3第3章需求分析电子教案.ppt

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1、第第3章章 软件设计软件设计 学习目标：u掌握软件设计的任务 u掌握模块划分的评价准则模块独立性的判别u掌握结构化设计方法 u掌握一些常用的详细设计工具 1第第3章章 软件设计软件设计 教学内容 3.1 软件设计的任务 3.2 软件设计的基本概念 3.3 结构化设计方法 3.4 设计优化 3.5 详细设计 本章小结 返回总目录23.1 软件设计的任务软件设计的任务 需求分析阶段的结果是需求规格说明书，它明确地描述了用户对系统的需求，解决了软件“做什么”的问题。在明确了要做的“问题”之后，现在应该着手寻求问题的“解答”，即解决软件“怎么做”的问题。软件设计是一个把软件需求转换成软件表示的过程，软

2、件设计分为两个阶段：u概要设计，将软件需求转换为软件结构和数据结构，并编写概要设计说明书；u详细设计，通过对软件结构的细化，得到软件的详细的算法和数据结构，产生描述软件的详细设计文档。33.1 软件设计的任务软件设计的任务 概要设计的基本任务有：制定规范软件系统结构的总体设计处理方式设计数据结构设计可靠性设计编写概要设计阶段的文档概要设计评审43.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念 返回目录主要教学内容：3.2.1 软件设计的概念 3.2.2 模块化与模块独立性 3.2.3 抽象与信息隐蔽 3.2.4 软件设计原则 53.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念 3.2.1 软件

3、设计的概念1逐步求精 逐步求精是把问题的求解过程分成若干步骤或阶段，每个步骤或阶段都比上一个步骤更精化，更接近问题的解法。逐步求精是与抽象化紧密相关的概念，是一个由抽象到具体的过程。软件工程的每一个阶段都是对软件解法的一次求精。可行性研究阶段是对软件设计的最高层次抽象。而在编码阶段，用源程序写出了问题的解法，这是软件设计的最低层次抽象。63.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念 2程序结构 程序结构最常用的是树状结构，它蕴涵了程序控制上的层次关系。位于最上层根部的是顶层模块，它是程序的主模块。与其联系的有若干下属模块，受其控制和调用。程序结构可以按水平方向或垂直方向进行划分。水平划

4、分按主要的程序功能来定义模块结构的各个分支。顶层模块是控制模块，用来协调程序各个功能之间的通信和运行。其下级模块的最简单的水平划分方法是建立3个分支：输入、处理（数据变换）和输出。这种划分的优点是：由于主要的功能相互分离，易于修改、易于扩充，且没有副作用。缺点是：需要通过模块接口传递更多的数据，使程序流的整体控制复杂化。73.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念 垂直划分也叫作因子划分，主要用在程序的体系结构中，划分时自顶向下逐层分布：顶层模块执行控制功能，极少涉及实际处理工作；而低层模块是实际输入、计算和输出的具体执行者。这种划分的优点是：对低层模块的修改不太可能引起副作用的传播

5、，而恰恰对计算机程序的修改常常发生在低层的输入、计算或输出模块中。因此，程序的整体控制结构不太可能被修改，便于将来的维护。83.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念 3数据结构 数据结构是数据的各个元素之间的逻辑关系的一种表示。数据结构设计应确定数据的组织、存取方式、相关程度，以及信息的不同处理方法。数据结构的组织方法和复杂程度可以灵活多样，但典型的数据结构种类是有限的，它们是构成一些更复杂结构的基本构件块。常用的数据结构类型有标量、数组、链表、自定义类型等。4局部化 局部化是指把一些关系密切的软件元素物理地放得彼此靠近。在模块中使用局部数据元素就是局部化的一个例子。显然局部化有利

6、于实现信息隐蔽。返回目录93.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念 3.2.2 模块化与模块独立性 1模块化 模块是数据说明、语句等程序对象的集合，单独命名而且可通过名字来访问，如过程、函数、子程序、宏等都可以作为模块。模块具有3个基本属性：（1）功能：模块实现的功能（含子模块的功能）。（2）逻辑：描述模块内部怎么做。（3）状态：模块使用时的环境和条件。模块具有内部和外部两个特性：（1）外部特性：模块的名字、参数表等。（2）内部特性：完成模块功能的程序代码和模块内部数据。103.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念 2模块的独立性 是指软件系统中每个模块只涉及软件要求的

