第3講 詳細(xì)設(shè)計

1、1第三講 詳細(xì)設(shè)計2n詳細(xì)設(shè)計目的詳細(xì)設(shè)計目的 詳細(xì)設(shè)計的目的是為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中的每一個模塊確定采用的算法（包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作、構(gòu)件之間的通信），用某種選定的表達(dá)工具給出清晰的描述，使程序員可以將這種描述直接翻譯為某種語言程序。3- 詳細(xì)設(shè)計是一個定義低層構(gòu)件、模塊和接口的過程；- 把AD階段構(gòu)建的設(shè)計模型進(jìn)一步擴展為一個結(jié)構(gòu)化的構(gòu)件規(guī)范集合；- 每一個構(gòu)件規(guī)范都要定義：功能、輸入、輸出及內(nèi)部處理。4n實施者實施者 軟件工程師5n詳細(xì)設(shè)計的原則詳細(xì)設(shè)計的原則為了能夠使模塊的邏輯描述清晰準(zhǔn)確，在詳細(xì)設(shè)計階段應(yīng)遵循下列原則。 (1) 將保證邏輯描述的清晰度放在首位 (2) 設(shè)計過程中應(yīng)采用逐步細(xì)化的

2、實現(xiàn)方法 (3) 選擇適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)工具 6詳細(xì)設(shè)計的過程(1) 定義設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)定義設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) - 設(shè)計方法; - 文檔; - 命名約定; - CASE工具; - 錯誤處理7(2)構(gòu)件分解構(gòu)件分解- 從ADD中的構(gòu)件開始分解，直到構(gòu)件可以利用所選編程語言進(jìn)行實現(xiàn)；- 分解過程所用的方法和工具應(yīng)與體系結(jié)構(gòu)設(shè)計階段一致。8 構(gòu)件分解的基本原則: - 構(gòu)件不能包含太多的功能 - 構(gòu)件不能太復(fù)雜 - 構(gòu)件應(yīng)具有高內(nèi)聚特征； - 注重構(gòu)件重用。9(3) 軟件重用軟件重用 如: - 數(shù)據(jù)管理; - 人機交互構(gòu)件; - 數(shù)學(xué)庫; - 圖形庫等等。10(4) 定義構(gòu)件處理定義構(gòu)件處理 利用偽碼（pseudo-code

3、）勾畫模塊的處理步驟，然后逐步細(xì)化； 對處理的描述應(yīng)反映所選編程語言的特點。11 每一個模塊/方法應(yīng)僅包含一個入口和一個出口； - 控制應(yīng)從入口到出口； - 只有在循環(huán)中控制流可以逆向。 12（5 5）形成詳細(xì)設(shè)計文檔并評審）形成詳細(xì)設(shè)計文檔并評審 內(nèi)部評價設(shè)計規(guī)范的完整性、一致性、正確性。（6 6）形成其它管理文檔）形成其它管理文檔- 開發(fā)者撰寫用戶手冊；- 形成測試規(guī)范 單元測試由程序員完成，測試規(guī)范由軟件工程師完成； 對于大型項目，系統(tǒng)測試和驗收測試規(guī)范由第三方完成。 對于小型項目，系統(tǒng)測試和驗收測試規(guī)范由開發(fā)者完成，用戶審核認(rèn)可。13n 詳細(xì)設(shè)計的工具詳細(xì)設(shè)計的工具 可以分為圖形、表格

4、和語言三類。 1圖形工具：包括程序流程圖、N-S圖和PAD圖； 2表格工具：包括判定表和判定樹； 3語言工具：包括PDL語言。 141程序流程圖程序流程圖也稱為程序框圖，它是歷史最悠久、使用最廣泛的一種描述程序邏輯結(jié)構(gòu)的工具。1）程序流程圖的符號和表示方式152）用程序流程圖表達(dá)的三種基本控制結(jié)構(gòu)如下圖所示。 16 3）程序流程圖的實例下面以求一組數(shù)中的最大值為例說明程序流程圖的畫法。如果要實現(xiàn)找出一組數(shù)中最大值這個功能，可將這組數(shù)存于一個數(shù)組A中，如果用語言描述其計算過程如下：（1）輸入一個數(shù)組A，元素個數(shù)為N；（2）令最大數(shù)MAX=A（1）（數(shù)組中的第1元素）；（3）從A（2）至A（N）（

