软件工程 第4章

图4-1 三种基本控制结构
结构化程序设计本质上并不是无GOTO语句的编程方法， 而是一种使程序代码容易阅读、容易理解的编程方法。在多 数情况下，无GOTO语句的代码确实是容易阅读、容易理解 的代码，但是，在某些情况下，为了达到容易阅读和容易理 解的目的，反而需要使用GOTO语句。因此，下述的结构化 程序设计的定义是对经典定义的进一步补充：“结构程序设 计是尽可能少用GOTO语句的程序设计方法。最好仅在检测 出错误时才使用GOTO语句，而且应该总是使用前向GOTO 语句。”
基于工作过程的教学任务 通过本章的学习，了解软件详细设计的任务、结构化程
序设计的基本原理，掌握人机界面的设计中需要解决的问题， 掌握程序算法设计工具，并能在实际开发软件的过程中应用 所学到的方法。另外，还要求掌握面向数据结构的设计方法。 熟悉掌握对程序复杂程序的定量度量的估计方法。
总体设计是详细设计的基础，必须经复查确认后才可以 开始详细设计。总体设计的重点是确定构成系统的模块及其 之间的联系，详细设计则是根据总体设计提供的文档，对各 模块给出详细的过程性描述及其他具体设计等。
自顶向下、逐步求精的方法曾被应用于总体设计之中， 由此可以把一个复杂的软件问题分解和细化成由许多模块组 成的具有层次结构的软件系统。而在详细设计或编码阶段， 通过自顶向下、逐步求精，则可以把一个模块的功能进一步 分解细化为一系列具体的处理步骤，直到对应为某种高级语 言的语句。
4.1.3 结构化程序设计的特点 结构化程序设计技术，具有以下主要特点： (1) 自顶而下，逐步求精。 逐步求精的思想符合人类解决复杂问题的普遍规律，可
当具有往解的方向更进一步细化的方法，且不断重复该 步骤即能解决问题，最终达到完全解，则应该采用循环的求 精技术(构造循环)。这时一定要弄清循环的初始条件、结束 条件和有限进展的每一步都是什么。
当问题的某步解法与前边高层次的某步解法具有相同性 质，只是某些参数不同时，可采用递归的求精技术。这时应 注意递归的参数变化规律以及递归出口。
详细设计是为后续具体编程实现做准备，其处理过程应 简明易懂，并选择恰当的描述工具表述模块算法。
软件详细设计的结果将成为程序实现的依据。需要注意 的是，详细设计结果不仅要求逻辑上正确，还要求对处理过 程的设计应该尽可能简明易懂，以方便在对程序进行测试、 维护时，程序具有可读性并容易理解。可以说，详细设计的 结果基本上决定了最终的程序代码的质量。另外，考虑程序 代码的质量时必须注意，程序的“读者”有两个，那就是计 算机和程序员。
第4章 软件详细设计
4.1 结构化程序设计 4.2 用户界面设计 4.3 程序算法设计工具 4.4 面向数据结构的设计方法 4.5 程序复杂度的概念及度量方法 4.6 小结 习题4
知识点 结构化程序设计，用户界面设计，程序算法设计工具，
面向数据结构的设计方法，程序复杂程度的定量度量。 难点
用户界面设计，面向数据结构的设计方法，程序的环形 复杂度计算。
问题的解法分解和细化成由若干个模块组成的层次结构；二 是将每个模块的功能逐步分解细化为一系列的处理。可以说， 结构化程序设计的基本途径就是对程序问题自顶向下、逐步 求精。
具体而言，对于某一个要解决的问题，在寻求它的解法 过程中，首先从问题的整体(最顶层)出发，将它分解成独立 而互不交叉的若干个子问题，每个子问题解决整体问题的一 部分或一种情况。针对每个子问题，仍采用对待整体问题解 的思路，继续对其进行分解(求精)，得到该子问题解法的分 解步骤，即更低一层次的子问题。如此下去，直到最低层的 每个子问题都能用计算机语言表示出来或都能明显写出解法 为止，这样便找到了解决ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ个问题的算法了。经过不断的细 化、求精过程，问题的解法会不断清晰、明了。
4.1 结构化程序设计
结构化程序的基本特征是程序的任何位置都是单入口、 单出口的。因此，结构化程序设计中，GOTO 语句的使用受 到了限制(原因是GOTO语句具有的随意指向特性有可能破 坏结构化程序所要求的单入口和单出口特征)，并且程序控 制也要求采用结构化的控制结构，以确保程序的单入口和单 出口特性。
虽然从理论上说只用上述三种基本控制结构就可以实现 任何单入口单出口的程序，但是为了实际使用方便，常常还 允许使用扩展的控制结构，包括DO-UNTIL和多分支选择 (DO-CASE)结构两种控制结构，它们的流程图分别如图42(a)和图4-2(b)所示。
图4-2 扩展的控制结构
4.1.2 结构化程序设计的实现方法 结构化程序设计的实现方法包括两个方面：一是将复杂
4.1.1 结构化的控制结构 结构化程序设计思想最早由E.W.Dijkstra 提出，他在
1965年的一次会议上指出：程序的质量与程序中所包含的 GOTO语句的数量成反比，因此有必要从高级语言中取消 GOTO语句。1966年，Bohm和Jacopini又证明了，只需使用 图4-1所示的“顺序”、“选择”和“循环”这三种基本的 控制结构就能实现任何复杂的程序计算问题。1972年，IBM 公司的Mills进一步提出，结构化程序必须具有单入口和单 出口的特征。
在程序过程设计阶段，要决定各个模块的实现算法，并 精确地表达这些算法。表达程序处理过程的工具叫做详细设 计工具，也称作程序算法设计工具。它可以分为以下三类：
(1) 图形工具：如程序流程图。 (2) 表格工具：如判定表、判定树。 (3) 语言工具：如过程设计语言(PDL)。 软件详细设计的目标是对目标系统做出精确的设计描述， 其主要任务包括：模块的程序算法设计、模块内的数据结构 设计、模块接口设计、模块测试用例设计、编写详细设计说 明书、详细设计评审。
上述的求精过程中的每一步，即分解某一具体问题时， 主要用到如下四种求精技术：
(1) 顺序连接的求精技术； (2) 分支、选择的求精技术； (3) 循环的求精技术； (4) 递归的求精技术。 当问题的子解具有前后关系时，采用第一种求精技术， 将问题分解成互不相交的几个子问题顺序执行。当问题是分 不同情况而应该进行不同处理时，采用第二种求精技术，构 造分支。这时要注意分支的条件一定要正确。