7、具体的子功能，而和软件系统中其他的模块的接口是简单的。例如，若一个模块只具有单一的功能且与其他模块没有太多的联系，那么，则称此模块具有模块独立性。它的重要性在于：u模块独立性好的软件比较容易开发，便于多人合作开发同一个软件。u独立的模块比较容易测试和维护。u一般采用两个准则度量模块独立性，即模块与模块间的耦合性和模块内部的内聚性。113.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念 3藕合性 藕合是程序结构内不同模块之间相互关联程度的度量。它是由模块间接口的复杂程度、调用模块的方式及通过接口传递的信息类型决定的。模块之间的连接越紧密，联系越多，耦合性就越高，而其模块独立性就越弱。（1）非直

8、接耦合 如果两个模块之间没有直接关系，它们之间的联系完全是通过主模块的控制和调用实现的，这就是非直接耦合，其模块独立性最强。123.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念 （2）数据耦合如果一个模块访问另一个模块时，彼此之间是通过数据参数（不是控制参数、公共数据结构或外部变量）来交换输入、输出信息的，则称这种耦合为数据耦合。由于限制了只通过参数表传送数据，所以按数据耦合开发的程序接口简单，安全可靠。数据耦合是松散的耦合，模块之间的独立性比较强。在软件设计中就多使用这类耦合。133.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念（3）特征耦合 如果一组模块通过参数表传递记录信息，就是

9、特征耦合。事实上，这组模块共享了某一数据结构的子结构，而不是简单变量。这就要求这些模块都必须清楚该记录的结构，并按结构要求对记录进行操作。143.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念 （4）控制耦合如果一个模块通过传送开关、标志、名字等控制信息，明显地控制选择被调用模块的功能，则称这种耦合为控制耦合。这种耦合的实质是在单一接口上选择多功能模块中的某项功能。因此，对被控制模块的任何修改，都会影响控制模块。另外，控制耦合也意味着控制模块必须知道被控制模块内部的一些逻辑关系，这些会降低模块的独立性。153.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念（5）外部耦合一组模块都访问同一全

10、局简单变量而不是同一全局数据结构，而且不是通过参数表传递该全局变量的信息，则称之为外部耦合。外部耦合引起的问题类似于公共耦合，区别在于在外部耦合中不存在依赖于一个数据结构内部各项的程序逻辑。（6）公共耦合若一组模块都访问同一个公共数据环境，则它们之间的耦合就称为公共耦合。公共的数据环境可以是全局数据结构、共享的通信区、内存的公共覆盖区等。163.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念（7）内容耦合 如果一个模块直接访问另一个模块的内部数据；或者一个模块不通过正常入口转到另一模块内部；或者两个模块有一部分程序代码重迭；或者一个模块有多个入口，则两个模块之间就发生了内容耦合。在内容耦合的

11、情况下，被访问模块的任何变更，或者用不同的编译器对它再编译，都会造成程序出错。这种耦合是模块独立性最弱的耦合。173.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念4内聚性 内聚性标志一个模块内部各元素彼此结合的紧密程度。（1）偶然内聚 当几个模块内凑巧有一些程序段代码相同，又没有明确表现出独立的功能，把这些代码独立出来建立的模块称为偶然内聚。偶然内聚的缺点有：模块的内容不易理解、不易修改和维护，模块common的意义不明确。偶然内聚的目的主要是节约空间，在空间足够的情况下，应避免开发偶然内聚的模块。183.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念（2）逻辑内聚如果一个模块把几种相关

12、的功能组合在一起，每次被调用时，由传送给模块的控制参数来确定该模块应执行哪一种功能，称为逻辑内聚。逻辑内聚导致模块间的控制耦合。（3）时间内聚时间内聚模块大多为多功能模块，要求模块的各个功能必须在同一时间段内执行。如初始化模块或结束模块等。在一般情形下，各部分可按任意的顺序执行，所以它的内部逻辑更简单。193.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念（4）过程内聚 如果模块内的处理是相关的，而且必须以特定顺序执行，则称为过程内聚。在使用流程图作为工具设计程序时，常常通过流程图来确定模块划分。把流程图中的某一部分划出组成模块，就得到过程内聚模块。（5）通信内聚 如果一个模块内各功能部分都

