プログラム設計書とは？重要性から設計手順・記載項目まで徹底解説！

ITエンジニアを目指すとなると、プログラム設計書の存在をどう捉えれば良いのかわからない場合があるでしょう。

プログラム設計書とは、実際のプログラムをどのように記述するかを書いた設計書です。

そこで、この記事では、プログラム設計書に書く項目や書き方、詳細設計書との違いなどを詳しくご紹介します。

システムエンジニアを目指す方は、ぜひ参考にしてくださいね。

プログラム設計書とは？

プログラム設計書とは、「どのようにプログラムを書いていくのかを詳しく記述した設計書」のことを指します。

システム・プログラムの開発のために必要なコードを日本語で記述してあるもので、実際の開発ではこの設計書の指示に沿ってコーディングを行っていくことになります。

プログラムの開発者や関係者が理解しやすいように、処理内容やデータの流れ、モジュールの構成などを図やテキストで示すことで、チーム内の共通理解を深め、効率的な開発をサポートする役割を持っています。

プログラム設計書と混同されやすいものに、「仕様書」と「詳細設計書」があります。

それぞれとの違いは、以下の通りです。

プログラム設計書と仕様書の違い

開発に必要な工程を記してあるプログラム設計書とは異なり、仕様書は「開発したいものに必要な要求事項」がまとめられています。

つまり、開発するプログラマーが作成する設計書は開発の過程について、発注者が作成する仕様書ではその開発のゴールについて書かれているという点で違いがあるということですね。

プログラム設計書と詳細設計書の違い

プログラム設計書と詳細設計書は、同じものを指しているケースもあります。

設計書の呼び方は、会社ごとで違いがあります。

詳細設計書がプログラム設計書を指す場合もあれば、内部設計書と呼ばれるシステムの内部について記述されている文書を指す場合もあるのです。

本来、詳細設計と内部設計は異なるものですが、会社によっては混同している場合もあります。

そのため、社内の先輩やプロジェクトの参加者に、使われている設計書が何を指しているのかをあらかじめ聞いておくことが大切です。

プログラム設計書の重要性

では、プログラム設計書はなぜ作成しなければならないのでしょうか。

プログラム設計書が開発にどのようなメリットをもたらしているか、その重要性をご紹介します。

正確なプログラミング作業をスムーズに実現できる

プログラム設計書があることで、完成形のイメージをしながら手順に沿って開発を行うことができるため、スムーズに正確なプログラミング作業が行えます。

プロジェクトでは複数人のプログラマーがチームとして開発を行うことも多いため、プログラム設計書のような指標となるものがなければお互いの業務を把握しにくいことがあるでしょう。

チームでの共有がしやすく、必要なコードも理解しやすくなるため開発効率を上げられるというのがプログラム設計書の大きなメリットです。

エラーを防げる

プログラム設計書がない場合、開発はプログラマー自身の裁量で行われることになります。

そうすると無駄なコードを書いてしまったりと、後でエラーが発生してしまう可能性が高くなってしまいます。

プログラム設計書によって最低限必要なプログラミングでの開発が可能となるため、エラーをできるだけ防ぐという面でもプログラム設計書は重要な役割を果たしています。

保守管理の負担を軽減できる

システム開発は、完成したシステムを納品して終わりというわけではありません。

その後、実際にシステムを安定して運用できるよう、保守管理を行うのも重要な業務です。

もし保守管理においてトラブルやエラーが発生した場合、コードを解析し一から調査をすることになります。

その際、プログラム設計書があればどんな仕様なのかや使われているコードがすぐに分かります。

保守管理は開発したプログラマーでないメンバーが行うことも多くあるため、誰が見ても分かるプログラム設計書があることで負担を減らすことができますね。

システムエンジニアが作成するその他の設計書5つ

プログラム設計書以外にも、システム開発ではそれぞれの工程ごとに様々な設計書を作成して、それをもとに進めていきます。

エンジニアとしてシステム開発業務を担う上で、開発に必要な設計書を理解しておくことは必須ですよね。

ここでは、システム開発においてシステムエンジニアが開発のために作成するプログラム設計書以外の設計書を5つ、ご紹介します。

提案書

提案書は、クライアント側に「このようなシステムを導入したらどうか」と提案する書類の事です。

提案書にはシステム導入のメリットや、導入費用、計画している今後のスケジュールなど、プロジェクト全体の様々な要素を書きます。

提案書はクライアントからの同意を得るために、分かりやすく記載することが必要になります。

要件定義書

要件定義書は、クライアントの要望を叶えるためにどのようなシステムを作るのか、クライアントからヒアリングを行いそれをもとに定義された要件をまとめたものです。

この要件定義書はクライアント側に「このようなシステムを作ります」と説明し、合意するための書類であるため、ITに詳しくない方でも、どのようなシステムなのかを理解できるように書く必要があります。

