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第六章详细设计详细设计阶段的根本目标是确定应该怎样具体地实现所要求的系统，也就是说，经过这个阶段的设计工作，应该得出对目标系统的精确描述，从而在编码阶段可以把这个描述直接翻译成用某种程序设计语言书写的程序。详细设计阶段的任务还不是具体地编写程序，而是要设计出程序的“蓝图”，以后程序员将根据这个蓝图写出实际的程序代码。因此，详细设计的结果基本上决定了最终的程序代码的质量。考虑程序代码的质量时必须注意，程序的“读者”有两个，那就是计算机和人。在软件的生命周期中，设计测试方案、诊断程序错误、修改和改进程序等等都必须首先读懂程序。实际上对于长期使用的软件系统而言，人读程序的时间可能比写程序的时间还要长得多。因此，衡量程序的质量不仅要看它的逻辑是否正确，性能是否满足要求，更主要的是要看它是否容易阅读和理解。详细设计的目标不仅仅是逻辑上正确地实现每个模块的功能，更重要的是设计出的处理过程应该尽可能简明易懂。结构程序设计技术是实现上述目标的关键技术，因此是详细设计的逻辑基础。6.1结构程序设计结构程序设计的概念最早由E.W.Dijkstra提出。1965年他在一次会议上指出：“可以从高级语言中取消GOTO语句”，“程序的质量与程序中所包含的GOTO语句的数量成反比”。1966年Bohm和Jacopini证明了，只用3种基本的控制结构就能实现任何单入口单出口的程序。这3种基本的控制结构是“顺序”、“选择”和“循环”，它们的流程图分别为图6.1(a)，6.1(b)和6.1(c)。实际上用顺序结构和循环结构(又称DO_WHILE结构)完全可以实现选择结构(又称IF_THEN_ELSE结构)，因此，理论上最基本的控制结构只有两种。Bohm和Jacopini的证明给结构程序设计技术奠定了理论基础。expA（c）FTBA(a)B1968年Dijkstra再次建议从一切高级语言中取消GOTO语句，只使用3种基本控制结构写程序。他的建议引起了激烈争论，经过讨论人们认识到，不是简单地去掉GOTO语句的问题，而是要创立一种新的程序设计思想、方法和风格，以显著地提高软件生产率和降低软件维护代价。1971年IBM公司在纽约时报信息库管理系统的设计中成功地使用了结构程序设计技术，随后在美国宇航局空间实验室飞行模拟系统的设计中，结构程序设计技术再次获得圆满成功。这两个系统都相当庞大，前者包含83000行高级语言源程序，后者包含40万行源程序，而且在设计过程中用户需求又曾有过很多改变，然而两个系统的开发工作都按时并且高质量地完成了。这表明，软件生产率比以前提高了一倍，结构程序设计技术成功地经受了实践的检验。1972年IBM公司的Mills进一步提出，程序应该只有一个入口和一个出口，从而补充了结构程序设计的规则。那么，什么是结构程序设计呢?结构程序设计的经典定义如下所述：“如果一个程序的代码块仅仅通过顺序、选择和循环这3种基本控制结构进行连接，并且每个代码块只有一个入口和一个出口，则称这个程序是结构化的。”上述经典定义过于狭隘了，结构程序设计本质上并不是无GOTO语句的编程方法，而是一种使程序代码容易阅读、容易理解的编程方法。在多数情况下，无GOTO语句的代码确实是容易阅读、容易理解的代码，但是，在某些情况下，为了达到容易阅读和容易理解的目的，反而需要使用GOTO语句。例如，当出现了错误条件时，重要的是在数据库崩溃或栈溢出之前，尽可能快地从当前程序转到一个出错处理程序，实现这个目标的最好方法就是使用前向GOTO语句(或与之等效的专用语句)，机械地使用3种基本控制结构实现这个目标，反而会使程序晦涩难懂。因此，下述的结构程序设计的定义可能更全面一些：“结构程序设计是尽可能少用GOTO语句的程序设计方法。最好仅在检测出错误时才使用GOTO语句，而且应该总是使用前向GOTO语句。”