这个数据 时按一定的条件从这些数据元素中选择一个 。
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结构化程序设计的经典定义为：“如果一个程序的代 码块仅仅通过顺序、选择和循环这3种基本控制结构进行 连接，并且每个代码块只有一个入口和一个出口，则称程 序是结构化的。” 常常还允许使用DO_UNTIL和DO_CASE两种控制结构 ：
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分析并确定输入数据和输出数据的逻辑结构，并用Jackson图描绘这 些数据结构。 找出输入数据结构和输出数据结构中有对应关系的数据单元。 用下述3条规则从描绘数据结构的Jackson图导出描绘程序结构的 Jackson图： – 第一，为每对有对应关系的数据单元，按照它们在数据结构图中 的层次在程序构图的相应层次画一个处理框 ； – 第二，根据输入数据结构中剩余的每个数据单元所处的层次，在 程序结构图的对应层次分别为它们画上对应的处理框； – 第三，根据输出数据结构中剩余的每个数据单元所处的层次，在 程序结构图的对应层次分别为它们画上对应的处理框。
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• 8.3.3 PAD图
PAD是问题分析图(Problem Analysis diagram，PAD)的英文缩 写，自1973年由日本日立公司发明以后，已得到一定程度的推广 。
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PAD图的主要优点如下：
– 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。
• 扩展的结构程序设计：
– 还允许使用DO_CASE型多分支结构和DO_UNTIL型循 环结构。
• 修正的结构程序设计：
– 再加上允许使用LEAVE（或BREAK）结构。
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• 什么是结构化程序设计呢？
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• 8.2 人机界面设计
人机界面设计是系统接口设计的一个重要的 组成部分。 人机界面的设计质量，直接影响用户对软件 产品的评价，从而影响软件产品的竞争力和寿命。
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• 8.3 过程设计的工具
8.3.1 程序流程图
程序流程图又称为程序框图，它是历史最悠久、使用 最广泛的描述过程设计的方法，然而它也是用得最混乱的 一种方法。
所设计出来的程序必然是结构化程序。 所描绘的程序结构十分清晰。 表现程序逻辑，易读、易懂、易记。 容易将PAD图转换成高级语言源程序 。 既可用于表示程序逻辑，也可用于描绘数据结构。 PAD图的符号支持自顶向下、逐步求精方法的使用 。

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(1)停止 (2)打开文件 (3)关闭文件 (4)印出字符串 (5)印出空格数目 (6)印出空格总数 (7)sum:＝sum+1 (8)totalsum:＝totalsum+sum (9)读入字符串 (10)sum:＝0 (11) totalsum：＝0 (12)pointer：＝1 (13) pointer:＝pointer+1 I(1)文件结束 I(2)字符串结束 S(3)字符是空格
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• 8.3.2 盒图(N-S图)
Nassi和Shneiderman提出了盒图，又称为N-S图 ：
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N-S图有下述特点：
– 功能域(即，一个特定控制结构的作用域)明确，可以从 盒图上一眼就看出来。 – 不可能任意转移控制。 – 很容易确定局部和全局数据的作用域。 – 很容易表现嵌套关系，也可以表示模块的层次结构。
结构化程序设计的概念最早由E.W. Dijkstra提出。 1966年Bohm和Jacopini证明了，只用3种基本的控制结构 就能实现任何单入口单出口的程序。
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• 1968年Dijkstra再次建议从一切高级语言中取消GOTO语 句，只使用3种基本控制结构写程序。 • 1971年IBM公司在纽约时报信息库管理系统设计中成功地 使用了结构化程序设计技术，随后在美国宇航局空间实验 室飞行模拟系统的设计中，结构化程序设计技术再次获得 圆满成功。 • 1972年IBM公司的Mills进一步提出，程序应该只有一个入 口和一个出口，从而补充了结构程序设计的规则。
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结构程序设计的优点
1. 2. 3. 4. 5. 6. 可以显著提高软件开发工程的成功率和生产率 。 程序有清晰的层次结构，因此容易阅读和理解。 开发时比较容易保证程序的正确性，即使出现错 误也比较容易诊断和纠正。 源程序清晰流畅，易读易懂而且容易测试。 程序清晰和模块化使得在修改和重新设计一个软 件时可以重用的代码量最大。 程序的逻辑结构清晰，有利于程序正确性证明。