13、使用了相同的输入数据，或产生了相同的输出数据，则称之为通信内聚模块。通常，通信内聚模块是通过数据流图来定义的。203.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念（6）信息内聚 模块完成多个功能，各个功能都在同一数据结构上操作，每一项功能有一个惟一的入口点。信息内聚模块可以看成是多个功能内聚模块的组合，并且实现信息的隐蔽。即把某个数据结构、资源或设备隐蔽在一个模块内，不为别的模块所知晓。这种封装增加了模块的独立性。（7）功能内聚 一个模块的各个成分都是完成某个具体任务必不可少的，这些成分协同工作，紧密联系，不可分割，则称为功能内聚。功能内聚的内聚度最高。满足功能内聚的模块执行一个功能，这是

14、判断模块是否是功能内聚的一个方法。返回目录213.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念3.2.3 抽象与信息隐蔽 1抽象 抽象（Abstraction）就是提取出事物的本质特征而暂时不考虑它们的细节。在软件设计中，涉及到众多的物理元素。如果一开始就考虑细节问题，就不可能做到精确思维。所以抽象化对于软件设计十分重要。在软件设计中，可以有不同的抽象层次。在最高的抽象层次上，用问题所处环境的语言概括描述问题的解答。在最低层次，用直接实现的方式来描述问题的解答。而在中间层次，则采用过程化的方法。223.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念（1）过程抽象 在软件生存期中，从问题定

15、义到程序的实现（源代码），每进展一步都可以看作是对软件解决方法的抽象化过程的一次细化。如在软件计划阶段，可以将整个软件系统当作一个简化的整体元素来看待；在需求分析阶段，用问题所处环境的术语来描述软件的解决方法；而在软件设计阶段，随着从概要设计到详细设计的进行，抽象的层次逐渐降低；当产生源代码时达到最低的抽象层次。233.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念（2）数据抽象 数据抽象允许设计人员在不同的抽象层次上描述数据对象的细节。数据抽象把一个数据对象的定义抽象为一个数据类型名，用此类型名可定义多个具有相同性质的数据对象。在抽象数据类型的定义中还可以加入一组操作的定义，用以确定在此数

16、据对象上可以进行的操作。（3）控制抽象 与过程抽象和数据抽象一样，控制抽象可以包含一个程序控制机制而无须规定其内部细节。关于控制抽象的一个例子就是在操作系统中用以协调某些活动的同步信号。243.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念2信息隐蔽 这一指导思想的目的是为了提高模块的独立性，当修改或维护模块时减小把一个模块的错误扩散到其他模块中去的机会。在这一思想的指导下，在软件开发中先后出现了“数据封装”（Data Encapsulation，指在一个模块中包含一个数据结构和在此数据结构上执行的操作），“抽象数据类型”（Abstract Datatype，指一种数据类型，其中可包含在该类

17、型的实例上执行的操作）等设计方法。返回目录253.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念3.2.4 软件设计原则 软件的设计原则应遵循以下几个方面：（1）功能分解。功能分解是非常朴素、普通的思想，是人们处理复杂问题常用的方法。然而，也是非常容易遗忘的思想。很多设计人员总是雄心勃勃，试图设计出非常复杂的算法，非常完美的结构，不是将问题简化，而是将问题复杂化。而实践证明，这些出发点就是有偏差的。软件领域以外的很多实践和经验，都证明了分工、分解是处理复杂系统的基本前提。263.2 3.2 软件设计的基本概念软件设计的基本概念（2）设计对于分析模型应该是可跟踪的（软件的模块可能被映射到多个需

