5.3 详细设计工具（描述方法）

• 前言
  1. 描述每个模块执行过程的工具叫做详细设计工具，可以分为图形、表格和语言三类。
     • 图形工具：包括传统的程序流程图、盒图和问题分析图（PAD）等；
     • 表格工具：包括判定表、判定树等；
     • 语言工具：过程设计语言（PDL）等
  2. 不论是哪类工具，对它们的基本要求都是能提供对设计准 确，无歧义的描述，也就是应该能指明控制流程、处理功 能、数据组织以及其它方面的实现细节，从而在编码阶段 能把对设计的描述直接翻译成程序代码。
• 程序流程图
  1. 程序流程图又称为程序框图，它是一种最古老、应用最广泛、且最有争议的描述详细设计的工具。
  2. 它易学、表达算法直观。缺点是不够规范，特别是 使用箭头使质量受到很大影响，因此必须加以限制 ，使其成为规范的详细设计工具。
  3. 为了能够用程序流程图描述结构化的程序，一般地，限制只允许使用三种基本结构。
  4. 结构化程序设计的基本控制结构是:
     • 顺序型
       ![[Pasted image 20230623151801.png]]
     • 选择型
       ![[Pasted image 20230623151901.png]]
     • 先判断型循环
       ![[Pasted image 20230623151912.png]]
     • 后判断型循环
       ![[Pasted image 20230623151922.png]]
     • 多种情况选择型（CASE）
       ![[Pasted image 20230623151936.png]]
  5. 程序流程图的优点：
     • 表达直观、结构清晰、易于理解、易于修改
  6. 程序流程图的缺点：
     • 本质上不是逐步求精的好工具，它诱使程序员 过早考虑控制流程，而不去考虑程序的整体结构；
     • 用箭头代表控制流，因此程序员不受任何约束 ，可以完全不顾结构程序设计的精神，随意转移控制，容易造成非结构化的程序结构；
     • 不易表示数据结构和层次结构
• 盒图(N-S图)
  1. N-S图是为克服流程图在描述程序逻辑时的随意性等缺点，1973年， 由Nassi和Shneiderman提出来的，体现了结构化设计的精神。是目前过程设计中广泛使用 的一种图形。
  2. N-S图仅含有5种基本成分，它们分别表示SP方法（结构化程序设计方法）的几种标准控制结构。
  3. 下图给出了结构化控制结构的盒图表示，也给出了调用子程序的盒图表示方法。
     • 顺序
       ![[Pasted image 20230623152644.png]]
     • IF-THEN-ELSE分支
       ![[Pasted image 20230623152655.png]]
     • CASE型多分支
       ![[Pasted image 20230623152703.png]]
     • 循环
       ![[Pasted image 20230623152720.png]]
     • 调用子程序
       ![[Pasted image 20230623152732.png]]
  4. 在N-S图中，每个“处理步骤”是用一个盒子表示的，所谓“处理步骤”可以是语句或语句序列。需要时，盒子中还可以嵌套另一个盒子，嵌套深度一般没有限制，只要整张图在一页纸上能容纳得下，由于只能从上边进入盒子然后从下边走出，除此之外没有其他的入口和出口，所以，N-S图限制了随意的控制转移，保证了程序的良好结构。
  5. 用N-S图作为详细设计的描述手段时，常需用两个盒子：数据盒和模块盒，前者描述有关的数据，包括全程数据、局部数据和模块界面上的参数等，后者描述执行过程。
  6. N-S图有下述特点：
     • 功能域(一个特定控制结构的作用域)明确，可以从盒图上一眼就看出来。
     • 不可能任意转移控制。
     • 很容易确定局部和全程数据的作用域
     • 很容易表现嵌套关系，也可以表示模块的层次结构
  7. N-S图的优点：
     • 它强制设计人员按SP方法进行思考并描述他的设计方案，这就有效地保证了设计的质量，从而也保证了程序的质量;
     • N-S图形象直观，功能域明确，结构层次清晰。为编程、复查、选择测试用例、维护都带来了方便;
     • N-S图简单、易学易用，可用于软件教育和其他方面。
  8. N-S图的缺点：
     • 随着程序内嵌套的层数的增多时，内层方框越来越小，这样不仅会增加画图的难度，还会影响图形的清晰度。
     • 手工修改也比较麻烦，这是有些人不用它的主要原因
  9. N-S图的嵌套定义形式
     ![[JM5A%OAK~)WXML}X04LH0S1.png]]
• 问题分析图（PAD图）

