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第5章 详细设计 详细设计 概要设计完成了软件系统的总体设计，规定了各模块的功能及模块之间的联系。下一步就要考虑实现各个模块所规定的功能，在使用程序设计编程之前，需要对所采取算法的逻辑关系进行分析，设计出全部必要的过程细节。并给予清晰的表达，使之成为编码的依据。我们将本阶段的设计称之为详细设计，又称为过程设计。 详细设计是软件开发的第二阶段，它要求在概要设计的基础上，考虑“怎样实现软件系统，直到系统中的每个模块给出足够详细的过程性描述”，这些描述通常用表达式工具来表示。 详细设计是编码的先导，这个阶段所产生的设计文档的质量将直接影响下一阶段程序的质量。 5.1 详细设计的目的和任务 5.1 详细设计的目的和任务 详细设计的目的是为软件结构图中的每个模块确定采用的算法和数据结构，用某种选定的表达式工具给出清晰的描述。 表达式工具必须具备描述过程细节的能力，它能在编码阶段直接将它翻译成为程序设计语言所书写的源程序。 这一阶段的主要任务是编写软件的“详细设计说明书”，并要为每个模块设计出一组测试用例，以便在编码阶段对模块代码进行预定的测试。 设计人员应做到 ⑴ 为每个模块确定采用的算法，选择适当的工具来表达算法的过程，写出模块的详细过程描述。 ⑵ 确定每个模块使用的数据结构。 ⑶ 确定模块的接口细节，包括对系统外部的接口和用户界面、对系统内部其它模块的接口以及关于输入数据、输出数据和局部数据的全部细节。 5.2 结构程序设计 5.2 结构程序设计 1. 从效率第一到清晰第一 结构程序设计是一种设计程序的技术，该概念最早是由著名的计算机科学家Dijkstra 于1965年提出的。他提出“在高级语言中取消GOTO语句”，“程序质量与程序中使用的GOTO语句成反比”，从而挑起了程序设计中关于“GOTO”问题的大讨论。“GOTO”问题讨论的焦点是“在高级语言中是否应该取消无条件转移语句GOTO？”。 事实上，“GOTO”争论的实质是：在程序设计中，到底是良好的程序模块化结构优先还是程序执行效率优先。 5.2 结构程序设计 2. 结构化控制结构 综合在关于GOTO语句中众多学者的意见，对结构化程序设计的概念逐渐清晰起来。 结构化程序设计原理的目标是提供一种严格定义的简明的程序设计方法，这种方法应比那些随意设计的方法更容易理解、评审和修改。结构化设计要求的就是单入口和单出口的控制结构以及改善程序的清晰度。 1966年，Boehm和Jacopini等证明了只用顺序、分支、重复3种基本控制结构可以实现任何单入口/单出口的程序。 程序设计三种基本结构 ⑴ 顺序结构 此结构仅仅表示：如果没有任何的干预，则控制流就顺序地从一条命令自然地过度到下一条命令。 ⑵ 控制结构（if_then_else） 这是一种双向选择。每当表达式为真，就执行该语句的then分支；表达式为假，则执行else分支。在这两种情况下，都将控制流传递到控制结构后面的语句。 ⑶ 重复结构（do_while） 这是一种重复进行控制的结构。当表达式被测试为真时，则重复执行结构中的循环体部分，否则，重复的循环即告结束，接着将控制传递到其后的语句（指令）。 程序设计两种扩展结构 实践证明，仅使用上述三种经典的结构化程序设计，还会遇到一些困难，因此，人们又对经典的结构化程序设计工作又作了一些补充和修改： ⑴ 为了方便使用或提高效率，大多数软件开发项目还允许在详细设计中补充使用do_until和do_case两种控制结构。 ⑵ 在多数情况下，当程序执行到满足某种条件时，需要立即从循环中转移出来。如果死抠单出口的原则，则必然使循环重复下去，延长程序的执行时间。 ⑶ GOTO语句不应滥用，但也不完全禁止。一般来说，GOTO语句的转移范围应控制在同一控制结构的内部，不让它从一个控制结构转移到另一个控制结构中。这样也就不会引起流程的混乱。 5.2 结构程序设计 3. 结构化设计的原则 结构化设计的主要原则是： ⑴ 采用自顶向下逐步求精的设计方法。 ⑵ 使用语言中的顺序、选择、重复等有限的基本结构表示程序逻辑。 ⑶ 选用的控制结构只允许一个入口和一个出口。 ⑷ 复杂结构应该用基本控制结构进行组合嵌套来实现。 ⑸ 严格控制GOTO语句。 5.2 结构程序设计 4. 程序设计采用自顶向下逐步求精的方法 在前面，我们通过采用自顶向下逐步求精的方法把一个复杂问题的解法分解和细化成了一个由许多功能模块组成的软件结构图。在详细设计和编码阶段，还应当采用自顶向下逐步求精的方法，把一个模块的功能逐步分解，细化为一系列具体的步骤，进而翻译成一系列用