第6章詳細(xì)設(shè)計(jì)6.1結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)6.2人機(jī)界面設(shè)計(jì)6.3過(guò)程設(shè)計(jì)的工具6.4面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法6.5程序復(fù)雜程度的定量度量6.6小結(jié)習(xí)題

詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的根本目標(biāo)是得出對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的精確描述，從而在編碼階段可以把這個(gè)描述直接翻譯成用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的程序。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的任務(wù)還不是具體地編寫(xiě)程序，而是要設(shè)計(jì)出程序的“藍(lán)圖”，以后程序員將根據(jù)這個(gè)藍(lán)圖寫(xiě)出實(shí)際的程序代碼。詳細(xì)設(shè)計(jì)的結(jié)果基本上決定了最終的程序代碼的質(zhì)量?？紤]程序代碼的質(zhì)量時(shí)必須注意，程序的“讀者”有兩個(gè)，那就是計(jì)算機(jī)和人。在軟件的生命周期中，設(shè)計(jì)測(cè)試方案、診斷程序錯(cuò)誤、修改和改進(jìn)程序等等都必須首先讀懂程序。實(shí)際上對(duì)于長(zhǎng)期使用的軟件系統(tǒng)而言，人讀程序的時(shí)間可能比寫(xiě)程序的時(shí)間還要長(zhǎng)得多。結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的概念最早由E.W.Dijkstra提出。1965年他指出：“可以從高級(jí)語(yǔ)言中取消GOTO語(yǔ)句”，“程序的質(zhì)量與程序中所包含的GOTO語(yǔ)句的數(shù)量成反比”。

只用3種基本的控制結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)任何單入口單出口的程序。這3種基本的控制結(jié)構(gòu)是“順序”、“選擇”和“循環(huán)”。6.1結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)6.13種基本的控制結(jié)構(gòu)(“順序”、“選擇”和“循環(huán)”)

實(shí)際上用順序結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)(又稱(chēng)DO-WHILE結(jié)構(gòu))完全可以實(shí)現(xiàn)選擇結(jié)構(gòu)(又稱(chēng)IF-THEN-ELSE結(jié)構(gòu))，因此，理論上最基本的控制結(jié)構(gòu)只有兩種。

結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的經(jīng)典定義如下所述：“如果一個(gè)程序的代碼塊僅僅通過(guò)順序、選擇和循環(huán)這3種基本控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，并且每個(gè)代碼塊只有一個(gè)入口和一個(gè)出口，則稱(chēng)這個(gè)程序是結(jié)構(gòu)化的?！彪m然從理論上說(shuō)只用上述3種基本控制結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)任何單入口單出口的程序，但是為了實(shí)際使用方便起見(jiàn)，常常還允許使用DO-UNTIL和DO-CASE兩種控制結(jié)構(gòu)，它們的流程圖分別是圖6.2(a)和圖6.2(b)。圖6.2其他常用的控制結(jié)構(gòu)(DO-UNTIL和DO-CASE)人機(jī)界面設(shè)計(jì)是接口設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的組成部分。近年來(lái)，人機(jī)界面在系統(tǒng)中所占的比例越來(lái)越大，在個(gè)別系統(tǒng)中人機(jī)界面的設(shè)計(jì)工作量甚至占總設(shè)計(jì)量的一半以上。人機(jī)界面的設(shè)計(jì)質(zhì)量，直接影響用戶(hù)對(duì)軟件產(chǎn)品的評(píng)價(jià)，從而影響軟件產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和壽命。6.2人機(jī)界面設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)人機(jī)界面的過(guò)程中，幾乎總會(huì)遇到下述4個(gè)問(wèn)題：系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、用戶(hù)幫助設(shè)施、出錯(cuò)信息處理、命令交互。最好在設(shè)計(jì)初期就把這些問(wèn)題作為重要的設(shè)計(jì)問(wèn)題來(lái)考慮，這時(shí)修改比較容易，代價(jià)也低。6.2.1設(shè)計(jì)問(wèn)題1.系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是許多交互式系統(tǒng)用戶(hù)經(jīng)常抱怨的問(wèn)題。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間指從用戶(hù)完成某個(gè)控制動(dòng)作(例如，按回車(chē)鍵或點(diǎn)擊鼠標(biāo))，到軟件給出預(yù)期的響應(yīng)(輸出信息或做動(dòng)作)之間的這段時(shí)間。

系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有兩個(gè)重要屬性，分別是長(zhǎng)度和易變性。長(zhǎng)度:如果系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，用戶(hù)就會(huì)感到緊張和沮喪。易變性:指系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間相對(duì)于平均響應(yīng)時(shí)間的偏差。例如，穩(wěn)定在1秒的響應(yīng)時(shí)間比從0.1秒到2.5秒變化的響應(yīng)時(shí)間要好。用戶(hù)往往比較敏感，他們總是擔(dān)心響應(yīng)時(shí)間變化暗示系統(tǒng)工作出現(xiàn)了異常。2.用戶(hù)幫助設(shè)施