5、即第2個元素至最末一個元素）依次與最大數(shù)MAX進(jìn)行比較；（4）如新元素MAX，則MAX=新元素；（5）輸出最大數(shù)MAX。1718 4）程序流程圖的優(yōu)缺點 程序流程圖的優(yōu)點是比較直觀、清晰，使用靈活，便于閱讀和掌握，因此在20世紀(jì)40年代末到70年代初被普遍采用。但隨著程序設(shè)計方法的發(fā)展，程序流程圖的許多缺點逐漸暴露出來。這些缺點主要體現(xiàn)在以下方面： 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)； 程序流程圖本質(zhì)上不支持逐步求精，它使程序員容易過早地考慮程序的具體控制流程，而忽略了程序的全局結(jié)構(gòu)； 程序流程圖難以表示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 對于大型系統(tǒng)而言，程序流程圖描述過于瑣碎，不

6、容易閱讀和修改。19 2盒圖 盒圖又稱為N-S圖（Nassi-Shneiderman 圖），它是由Nassi和Shneiderman 按照結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計要求提出的描述一種圖形算法工具。 1）盒圖的表示方式 用盒圖表達(dá)的三種基本控制結(jié)構(gòu)如下圖所示。 20 2）盒圖的實例 以前面求一組數(shù)中最大值的算法為例，如用盒圖描述，結(jié)果如下圖所示。 21 3）盒圖的優(yōu)缺點 盒圖有如下一些優(yōu)點： 所有的程序結(jié)構(gòu)均用方框來表示，無論并列或者嵌套，程序的結(jié)構(gòu)清晰可見； 它的控制轉(zhuǎn)移不能任意規(guī)定，必須遵守結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的要求； 很容易確定局部和全程數(shù)據(jù)的作用域； 很容易表現(xiàn)嵌套關(guān)系，也可以表示模塊的層次結(jié)構(gòu)。盒圖不

7、足的是，當(dāng)程序內(nèi)嵌套的層數(shù)增多時，內(nèi)層的方塊越畫越小，不僅會增加畫圖的困難，并將使圖形的清晰性受到影響；當(dāng)需要對設(shè)計進(jìn)行修改時，盒圖的修改工作量會很大。 22 3PAD圖PAD是問題分析圖(Problem Analysis Diagram)的英文縮稱。PAD圖的基本原理是：采用自頂向下、逐步細(xì)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則，力求將模糊的問題解的概念逐步轉(zhuǎn)換為確定的和詳盡的過程，使之最終可采用計算機直接進(jìn)行處理。 1） PAD圖的表示方式 用PAD圖表達(dá)的三種基本控制結(jié)構(gòu)如下圖所示。 AB順序型順序型ABPWHILE PS選擇型選擇型重復(fù)型重復(fù)型23輸入數(shù)組輸入數(shù)組AMAX=A(1)I=2，N輸出輸出MAX

8、MAX=A(I)MAXA(I)2) PAD圖的實例 以前面求一組數(shù)中最大值的算法為例，如用PAD圖來描述，結(jié)果如下圖所示。 24 3）PAD圖的優(yōu)缺點PAD圖的主要優(yōu)點如下： 支持自頂向下，逐步求精的要求； PAD圖滿足結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計要求，因此采用PAD圖導(dǎo)出的程序必然是結(jié)構(gòu)化的； PAD圖描述的算法結(jié)構(gòu)清晰、易讀易懂、使用方便。圖中每條豎線表示一個嵌套層次，圖示隨層次增加向右伸展； PAD圖既可以描述控制，也可以描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，很容易將PAD圖描述的算法轉(zhuǎn)換為源程序代碼； 可自動生成程序。但是，與程序流程圖和盒圖相比，PAD圖的使用不是很普遍。 25 4判定表和判定樹 請分別用判定表和判定樹工

9、具來描述某單位工資檔案管理系統(tǒng)中“職務(wù)津貼計算”加工邏輯過程。 假定職工的職稱只分為助工、工程師和高工三種，保低津貼分別是350、400、500元，并且單位根據(jù)職工的工作年限給予津貼適當(dāng)?shù)纳细—剟?，具體上浮情況如下：無論助工、工程師和高工工作年限在10年以下的無浮動；對于在單位工作超過10年但不到20年的職工，助工、工程師津貼上浮20%，高工上浮30%；對于在單位工作超過20年的職工，助工津貼上浮30%，工程師津貼上浮35%，高工上浮40%。 262728 5PDL語言 PDL語言即過程設(shè)計語言(Procedure Design Language)，是一種用于描述程序算法和定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的偽碼設(shè)