  1. PAD是问题分析图(problem analysis diagram)的英文缩写，由日立公司中央研究所在1973年研究开发的。

  2. 它使用二维树形结构图来描述程序的逻辑，将这种图翻译成程序代码比较容易。是一种十分有前途的表达方法。

  3. PAD支持SP方法，它仅具有顺序、选择、循环三类基本成分，其中选择和循环又有几种形式

  4. 下图是PAD图的基本符号。

     • 顺序
       ![[Pasted image 20230623154842.png]]
     • 选择
       ![[Pasted image 20230623154853.png]]
     • Case型多分支选择
       ![[Pasted image 20230623154859.png]]
     • 当型循环
       ![[Pasted image 20230623154915.png]]
     • 直到型循环
       ![[Pasted image 20230623154923.png]]
     • 语句标号
       ![[Pasted image 20230623155014.png]]
     • 定义
       ![[Pasted image 20230623155023.png]]
     • 初始的PAD图
       ![[Pasted image 20230623155304.png]]
     • 使用def符号细化处理框P2
       ![[Pasted image 20230623155316.png]]

  5. PAD图的主要优点：

     • 使用PAD符号设计的程序必然是结构化的程序。
     • PAD图所描绘的程序结构十分清晰，PAD图中竖线的总条数就是程序的层次数。
     • 用PAD图表现程序逻辑,易读，易记，易懂
     • 容易将PAD图转换成高级语言源程序，可用软件工具实现自动转换
     • 既可以表示程序逻辑，也可以描绘数据结构
     • 支持自顶向下，逐步求精方法的使用。用“def” 符号逐步增加细节
• 过程设计语言（PDL）
  1. 过程设计语言（PDL）也称为伪码，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。
  2. PDL是一种“混杂式语言”，它采用某种语言（如英语或自然语言）的词汇，另一种语言（结构化程序设计语言)的全部语法。
  3. 伪码的语法规则分为“外语法”和“内语法”。
  4. PDL语法是开放式的，其外层语法是确定的，而内层语法则故意不确定。
  5. 外层语法描述控制结构和数据结构，它用类似于一般编程语言控制结构的关键字(如IF—THEN—ELSE、WHILE——DO、REPEAT——UNTIL等)表示，所以是确定的，
  6. 内层语法可使用自然语言的词汇描述具体操作。
  7. 过程设计语言的表示：
     ![[Pasted image 20230623160241.png]]
  8. PDL特点：
     • 关键字的固定语法，它提供了结构化控制结构、 数据说明和模块化的特点。
     • 自然语言的自由语法，它描述处理特点；
     • 数据说明的手段。
     • 模块定义和调用的技术，应该提供各种接口描述模式
  9. PDL优点：
     • 可以作为注释直接插在源程序中间。这样做能促 使维护人员在修改程序代码的同时也相应地修改PDL 注释，因此有助于保持文档和程序的一致性，提高了 文档的质量
     • 可以使用普通的正文编辑程序或文字处理系统， 很方便地完成PDL的书写和编辑工作
     • 同自然语言(英语)很接近，易于理解。
     • 由于是语言形式，所以易于被计算机处理。
     • 由于同程序是同结构的，从中自动产生程序亦较容易。
  10. PDL缺点：
      • 不如图形工具形象直观;
      • 描述复杂的条件组合与动作间的对应关系时，不如判定表清晰简单。
  11. 总之,支持SP方法的各种描述手段(结构化流程图、N-S图、PAD图、PDL等)各有优缺点,总的说来，PDL是比较令人满意的，所以在英语国家中最为流行。