現(xiàn)代軟件都提供聯(lián)機(jī)幫助設(shè)施，這使得用戶(hù)無(wú)須離開(kāi)用戶(hù)界面就能解決自己的問(wèn)題。幫助設(shè)施可分為集成的和附加的兩類(lèi):集成的幫助設(shè)施從一開(kāi)始就設(shè)計(jì)在軟件里面，這可以縮短用戶(hù)獲得幫助的時(shí)間，增加界面的友好性。附加的幫助設(shè)施是在系統(tǒng)建成后再添加到軟件中的，實(shí)際上是一種查詢(xún)能力有限的聯(lián)機(jī)用戶(hù)手冊(cè)。3.出錯(cuò)信息處理出錯(cuò)信息和警告信息，是出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)系統(tǒng)給出的“壞消息”。當(dāng)確實(shí)出現(xiàn)了問(wèn)題的時(shí)候，有效的出錯(cuò)信息能提高交互式系統(tǒng)的質(zhì)量。出錯(cuò)信息設(shè)計(jì)得不好，將向用戶(hù)提供無(wú)用的甚至誤導(dǎo)的信息，反而會(huì)加重用戶(hù)的挫折感。出錯(cuò)信息或警告信息，應(yīng)該具有下述屬性:(1)應(yīng)該用用戶(hù)可以理解的術(shù)語(yǔ)描述問(wèn)題。(2)應(yīng)該提供有助于從錯(cuò)誤中恢復(fù)的建設(shè)性意見(jiàn)。(3)應(yīng)該指出錯(cuò)誤可能導(dǎo)致哪些負(fù)面后果(例如，破壞數(shù)據(jù)文件)，以便用戶(hù)檢查是否出現(xiàn)了這些問(wèn)題。(4)應(yīng)該伴隨著聽(tīng)覺(jué)上或視覺(jué)上的提示，例如,同時(shí)發(fā)出警告鈴聲，用閃爍方式顯示。(5)信息不能帶有指責(zé)用戶(hù)色彩。4.命令交互現(xiàn)在，面向窗口的、點(diǎn)擊的界面已經(jīng)減少了用戶(hù)對(duì)命令行的依賴(lài)，但是，許多高級(jí)用戶(hù)仍然偏愛(ài)面向命令行的交互方式。在提供命令交互方式時(shí)，必須考慮下列問(wèn)題:(1)是否每個(gè)菜單選項(xiàng)都有對(duì)應(yīng)的命令?

(2)采用何種命令形式?有3種選擇：控制序列(例如，Ctrl+P)，功能鍵,鍵入命令。(3)學(xué)習(xí)和記憶命令的難度有多大?忘記了命令怎么辦?(4)用戶(hù)是否可以定制或縮寫(xiě)命令?用戶(hù)界面設(shè)計(jì)是一個(gè)迭代的過(guò)程，通常先創(chuàng)建設(shè)計(jì)模型，再用原型實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)模型，并由用戶(hù)試用和評(píng)估，然后根據(jù)用戶(hù)意見(jiàn)進(jìn)行修改。各種用于界面設(shè)計(jì)和原型開(kāi)發(fā)的軟件工具應(yīng)運(yùn)而生。這些工具被稱(chēng)為用戶(hù)界面工具箱或用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)系統(tǒng).它們?yōu)楹?jiǎn)化交互環(huán)境的元素的創(chuàng)建，提供了各種例程或?qū)ο蟆?.2.2設(shè)計(jì)過(guò)程一旦建立起用戶(hù)界面的原型，就必須對(duì)它進(jìn)行評(píng)估，以確定其是否滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。（1）評(píng)估可以是非正式的，例如，用戶(hù)即興發(fā)表一些反饋意見(jiàn)；（2）評(píng)估也可以十分正式，例如，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法評(píng)價(jià)全體終端用戶(hù)填寫(xiě)的調(diào)查表。用戶(hù)界面的評(píng)估周期如下所述：（1）完成初步設(shè)計(jì)之后就創(chuàng)建第一級(jí)原型；（2）用戶(hù)試用并評(píng)估該原型，直接向設(shè)計(jì)者表述對(duì)界面的評(píng)價(jià)；（3）設(shè)計(jì)者根據(jù)用戶(hù)意見(jiàn)修改設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)下一級(jí)原型。（4）上述評(píng)估過(guò)程持續(xù)進(jìn)行下去，直到用戶(hù)感到滿(mǎn)意，不需要再修改界面設(shè)計(jì)時(shí)為止。