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3. 重复结构
根据使用时的条件由一个数据元素出现零次或多次是表示重复结构 。
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8.4.2
改进的Jackson图
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8.4.3 Jackson方法
Jackson结构程序设计方法基本上由下述5个步骤组成：
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• 8.3.4 判定表
判定表能够清晰地表示复杂的条件组合与应做的动作 之间的对应关系。 一张判定表由4部分组成，左上部列出所有条件，左 下部是所有可能做的动作，右上部是表示各种条件组合的 一个矩阵，右下部是和每种条件组合相对应的动作。判定 表右半部的每一列实质上是一条规则，规定了与特定的条 件组合相对应的动作。 假设某航空公司规定，乘客可以免费托运重量不超过 30kg的行李。当行李重量超过30kg时，对头等舱的国内 乘客超重部分每公斤收费4元，对其他舱的国内乘客超重 部分每公斤收费6元，对外国乘客超重部分每公斤收费比 国内乘客多一倍，对残疾乘客超重部分每公斤收费比正常 乘客少一半。
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经过简单分析不难把这些操作和条件分配到程序结构图的适当位置 。
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8.5 程序复杂程度的定量度量
定量度量程序复杂程度的方法很有价值：把程序的复 杂程度乘以适当常数即可估算出软件中错误的数量以及软 件开发需要用的工作量 。
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三种基本的控制结构
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结构程序设计的定义
• 结构程序设计是一种设计程序的技术，它采用自顶 向下逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结 构。
– 在总体设计阶段采用自顶向下逐步求精的方法：把一个复 杂问题的解法分解和细化成一个由许多模块组成的层次结 构的软件系统。 详细设计或编码阶段采用自顶向下逐步求精的方法：可以 把一个模块的功能逐步分解细化为一系列具体的处理步骤 或某种高级语言的语句。
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• 8.4 面向数据结构的设计方法
面向数据结构的设计方法的最终目标是得出对程 序处理过程的描述。 Jackson方法和Warnier方法是最著名的两个面向 数据结构的设计方法 。
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8.4.1 Jackson图
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从20世纪40年代末到70年代中期，程序流程 图一直是软件设计的主要工具。 程序流程图的主要缺点如下：
– 程序流程图本质上不是逐步求精的好工具。 – 程序流程图中用箭头代表控制流，因此程序员不受任 何约束 。 – 程序流程图不易表示数据结构。
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当过程设计中包含复合条件时，生成流图的方法稍微 复杂一些。
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2. 计算环形复杂度的方法


流图中的区域数等于环形复杂度。 流图G的环形复杂度V(G)＝E－N+2，其中，E是流图 中边的条数，N是结点数。 流图G的环形复杂度V(G)＝P+1，其中，P是流图中判 定结点的数目。
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Contents
• • • • • 8.1 结构化程序设计基础 8.2 人机界面设计 8.3 过程设计的工具 8.4 面向数据结构的设计方法 8.5 程序复杂程度的定量度量
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• 8.1 结构化程序设计基础
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最后得到的程序结构图为图8.13 ：
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Jackson程序设计方法的第四步是列出所有的操作和条件，并且 把它们分配到程序结构图的适当位置。首先，列出统计空格个数需要 的全部操作和条件如下：
– – – – – – – – – – – – – – – –
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三种基本的控制结构
• • • 顺序结构，先执行A再执行B IF_THEN_ELSE型选择（分支）结构 DO_WHILE型循环结构：
– 在循环控制条件成立时，重复执行特定的加工。
•
实际上用顺序结构和循环结构（又称DO_WHILE结 构）完全可以实现选择结构（又称IF_THEN_ELSE 结构），因此，理论上最基本的控制结构只有两种。