10、計語言。 1）PDL的構(gòu)成 PDL是一種“混雜”語言，它使用一種語言（通常是某種自然語言）的詞匯來表示實際操作，同時卻使用另一種語言（某種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計語言）的語法來定義控制結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。自然語言的采用使算法的描述靈活自由、清晰易懂，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言的采用使控制結(jié)構(gòu)的表達(dá)具有固定的形式且符合結(jié)構(gòu)化設(shè)計的思想。 29 2）PDL的實例 前面求一組數(shù)中最大值的過程如果用PDL語言描述，結(jié)果如下: INPUT ARRAY A MAX=A(1) DO FOR I=2 TO N IF MAXA(I) SET MAX=A(I) ENDIF PRINT MAX30 3）PDL語言的優(yōu)缺點 PDL語言具

11、有如下一些優(yōu)點： PDL雖然不是程序設(shè)計語言，但是它與高級程序設(shè)計語言非常類似，只要對PDL描述稍加變換就可變成源程序代碼，因此，它是詳細(xì)設(shè)計階段很受歡迎的表達(dá)工具； 用PDL寫出的程序，既可以很抽象，又可以很具體。因此，容易實現(xiàn)自頂向下逐步求精的設(shè)計原則； PDL描述同自然語言很接近，易于理解； PDL描述可以直接作為注釋插在源程序中，成為程序的內(nèi)部文檔,這對提高程序的可讀性是非常有益的。 PDL的缺點是不如圖形工具那樣描述形象直觀，對復(fù)雜條件的描述，不如判定表清晰、簡單，因此常常將PDL描述與一種圖形描述工具結(jié)合起來使用。 3132程序的復(fù)雜性度量程序的復(fù)雜性度量 定量度量程序復(fù)雜程度的方

12、法很有價值： 1) 估算出系統(tǒng)中故障的數(shù)量; 2) 估算系統(tǒng)開發(fā)需要用的工作量; 3) 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； 4) 可以作為模塊規(guī)模的精確限度。 33 環(huán)形復(fù)雜度的度量方法 1程序圖 使用McCabe方法首先需要畫出程序圖(Program Graph)，所謂程序圖可以看成是“退化了的”程序流程圖，也就是把程序流程圖中的每個處理符號都退化成一個點，原來連接不同處理符號的箭頭變成連接不同點的有向弧，這樣得到的有向圖就稱為程序圖。幾種基本結(jié)構(gòu)的程序圖如下圖所示。3435開始開始 Sabcdefgh結(jié)束結(jié)束E（a）程序流程圖）程序流程圖abcdefghE(b)程序圖程序圖例

13、子例子36 2. 環(huán)形復(fù)雜度的度量方法 環(huán)形復(fù)雜度等于強連通的程序圖中線性無關(guān)的有向環(huán)的個數(shù)。根據(jù)圖論，在一個強連通的有向圖中線性無關(guān)環(huán)的個數(shù)由下面的公式給出： V(G)mn1 其中，V(G)表示有向圖G中的線性無關(guān)的環(huán)數(shù)； m表示有向圖G中有向邊(弧)的個數(shù)； n表示有向圖中的結(jié)點個數(shù)； 37用來源于圖論中的公式來計算左圖所示的強連通程序圖的環(huán)形復(fù)雜度，根據(jù)公式可得： V(G)13101438 3環(huán)形復(fù)雜度的用途 程序的環(huán)形復(fù)雜度取決于程序控制流的復(fù)雜程度，也即取決于程序結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。當(dāng)程序內(nèi)分支數(shù)或循環(huán)個數(shù)增加時，環(huán)形復(fù)雜度也隨之增加，因此它是對測試難度的一種定量度量，也能對系統(tǒng)最終的可

