1、軟件工程 第七講 結(jié)構(gòu)化詳細(xì)設(shè)計(jì) 朱建凱,上節(jié)課的問(wèn)題,信息隱藏的意義？ 模塊化的粒度為什么不是越大或者越小越好？,信息隱藏的意義在于將來(lái)維護(hù)和測(cè)試時(shí)，將來(lái)修改程序時(shí)由于疏忽而帶來(lái)的錯(cuò)誤不會(huì)傳播到軟件的其他部分；另外將來(lái)升級(jí)替換模塊、重用模塊都有好處。 粒度大不方便錯(cuò)誤定位和修改，不方便重用； 粒度小導(dǎo)致模塊之間需要更多的信息交流。,本次課程需要掌握的內(nèi)容,人機(jī)交互設(shè)計(jì)（了解） 如何提高程序的可重用性、可擴(kuò)充性和健壯性（重要） 什么是結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)？（重要） 偽碼、PAD、盒圖、程序流程圖（非常重要） 前面三個(gè)方法的優(yōu)勢(shì)，程序流程圖的缺陷（非常重要）,詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的根本目標(biāo)是確定應(yīng)該怎樣具體地實(shí)

2、現(xiàn)所要求的系統(tǒng)。 詳細(xì)設(shè)計(jì)的目標(biāo)不僅僅是邏輯上正確地實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊的功能，更重要的是設(shè)計(jì)出的處理過(guò)程應(yīng)該盡可能簡(jiǎn)明易懂。,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)界面的設(shè)計(jì)質(zhì)量，直接影響用戶對(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，因此，必須對(duì)人機(jī)界面設(shè)計(jì)給予足夠重視。,5.3.1 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 用戶幫助設(shè)施 出錯(cuò)信息處理 命令交互,一、設(shè)計(jì)問(wèn)題,1. 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間 一般說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間指從用戶完成某個(gè)控制動(dòng)作(例如，按回車鍵或點(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

3、兩個(gè)重要屬性，分別是長(zhǎng)度和易變性。 詳細(xì)設(shè)計(jì)中，應(yīng)針對(duì)有較長(zhǎng)處理時(shí)間的操作設(shè)定系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，根據(jù)設(shè)定的響應(yīng)時(shí)間來(lái)決定具體實(shí)現(xiàn)方案。,2. 用戶幫助設(shè)施 常見的幫助設(shè)施可分為集成的和附加的兩類。 集成的幫助設(shè)施從一開始就設(shè)計(jì)在軟件里面，通常，它對(duì)用戶工作內(nèi)容是敏感的。 附加的幫助設(shè)施是在系統(tǒng)建成后再添加到軟件中的，在多數(shù)情況下它實(shí)際上是一種查詢能力有限的聯(lián)機(jī)用戶手冊(cè)。,在用戶與系統(tǒng)交互期間，是否在任何時(shí)候都要求能獲得關(guān)于系統(tǒng)任何功能的幫助信息? 讓用戶怎樣請(qǐng)求幫助? (3) 怎樣顯示幫助信息? (4) 用戶怎樣從幫助返回到正常的交互方式中? (5) 怎樣組織幫助信息?,在詳細(xì)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該先確定具

4、體的用戶幫助設(shè)施的選擇,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)交互式系統(tǒng)給出的“壞消息”。 詳細(xì)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該確定統(tǒng)一的出錯(cuò)信息提示格式和所有可能的出錯(cuò)提示語(yǔ)句。 一般說(shuō)來(lái)，交互式系統(tǒng)給出的出錯(cuò)信息或警告信息，應(yīng)該具有下述 5 個(gè)方面注意事項(xiàng)。,信息應(yīng)該用用戶可以理解的術(shù)語(yǔ)描述問(wèn)題。 信息應(yīng)該提供有助于從錯(cuò)誤中恢復(fù)的建設(shè)性意見。 信息應(yīng)該指出錯(cuò)誤可能導(dǎo)致哪些負(fù)面后果。 信息應(yīng)該伴隨著聽覺上或視覺上的提示。 信息不能帶有指責(zé)色彩，也就是說(shuō)，不能責(zé)怪用戶。,4. 命令交互 詳細(xì)設(shè)計(jì)中應(yīng)該確定命令交互方式，在提供命令交互方式時(shí)，必須考慮下列設(shè)計(jì)問(wèn)題。 是否每個(gè)菜單功能項(xiàng)都要有對(duì)應(yīng)的快捷鍵

