詳細設計工具之盒圖(N-S圖)

• 2019 年 12 月 5 日
• 筆記

軟件的詳細設計

詳細設計工具

盒圖

N-S圖，也被稱為盒圖或NS圖（Nassi Shneiderman圖）。是結構化編程中的一種可視化建模。1972年，美國學者I.Nassi 和 B.Shneiderman提出了一種在流程圖中完全去掉流程線，全部算法寫在一個矩形陣內，在框內還可以包含其他框的流程圖形式，即由一些基本的框組成一個大的框，這種流程圖又稱為N-S結構流程圖。

依從上到下的設計，待處理的問題會分解成一些較小的副程序，最後只有簡單的敘述及控制流程結構，NS圖對應了上述的思維，利用嵌套的方塊來表示副程序。NS圖中沒有對應Goto指令的表示，和結構化編程中不使用GOTO的理念一致。NS圖的抽象層次接近結構化的代碼，若程序重寫，NS圖就需重新繪製，不過NS圖在簡述程序及高級設計時相當方便。

NS圖幾乎是流程圖的同構，任何的NS圖都可以轉換為流程圖，而大部分的流程圖也可以轉換為NS圖。其中只有像Goto指令或是C語言中針對循環的break及continue指令無法用NS圖表示。

NS圖的特點：

1． 功能域（即一個特定控制結構的作用域）明確，可以從盒圖上一眼就看出來；

2． 不可能任意轉移控制；

3． 很容易明確局部和全局數據的作用域；

4． 很容易表現嵌套關係，也可以表示模塊的層次結構。

由於NS圖沒有箭頭，因此不允許隨意轉移控制。堅持使用NS圖作為詳細設計的工具，可以使程序員逐步養成用結構化的方式思考問題和解決問題的習慣。

N-S圖包括順序、選擇（CASE型是多分鐘選擇）和循環（一種是while一種是until）三種基本結構。

以C語言描述的程序為例：

A、Ai（i∈[1,n]）、B和S分別是C語句段（由1-N條C語言語句組成）；

P是邏輯表達式，T表示true，F表示false，即當邏輯表達式P的結果為true時，後繼程序執行A，否則B；

↓表示沒有語句；

WHILE重複型表示先對邏輯表達式P求值，為true時，執行S，否則跳出；

UNTIL重複型表示先執行S，然後在對邏輯表達式P求值，為true時，繼續運行S，否則跳出；

CASE型對應C語言中的Switch-Case情況，先計算邏輯表達式P，結果為1時執行A1，為2時執行A2，依次類推。

現需要一個能夠利用NS圖進行建模的工具，將某算法（如採用C語言描述）表示為NS圖。

【基本要求】

通過人機界面，能夠手工繪製包含順序型、選擇型的NS圖，為每個類型的NS圖可以輸入C語言源代碼文本，各類型的圖可以相互嵌套組合，並能夠將繪製好的NS圖轉換為C語言代碼描述的程序。

【擴展要求】

1． 支持WHILE型、UNTIL型和CASE型的繪製

2． 能夠保存繪製好的NS圖，並可以再次打開和重新編輯該NS圖

3． 能夠將C語言代碼描述的程序文本自動轉換為NS圖（對於學有餘力的同學，需要查閱一些編譯方面的知識）

【實現提示】

各個類型的圖之間是相互嵌套組合的，因此它們之間的嵌套關係需要進行存儲，不能丟失

實現將C語言轉換為NS圖時，可以利用開源的C語言的解析器（lexer和parser）將C語言程序文本轉換為文法樹，在文法樹的基礎上識別裏面各個表達式或語句來進行NS圖的生成。也可以自己編寫解析器（可以藉助flex+bison，ANTLR開源工具編寫），只要求支持必要的文法即可，無需支持C語言全集。

【檢查計劃】

第一次檢查：問題需求理解分析，系統的功能設計，包括：

數據結構設計；

程序結構原型；

第二次檢查：使用自帶的數據，演示系統的初步功能實現（代碼，測試數據）；

第三次檢查：系統最終的全面檢查，包括：

文檔齊全；

根據測試數據，運行程序；演示時適當地講解，並且回答問題；

【舉個栗子】

盒圖（N-S圖）：

PAD圖：

偽碼如下：

s1;    if (x<=5)        s2;  i: =1;    while(i>=3)    {         s3;         i:=i+i;    }    if(y<0)         s4;    else         s5;