要件定義書は、提案書を基に作成します。

外部設計書

外部設計書は、プログラムの設計を大まかに記述した設計書の事です。

クライアント側にシステムの内容を説明する書類で、主にユーザーを中心とした操作や出6方法など、様々な設計を行い、記載します。

これは、要件定義書を基にして作られます。

こちらもクライアントと共有する際に利用するため、分かりやすい記述が求められます。

内部設計書

内部設計書は、外部設計書を基にして作成される、より詳しいプログラムの設計書になります。

これはクライアントではなく。内部の開発を行うエンジニア向けに作られます。

どこからどのようなデータを取りだし、どのような形でモジュールが連携しているのかなど、詳しい内部構造を記載することが大切です。

テスト仕様書

テスト仕様書は、実装後のテストをどのように行うかを書いた書類です。

こちらの仕様書をもとにテストを行い、プログラム設計書通りに実装したプログラムにトラブルや不具合がないかを確かめます。

このように、システムエンジニアは提案書からスタートし、テスト仕様書まで一貫した流れで書類を作成します。

これらの様々な設計書の中で、プログラム設計書は内部設計書を基にした実装のための設計書という役割を持ちます。

一言でいえば、実装の設計書ということですね。

どのような引数を持ち、どのような機能を持つ関数を作るのかなど、コードに近い設計書と言えるでしょう。

【4STEP】プログラム設計の手順・流れ

プログラム設計書は実際のプログラミングの元となるため、開発経験のあるエンジニアが作成します。

実際にどのような手順で設計されているのか、プログラム設計の流れをご紹介します。

STEP1：プログラムの目的を明確にする

まずは、開発するプログラムが何のためにつくられるのかという目的を明確にするところから始まります。

開発の前工程で作成された要件定義書や外部設計書、内部設計書を参考に、どのような目的のために、どのような機能によって実現するのかを把握することで、そのために必要な処理やデータが理解できます。

設計に入る前に、この目的を整理しておくことが重要です。

STEP2：必要な仕様を定義する

目的の実現のためにどんなプログラムが必要かが分かったら、どのようにプログラムを動作させれば目的を叶えることができるか、プログラムの仕様を定義します。

例えばユーザーの見る画面の構成やデータベースの仕様など、必要な動作について逐一仕様を検討します。

単純に動作すればよいということではなく、実際の運用・保守までを考慮してメンテナンスしやすくするなど、しっかりと先を見据えた設計ができると良いですね

STEP3：データ構造とアルゴリズムを設計する

次に、プログラムの対象となるデータを中心としてその入力・出力の内容や形式などのデータ構造、処理結果を導き出すアルゴリズムなどを設計します。

データ加工に必要な変数や関数などの定義、データの単位や値なども含めた内容をまとめておきましょう。

STEP4：プログラムが作成できるか確認する

様々な内容を含めて設計ができたら、実際の開発前にチームのメンバーたちとレビューを行います。

実際にできたプログラム設計書の内容やコードの内容を読み合わせ、ミスや漏れがないか、効率の悪い所はないかなどを確認する作業です。

ミスがないよう注意しながら設計を行っていても一度でミスのない設計を行うのは難しいため、実際の開発を正確に進めるためにも重要な工程ですね。

ミスがあれば都度修正し、高品質なプログラム設計書を作り上げます。

プログラム設計書に書く項目

次に、プログラム設計書に書くべき項目を見ていきましょう。

プログラム設計書は実装を支持する設計書なので、設計書通りにコードを書くとプログラムが完成します。

しかし、この仕様は会社によって違います。

具体的な仕様は、会社の流儀に従う必要があります。

例えば詳細なプログラム設計書を書く必要がある会社である場合、以下の項目を書いていくでしょう。

変数名やクラス名、関数名及びそれらの定義など

これらは専門用語となるため、技術者以外の理解は困難です。

プログラム設計書はクライアントにも共有するため、クライアントが理解できないこういったものに関しては、開発に使う設計書への記載のみでクライアントに納品する設計書には含まれないことが多いでしょう。