5、? 采用何種命令形式? 學(xué)習(xí)和記憶命令的難度有多大?忘記了命令怎么辦? 用戶是否可以定制或縮寫命令?,用戶界面設(shè)計(jì)是一個(gè)迭代的過(guò)程，也就是說(shuō)，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，并由用戶試用和評(píng)估，然后根據(jù)用戶意見進(jìn)行修改。,二、用戶界面設(shè)計(jì)過(guò)程,用戶界面設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。 1. 一般交互指南 一般交互指南涉及信息顯示、數(shù)據(jù)輸入和系統(tǒng)整體控制，因此，這類指南是全局性的，忽略它們將承擔(dān)較大風(fēng)險(xiǎn)。,三、人機(jī)界面設(shè)計(jì)指南,(1) 保持一致性。 (2) 提供有意義的反饋 。 (3) 在執(zhí)行有較大破壞性的動(dòng)作之前要求用戶確認(rèn)。 (4) 允許取消絕大多數(shù)操作。 (5) 減少在兩次操作之間

6、必須記憶的信息量。 (6) 提高對(duì)話、移動(dòng)和思考的效率。 (7) 允許犯錯(cuò)誤。 (8) 按功能對(duì)動(dòng)作分類，并據(jù)此設(shè)計(jì)屏幕布局。 (9) 提供對(duì)用戶工作內(nèi)容敏感的幫助設(shè)施。 (10) 用簡(jiǎn)單動(dòng)詞或動(dòng)詞短語(yǔ)作為命令名。,2. 信息顯示指南 如果人機(jī)界面顯示的信息是不完整的、含糊的或難于理解的，則該應(yīng)用系統(tǒng)顯然不能滿足用戶的需求。 (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)淹沒用戶，應(yīng)該用便于用戶迅速吸取信息的方式來(lái)表示數(shù)據(jù)。 (3) 使用一致的標(biāo)記、標(biāo)準(zhǔn)的縮寫和可預(yù)知的顏色。 (4) 允許用戶保持可視化的語(yǔ)境。 （續(xù)）,(5) 產(chǎn)生有意義的出錯(cuò)信息。 (6) 使用大小寫、縮進(jìn)和文

7、本分組以幫助理解。 (7) 使用窗口分隔不同類型的信息。 (8) 使用“模擬”顯示方式表示信息，以使信息更容易被用戶提取。 (9) 高效率地使用顯示屏。,3. 數(shù)據(jù)輸入指南 用戶的大部分時(shí)間用在選擇命令、鍵入數(shù)據(jù)和向系統(tǒng)提供輸入。 (1) 盡量減少用戶的輸入動(dòng)作。 (2) 保持信息顯示和數(shù)據(jù)輸入之間的一致性。 (3) 允許用戶自定義輸入。 (4) 交互應(yīng)該是靈活的，并且可調(diào)整成用戶最喜歡的輸入方式。 （續(xù)）,(5) 使在當(dāng)前動(dòng)作語(yǔ)境中不適用的命令不起作用。 (6) 讓用戶控制交互流。 (7) 對(duì)所有輸入動(dòng)作都提供幫助(參見6.2.1節(jié))。 (8) 消除冗余的輸入。,良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格對(duì)面向?qū)ο?/p>

8、實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)尤其重要，不僅能明顯減少維護(hù)或擴(kuò)充的開銷，而且有助于在新項(xiàng)目中重用已有的程序代碼。 良好的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)風(fēng)格，既包括傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格準(zhǔn)則，也包括為適應(yīng)面向?qū)ο蠓椒ㄋ赜械母拍?例如，繼承性)而必須遵循的一些新準(zhǔn)則。 提高程序的可重用性； 提高程序的可擴(kuò)充性； 提高程序的健壯性。,四、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)風(fēng)格,面向?qū)ο蠓椒ǖ囊粋€(gè)主要目標(biāo)，就是提高軟件的可重用性。軟件重用有多個(gè)層次，在編碼階段主要涉及代碼重用問(wèn)題。一般說(shuō)來(lái)，代碼重用有兩種： 一種是本項(xiàng)目?jī)?nèi)的代碼重用，另一種是新項(xiàng)目重用舊項(xiàng)目的代碼。內(nèi)部重用主要是找出設(shè)計(jì)中相同或相似的部分，然后利用繼承機(jī)制共享它們。為做到外部重用，則必須有