在創(chuàng)建了用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)模型之后，可以運(yùn)用下述評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行早期復(fù)審。(1)系統(tǒng)及其界面的規(guī)格說(shuō)明書(shū)的長(zhǎng)度和復(fù)雜程度，預(yù)示了用戶(hù)學(xué)習(xí)使用該系統(tǒng)所需要的工作量。(2)命令或動(dòng)作的數(shù)量、命令的平均參數(shù)個(gè)數(shù)或動(dòng)作中單個(gè)操作的個(gè)數(shù)，預(yù)示了系統(tǒng)的交互時(shí)間和總體效率。(3)設(shè)計(jì)模型中包含的動(dòng)作、命令和系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)量，預(yù)示了用戶(hù)學(xué)習(xí)使用該系統(tǒng)時(shí)需要記憶的內(nèi)容的多少。(4)界面風(fēng)格、幫助設(shè)施和出錯(cuò)處理協(xié)議，預(yù)示了界面的復(fù)雜程度及用戶(hù)接受該界面的程度?？偨Y(jié)眾多設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)得出的設(shè)計(jì)指南，有助于設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出友好、高效的人機(jī)界面。1.一般交互指南

(1)保持一致性。菜單選擇、命令輸入、數(shù)據(jù)顯示使用一致的格式。(2)提供有意義的反饋。

6.2.3人機(jī)界面設(shè)計(jì)指南(3)在執(zhí)行有較大破壞性的動(dòng)作之前要求用戶(hù)確認(rèn)。如果用戶(hù)要?jiǎng)h除一個(gè)文件，應(yīng)該給出“您是否確實(shí)要……”的信息，以請(qǐng)求用戶(hù)確認(rèn)他的命令。(4)允許取消絕大多數(shù)操作。每個(gè)交互式系統(tǒng)都應(yīng)該能方便地取消已完成的操作。(5)減少在兩次操作之間必須記憶的信息量。不應(yīng)該期望用戶(hù)能記住在下一步操作中需使用的一大串?dāng)?shù)字或標(biāo)識(shí)符。(6)提高對(duì)話、移動(dòng)和思考的效率。應(yīng)該盡量減少用戶(hù)擊鍵的次數(shù)，設(shè)計(jì)屏幕布局時(shí)應(yīng)該考慮盡量減少鼠標(biāo)移動(dòng)的距離。(7)允許犯錯(cuò)誤。系統(tǒng)應(yīng)該能保護(hù)自己不受?chē)?yán)重錯(cuò)誤的破壞。(8)按功能對(duì)動(dòng)作分類(lèi)，并據(jù)此設(shè)計(jì)屏幕布局。下拉菜單的主要優(yōu)點(diǎn)就是能按動(dòng)作類(lèi)型組織命令。(9)提供對(duì)用戶(hù)工作內(nèi)容敏感的幫助設(shè)施

(屏幕幫助HELP)。(10)用簡(jiǎn)單動(dòng)詞或動(dòng)詞短語(yǔ)作為命令名。過(guò)長(zhǎng)的命令名難于識(shí)別和記憶，也會(huì)占用過(guò)多的菜單空間。2.信息顯示指南可以用多種不同方式“顯示”信息：如用文字、圖形和聲音；(1)只顯示與當(dāng)前工作內(nèi)容有關(guān)的信息。(2)不要用數(shù)據(jù)淹沒(méi)用戶(hù)。例如，可以用圖形或圖表來(lái)取代龐大的表格。

(3)使用一致的標(biāo)記、標(biāo)準(zhǔn)縮寫(xiě)和可預(yù)知的顏色。顯示的含義應(yīng)該非常明確，用戶(hù)能理解。(4)允許用戶(hù)保持可視化的語(yǔ)境。(5)產(chǎn)生有意義的出錯(cuò)信息(屏幕幫助HELP)。(6)使用大小寫(xiě)、縮進(jìn)和文本分組以幫助理解。(7)使用窗口分隔不同類(lèi)型的信息。(8)使用“模擬”顯示，使信息更容易被用戶(hù)提取。例如，顯示煉油廠儲(chǔ)油罐的壓力時(shí)，如果用類(lèi)似溫度計(jì)的形式來(lái)表示壓力，用垂直移動(dòng)和顏色變化來(lái)指示危險(xiǎn)的壓力狀況，就容易引起用戶(hù)的警覺(jué)，。(9)高效率地使用顯示屏。當(dāng)使用多窗口時(shí)，應(yīng)該有足夠的空間使得每個(gè)窗口至少都能顯示出一部分。3.數(shù)據(jù)輸入指南用戶(hù)的大部分時(shí)間用在選擇命令、鍵入數(shù)據(jù)和向系統(tǒng)提供輸入。盡量減少用戶(hù)的輸入動(dòng)作。最重要的是減少擊鍵次數(shù)，例如，用鼠標(biāo)從預(yù)定義的一組輸入中選一個(gè)；(2)保持信息顯示和數(shù)據(jù)輸入之間的一致性。(3)允許用戶(hù)自定義輸入。專(zhuān)家級(jí)的用戶(hù)可能希望定義自己專(zhuān)用的命令，人機(jī)界面應(yīng)該為用戶(hù)提供這樣做的機(jī)制。(4)交互應(yīng)該可調(diào)整成用戶(hù)最喜歡的輸入方式。例如，秘書(shū)可能非常喜歡鍵盤(pán)輸入，而經(jīng)理可能更喜歡使用鼠標(biāo)。(5)使在當(dāng)前動(dòng)作語(yǔ)境中不適用的命令不起作用。這可使得用戶(hù)不去做那些肯定會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的動(dòng)作。(6)讓用戶(hù)控制交互流。用戶(hù)應(yīng)該能夠跳過(guò)不必要的動(dòng)作。(7)對(duì)所有輸入動(dòng)作都提供幫助(Help)。(8)消除冗余的輸入。絕對(duì)不要要求用戶(hù)提供程序可以自動(dòng)獲得或計(jì)算出來(lái)的信息。程序流程圖又稱(chēng)為程序框圖，它是歷史最悠久、使用最廣泛的描述過(guò)程設(shè)計(jì)的方法，然而它也是用得最混亂的一種方法。它的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)控制流程的描繪很直觀，便于初學(xué)者掌握。6.3過(guò)程設(shè)計(jì)的工具