定数名とその意味、数値のリスト

定数名とその意味、数値のリストも記載します。

システム開発の多くは、複数人でのチーム単位で行われます。

このような意味やリストをまとめて設計書に載せておくことで、誰が見ても何の数値なのかがすぐにわかり、スムーズに開発することができます。

使用するライブラリ

開発を効率的に行うために、関数やデータなどをまとめたものであるライブラリが使用されます。

ライブラリには

• 動的ライブラリ
• 静的ライブラリ
• 共有ライブラリ

といった種類があるため、プログラム設計書には、どのライブラリを使うのかも記載しておきます。

こちらも、メンバーの誰が見ても分かるように書いておくことが重要です。

どこからデータを取ってくるのか

どんなシステムでも、データベースを使ってデータを格納・保持しておくことはほとんど必須と言えます。

プログラム設計書にはデータをどこから持ってくるのか、データの引用元となるデータベースの情報を、データを保持する単位や項目ごとの属性などと併せて記述しておく必要があるでしょう。

その他、考えられるプログラムに関わる項目すべて

その他にも、必要とするソースコードや実行モジュールなど、プログラムに必要な要素はいくつかあります。

前述したようにどこまで詳細に記載するかは企業によって裁量が異なりますが、必要であればプログラムにかかわる項目のすべてを記載する可能性もあるでしょう。

プログラム設計書の書き方

最後に、プログラム設計書の詳しい書き方を見ていきましょう。

Excelによる「定数リスト」

プログラム設計書には、いろいろな項目があります。

Excelによる定数リストの書き方は、以下のようになります。

【書き方例】

No｜名称 ｜値｜型｜クラス名｜ファイル名｜書式｜説明1｜HOGE_HOGE｜100 ｜int ｜Hoge ｜Hoge .Java static final int HOGE_HOGE｜ ほげ番号2 ｜ HOGEN_HOGEN ｜ 1.14142 ｜ double ｜Hoge .Java static final double｜ HOGEN_HOGEN｜ルート2の代わり

このように、定数リストは名称や値、説明があれば十分でしょう。

しかし、ファイル数が膨大の場合はファイル名を書いたり、クラス名を書いたりすることもあります。

書式・機能・引数・戻り値の「関数定義」

関数定義をする場合は、書式・機能・引数・戻り値などを以下のようにプログラム設計書に書きます。

書式：boolean check_add_minus(int a,int b)
機能：引数を加算した結果がマイナスかどうかを真偽値で返す。
引数int aの意味：第一項
引数int bの意味：第二項
戻り値：true：マイナスである
戻り値：false：マイナスではない

このように、プログラム設計書を見ただけでプログラムを書けるように心がけましょう。

プログラム設計書のメリットとデメリット

プログラム設計書には多くの利点がある一方で、課題も存在します。

プログラム設計書がもたらすメリット

プログラム設計書の最大のメリットは、システム開発における全体像を明確にし、関係者間での共通理解を促進することです。これにより、開発者間の連携がスムーズになり、ミスや誤解を減らすことができます。また、設計書はシステムの保守・運用フェーズでも重要な役割を果たし、後からシステムを理解する新たな開発者にもスムーズに引き継ぐことができます。さらに、品質向上や作業効率の改善にも寄与します。

プログラム設計書を作成する際の課題とデメリット

一方で、プログラム設計書の作成には時間と手間がかかるため、特に小規模なプロジェクトや短期間の開発ではコスト面での負担が大きくなることがあります。また、設計書が頻繁に更新されないと、実際のコードと不一致が生じるリスクもあります。その結果、設計書が形骸化し、参照価値が低下してしまう可能性があります。

設計書作成のコストと効果のバランス

設計書の作成には一定のコストが発生しますが、これを適切に管理することで長期的な効果が得られます。初期の段階でしっかりとした設計書を作成することにより、後々の手戻りやトラブルを防ぎ、全体的な開発コストを抑えることができるため、効果的なバランスを保つことが重要といえます。

まとめ

プログラム設計書の内容や書き方例、ほかの設計書との違いなどを詳しく知ることはできましたか？

プログラム設計書は、実際にコーディングするために必要なフローを書く書類です。要件を実装レベルに落とし込むという現場監督のようなイメージです。

プログラム設計の本質は、明確な意味が感じられ、簡単に理解できるレベルの単位にプログラム全体を分解することです。

そのためにも、プログラム設計書に必要なものをしっかり理解し、わかりやすい書き方を意識することが大切です。

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