計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

第二章結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法河南科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動化專業(yè)結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì)程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和程序編寫兩個過程，即程序的結(jié)構(gòu)和程序編碼全過程程序設(shè)計(jì)=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法+語言工具結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)是算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)方法三者的統(tǒng)一。算法是程序的核心，采用計(jì)算機(jī)語言來描寫算法。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是程序數(shù)據(jù)的組織和構(gòu)造方法，它表達(dá)了數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)間的關(guān)系。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法是程序設(shè)計(jì)的技術(shù)措施，是設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)、高效程序的可靠保證。評價程序系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)早期（1970’）：一個占用內(nèi)存少，運(yùn)行速度快的程序可以算得上一個好程序當(dāng)前：一個好的程序應(yīng)當(dāng)是設(shè)計(jì)合理、價格便宜、易讀易維護(hù)、可靠性高的系統(tǒng)評價程序系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)程序正確性一個程序系統(tǒng)能在計(jì)算機(jī)上順利運(yùn)行通過并取得正確的結(jié)果，這個系統(tǒng)才有真實(shí)的價值，因此系統(tǒng)的正確性是衡量程序質(zhì)量最重要的標(biāo)準(zhǔn)！程序正確性是通過算法的精心設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)層次化、精細(xì)化，程序的仔細(xì)調(diào)試、測試等反復(fù)的過程來實(shí)現(xiàn)的評價程序系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)程序結(jié)構(gòu)清晰現(xiàn)已廣泛采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法和語言來設(shè)計(jì)程序，引進(jìn)了結(jié)構(gòu)化、模塊化的方法，設(shè)計(jì)出來的程序可以達(dá)到層次分明，結(jié)構(gòu)清晰提示：程序的縮進(jìn)格式評價程序系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)易讀、易維護(hù)性模塊化的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)具有易讀、易理解、易維護(hù)特性一個程序在編寫時應(yīng)做到模塊結(jié)構(gòu)分明指令編寫簡潔適當(dāng)?shù)剡x擇變量并加上必要的注釋說明評價程序系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)程序的有效性和適應(yīng)性程序應(yīng)當(dāng)做到適應(yīng)性強(qiáng)，移植性好應(yīng)用程序的有效性取決于該應(yīng)用程序與其所在環(huán)境的適應(yīng)性適應(yīng)性：指應(yīng)用程序在幫助用戶執(zhí)行其日常工作方面的使用、幫助合意義的程度數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的可靠性、及時性、一致性、可用性人員：良好技能、相應(yīng)培訓(xùn)、悟性、興趣結(jié)構(gòu)：提高技術(shù)、滿足需求的恰當(dāng)?shù)拈_發(fā)方法規(guī)則：按照一定規(guī)程處理數(shù)據(jù)評價程序系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)程序的可靠性雖然要保證程序正確性很難，但程序設(shè)計(jì)人員應(yīng)該努力提高程序的正確率程序的可靠性是程序系統(tǒng)的基本要求程序的可靠性是指程序系統(tǒng)的重復(fù)性好，關(guān)鍵程序運(yùn)行時絕對不會出現(xiàn)意想不到的破壞性錯誤，保證程序系統(tǒng)的正確運(yùn)行開發(fā)程序系統(tǒng)的全過程程序系統(tǒng)的分析階段程序系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段程序系統(tǒng)的編碼階段程序系統(tǒng)的調(diào)試、測試階段程序系統(tǒng)的驗(yàn)收、運(yùn)行和維護(hù)階段開發(fā)程序系統(tǒng)的全過程程序系統(tǒng)的分析階段深入細(xì)致地調(diào)查問題，研究問題，搞清問題的來龍去脈，進(jìn)行詳細(xì)的可行性分析問題以什么形式提出，要解決什么問題，如何解決這些問題使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件、軟件資源情況開發(fā)程序系統(tǒng)的代價分析，包括系統(tǒng)開發(fā)所花的時間、經(jīng)費(fèi)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益等分析今后客觀情況的變化，由于情況不斷變化，目標(biāo)任務(wù)可能有所變動，功能要求不斷擴(kuò)充，時間的推移，費(fèi)用的增加，都是系統(tǒng)開始分析時應(yīng)考慮的內(nèi)容完成初始階段分析之后，需要寫出一份完整而準(zhǔn)確的功能規(guī)劃說明書或系統(tǒng)可行性分析報告開發(fā)程序系統(tǒng)的全過程程序系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段在功能規(guī)格說明的基礎(chǔ)上進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)，建立程序的