### 4.3.1 頂層設計 根據 calendar 程序的規格說明，很容易設計一個簡單的 IPO 模式的算法：首先從用戶處 獲得年份輸入 year，然后計算該年份 1 月 1 日是星期幾，最后按特定格式輸出年歷。我們用 偽代碼來表示該算法，如下： ``` 輸入 year 計算 year 年 1 月 1 日是星期幾 輸出年歷 ``` 這個算法屬于高層設計，其中第二、第三兩個步驟都不是一目了然能直接編碼實現的， 但我們不妨假設每個步驟都由一個函數實現，從而可以利用這些函數實現程序。 首先，盡管第一個步驟“輸入 year”看上去很容易用 input 語句實現，但我們仍然先 用一個頂層模塊——函數 getYear()來表示該步驟的實現。函數 getYear()負責從用戶 處獲得輸入并返回給主程序使用，因此我們將函數的返回值賦值給主程序變量 year。至此， 我們的 calendar 程序取得了第一個進展： ``` def main(): year = getYear() ``` 其次，計算 year 年 1 月 1 日是星期幾，這個步驟不是那么顯然，但我們仍然假設函數firstDay()能夠實現該步驟，這個函數以 year 作為輸入，然后返回一個代表星期幾的值（例如，用 0 表示星期天，用 1 到 6 分別表示星期一到星期六）。在主程序中添加一行調用firstDay()的語句，并將函數返回值賦值給主程序變量 w，這時程序就進展到如下形式： def main(): ``` year = getYear() w = firstDay(year) ``` 最后一步是輸出年歷，仍然假設函數 printCalendar()能夠實現該步驟，此函數需要用到的信息包括 year 和 w，無需提供返回值。在 main 中添加相應的函數調用語句之后，得到 calendar 程序的完整結構如下： ``` def main(): year = getYear() w = firstDay(year) printCalendar(year,w) ``` 至此，我們做出了 calendar 程序的頂層設計，將原始問題分解成了三個模塊，當然各模塊的細節尚不清楚。主程序雖然只有寥寥 3 行，看上去不過是上面的算法偽代碼略加細化的 結果，但它確實滿足程序規格說明的要求。此外，我們還為對應每個模塊的函數聲明了函數 名、參數和返回值，這些信息構成了函數的接口（interface）。在 main 這個層次，并不需要 關心 getYear()等函數的實現細節，只需要關注它們對于給定的參數能返回預定的數據。 亦即，只關心每個子程序“做什么”，而非“怎么做”。函數接口正是表達“做什么”信息的。 自頂向下設計中經常使用一種設計工具——結構圖（或稱模塊層次圖），其中用矩形表 示程序模塊，用兩個矩形之間的連線表示模塊間的調用關系，在連線旁邊用箭頭和標注來指 明模塊之間的界面信息。各模塊分別處于不同層次，高層模塊是調用模塊（或控制模塊）， 低層模塊是被調用模塊（或受控模塊）。結構圖最頂層就主程序（總控模塊）。例如，calendar 程序的頂層設計可以用如圖 4.7 所示的結構圖來表示。  圖 4.7 calendar 程序的頂層結構圖 在結構圖中，越處于下層的模塊，其細節程度就越高，即更加精化。