虽然从理论上说只用上述3种基本控制结构就可以实现任何单入口单出口的程序，但是为了实际使用方便起见，常常还允许使用DO_UNTIL和DO_CASE两种控制结构，它们的流程图分别是图6.2(a)和图6.2(b)。TAexpF(c)TAexpF或图6.13种基本的控制结构（a）顺序结构，先执行A再执行B；（b）IF_THEN_ELSE型选择（分支）结构；（c）DO_WHILE型循环结构有时需要立即从循环(甚至嵌套的循环)中转移出来，如果允许使用LEAVE(或BREAK)结构，则不仅方便而且会使效率提高很多。LEAVE或BREAK结构实质上是受限制的GOTO语句，用于转移到循环结构后面的语句。如果只允许使用顺序、IF_THEN_ELSE型分支和DO_WHILE型循环这3种基本控制结构，则称为经典的结构程序设计；如果除了上述3种基本控制结构之外，还允许使用DO_CASE型多分支结构和DO_UNTIL型循环结构，则称为扩展的结构程序设计；如果再加上允许使用LEAVE(或BREAK)结构，则称为修正的结构程序设计。6.2人机界面设计人机界面设计是接口设计的一个重要的组成部分。对于交互式系统来说，人机界面设计和数据设计、体系结构设计及过程设计一样重要。近年来，人机界面在系统中所占的比例越来越大，在个别系统中人机界面的设计工作量甚至占总设计量的一半以上。人机界面的设计质量，直接影响用户对软件产品的评价，从而影响软件产品的竞争力和寿命，因此，必须对人机界面设计给予足够重视。6.2.1设计问题在设计人机界面的过程中，几乎总会遇到下述4个问题：系统响应时间、用户帮助设施、出错信息处理和命令交互。不幸的是，许多设计者直到设计过程后期才开始考虑这些问题，这样做往往导致出现不必要的设计反复、项目延期和用户产生挫折感。最好在设计初期就把这些问题作为重要的设计问题来考虑，这时修改比较容易，代价也低。下面讨论这4个设计问题。1.系统响应时间系统响应时间是许多交互式系统用户经常抱怨的问题。一般说来，系统响应时间指从用户完成某个控制动作(例如，按回车键或点击鼠标)，到软件给出预期的响应(输出信息或做动作)之间的这段时间。系统响应时间有两个重要属性，分别是长度和易变性。如果系统响应时间过长，用户就会感到紧张和沮丧。但是，当用户工作速度是由人机界面决定的时候，系统响应时间过短也不好，这会迫使用户加快操作节奏，从而可能会犯错误。FＴAexp（a）expCASE1CASE2CASEn…(b)图6.2其他常用的控制结构(a)DO_WHILE型循环结构;(b)多分支结构易变性指系统响应时间相对于平均响应时间的偏差，在许多情况下，这是系统响应时间的更重要的属性。即使系统响应时间较长，响应时间易变性低也有助于用户建立起稳定的工作节奏。例如，稳定在1秒的响应时间比从0.1秒到2.5秒变化的响应时间要好。用户往往比较敏感，他们总是担心响应时间变化暗示系统工作出现了异常。2.用户帮助设施几乎交互式系统的每个用户都需要帮助，当遇到复杂问题时甚至需要查看用户手册以寻找答案。大多数现代软件都提供联机帮助设施，这使得用户无须离开用户界面就能解决自己的问题。常见的帮助设施可分为集成的和附加的两类。集成的帮助设施从一开始就设计在软件里面，通常，它对用户工作内容是敏感的，因此用户可以从与刚刚完成的操作有关的主题中选择一个请求帮助。显然，这可以缩短用户获得帮助的时间，增加界面的友好性。附加的帮助设施是在系统建成后再添加到软件中的，在多数情况下它实际上是一种查询能力有限的联机用户手册，人们普遍认为，集成的帮助设施优于附加的帮助设施。具体设计帮助设施时，必须解决下述的一系列问题。(1)在用户与系统交互期间，是否在任何时候都能获得关于系统任何功能的帮助信息?有两种选择：提供部分功能的帮助信息和提供全部功能的帮助信息。(2)用户怎样请求帮助?有3种选择：帮助菜单，特殊功能键和HELP命令。(3)怎样显示帮助信息?有3种选择：在独立的窗口中，指出参考某个文档(不理想)和在屏幕固定位置显示简短提示。(4)用户怎样返回到正常的交互方式中?有两种选择：屏幕上的返回按钮和功能键。