14、靠性給出某種預(yù)測。 McCabe研究大量程序后發(fā)現(xiàn)，程序的環(huán)形復(fù)雜度越高，程序的可理解性就越差，程序測試和維護的難度也就越大，并且，環(huán)形復(fù)雜度高的程序，往往就是最容易出問題的程序。 實踐證明，模塊規(guī)模以V(G)10為宜，即盡量將程序的環(huán)形復(fù)雜度控制在10以下。 39詳細(xì)設(shè)計規(guī)范Part 1 總體描述總體描述（General Description）1 前言（Introduction） 1.1 目的（Purpose） 1.2 范圍（Scope） 1.3定義，首字母縮略詞和簡寫（Definitions, acronyms and abbreviations） 1.4參考文獻(xiàn)（References）

15、 1.5文檔概要（Overview）402 項目標(biāo)準(zhǔn)，約定和規(guī)程（Project Standards, Conventions and Procedures） 2.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（Design standards） 2.2 文檔標(biāo)準(zhǔn)（Documentation standards） 2.3 命名約定（Naming conventions） 41Part 2 構(gòu)件設(shè)計規(guī)范構(gòu)件設(shè)計規(guī)范（Component Design Specifications） n 構(gòu)件標(biāo)識符（Component identifier） n.1 類型（Type） n.2 目的（Purpose） n.3 功能（Function）

16、 n.4 子構(gòu)件（Subordinates） n.5 依賴性（Dependencies） n.6 接口（Interfaces） n.7 資源（Resources） n.8 參考文獻(xiàn)（References） n.9 處理（Processing） n.10 數(shù)據(jù)（Data）42附錄A 軟件需求與構(gòu)件跟蹤矩陣（Appendix B Software Requirements vs Components Traceability matrix）43Part 1 總體描述總體描述（General description）Part 1/1 前言前言（Introduction）本節(jié)應(yīng)描述目的、范圍、術(shù)語、參

17、考文獻(xiàn)和文檔概要。（This section should describe the purpose and scope, and provide a glossary, list of references and document overview.）Part 1/1.1文檔的目的文檔的目的（Purpose of the document）本節(jié)應(yīng)該:(1) 描述DDD的目的（describe the purpose of the particular DDD）;(2) 描述DDD的目標(biāo)讀者（specify the intended readership of the DDD）。44Part

18、 1/1.2軟件范圍軟件范圍（Scope of the software）本節(jié)應(yīng):(1) 描述軟件產(chǎn)品的名字（identify the software product(s) to be produced）;(2) 解釋軟件將要做什么、不能做什么（explain what the proposed software will do (and will not do, if necessary)）;(3) 盡可能精確地描述系統(tǒng)產(chǎn)生的利益、實現(xiàn)的目標(biāo)（describe the relevant benefits, objectives and goals as precisely as possi

19、ble）;(4) 如果存在高層規(guī)范，則應(yīng)該與其描述相一致（be consistent with similar statements in higher-level specifications, if they exist）。45Part 1/1.3定義，首字母縮略詞和簡寫定義，首字母縮略詞和簡寫（Definitions, acronyms and abbreviations）這一節(jié)應(yīng)提供DDD中所用到的所有術(shù)語、縮寫、簡寫的定義，或可參照的其它文檔。（This section should define all terms, acronyms, and abbreviations used

20、 in the DDD, or refer to other documents where the definitions can be found.）Part 1/1.4參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)（References）這一節(jié)應(yīng)提供一個完整的文獻(xiàn)列表，包括：名稱、作者、日期、報告號、期刊名稱、出版機構(gòu)名稱等。Part 1/1.5文檔概要文檔概要（Overview）本節(jié)應(yīng)該:(1) 描述DDD其余部分的結(jié)構(gòu)（describe what the rest of the DDD contains）;(2) 解釋DDD如何組織（explain how the DDD is organized）。46Part 1/2項目標(biāo)準(zhǔn)，約定和規(guī)程項目標(biāo)準(zhǔn)，約定和規(guī)程（Project Standards, Conventions and Procedures）Part 1/2.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（Design standards）應(yīng)參照AD階段所采用的方法，僅描述DD階段所用的具體方法。如果涉及多種方法或多種編程語言（例如，在一個Ada項目中采用C語言設(shè)計和編程），DD標(biāo)準(zhǔn)或許不同。47Part 1/2.2 文檔標(biāo)準(zhǔn)文檔標(biāo)準(zhǔn)（Documentation standard