18、求上）。（3）设计结构应该尽可能地模拟实际问题。（4）设计应该表现出一致性。（5）不要把设计当成编写代码。（6）在创建设计时就应该能够评估质量。（7）在设计阶段就要注重软件的重用。（8）评审设计以减少语义性的错误。返回目录273.3 结构化设计方法结构化设计方法 主要教学内容：3.3.1 系统结构图 3.3.2 变换分析 3.3.3 事务分析 返回目录 283.3 结构化设计方法结构化设计方法结构化设计方法（StructuredDesign，SD）是20世纪70年代中期由StevensMyers与Constantine等人率先倡导的，它是一种面向数据流的设计方法，是基于模块化、自顶向下逐层细化

19、、结构化程序设计等程序设计技术基础上发展起来的。使用该方法时应注意以下几点：（1）首先研究、分析和审查数据流图。从软件的需求规格说明中弄清数据流加工的过程。293.3 结构化设计方法结构化设计方法（2）然后根据数据流图决定问题的类型。数据处理问题典型的类型有两种：变换型和事务型。针对两种不同的类型分别进行分析处理。（3）由数据流图推导出系统的初始结构图。（4）利用一些试探性原则来改进系统的初始结构图，直到得到符合要求的结构图为止。（5）修改和补充数据词典。（6）制定测试计划。303.3 结构化设计方法结构化设计方法3.3.1 系统结构图 系统结构图（Structure Chart，SC）是SD

20、方法使用的主要描述工具，用来描述软件的组成模块及其调用关系。1SC图的组成 一般地，在系统结构图中有4种类型的模块：u传入模块：从下属模块取得数据，经过某些处理，再将其传送给上级模块。u传出模块：从上级模块获得数据，进行某些处理，再将其传送给下属模块。313.3 结构化设计方法结构化设计方法u变换模块：即加工模块。它从上级模块取得数据，进行特定的处理，转换成其他形式，再回传给上级模块。大多数计算模块（原子模块）属于这一类。u协调模块：对所有下属模块进行协调和管理的模块。在系统的输入输出部分或数据加工部分可以找到这样的模块。在一个好的系统结构图中，协调模块应在较高层出现 323.3 结构化设计方

21、法结构化设计方法2SC图中的模块调用 （1）简单调用 （2）选择调用 （3）循环调用3SC的结构形式 所有系统的DFD结构可分为两种典型形式：即变换型结构和事务型结构。相应地，由数据流图转换成的软件结构图也有变换型和事务型两种结构。（1）变换型结构变换型数据流图中数据的处理过程大致可分为3步，即输入数据、变换数据和输出数据。333.3 结构化设计方法结构化设计方法将变换型数据流图映射为软件结构图的方法是：首先将数据流图的输入、变换和输出部分分别转换为输入、变换和输出模块；然后在输入、变换和输出模块之上增加总控模块，以调度这3个模块，协调完成任务。总控模块的工作过程如下：u调用输入模块，获取输入

22、数据；u调用加工模块，将获取的输入数据传给加工模块，获取加工模块加工好的数据；u调用输出模块，将获取的加工好的数据传给输出模块，由输出模块输出该数据。343.3 结构化设计方法结构化设计方法（2）事务型结构事务型数据流图有一个明显的事务中心，它接受一项事务，根据该事务的特点和性质，选择分配一个适当的处理单元，然后输出结果。所以，事务型数据流图由接受事务、事务中心和若干处理单元输出结果部分组成。将事务型数据流图映射为软件结构图的方法是：首先将数据流图中的各个部分转换成软件结构图中的相应模块；然后增加调度模块，让它调度n个处理单元，最后让事务中心模块调度接受事务、调度和输出结果模块。353.3 结

23、构化设计方法结构化设计方法事务中心模块的工作过程如下所示：调用接受事务模块，接受一项事务；调用调度模块选择分配处理单元，获取处理结果；调用输出模块输出结果。返回目录363.3 结构化设计方法结构化设计方法3.3.2 变换分析 变换分析是将变换型数据流图映射成软件结构图的一系列步骤的总称。运用变换分析方法建立初始的变换型系统结构图，然后对它做进一步的改进，最后得到系统的最终结构图。下面以第2章中的图2.11所示的数据流图为例，介绍一下变换分析的步骤。（1）复审和精化数据流图。重新复审需求分析阶段得到的数据流图，在必要时进行精化，力争做到使数据流图中每个处理加工都代表一个规模适中相对独立的子功能。