9、長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光，需要反復(fù)考慮精心設(shè)計(jì)。,提高可重用性,1. 提高方法的內(nèi)聚 一個(gè)方法(即服務(wù))應(yīng)該只完成單個(gè)功能。 2. 減小方法的規(guī)模 3. 保持方法的一致性 保持方法的一致性，有助于實(shí)現(xiàn)代碼重用。 4. 把策略與實(shí)現(xiàn)分開 一類方法負(fù)責(zé)做出決策，提供變?cè)?，并且管理全局資源，可稱為策略方法。另一類方法負(fù)責(zé)完成具體的操作，但卻并不做出是否執(zhí)行這個(gè)操作的決定，也不知道為什么執(zhí)行這個(gè)操作，可稱為實(shí)現(xiàn)方法。 （續(xù)）,5. 全面覆蓋 如果輸入條件的各種組合都可能出現(xiàn)，則應(yīng)該針對(duì)所有組合寫出方法，而不能僅僅針對(duì)當(dāng)前用到的組合情況寫方法。此外，一個(gè)方法不應(yīng)該只能處理正常值，對(duì)空值、極限值及界外值等異常情況也應(yīng)該能

10、夠作出有意義的響應(yīng)。 6. 盡量不使用全局信息 應(yīng)該盡量降低方法與外界的耦合程度，不使用全局信息是降低耦合度的一項(xiàng)主要措施。 7. 利用繼承機(jī)制 在面向?qū)ο蟪绦蛑?，使用繼承機(jī)制是實(shí)現(xiàn)共享和提高重用程度的主要途徑。,上一小節(jié)所述的提高可重用性的準(zhǔn)則，也能提高程序的可擴(kuò)充性。此外，下列的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)準(zhǔn)則也有助于提高可擴(kuò)充性： 1. 封裝實(shí)現(xiàn)策略 應(yīng)該把類的實(shí)現(xiàn)策略(包括描述屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、修改屬性的算法等)封裝起來(lái)，對(duì)外只提供公有的接口，否則將降低今后修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或算法的自由度。,提高可擴(kuò)充性,2. 不要用一個(gè)方法遍歷多條關(guān)聯(lián)鏈 一個(gè)方法應(yīng)該只包含對(duì)象模型中的有限內(nèi)容。違反這條準(zhǔn)則將導(dǎo)致方法過(guò)

11、分復(fù)雜，既不易理解，也不易修改擴(kuò)充。 3. 避免使用多分支語(yǔ)句 一般說(shuō)來(lái)，可以利用DO_CASE語(yǔ)句測(cè)試對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，而不要用來(lái)根據(jù)對(duì)象類型選擇應(yīng)有的行為，否則在增添新類時(shí)將不得不修改原有的代碼。應(yīng)該合理地利用多態(tài)性機(jī)制，根據(jù)對(duì)象當(dāng)前類型，自動(dòng)決定應(yīng)有的行為。,4. 精心確定公有方法 公有方法是向公眾公布的接口。對(duì)這類方法的修改往往會(huì)涉及許多其他類，因此，修改公有方法的代價(jià)通常都比較高。,程序員在編寫實(shí)現(xiàn)方法的代碼時(shí)，既應(yīng)該考慮效率，也應(yīng)該考慮健壯性。通常需要在健壯性與效率之間做出適當(dāng)?shù)恼壑?。必須認(rèn)識(shí)到，對(duì)于任何一個(gè)實(shí)用軟件來(lái)說(shuō)，健壯性都是不可忽略的質(zhì)量指標(biāo)。為提高健壯性應(yīng)該遵守以下幾條準(zhǔn)則

12、。,提高健壯性,1. 預(yù)防用戶的操作錯(cuò)誤 軟件系統(tǒng)必須具有處理用戶操作錯(cuò)誤的能力。 2. 檢查參數(shù)的合法性 對(duì)公有方法，尤其應(yīng)該著重檢查其參數(shù)的合法性，因?yàn)橛脩粼谑褂霉蟹椒〞r(shí)可能違反參數(shù)的約束條件。 3. 不要預(yù)先確定限制條件 在設(shè)計(jì)階段，往往很難準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出應(yīng)用系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的最大容量需求。因此不應(yīng)該預(yù)先設(shè)定限制條件。,4. 先測(cè)試后優(yōu)化 為在效率與健壯性之間做出合理的折衷，應(yīng)該在為提高效率而進(jìn)行優(yōu)化之前，先測(cè)試程序的性能，人們常常驚奇地發(fā)現(xiàn)，事實(shí)上大部分程序代碼所消耗的運(yùn)行時(shí)間并不多。,詳細(xì)設(shè)計(jì)層 -主要引入了關(guān)于三種動(dòng)作控制結(jié)構(gòu)的術(shù)語(yǔ)/符號(hào) 三種控制結(jié)構(gòu):順序,選擇和循環(huán) 這三種