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模塊結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是先畫粗框圖，再畫詳細(xì)的程序流程圖，最后用語言工具來編寫程序（結(jié)構(gòu)化程序圖），著手寫出程序系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書系統(tǒng)軟硬件預(yù)算系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開發(fā)程序系統(tǒng)的全過程程序系統(tǒng)的編碼階段根據(jù)模塊說明和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方法，按照一定的算法編寫程序程序設(shè)計(jì)語言的選定，程序風(fēng)格的確定程序編寫規(guī)范設(shè)計(jì)程序編寫人員分工系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)程序編寫程序代碼編寫次要系統(tǒng)部分?jǐn)?shù)據(jù)流圖系統(tǒng)部分實(shí)體關(guān)系圖開發(fā)程序系統(tǒng)的全過程程序系統(tǒng)的調(diào)試與測試階段調(diào)試與測試程序編寫出來了，上機(jī)不一定就能順利通過，上機(jī)雖然暫時通過了，程序中也不一定就沒有錯誤程序系統(tǒng)的調(diào)試與測試只能發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤而不能保證系統(tǒng)沒有錯誤基本原則：程序永遠(yuǎn)存在錯誤開發(fā)程序系統(tǒng)的全過程程序系統(tǒng)的驗(yàn)收、運(yùn)行和維護(hù)階段當(dāng)程序系統(tǒng)故障已經(jīng)減少到系統(tǒng)能夠多次正常運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中還沒有發(fā)現(xiàn)、發(fā)生故障和錯誤，運(yùn)算結(jié)果經(jīng)分析也認(rèn)為是可信的、正確的，這時就達(dá)到驗(yàn)收要求了運(yùn)行和維護(hù)：在程序運(yùn)行過程中改正錯誤，修改規(guī)范設(shè)計(jì)和程序，對新的要求和目標(biāo)增加新的程序功能寫出一份詳細(xì)的程序系統(tǒng)使用說明書結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)（StructuredProgramming）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是一種先進(jìn)的程序設(shè)計(jì)方法，它有順序、選擇、循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)，并且程序只有一個入口和一個出口按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法編寫出來的程序?qū)哟畏置?、簡潔、易讀、易維護(hù)，程序便于調(diào)試與驗(yàn)證結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法限制使用無條件轉(zhuǎn)移語句（Goto語句）若在程序中不加限制地使用goto語句，程序系統(tǒng)無規(guī)則地跳來跳去，會使程序難以閱讀和理解，易出錯，更難調(diào)試和查錯程序行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法限制使用無條件轉(zhuǎn)移語句（Goto語句）不破壞程序良好結(jié)構(gòu)的前提下，有控制地使用goto語句，可以提高程序效率只有控制轉(zhuǎn)移僅限于本塊結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)可使用goto語句，可保持程序簡潔，程序還是一個入口一個出口結(jié)構(gòu)少用goto語句是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)重要內(nèi)容之一結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的三種基本結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的三種基本結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)流程圖可以直觀表示算法，易于理解，但是它對流程線即箭頭的使用沒有嚴(yán)格限制，很容易使流程圖變得復(fù)雜而沒有規(guī)律。與傳統(tǒng)流程圖相比，N-S流程圖更適合結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的三種基本結(jié)構(gòu)上個世紀(jì)70年代提出了一種新的流程圖：N-S流程圖。N-S流程圖去掉了所有箭頭，全部算法寫在一個矩形框內(nèi)，在該框內(nèi)還可以包含從屬于它的其它矩形框例：求5！，將算法分別用傳統(tǒng)流程圖和N-S流程圖表示出來結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法自頂向下，逐步求精結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的核心是算法設(shè)計(jì)，基本思想是采用自頂向下和逐步細(xì)化的設(shè)計(jì)方法以及單入單出的控制結(jié)構(gòu)即將一個復(fù)雜問題按照功能進(jìn)行拆分，并逐層細(xì)化到便于理解和描述的程度，最終形成由多個小模塊組成的樹型結(jié)構(gòu)。其中每個模塊都是單入單出的控制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法自頂向下，逐步求精自頂向下，逐步細(xì)化模塊化設(shè)計(jì)算法完成（流程圖）結(jié)構(gòu)化編碼在向下層展開之前應(yīng)仔細(xì)檢查本層設(shè)計(jì)是否正確，只有上一層是正確的才能向下細(xì)化，由于每層向下細(xì)化時都不太復(fù)雜，因此容易保證整個算法的正確性例：某企業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)可再逐步細(xì)化至能應(yīng)用軟件語言解決問題其它軟件設(shè)計(jì)方法面向?qū)ο螅∣bjectOriented，OO）方法學(xué)面向?qū)ο蠓治觯∣bjectOrientedAnalysis）映射現(xiàn)實(shí)世界中指定問題域的對象和實(shí)體，盡可能地接近現(xiàn)實(shí)世界，以最自然的方式表達(dá)實(shí)體，以構(gòu)建與現(xiàn)實(shí)世界相對應(yīng)的問題模型，并保持它們的結(jié)構(gòu)、關(guān)系、行為模式類——對象