24、373.3 结构化设计方法结构化设计方法 在重画数据流图时，要注意以下几点：u可以从物理输入到物理输出，或者相反.还可以从顶层加工框开始，逐层向下。u在精化后数据流图中不要出现控制逻辑，图中的箭头只表示数据流。u不要去管系统的开始和结束（假定系统在不停地运行）。u省略每一个加工框的简单例外处理。第2章的图2.11是统计细化模块的数据流图，首先要根据需求分析说明书对该数据流进行复审，检查有无不当之383.3 结构化设计方法结构化设计方法处。另外，教务员需要将统计数据输入到计算机中，所以应在图中添加一个“输入统计数据”的加工，再对数据流图做进一步的精化，精化后的数据流图如图3.16所示。图3.16

25、 精化后的统计细化DFD 393.3 结构化设计方法结构化设计方法（2）确定数据流图中含有变换型特征还是事务型特征。从上面精化后的统计细化DFD可以看出，来自教务员的统计数据通过3.6加工输入到计算机中，访问学生档案库，对访问的数据进行变换后再通过3.5加工输出给教务员，存在着输入部分、输出部分和中心变换部分，显然，该数据流图是变换型的。通常，系统的信息流总能表示为变换型，但其中也可能遇到明显的事务型特征，这时可采用变换型为主，在局部范围采用事务型的设计方法。403.3 结构化设计方法结构化设计方法（3）区分输入流、输出流和中心变换部分，即标明流的边界。首先确定输入和输出部分的边界，剩下的就是

26、变换部分。不同的人员对输入和输出部分的划分有所不同，但对最终的软件结构影响不大。在上步中确定了数据流图是变换型的，接下来的工作就是将这3部分划分出来。该数据流图的边界划分如图3.17所示。413.3 结构化设计方法结构化设计方法图3.17 统计细化DFD边界划分 423.3 结构化设计方法结构化设计方法 如果数据流图比较复杂，可以用试探方法确定系统的逻辑输入和逻辑输出部分。即从数据流图上的物理输入端开始，逐渐向系统的中间移动，直到遇到的数据流不再被看作是系统的输入为止，则将其前一个数据流作为逻辑输入部分。类似地，从物理输出端开始，逐渐向系统的中心移到，可以找到离物理输出端最远，但仍被看作是系统

27、输出的数据流，它就是系统的逻辑输出部分。在输入部分和输出部分之间的就是中心变换部分。433.3 结构化设计方法结构化设计方法（4）进行一级“因子化”分解，设计顶层和第一层模块。首先设计主模块，用程序名字为它命名，将它画在与中心变换相对应的位置上。做为系统的顶层，它调用下层模块，完成系统所要做的各项工作。系统结构第一层的设计方针是：为每一个逻辑输入设计一个输入模块，它为主模块提供数据；为每一个逻辑输出设计一个输出模块，它将主模块提供的数据输出；为中心变换设计一个变换模块，它将逻辑输入转换成逻辑输出。第一层模块与主模块之间传送的数据应与数据流图相对应。443.3 结构化设计方法结构化设计方法 根据

28、这种映射方法，将数据流图的输入部分、中心变换部分和输出部分分别转换为输入、变换和输出模块；然后在输入、变换和输出模块之上增加总控模块，将上面描述的划分的数据流图转换为图3.18所示的软件结构图。图3.18统计上层模块 453.3 结构化设计方法结构化设计方法（5）进行二级“因子化”分解，设计中、下层模块。这一步工作是自顶向下，逐层细化，为每一个输入模块、输出模块、变换模块设计它们的从属模块。输入模块要向调用它的上级模块提供数据，因而它必须有两个下属模块：一个是接收数据；另一个是把这些数据变换成它的上级模块所需的数据。输出模块是从调用它的上级模块接收数据，用以输出，因而也应当有两个下属模块：一个