6.3.1程序流程圖圖6.3程序流程圖中使用的符號(hào)（P125）程序流程圖的主要缺點(diǎn)如下：(1)程序流程圖本質(zhì)上不是逐步求精的好工具，它誘使程序員過(guò)早地考慮程序的控制流程，而不去考慮程序的全局結(jié)構(gòu)。(2)程序流程圖中用箭頭代表控制流，因此程序員不受任何約束，可以完全不顧結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的精神，隨意轉(zhuǎn)移控制。(3)程序流程圖不易表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?？偟内厔?shì)是越來(lái)越多的人不再使用程序流程圖了。出于要有一種不允許違背結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)精神的圖形工具的考慮，提出了盒圖，又稱(chēng)為N-S圖。它有下述特點(diǎn)：(1)功能域明確，可以從盒圖上一眼就看出來(lái)。(2)不可能任意轉(zhuǎn)移控制。(3)很容易確定局部和全程數(shù)據(jù)的作用域。(4)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)。6.3.2盒圖(N-S圖)圖6.4盒圖的基本符號(hào)（P125）盒圖沒(méi)有箭頭，因此不允許隨意轉(zhuǎn)移控制。堅(jiān)持使用盒圖作為詳細(xì)設(shè)計(jì)的工具，可以使程序員逐步養(yǎng)成用結(jié)構(gòu)化的方式思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的習(xí)慣。

PAD是問(wèn)題分析圖(problemanalysisdiagram)的英文縮寫(xiě)，1973年由日本日立公司發(fā)明。它用二維樹(shù)形結(jié)構(gòu)的圖來(lái)表示程序的控制流，將這種圖翻譯成程序代碼比較容易。圖6.5給出PAD圖的基本符號(hào)。6.3.3PAD圖圖6.5PAD圖的基本符號(hào)順序循環(huán)選擇CASE循環(huán)語(yǔ)句標(biāo)號(hào)定義PAD圖的主要優(yōu)點(diǎn)如下：(1)設(shè)計(jì)出來(lái)的程序必然是結(jié)構(gòu)化程序。(2)PAD圖所描繪的程序結(jié)構(gòu)十分清晰。圖中最左面的豎線是程序的主線，PAD圖逐漸向右延伸，每增加一個(gè)層次，向右擴(kuò)展一條豎線。PAD圖中豎線的總條數(shù)就是程序的層次數(shù)。(3)PAD圖是二維樹(shù)形結(jié)構(gòu)的圖形，程序從圖中最左豎線上端的結(jié)點(diǎn)開(kāi)始執(zhí)行，自上而下，從左向右順序執(zhí)行，遍歷所有結(jié)點(diǎn)。(4)容易將PAD圖轉(zhuǎn)換成高級(jí)語(yǔ)言源程序，可用軟件工具自動(dòng)完成，可省去人工編碼的工作，有利于提高軟件可靠性和軟件生產(chǎn)率。(5)可用于表示程序邏輯，也可用于描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(6)PAD圖的符號(hào)支持自頂向下、逐步求精方法的使用。開(kāi)始時(shí)定義一個(gè)抽象的程序，隨著設(shè)計(jì)工作的深入而使用def符號(hào)逐步增加細(xì)節(jié)，直至完成詳細(xì)設(shè)計(jì)，如圖6.6所示。圖6.6使用PAD圖提供的定義功能來(lái)逐步求精的例子

當(dāng)算法中包含多重嵌套的條件選擇時(shí)，用程序流程圖、盒圖、PAD圖都不易清楚地描述。然而判定表卻能夠清晰地表示復(fù)雜的條件組合與應(yīng)做的動(dòng)作之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。6.3.4判定表