13、結(jié)構(gòu)在表達(dá)系統(tǒng)行為方面是完備的 如果只允許使用順序、IF-THEN-ELSE型分支和DO-WHILE型循環(huán)這3種基本控制結(jié)構(gòu)，則稱為經(jīng)典的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)； 如果除了上述3種基本控制結(jié)構(gòu)之外，還允許使用DO-CASE型多分支結(jié)構(gòu)和DO-UNTIL型循環(huán)結(jié)構(gòu)，則稱為擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)； 如果再加上允許使用LEAVE(或BREAK)結(jié)構(gòu)，則稱為修正的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)。,5.3.2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì),第一種表達(dá)-偽碼（PDL） 順序 begin s1;s2;sn end; 選擇 if 條件表達(dá)式 then s1 else s2; 循環(huán) while 條件表達(dá)式 do s ;,偽碼是一種混合語(yǔ)言。外部采用形式語(yǔ)言

14、的控制結(jié)構(gòu)，內(nèi)部使用自然語(yǔ)言。例如: Begin 輸入一元二次方程的系數(shù) a,b,c; if b2-4aco then 計(jì)算兩 實(shí)根 else 輸出無(wú)實(shí)根； end.,PDL應(yīng)該具有下述特點(diǎn)： (1) 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，iffi(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

15、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。 (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的書寫和編輯工作。 (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)是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。,第二種表達(dá)-程序流程圖,s1,s2,s1,s2,. . .,s,S1,S2,S3,S1,S2,X5 X5,S,注:支持逐步求精設(shè)計(jì),第三種表達(dá)-PAD圖,第四種表達(dá)-N-S圖,支持逐步求精設(shè)計(jì)舉例,順序: 選擇 : 循環(huán):,條件,F,T,S1,S2,循環(huán)

16、條件,循環(huán)體,N:=1.10,X5,T,F,F,T,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S8,S7,S9,S10,X10&Y3,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。 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)。,程序流程圖,PAD (problem analysis diagram)圖的主要優(yōu)點(diǎn)如下： 使用表示結(jié)構(gòu)化控制結(jié)構(gòu)的PAD符號(hào)所設(shè)計(jì)

17、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。 (3) 用PAD圖表現(xiàn)程序邏輯，易讀、易懂、易記。 (4) 容易將PAD圖轉(zhuǎn)換成高級(jí)語(yǔ)言源程序。 (5) 即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。,PAD圖,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，Nassi和Shneiderman提出了盒圖，又稱為N-S圖。它有下述特點(diǎn)： (1) 功能域(即，一個(gè)特定控制結(jié)構(gòu)的作用域)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)

18、嵌套關(guān)系，也可以表示模塊的層次結(jié)構(gòu)。,盒圖(N-S圖),幾種方法的比較：,偽碼和框圖是使用最廣泛的工具，但偽碼存在缺陷： 無(wú)法逐步求精，不斷細(xì)化 限制少，很容易不規(guī)范 無(wú)法同時(shí)表達(dá)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) PAD和盒圖是最專業(yè)的工具,結(jié)構(gòu)化方法總結(jié),一切系統(tǒng)都是由有信息流構(gòu)成的(其中包含一些必要的數(shù)據(jù)變換), 它們的相互作用、相互影響,構(gòu)成了大千世界的各式各樣系統(tǒng)。,） 結(jié)構(gòu)化方法的世界觀 方法學(xué)的提出，通常與信息域 研究的主要內(nèi)容相關(guān)： 1）信 息 流例如，結(jié)構(gòu)化方法 2）信息內(nèi)容例如，面向?qū)ο蠓椒?3）信息結(jié)構(gòu)例如，JACKSON方法,2）基于的基本原理/原則,自頂向下功能分解 數(shù)據(jù)抽象 功能/過(guò)程抽象 模塊化； ,結(jié)構(gòu)化方法的抽象層,包括: 需求分析層 設(shè)計(jì)層 實(shí)現(xiàn)層,問(wèn)題空間,解空間,自 頂 向 下,3）結(jié)構(gòu)化方法是一種系統(tǒng)化的軟件系統(tǒng)建模方法, 從測(cè)試的 角度看,結(jié)構(gòu)化方法是一種特定的建立驗(yàn)證和確認(rèn)所需標(biāo)尺的方 法學(xué),包括結(jié)構(gòu)化分析和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。,緊緊圍繞“自頂向下” “過(guò)程抽象”“數(shù)據(jù)抽象”和“模