29、是将上级模块提供的数据变换成输出的形式；另一个是将它们输出。中心变换模块的下层模块没有通用的设计方法，一般应参照数据流图的中心变换部分和功能分解的原则来考虑如何对中心变换模块进行分解。463.3 结构化设计方法结构化设计方法 将图3.18描述的上层模块进行分解，设计中下层模块，得到的统计软件结构的二次分解图如图3.19所示。（6）利用一些启发式原则来改进系统的初始结构图，直到得到符合要求的结构图为止。图3.19统计软件结构的二次分解图 返回目录473.3 结构化设计方法结构化设计方法3.3.3 事务分析 在很多应用中，存在某种作业数据流，它可以引发一个或多个处理。这种数据流就叫作事务。与变换映

30、射类似，事务映射也是从分析数据流图开始，自顶向下，逐步分解，建立系统结构图。所不同的是由数据流图映射成的系统结构图不同。下面以第2章中的图2.9所示的数据流图为例，介绍一下事务分析的步骤。（1）复审和精化数据流图。本例中精化后的数据流图如图3.20所示 483.3 结构化设计方法结构化设计方法图3.20 查询细化DFD 493.3 结构化设计方法结构化设计方法（2）确定数据流图中含有变换型特征还是事务型特征。显然，该数据流图是事务型的。（3）识别事务中心和每一条操作路径上的流特征。事务中心通常位于几条操作路径的起始点上，可以从数据流图上直接找出来。输入路径必须与其他所有操作路径区分开来。（4）

31、将数据流图映射为事务型系统结构图。事务流应映射到包含一个输入分支和一个分类事务处理分支的程序结构上。输入分支结构的开发与变换流的方法类似。分类事务处理分支结构包含一个调度模块，它调度和控制下属的操作模块。本例中所得的软件结构图如图3.21所示。503.3 结构化设计方法结构化设计方法图3.21查询模块程序结构图 513.3 结构化设计方法结构化设计方法（5）“因子化”分解和细化该事务结构及每一条操作路径的结构。每一条操作路径的数据流图有它自己的信息流特征，可以是变换流也可以是事务流。与每一条操作路径相关的子结构可以依照前面介绍的设计步骤进行开发。（6）优化软件结构图，进行软件详细设计。得到了软

32、件的软件结构图后，要对软件结构图进行优化。随后，就要选择某种详细设计工具，如程序流程图、N-S图、PAD图、判定表与判定树、PDL语言等，进行软件的详细设计。返回目录523.4设计优化设计优化1模块功能的完善化2消除SC中的重复功能，改善软件结构在得出系统的初始结构图之后，应当审查分析这个结构图。如果发现几个模块的功能有相似之处，可以分以下两种情况分别加以改进。（1）完全相似（2）局部相似533.4 设计优化设计优化3模块的大小要保持适中模块的大小可以用模块中所含语句的行数来衡量。限制模块的大小是减少复杂性的手段之一，因而要求把模块的大小限制在一定的范围之内。通常规定其语句行数在50100左右

33、，最多不超过500行，最好在30到60行之间，能在一张打印纸内，以便于阅读和管理。过长的模块往往是分解不充分的表现，会增加理解的难度；模块过小又会使模块之间的联系变得复杂，增大系统在模块调用时的开销。543.4 设计优化设计优化4保持高扇入/低扇出原则 扇出表示一个模块直接调用（或控制）的其他模块的数目。扇入则定义为调用（或控制）一个给定模块的模块个数。模块的扇入和扇出示意图如图3.23所示。高扇出意味着需要控制和协调许多下属模块，会增加模块调用和控制的复杂度。而高扇入则是上级模块多，能够增加模块的利用率，高扇入的模块通常是公用模块。经验证明，一个设计较好的软件模块结构，通常上层扇出比较高，中

34、层扇出较少，底层扇入到有高扇入的公用模块中，即模块结构图呈两头小，中间大的纺棰形。553.4 设计优化设计优化5作用域/控制域原则模块的控制域包括它本身及其所有的从属模块。模块的作用域是指模块内一个判定的作用范围，凡是受这个判定影响的所有模块都属于这个判定的作用域。如果一个判定的作用域包含在这个判定所在模块的控制范围之内，则这种结构是简单的。作用域/控制域原则的含义包括两方面的内容，一是模块的作用域不要超出控制域；二是软件系统的判定，其位置离受它控制的模块越近越好。返回目录563.5 详细设计详细设计 主要教学内容：3.5.1 详细设计概述 3.5.2 程序流程图 3.5.3 N-S图（盒图）