一張判定表由4部分組成，左上部列出所有條件，左下部是所有可能做的動(dòng)作，右上部是表示各種條件組合的一個(gè)矩陣，右下部是和每種條件組合相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。判定表右半部的每一列實(shí)質(zhì)上是一條規(guī)則，規(guī)定了與特定的條件組合相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。以行李托運(yùn)費(fèi)的算法為例說(shuō)明判定表的組織方法。假設(shè)某航空公司規(guī)定，乘客可以免費(fèi)托運(yùn)重量不超過(guò)30kg的行李。當(dāng)行李重量超過(guò)30kg時(shí):對(duì)頭等艙的國(guó)內(nèi)乘客超重部分每公斤收費(fèi)4元，對(duì)其他艙的國(guó)內(nèi)乘客超重部分每公斤收費(fèi)6元，外國(guó)乘客超重部分每公斤收費(fèi)比國(guó)內(nèi)乘客多一倍，對(duì)殘疾乘客超重部分每公斤收費(fèi)比正常乘客少一半。計(jì)算行李費(fèi)的算法，如表6.1（見(jiàn)書(shū)118頁(yè)）所示。從上面這個(gè)例子可以看出，判定表能夠簡(jiǎn)潔而又無(wú)歧義地描述處理規(guī)則。但是，判定表并不適于作為一種通用的設(shè)計(jì)工具，沒(méi)有一種簡(jiǎn)單的方法使它能同時(shí)清晰地表示順序和重復(fù)等處理特性。當(dāng)數(shù)據(jù)元素的值多于兩個(gè)時(shí)(例如，假設(shè)對(duì)機(jī)票需細(xì)分為頭等艙、二等艙和經(jīng)濟(jì)艙等多種級(jí)別時(shí))，判定表的簡(jiǎn)潔程度也將下降。

判定樹(shù)是判定表的變種，也能清晰地表示復(fù)雜的條件組合與應(yīng)做的動(dòng)作之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。判定樹(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，它的形式簡(jiǎn)單到不需任何說(shuō)明，一眼就可以看出其含義，因此易于掌握和使用。圖6.7是和表6.1等價(jià)的判定樹(shù)。6.3.5判定樹(shù)圖6.7用判定樹(shù)表示計(jì)算行李費(fèi)的算法

過(guò)程設(shè)計(jì)語(yǔ)言（PDL）也稱(chēng)為偽碼，這是一個(gè)籠統(tǒng)的名稱(chēng)，現(xiàn)在有許多種不同的過(guò)程設(shè)計(jì)語(yǔ)言在使用。一般說(shuō)來(lái)，PDL是一種“混雜”語(yǔ)言，它使用一種語(yǔ)言的詞匯，同時(shí)卻使用另一種語(yǔ)言(某種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言)的語(yǔ)法。6.3.6過(guò)程設(shè)計(jì)語(yǔ)言PDL應(yīng)該具有下述特點(diǎn)：關(guān)鍵字的固定語(yǔ)法，它提供了結(jié)構(gòu)化控制結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)說(shuō)明和模塊化的特點(diǎn)。為了使結(jié)構(gòu)清晰和可讀性好，通常在所有可能嵌套使用的控制結(jié)構(gòu)的頭和尾都有關(guān)鍵字，例如，if…fi(或endif)等等。(2)自然語(yǔ)言的自由語(yǔ)法，它描述處理特點(diǎn)。(3)數(shù)據(jù)說(shuō)明的手段。應(yīng)該既包括簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(例如純量和數(shù)組)，又包括復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(例如，鏈表或?qū)哟蔚臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。(4)模塊定義和調(diào)用的技術(shù)，應(yīng)該提供各種接口描述模式。PDL作為一種設(shè)計(jì)工具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：(1)可以作為注釋直接插在源程序中間。這樣做能促使維護(hù)人員在修改程序代碼的同時(shí)也相應(yīng)地修改PDL注釋?zhuān)虼擞兄诒３治臋n和程序的一致性，提高了文檔的質(zhì)量。(2)可以使用普通的正文編輯程序或文字處理系統(tǒng)，很方便地完成PDL的書(shū)寫(xiě)和編輯工作。(3)已經(jīng)有自動(dòng)處理程序存在，而且可以自動(dòng)由PDL生成程序代碼。PDL的缺點(diǎn)：不如圖形工具形象直觀，描述復(fù)雜的條件組合與動(dòng)作間的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)，不如判定表清晰簡(jiǎn)單。

在許多應(yīng)用領(lǐng)域中信息都有清楚的層次結(jié)構(gòu)，輸入數(shù)據(jù)、內(nèi)部存儲(chǔ)的信息(數(shù)據(jù)庫(kù)或文件)以及輸出數(shù)據(jù)都可能有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。層次的數(shù)據(jù)組織通常和使用這些數(shù)據(jù)的程序的層次結(jié)構(gòu)十分相似。6.4面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法的最終目標(biāo)是得出對(duì)程序處理過(guò)程的描述。這種方法最適合于在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段使用，也就是說(shuō)，在完成了軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，可以使用面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法來(lái)設(shè)計(jì)每個(gè)模塊的處理過(guò)程。Jackson方法和Warnier方法是最著名的兩個(gè)面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，

