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1、13-第六章 系统详细设计 第六章系统详细设计 地理信息系统设计教程 系统总体设计阶段已经确定了软件的模块结构和接口描述划分出不同的GIS目标子系统即各个功能模块并编写了总体设计文档但此时每个模块仍处于黑盒子级需要进行更进一步的设计详细设计阶段的根本目标是确定怎样具体地实现所定义的系统也就是为各个在总体设计阶段处于黑盒子级的模块设计具体的实现方案 教学提纲 一详细设计的基本原则 二详细设计的内容和具体任务 三详细设计的表达工具 四数据结构和数据库详细设计 五详细设计规格说明书 退出 一详细设计的基本原则 结构化程序设计Structured programming是进行以模块功能和处理过程设计为
2、主的详细设计的基本原则结构化程序设计概念最早由Dijkstra于1965年提出是软件发展的一个重要里程碑它的概念方法和其支持的软件工具组成了所谓的结构化革命结构化程序设计技术采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结构并且只包含顺序选择和循环三种结构结构化程序设计的目标之一是使程序的控制流程线性化即程序的动态执行顺序符合静态书写结构这就增强了程序的可读性不仅容易理解调试测试和排错而且给程序的形式化证明带来了方便 结构化程序设计原则具体表现在以下方面 尽量少用或不用GoTo语句 采用自顶向下逐步求精的设计方法 采用顺序选择循环三种基本结构组成程序的控制结构 尽量使用单入口单出口的控制结
3、构减少传递参量数的 个数 提高模块的内聚度降低模块间的关联度 返回 二详细设计的内容和具体任务 系统详细设计的主要内容是在具体进行程序编码之前根据总体设计提供的文档细化总体设计中已划分出的每个功能模块为之选一具体的算法并清晰准确的描述出来从而在具体编码阶段可以把这些描述直接翻译成用某种程序设计语言书写的程序其设计成果可用程序流程图描述也可用伪码描述还可用形式化软件设计语言描述详细设计的结果基本上决定了最终程序代码的质量 详细设计以总体设计阶段的工作为基础但又不同于总体设计阶段这主要表现为以下两个方面 在总体设计阶段数据项和数据结构以比较抽象的方式描述例如总体设计阶段可以声明矩阵在概念上可以表示
4、一幅遥感图像详细设计就要确定用什么数据结构来表示这样的数字矩阵 详细设计要提供关于算法的更多细节例如总体设计可以声明一个模块的作用是对一个表进行排序详细设计则要确定使用哪种排序算法总之在详细设计阶段为每个模块增加足够的细节使得程序员能够以相当直接的方式对每个模块编码 详细的算法 数据表示和数据结构 实现的功能和使用的数据之间的关系 详细设计的模块内容 详细设计的具体任务 细化总体设计的体系流程图绘出程序结构图直到 每个模块的编写难度可被单个程序员所掌握为止 为每个功能模块选定算法 确定模块使用的数据组织 确定模块的接口细节及模块间的调度关系 描述每个模块的流程逻辑 编写详细设计文档主要包括细化
5、的系统结构图及逐个 模块的描述如功能接口数据组织控制逻辑等 返回 三详细设计的表达工具 系统详细设计的任务是给出软件模块结构中各个模块的内部过程描述也就是模块内部的算法设计根据软件工程的思想在GIS软件设计过程中尤其是大型GIS软件的开发系统设计和系统实现是两个阶段的任务通常由不同的人员来进行因此需要采用一种标准的通用的设计表达工具来实现两阶段的沟通使设计人员设计的系统实现人员通过分析设计的文本和资料得到无歧义的理解即详细设计表达工具的选择可以促进系统设计成果的表达和实现详细设计的表达工具可分为图形表格和语言三种无论是哪种工具对它们的基本要求都是能提供对设计的无歧义的描述即能指明控制流程处理功
6、能数据组织以及其它方面的实现细节从而方便在编码阶段把设计描述直接翻译成程序代码 三详细设计的表达工具 一 程序流程图 二 N-S盒式图 三 问题分析图 四 类程序设计语言 返回 程序流程图 程序流程图Program Flow Chart简称PFC又称为程序框图它是应用最广泛的描述过程的方法具有简单直观易于掌握的优点特别适用于具体模块小程序的设计下图所示为程序流程图常用符号图中方框表示处理步骤菱形框表示逻辑判断箭头表示控制流 1 2 3 4 5 6 程序流程图常用符号 可执行单元 then部分的可执行单元 else部分的可执行单元 可执行单元 else部分选择构造 then部分repeat-un
7、til循环构造 F T 判断语句 判断语句 判断语句 F T 可执行单元 F T 在程序流程图中结构化单元可以嵌套例如一个if-then-else构造单元的then部分是一个repeat-until构造单元而else部分是一个选择构造而这个外层的选择构造单元又是顺序构造中的第二个可执行单元下图所示为结构化单元嵌套示意图以此嵌套结构可以导出复杂的程序结构 程序流程图的缺陷 程序流程图本质上不是逐步求精的好工具它使程序员过 早地考虑程序的控制流程而不去考虑程序的全局结构 程序流程图中用箭头代表控制流因此程序员可以完全不 顾结构化程序设计的精神随意转移控制 程序流程图不易表示数据结构 详细的程序流程