35、3.5.4 PAD图 3.5.5 判定表与判定树 3.5.6 PDL返回目录573.5 详细设计详细设计 3.5.1 详细设计概述 在概要设计阶段完成了软件系统的总体设计，规定了各个模块的功能及模块之间的联系之后，进一步就要考虑实现各个模块规定的功能，也就是进行软件的详细设计，也称为过程设计。在详细设计阶段，要根据概要设计对每个模块的定义进行设计，以实现指定的功能、算法和外部接口所要求的模块内部的数据结构和程序的逻辑结构。模块设计要完成的工作包括：583.5 详细设计详细设计 u详细的算法过程设计u内部数据结构设计u程序逻辑结构设计当前流行的表示程序逻辑结构的主要方式有3种：u图形描述u语言描

36、述u表格描述其中图形描述工具主要有程序流程图、N-S图及PAD图等；语言描述工具主要有PDL；表格描述有判定表及判定树等。返回目录593.5 详细设计详细设计 3.5.2 程序流程图 程序流程图（Program Flow Chart）又称为程序框图，是软件设计中经常使用的一种算法表达工具。它独立于程序设计语言，较为直观、清晰，易于学习掌握。但流程图也存在一些严重的缺点。任何复杂的程序流程图都应由这5种基本控制结构组合或嵌套而成。u顺序型：几个连续的加工步骤依次排列构成，执行时按先后顺序依次执行603.5 详细设计详细设计 u选择型：依照逻辑判断式的取值决定选择两个加工中的一个来执行u先判定型循

37、环：先对循环控制条件进行判定，成立时，重复执行选定的加工否则退出循环u后判定型循环：先执行一次循环体，再对结束循环控制条件进行判定，成立时，退出循环，否则重复执行循环体u多情况型选择：列举多个加工情况，根据控制变量的取值，选择执行其一613.5 详细设计详细设计 2数据存储的定义 本例中的学生成绩档案数据存贮可如下定义：数据存储名：学生成绩档案编号：01别名：无 记录组成：班级名、学期编号、学号、姓名、英语、软件工程、数据结构、操作系统、思想品德修养由谁建立或修改：加工2.1、2.1、2.3由谁使用：加工1.3、1.4、1.5、2.2、3.1、3.2、3.3、3.4简要说明：（略）623.5

38、详细设计详细设计图3.26 流程图的基本控制结构 返回目录633.5 详细设计详细设计 3.5.3 N-S图（盒图）N-S图也称盒图（Box-Diagram），是由Nassi 和Shneiderman提出的一种符合结构化程序设计原则的图形描述工具。结构化程序设计要求只使用3种基本控制结构，即顺序结构、分支结构（包括简单选择型和多分支选择型）和循环结构（包括先判定型和后判定型）。在N-S图中，相应规定了5种图形构件，如图3.28所示。643.5 详细设计详细设计从上面两图可以看出，N-S图有以下几个特点：u图中每个矩形框都是明确定义了的功能域。u图中的控制转移不能任意规定，必须遵守结构化程序设计

39、要求。u从图中可以很容易地确定局部数据和全局数据的作用域。u图中很容易表现嵌套关系及模块的层次结构。图3.28 N-S图的5种基本控制结构返回目录653.5 详细设计详细设计 3.5.4 PAD图 PAD（Problem Analysis Diagram，问题分析图），是日本日立公司提出的用结构化程序设计思想表现程序逻辑结构的图形工具。现在已被ISO认可。PAD也设置了5种基本控制结构的图式，并允许递归使用。这5种基本控制结构如图3.31所示。图3.31 PAD的基本控制结构 663.5 详细设计详细设计其中：表示按顺序先执行A，再执行B。给出了判断条件为P的选择型结构。当P为真时执行上面的A