雖然程序中實(shí)際使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)種類(lèi)繁多，但是它們的數(shù)據(jù)元素彼此間的邏輯關(guān)系卻只有順序、選擇和重復(fù)3類(lèi)，因此，邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也只有這3類(lèi)。1.順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)由一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)元素組成，每個(gè)元素按確定次序出現(xiàn)一次。下圖是表示順序結(jié)構(gòu)的Jackson圖的一個(gè)例子。6.4.1Jackson圖圖6.8A由B、C、D3個(gè)元素順序組成順序結(jié)構(gòu)的Jackson圖的一個(gè)例子2.選擇結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包含兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)元素，每次使用這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)按一定條件從這些數(shù)據(jù)元素中選擇一個(gè)。圖6.9是表示3個(gè)中選1個(gè)結(jié)構(gòu)的Jackson圖。圖6.9根據(jù)條件A是B或C或D中的某一個(gè)3.重復(fù)結(jié)構(gòu)重復(fù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，根據(jù)使用時(shí)的條件由一個(gè)數(shù)據(jù)元素出現(xiàn)零次或多次構(gòu)成。圖6.10是表示重復(fù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖。圖6.10A由B出現(xiàn)N次(N≥0)組成Jackson圖有下述優(yōu)點(diǎn)：便于表示層次結(jié)構(gòu)，而且是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自頂向下分解的有力工具；形象直觀可讀性好；既能表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也能表示程序結(jié)構(gòu)。

Jackson圖的缺點(diǎn)是:選擇條件或循環(huán)結(jié)束條件不能直接在圖上表示出來(lái)，影響了圖的表達(dá)能力，也不易直接把圖翻譯成程序，此外，框間連線為斜線，不易在行式打印機(jī)上輸出。為了解決上述問(wèn)題，建議使用圖6.11中給出的改進(jìn)的Jackson圖。6.4.2改進(jìn)的Jackson圖圖6.11改進(jìn)的Jackson圖順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)重復(fù)結(jié)構(gòu)可選結(jié)構(gòu)

Jackson結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法基本上由下述5個(gè)步驟組成：(1)分析并確定輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，并用Jackson圖描繪這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(2)找出輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元。

6.4.3Jackson方法(3)從描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖導(dǎo)出描繪程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖。(4)列出所有操作和條件(包括分支條件和循環(huán)結(jié)束條件)，并且把它們分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置。(5)用偽碼表示程序。Jackson方法中使用的偽碼和Jackson圖是完全對(duì)應(yīng)的，下面是和3種基本結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的偽碼。和圖(a)所示的順序結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的偽碼，其中‘seq’和‘end’是關(guān)鍵字： A seq B C D A end

和圖(b)所示的選擇結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的偽碼，其中‘select’、‘or’和‘end’是關(guān)鍵字，cond1、cond2和cond3分別是執(zhí)行B、C或D的條件：

A selectcond1 B A or cond2 C A or cond3 D A end和圖(d)所示重復(fù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的偽碼，其中‘iter’、‘until’、‘while’和‘end’是關(guān)鍵字，cond是條件： A iteruntil(或while)cond B A end下面結(jié)合一個(gè)具體例子進(jìn)一步說(shuō)明Jackson結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法。［例］一個(gè)正文文件由若干個(gè)記錄組成，每個(gè)記錄是一個(gè)字符串。要求統(tǒng)計(jì)每個(gè)記錄中空格字符的個(gè)數(shù)，以及文件中空格字符的總個(gè)數(shù)。要求的輸出數(shù)據(jù)格式是，每復(fù)制一行輸入字符串之后，另起一行印出這個(gè)字符串中的空格數(shù)，最后印出文件中空格的總個(gè)數(shù)。圖6.12表示輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖第一步確定輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重復(fù)結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)第二步是分析確定在輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元。在這個(gè)例子中哪些數(shù)據(jù)單元有對(duì)應(yīng)關(guān)系呢?經(jīng)過(guò)程序的處理由正文文件得到輸出表格。因?yàn)槊刻幚磔斎霐?shù)據(jù)中一個(gè)“字符串”之后，就可以得到輸出數(shù)據(jù)中一個(gè)“串信息”，“字符串”和“串信息”也是一對(duì)有對(duì)應(yīng)關(guān)系的單元。通過(guò)類(lèi)似的考察發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)例子中輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中只有上述兩對(duì)有對(duì)應(yīng)關(guān)系的單元。在圖6.12中用一對(duì)虛線箭頭把有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元連接起來(lái)，以突出表明這種對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖6.13描繪統(tǒng)計(jì)空格程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖第三步是從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)出程序結(jié)構(gòu)圖。第四步是列出所有操作和條件，并且把它們分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置。首先，列出統(tǒng)計(jì)空格個(gè)數(shù)需要的全部操作和條件。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單分析不難把這些操作和條件分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置，結(jié)果為圖6.14。圖6.14把操作和條件分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置

