软件工程导论—详细设计

文章目录

• • • 1. 结构程序设计
    • 2. 人机界面设计
    • • 2.1. 人机界面设计概述
      • 2.2. 人机界面设计问题
      • 2.3. 人机界面设计过程
    • 3. 过程设计工具
    • • 3.1. 程序流程图
      • 3.2. 盒图(N-S图)
      • 3.3. PAD图
      • 3.4. 判定表（决策表）
      • 3.5. 判定树（决策树）
      • 3.6. 过程设计语言
    • 4. 面向数据结构的设计方法
    • • 4.1. 面向数据结构的设计方法概述
      • 4.2. Jackson图
      • 4.4. Jackson方法
    • 5. 程序复杂程度的定量度量
    • • 5.1. 程序复杂程度的定量度量概述
      • 5.2. McCabe方法
      • 5.3. Halstead方法

1. 结构程序设计

详细设计阶段的根本目标是确定应该怎样具体地实现所要求的系统。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。

结构程序设计技术是实现上述目标的关键技术，因此是详细设计的逻辑基础。

结构程序设计的经典定义是：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，则称这个程序是结构化的。为了实际使用方便起见，常常还允许使用DO-UNTIL和DO-CASE两种控制结构。

有时需要立即从循环(甚至嵌套的循环)中转移出来，允许使用LEAVE(或BREAK)结构。LEAVE或BREAK结构实质上是受限制的GOTO语句，用于转移到循环结构后面。

3. 过程设计工具

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。

1. 使用表示结构化控制结构的PAD符 设计出来的程序必然是结构化程序；
2. PAD图所描绘的程序结构十分清晰；
3. PAD图表现程序逻辑易读、易懂、易记；
4. 容易将PAD图转换成高级语言源程序，这种转换可用软件工具自动完成；
5. 即可表示程序逻辑，也可描绘数据结构；
6. PAD图的符 支持自顶向下、逐步求精方法的使用。

例如下面的程序流程图，PAD图表示如下。

1. 左上部列出所有条件；
2. 左下部是所有可能做的动作；
3. 右上部是表示各种条件组合的一个矩阵；
4. 右下部是和每种条件组合相对应的动作。

一张典型的判定表如下所示：

判定表能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。但判定表的含义不是一眼就能看出来的，初次接触这种工具的人理解它需要有一个简短的学习过程，当数据元素的值多于两个时，判定表的简洁程度也将下降，此时建议使用判定树。

3.5. 判定树（决策树）

判定树是判定表的一种简化形式，也能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。因此多年来判定树一直受到人们的重视，是一种比较常用的系统分析和设计的工具。

判定树的形式简单，一眼就可以看出其含义，因此易于掌握和使用。但是它的简洁性不如判定表，数据元素的同一个值往往要重复写多遍，而且越接近树的叶端重复次数越多，并且画判定树时分枝的次序可能对最终画出的判定树的简洁程度有较大影响。

如下判定树示例，用来计算行李费：

4.4. Jackson方法

Jackson结构程序设计方法由5个步骤组成：

1. 分析并确定输入数据和输出数据的逻辑结构，用Jackson图描绘数据结构；
2. 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。
   所谓有对应关系是指有直接的因果关系，在程序中可以同时处理的数据单元(对于重复出现的数据单元必须重复的次序和次数都相同才可能有对应关系)。
3. 用下述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结构图的相应层次画一个处理框(层次不同时与图中层次低的那个对应)；
   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，在程序结构图的相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，在程序结构图的相应层次分别为它们画上对应的处理框。
   改进的Jackson图规定在构成顺序结构的元素中不能有重复出现或选择出现的元素，因此可能需要增加中间层次的处理框。
4. 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。
5. 用伪码表示程序。

例如：假设一个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。

用 Jackson结构程序设计方法的设计步骤如下：

3. 用伪码表示程序处理过程

5. 程序复杂程度的定量度量

5.1. 程序复杂程度的定量度量概述

详细设计阶段设计出的模块质量可以使用软件设计的基本原理和概念进一步仔细衡量它们的质量。但是，这种衡量毕竟只能是定性的，人们希望能进一步定量度量软件的性质。

定量度量程序复杂程度可以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，定量度量的结果可以用来比较两个不同的设计或两个不同算法的优劣，也可以作为模块规模的精确限度。

5.2. McCabe方法

McCabe方法是一种软件质量度量方法，它是基于对程序拓扑结构复杂度的分析。 它根据程序控制流的复杂程度定量度量程序的复杂程度，这样度量出的结果称为程序的环形复杂度。

它的表示是一张流图，所谓流图实质上是简化的程序流程图，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。

流图的表示图符：

1. 结点：用圆表示，一个圆代表一条或多条语句；
2. 边：箭头线称为边，代表控制流。在流图中一条边必须终止于一个结点，即使这个结点并不代表任何语句；
3. 区域：由边和结点围成的面积称为区域，包括图外部未被围起来的区域。

如下图所示：

例如：

5.3. Halstead方法

Halstead方法根据程序中运算符和操作数的总数来度量程序的复杂程度。

令 N 1 N_1 N1/span>为程序中运算符出现的总次数， N 2 N_2 N2/span>为操作数出现的总次数，程序长度 N N N定义为： N = N 1 + N 2 N=N_1+N_2 N=N1/span>+N2/span>

程序中使用的不同运算符(包括关键字)的个数 n 1 n_1 n1/span>，以及不同操作数(变量和常数)的个数 n 2 n_2 n2/span>。预测程序长度的公式如下： H = n 1 log 2 n 1 + n 2 log 2 n 2 H = n_1 log_2n_1 + n_2 log_2n_2 H=n1/span>log2/span>n1/span>+n2/span>log2/span>n2/span>预测程序中包含错误的个数的公式如下： E = N log 2 ( n 1 + n 2 ) / 3000 E = N log_2 (n_1+n_2) / 3000 E=Nlog2/span>(n1/span>+n2/span>)/3000