40、框中的内容，当P为假时执行下面的B框中的内容。如果这种选择型结构只有A框，没有B框，表示该选择结构中只有THEN后面有执行语句A，没有ELSE部分。与中P是循环判断条件，S是循环体。是CASE型结构。当判定条件P1时，执行A1框的内容，P2时，执行A2框的内容，Pn时，执行An框的内容。673.5 详细设计详细设计PAD的执行顺序是从上到下，从左到右，即从最左主干线的上端的结点开始，自上而下依次执行。每遇到判断或循环，就自左而右进入下一层，从表示下一层的纵线上端开始执行，直到该纵线下端，再返回上一层的纵线的转入处。如此继续，直到执行到主干线的下端为止。用PAD所表达的程序，结构清晰并且结构化程

41、度高。作为一种详细设计的工具，它比流程图更易读，且由于PAD是一种树形结构，比流程图更容易在计算机上处理，容易将PAD图转换成程序。另外，PAD除了可以描述程序的逻辑结构，还可以描述数据结构。返回目录683.5 详细设计详细设计3.5.5 判定表与判定树当算法中包含多重嵌套的条件选择时，用程序流程图、N-S图或PAD都不易清楚地描述。这时可以用判定表或判定树来描述这些复杂的条件。判定表与判定树除了在详细设计阶段使用外，在需求分析阶段也经常使用。1判定表（Decision Table）判定表一般由4部分组成：左上半部分列出所有条件、左下半部分列出所有动作、右上半部分列出各种条件组合，右下半部分列

42、出和每组条件取值组合对应的动作。其结构图如图3.33所示。693.5 详细设计详细设计判定表的优点是能够简洁，无二义性的描述所有的处理规则。缺点是它所表示的是静态逻辑，是在某种条件组合情况下可能的结果，它不能表达加工的顺序，也不能表达循环结构。因此，判定表不能成为一种通用的设计工具，一般作为辅助工具配合其他工具一起使用。图3.33 判定表结构示意图 703.5 详细设计详细设计例3.3某“订货单处理程序”的处理逻辑描述如下：“如果订货金额不足500元且未过期，则向客户发出批准单和提货单，已过期的，什么也不发；如果订货金额超过500元但不足1000元，则发出批准单和提货单，对已过期的，还要发过期

43、通知单；如果订货金额超过1000元，不论是否过期，都要发出批准单和提货单。”试用判定表表示出该逻辑。判定表如表3.2所示。713.5 详细设计详细设计1234条件过期FTT金额500TT500金额1000T金额1000T动作发过期通知单发批准单发提货单表3.2 判定表实例 723.5 详细设计详细设计2判定树（Decision Tree）判定树实质上是判定表的一种变形，本质上是一样的。判定树的优点是形式简单、比较直观、易于掌握和使用。缺点是不如判定表简洁。对于例3.3的描述可用判定树表示成如图3.34所示的形式：图3.34 判定树实例返回目录733.5 详细设计详细设计3.5.6 PDL（Pr

44、ogram Design Language）PDL是一种用于描述功能模块的算法设计和加工细节的语言，称为设计程序用语言。它是一种伪码（pseudo code）。一般地，伪码的语法规则分为“外语法（outer syntax）”和“内语法（inter syntax）”。外语法应当符合一般程序设计语言常用语句的语法规则；而内语法可以用英语中一些简单的句子、短语和通用的数学符号来描述程序应执行的功能。743.5 详细设计详细设计 PDL作为一种用于描述程序逻辑设计的语言，具有以下特点：u有固定的关键字外语法，提供全部结构化控制结构、数据说明和模块特征。u内语法使用自然语言来描述处理特性。u有数据说明机

45、制，包括简单的（如标量和数组）与复杂的（如链表和层次结构）的数据结构。u有子程序定义与调用机制，用以表达各种方式的接口说明。返回目录75本本 章章 小小 结结u本章介绍了软件设计的方法、工具和步骤。u软件设计分为概要设计和详细设计两个阶段，概要设计阶段首先介绍了软件设计的任务和目标，然后介绍了概要设计阶段一些重要的软件设计基本概念。其中以模块化概念和模块独立性为重。u接着介绍了结构化设计方法，主要介绍变换分析和事务分析。76本本 章章 小小 结结u详细设计阶段主要介绍了一些常用的设计工具，包括N-S图、PAD图、判定表与判定树以及PDL语言。u同时，通过一个实例，说明结构化设计方法的步骤及将数据流图转化为软件结构图的具体方法。返回目录77