(5)怎样组织帮助信息?有3种选择：平面结构(所有信息都通过关键字访问)，信息的层次结构(用户可在该结构中查到更详细的信息)和超文本结构。3.出错信息处理出错信息和警告信息，是出现问题时交互式系统给出的“坏消息”。出错信息设计得不好，将向用户提供无用的甚至误导的信息，反而会加重用户的挫折感。一般说来，交互式系统给出的出错信息或警告信息，应该具有下述属性。(1)信息应该用用户可以理解的术语描述问题。(2)信息应该提供有助于从错误中恢复的建设性意见。(3)信息应该指出错误可能导致哪些负面后果(例如，破坏数据文件)，以便用户检查是否出现了这些问题，并在确实出现问题时及时解决。(4)信息应该伴随着听觉上或视觉上的提示，例如，在显示信息时同时发出警告铃声，或者信息用闪烁方式显示，或者信息用明显表示出错的颜色显示。(5)信息不能带有指责色彩，也就是说，不能责怪用户。当确实出现了问题的时候，有效的出错信息能提高交互式系统的质量，减轻用户的挫折感。4.命令交互命令行曾经是用户和系统软件交互的最常用的方式，并且也曾经广泛地用于各种应用软件中。现在，面向窗口的、点击和拾取方式的界面已经减少了用户对命令行的依赖，但是，许多高级用户仍然偏爱面向命令行的交互方式。在多数情况下，用户既可以从菜单中选择软件功能，也可以通过键盘命令序列调用软件功能。在提供命令交互方式时，必须考虑下列设计问题。(1)是否每个菜单选项都有对应的命令?(2)采用何种命令形式?有3种选择：控制序列(例如，Ctrl+P)，功能键和键入命令。(3)学习和记忆命令的难度有多大?忘记了命令怎么办?(4)用户是否可以定制或缩写命令?在越来越多的应用软件中，人机界面设计者都提供了“命令宏机制”，利用这种机制用户可以用自己定义的名字代表一个常用的命令序列。需要使用这个命令序列时，用户无须依次键入每个命令，只需输入命令宏的名字就可以顺序执行它所代表的全部命令。在理想的情况下，所有应用软件都有一致的命令使用方法。如果在一个应用软件中命令Ctrl+D表示复制一个图形对象，而在另一个应用软件中Ctrl+D命令的含义是删除一个图形对象，显然会使用户感到困惑，并且往往会导致用错命令。6.2.2设计过程用户界面设计是一个迭代的过程，也就是说，通常先创建设计模型，再用原型实现这个设计模型，并由用户试用和评估，然后根据用户意见进行修改。为了支持上述迭代过程，各种用于界面设计和原型开发的软件工具应运而生。这些工具被称为用户界面工具箱或用户界面开发系统，它们为简化窗口、菜单、设备交互、出错信息、命令及交互环境的许多其他元素的创建，提供了各种例程或对象。这些工具所提供的功能，既可以用基于语言的方式也可以用基于图形的方式来实现。一旦建立起用户界面的原型，就必须对它进行评估，以确定其是否满足用户的需求。评估可以是非正式的，例如，用户即兴发表一些反馈意见；评估也可以十分正式，例如，运用统计学方法评价全体终端用户填写的调查表。用户界面的评估周期如下所述：完成初步设计之后就创建第一级原型；用户试用并评估该原型，直接向设计者表述对界面的评价；设计者根据用户意见修改设计并实现下一级原型。上述评估过程持续进行下去，直到用户感到满意，不需要再修改界面设计时为止。当然，也可以在创建原型之前就对用户界面的设计质量进行初步评估。如果能及早发现并改正潜在的问题，就可以减少评估周期的执行次数，从而缩短软件的开发时间。在创建了用户界面的设计模型之后，可以运用下述评估标准对设计进行早期复审。(1)系统及其界面的规格说明书的长度和复杂程度，预示了用户学习使用该系统所需要的工作量。(2)命令或动作的数量、命令的平均参数个数或动作中单个操作的个数，预示了系统的交互时间和总体效率。(3)设计模型中包含的动作、命令和系统状态的数量，预示了用户学习使用该系统时需要记忆的内容的多少。(4)界面风格、帮助设施和出错处理协议，预示了界面的复杂程度及用户接受该界面的程度。6.2.3人机界面设计指南用户界面设计主要依靠设计者的经验。总结众多设计者的经