最后一步是用偽碼表示程序處理過(guò)程。因?yàn)镴ackson使用的偽碼和Jackson圖之間存在簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以從圖6.14很容易得出下面的偽碼：統(tǒng)計(jì)空格seq 打開(kāi)文件 讀入字符串

totalsum∶=0 程序體iteruntil文件結(jié)束 處理字符串seq 印字符串seq 印出字符串 印字符串end sum∶=0 pointer∶=1 分析字符串iteruntil字符串結(jié)束 分析字符select字符是空格 處理空格seq sum∶=sum+1 pointer∶=pointer+1 處理空格end 分析字符or字符不是空格 處理非空格seq pointer∶=pointer+1 處理非空格end 分析字符end 分析字符串end 印空格數(shù)seq 印出空格數(shù)目 印空格數(shù)end

totalsum∶=totalsum+sum 讀入字符串 處理字符串end 程序體end 印總數(shù)seq 印出空格總數(shù) 印總數(shù)end 關(guān)閉文件 停止統(tǒng)計(jì)空格end

詳細(xì)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)出的模塊質(zhì)量如何呢?人們希望能進(jìn)一步定量度量軟件的性質(zhì)。由于軟件工程還是一門(mén)很年輕的學(xué)科，目前許多定量度量方法還處在研究過(guò)程中，程序復(fù)雜程度定量度量方法是其中比較成熟的一種。6.5程序復(fù)雜程度的定量度量定量度量程序復(fù)雜程度的方法：把程序的復(fù)雜程度乘以適當(dāng)常數(shù)即可估算出軟件中錯(cuò)誤的數(shù)量以及軟件開(kāi)發(fā)需要用的工作量，可以用來(lái)比較兩個(gè)不同的設(shè)計(jì)或兩個(gè)不同算法的優(yōu)劣；復(fù)雜程度可以作為模塊規(guī)模的精確限度。

1.流圖McCabe方法根據(jù)程序控制流的復(fù)雜程度定量程序的復(fù)雜程度，這樣度量出的結(jié)果稱(chēng)為程序的環(huán)形復(fù)雜度。為了表示程序的控制流，人們通常使用流圖。

6.5.1McCabe(麥凱布)方法所謂流圖實(shí)質(zhì)上是“退化了的”程序流程圖，它僅僅描繪程序的控制流程，完全不表現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的具體操作以及分支或循環(huán)的具體條件。圖6.15把程序流程圖映射成流圖在流圖中用圓表示結(jié)點(diǎn)，一個(gè)圓代表一條或多條語(yǔ)句。程序流程圖中的一個(gè)順序的處理框序列和一個(gè)菱形判定框，可以映射成流圖中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)。流圖中的箭頭線稱(chēng)為邊，它和程序流程圖中的箭頭線類(lèi)似，代表控制流。4.在流圖中一條邊必須終止于一個(gè)結(jié)點(diǎn)。5.由邊和結(jié)點(diǎn)圍成的面積稱(chēng)為區(qū)域，當(dāng)計(jì)算區(qū)域數(shù)時(shí)應(yīng)該包括圖外部未被圍起來(lái)的那個(gè)區(qū)域。圖6.16由PDL翻譯成的流圖圖6.17由包含復(fù)合條件的PDL映射成的流圖2.計(jì)算環(huán)形復(fù)雜度的方法環(huán)形復(fù)雜度定量度量程序的邏輯復(fù)雜度。用下述3種方法中的任何一種來(lái)計(jì)算環(huán)形復(fù)雜度。(1)流圖中的區(qū)域數(shù)等于環(huán)形復(fù)雜度。(2)流圖G的環(huán)形復(fù)雜度V(G)=E-N+2,其中，E是流圖中邊的條數(shù)，N是結(jié)點(diǎn)數(shù)。(3)流圖G的環(huán)形復(fù)雜度V(G)=P+1，其中，P是流圖中判定結(jié)點(diǎn)的數(shù)目。結(jié)論：可以計(jì)算出所示流圖的環(huán)型復(fù)雜度為4(1)流圖中的區(qū)域數(shù)等于環(huán)形復(fù)雜度。(2)流圖G的環(huán)形復(fù)雜度V(G)=E-N+2,其中，E是流圖中邊的條數(shù)，N是結(jié)點(diǎn)數(shù)。(3)流圖G的環(huán)形復(fù)雜度V(G)=P+1，其中，P是流圖中判定結(jié)點(diǎn)的數(shù)目。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，也即是取決于程序結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。當(dāng)程序內(nèi)分支數(shù)或循環(huán)個(gè)數(shù)增加時(shí)，環(huán)形復(fù)雜度也隨之增加，因此它是對(duì)測(cè)試難度的一種定量度量，也能對(duì)軟件最終的可靠性給出某種預(yù)測(cè)。

實(shí)踐表明，模塊規(guī)模以環(huán)形復(fù)雜度V(G)≤10為宜，也就是說(shuō)，V(G)=10是模塊規(guī)模的一個(gè)更科學(xué)更精確的上限。