8、图每个符号对应于源程序的一行代码对 于提高大型系统的可理解性作用甚微 返回 N-S盒式图 N-SNassi-Shneiderman盒式图是另一种用于详细设计表达的结构化图形设计工具最初由Nassi和Shnei derman开发后经Chapin扩充改进所以又叫N-S图或Chapin图同PFC相比N-S图具有功能域表达明确容易确定数据作用域的优点作为详细设计的工具N-S图易于培养软件设计的程序员结构化分析问题与解决问题的习惯它以结构化方式严格地实现从一个处理到另一个处理的控制转移每一个N-S图开始于一个大的矩形表示它所描述的模块该矩形的内部被分成不同的部分分别表示不同的子处理过程这些子处理过程又可
9、进一步分解成更小的部分其基本结构见图 第一项任务 下一项任务 再下一项任务 F 条件 T Else Then 部分 部分 循环条件 do-while部分 repeat -until 部分 循环条件 case条件 值 值 case case 部分 部分 N-S盒式图基本结构 N-S盒式图的特征 是一种清晰的图形表达式能定义功能域重复或if- then-else的工作域 控制不能任意转移 易于确定局部或全局的数据工作域 易于表示递归 返回 问题分析图 问题分析图Problem Analysis Diagram简称PAD是由日本日立制作所研究开发的综合了流程图盒式图和伪码等技术的一些特点在Pasca
10、l 语言基础上发展而成的系统详细设计工具基于Pascal的控制结构用二维树状图的形式描述程序的逻辑下图反映了问题分析图的基本原理问题分析图的主要优点是结构清晰能直接导出程序代码并可对其进行一致性检查问题分析图可用于BasicFortranPascalC等编程语言它不仅支持软件的详细设计还支持软件的需求分析和总体设计也是当前广泛使用的一种软件设计方法 头脑中粗略模糊问题解的概念 1顺序过程的细化 2循环过程的细化 3选择过程的细化 H1 Hn H1 Hn 循环条件 Hm H1 Hn Hm Hm1 Hm2 循环 条件 问题分析图方法的基本原理 问题分析图采用自顶而下逐步细化的结构化设计的原则力求将
11、模糊的问题解的概念逐步转换为确定的和详细的过程下图中列出了问题分析图的基本符号有了问题分析图的基本符号和基本图式根据系统的要求可写出系统的问题分析图 由问题分析图转换出相应的源程序必须按照以下步骤进行 根据问题解画出问题分析图 把问题分析图看做横向生长的树沿着树前进写出源程序 符号 名称说明 输入框 框内写出输入变量名 输出框 框内写出输出变量名 处理框 框内写出处理名或语句名 子程序框 子程序处理框框内写出子程序名 重复框 先判定再重复框内写出重复条件 重复框 先执行然后判定再重复框内写出重复条件 定义框 框内写定义名 选择框 可一路二路三路或多路选择框内写条件 语句标号 圆内写出语句标号
12、定义 用于PAD图的增加或分解 返回 类程序设计语言 类程序设计语言Program Design Language简称PDL又称为伪码这是一个笼统的名称现有多种不同的PDL在使用PDL是一种混杂语言它使用一种结构化程序设计语言如PascalC的语法控制框架而在内部却可灵活使用一种自然语言例如英语来表示数据结构和处理过程PDL虽然不具有图形工具描述的直观清晰但用来表示算法灵活自由且便于翻译成高级语言程序是介于自然语言与程序设计语言之间的一种伪码PDL是用正文形式表示数据和处理过程的设计工具一方面具有严格的关键字外部语法用于定义控制结构和数据结构另一方面又具有灵活自由的内部语法以适应各种工程项目的
13、需要PDL与实际的高级程序设计语言的区别在于PDL的语句中嵌有自然语言的叙述是不能被计算机识别和编译的 PDL的特点 关键字的固定语法提供所有结构化构造数据说明以 及模块化的手段 自然语言的自由语法用于描述处理过程和判定条件 数据说明的手段既包括简单的数据结构例如变量和 数组又包括复杂的数据结构例如链表 模块定义和调用的技术提供各种接口描述模式 返回 四数据结构和数据库详细设计 建立一个良好的数据组织结构和数据库使整个系统都可以迅速方便准确地调用和管理所需的数据是系统开发的必然要求 通常GIS数据库建设分为关系型数据库和空间数据库建设两部分内容其中空间数据库在某些情况下也可以用关系型数据库进行
14、管理在第八章将对空间数据库的建设进行详细介绍此处主要介绍如何用关系型数据库技术来建立非地理数据的数据库 一 数据结构规范化 二 关系数据库建库 四数据结构和数据库详细设计 返回 数据结构规范化 在系统定义阶段对系统的数据流数据类型等进行了分析和定义并用数据流图数据字典等手段对其进行了描述但是要用关系型数据库来对这些数据进行管理还必须将它们转换成关系型数据库支持的数据结构即对这些数据进行规范化的重新组织关于数据组织的规范化形式是关系型数据库的创始人之一IBM公司的科德EFCodd首先提出的早在1971年科德就提出了规范化理论normalization theory并在随后一系列的论文中逐步形成一整套数据规范化模式这些模式已经成为建立关系数据库的基本范式 第一范式 第一范式first normal form简称1st NF要求同一张表中没有重复项出现如果有则应将重复项删除这个删除重复项的过程就称为规范化处理 第二范式 第二范式sencond