它根據(jù)程序中運(yùn)算符和操作數(shù)的總數(shù)來(lái)度量程序的復(fù)雜程度。令N1為程序中運(yùn)算符出現(xiàn)的總次數(shù)，N2為操作數(shù)出現(xiàn)的總次數(shù)，程序長(zhǎng)度N定義為：N=N1+N2

6.5.2Halstead(霍爾斯特德)

方法

詳細(xì)設(shè)計(jì)完成之后，可以知道程序中使用的不同運(yùn)算符(包括關(guān)鍵字)的個(gè)數(shù)n1，以及不同操作數(shù)(變量和常數(shù))的個(gè)數(shù)n2。Halstead給出預(yù)測(cè)程序長(zhǎng)度的公式如下：

H=n1log2n1+n2log2n2多次驗(yàn)證都表明，預(yù)測(cè)的長(zhǎng)度H與實(shí)際長(zhǎng)度N非常接近。

Halstead還給出了預(yù)測(cè)程序中包含錯(cuò)誤的個(gè)數(shù)的公式如下：E=Nlog2(n1+n2)/3000有人曾對(duì)從300條到12000條語(yǔ)句范圍內(nèi)的程序核實(shí)了上述公式，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤數(shù)與實(shí)際錯(cuò)誤數(shù)相比誤差在8%之內(nèi)。習(xí)題詳細(xì)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是什么？結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)使用哪3種基本的控制結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)任何單入口單出口的程序？畫(huà)出它們的流程圖。試說(shuō)明JACKSON程序設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)步驟。4.定量度量程序復(fù)雜程度的方法有什么使用價(jià)值？用McCabe方法計(jì)算下圖的環(huán)形復(fù)雜度。5。學(xué)生成績(jī)的評(píng)定辦法為：若期未考試成績(jī)大于等于90分，作業(yè)情況為好的，成績(jī)定為優(yōu)，而作業(yè)情況為差的，成績(jī)定為良；若期未考試成績(jī)大于等于75分，作業(yè)情況為好的，成績(jī)定為良，而作業(yè)情況為差的，成績(jī)定為及格；若期未考試成績(jī)大于等于60分，作業(yè)情況為好的，成績(jī)定為及格，而作業(yè)情況為差的，成績(jī)定為不合格；若期未考試成績(jī)小于60分，成績(jī)定為不及格。請(qǐng)繪制成績(jī)?cè)u(píng)定判定樹(shù)。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的關(guān)鍵任務(wù)是確定怎樣具體地實(shí)現(xiàn)用戶(hù)需要的軟件系統(tǒng)，也就是要設(shè)計(jì)出程序的“藍(lán)圖”。除了應(yīng)該保證軟件的可靠性之外，使將來(lái)編寫(xiě)出的程序可讀性好、容易理解、容易測(cè)試、容易修改和維護(hù)，是詳細(xì)設(shè)計(jì)階段最重要的目標(biāo)。結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的基本保證，是進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)的邏輯基礎(chǔ)。6.6小結(jié)人機(jī)界面設(shè)計(jì)是接口設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的組成部分。人機(jī)界面的質(zhì)量直接影響用戶(hù)對(duì)軟件產(chǎn)品的接受程度，因此，對(duì)人機(jī)界面設(shè)計(jì)必須給予足夠重視。在設(shè)計(jì)人機(jī)界面的過(guò)程中，必須充分重視并認(rèn)真處理好系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、用戶(hù)幫助設(shè)施、出錯(cuò)信息處理和命令交互等4個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題。人機(jī)界面設(shè)計(jì)是一個(gè)迭代過(guò)程，通常，先創(chuàng)建設(shè)計(jì)模型，接下來(lái)用原型實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)模型并由用戶(hù)試用和評(píng)估原型，然后根據(jù)用戶(hù)意見(jiàn)修改原型，直到用戶(hù)滿(mǎn)意為止?？偨Y(jié)人們?cè)谠O(shè)計(jì)人機(jī)界面過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)，得出了一些關(guān)于用戶(hù)界面設(shè)計(jì)的指南，認(rèn)真遵守這些指南有助于設(shè)計(jì)出友好、高效的人機(jī)界面。過(guò)程設(shè)計(jì)應(yīng)該在數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)完成之后進(jìn)行，它的任務(wù)是設(shè)計(jì)解題的詳細(xì)步驟(即算法)，它是詳細(xì)設(shè)計(jì)階段應(yīng)完成的主要工作。過(guò)程設(shè)計(jì)的工具可分為圖形、表格和語(yǔ)言3類(lèi)，這3類(lèi)工具各有所長(zhǎng)，讀者應(yīng)該能夠根據(jù)需要選用適當(dāng)?shù)墓ぞ?。在許多應(yīng)用領(lǐng)域中信息都有清楚的層次結(jié)構(gòu)，在開(kāi)發(fā)這類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)可以采用面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法完成過(guò)程設(shè)計(jì)。本章以J