1、 第五講：面向數(shù)據(jù)流的軟件設(shè)計(jì)方法董威，文艷軍，陳振邦軟件設(shè)計(jì)與體系結(jié)構(gòu)1內(nèi)容5.1數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典5.2實(shí)體關(guān)系圖5.3面向數(shù)據(jù)流的分析過(guò)程5.4面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)過(guò)程5.5啟發(fā)式設(shè)計(jì)策略2（1）數(shù)據(jù)流圖3數(shù)據(jù)流圖的層次數(shù)據(jù)流圖就是用來(lái)刻畫(huà)數(shù)據(jù)流和轉(zhuǎn)換的信息系統(tǒng)建模技術(shù) 。它提供層次結(jié)構(gòu)讓分析人員能夠方便地表示任意抽象級(jí)別上的信息系統(tǒng)或其子部分，并支持問(wèn)題分解、逐步求精的分析方法。 初始時(shí)，整個(gè)信息處理系統(tǒng)可以用頂級(jí)（第級(jí)）數(shù)據(jù)流圖表示。 在數(shù)據(jù)流方法中，對(duì)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)流）的精化是伴隨著對(duì)轉(zhuǎn)換的精化而同步進(jìn)行的。 4頂級(jí)數(shù)據(jù)流圖5數(shù)據(jù)流圖的精化在進(jìn)行逐層精化的過(guò)程中，必須維持層間數(shù)據(jù)流圖的平衡

2、，即，被精化的轉(zhuǎn)換的輸入、輸出流必須與精化它的數(shù)據(jù)流子圖的初始輸入流和最終輸出流嚴(yán)格一致。要注意逐層精化必須適可而止，因?yàn)樵O(shè)計(jì)之前的分析活動(dòng)只求對(duì)問(wèn)題的全面、清晰的理解，并不關(guān)心軟件的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。 6（2）數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流圖機(jī)制并不足以完整地描述軟件需求，因?yàn)闆](méi)有描述數(shù)據(jù)流的內(nèi)容。數(shù)據(jù)流圖必須與描述并組織數(shù)據(jù)條目的數(shù)據(jù)字典配套使用。 數(shù)據(jù)條目的定義必須遵循以下原則：精確、簡(jiǎn)潔，并且能為用戶方和軟件開(kāi)發(fā)方共同理解。 7數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容在數(shù)據(jù)流圖中標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)源或外部實(shí)體的名稱與別名；數(shù)據(jù)類型；所有以它作為輸入流或輸出流的轉(zhuǎn)換的列表；如何使用該數(shù)據(jù)條目的簡(jiǎn)要說(shuō)明；數(shù)據(jù)條目的解釋性說(shuō)明；其它補(bǔ)充說(shuō)明，

3、例如取值范圍與缺省值，有關(guān)的設(shè)計(jì)約束等。8數(shù)據(jù)字典示例電話號(hào)碼電話號(hào)碼分機(jī)號(hào)外線號(hào)碼分機(jī)號(hào)350135023599外線號(hào)碼2（市話號(hào)碼長(zhǎng)話號(hào)碼）長(zhǎng)話號(hào)碼（區(qū)號(hào)市話號(hào)碼）區(qū)號(hào) 任何長(zhǎng)度為2或3的數(shù)字串市話號(hào)碼局號(hào)分局號(hào)局號(hào)455448888552分局號(hào)= 任何長(zhǎng)度為4的數(shù)字串9內(nèi)容5.1數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典5.2實(shí)體關(guān)系圖5.3面向數(shù)據(jù)流的分析過(guò)程5.4面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)過(guò)程5.5啟發(fā)式設(shè)計(jì)策略10引入實(shí)體關(guān)系圖的原因在數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用問(wèn)題中，對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)之間復(fù)雜關(guān)系的分析和建模將成為需求分析的重要任務(wù)。顯然，這項(xiàng)任務(wù)是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)字典機(jī)制無(wú)法勝任的。所以，有必要在數(shù)據(jù)流分析方法中引進(jìn)適宜于復(fù)雜數(shù)據(jù)

4、建模的實(shí)體關(guān)系圖。 11數(shù)據(jù)對(duì)象、屬性與關(guān)系數(shù)據(jù)對(duì)象是現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的數(shù)據(jù)側(cè)面；或者說(shuō)，數(shù)據(jù)對(duì)象是現(xiàn)實(shí)世界中省略了功能和行為的實(shí)體。 數(shù)據(jù)對(duì)象由其屬性刻畫(huà)。通常，屬性包括： 命名性屬性 描述性屬性 引用性屬性 應(yīng)用問(wèn)題中的任何數(shù)據(jù)對(duì)象都不是孤立的，它們與其它數(shù)據(jù)對(duì)象一定存在各種形式的關(guān)聯(lián)。 12實(shí)體關(guān)系圖實(shí)體關(guān)系圖是表示數(shù)據(jù)對(duì)象及其關(guān)系的圖形語(yǔ)言機(jī)制，具體包括標(biāo)識(shí)系統(tǒng)輸入/輸出的數(shù)據(jù)對(duì)象、定義對(duì)象的屬性、描述對(duì)象間的關(guān)系。 13建立實(shí)體關(guān)系圖的過(guò)程1）客戶列出業(yè)務(wù)過(guò)程中的事物，它對(duì)應(yīng)一組輸入/輸出數(shù)據(jù)對(duì)象，及生產(chǎn)/消費(fèi)信息的外部實(shí)體。2）系統(tǒng)分析員和客戶逐個(gè)定義對(duì)象及對(duì)象間的連接。3）根據(jù)對(duì)象

5、間的連接標(biāo)識(shí)對(duì)象-關(guān)系偶。4）確定對(duì)象-關(guān)系偶的數(shù)量關(guān)系。5）重復(fù)2） 4）直至創(chuàng)建所有的對(duì)象-關(guān)系偶。6）描述實(shí)體屬性。7）復(fù)審實(shí)體-關(guān)系圖。8）重復(fù)1） 7）完成數(shù)據(jù)建模。14內(nèi)容5.1數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典5.2實(shí)體關(guān)系圖5.3面向數(shù)據(jù)流的分析過(guò)程5.4面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)過(guò)程5.5啟發(fā)式設(shè)計(jì)策略15（1）建立數(shù)據(jù)流模型在創(chuàng)建用戶需求的數(shù)據(jù)流模型的過(guò)程中，分析人員應(yīng)遵循以下規(guī)則： 首先建立頂級(jí)數(shù)據(jù)流圖，其中只含有一個(gè)代表目標(biāo)軟件系統(tǒng)整體處理功能的轉(zhuǎn)換。 對(duì)用戶需求的文字描述進(jìn)行語(yǔ)法分析，其中的名詞和名詞短語(yǔ)構(gòu)成潛在的外部實(shí)體、數(shù)據(jù)源或數(shù)據(jù)流，動(dòng)詞構(gòu)成潛在的處理功能。 采用通常的功能分解方法，按照

6、“強(qiáng)內(nèi)聚、低耦合”原則逐個(gè)對(duì)處理功能進(jìn)行精化；與此同時(shí)逐步完成對(duì)數(shù)據(jù)流的精化，并針對(duì)被精化的處理功能生成下一級(jí)數(shù)據(jù)流圖。 在精化過(guò)程中必須維持各級(jí)數(shù)據(jù)流圖的平衡。 精化過(guò)程應(yīng)適可而止，避免涉及軟件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。 16示例：ATM頂級(jí)數(shù)據(jù)流圖17示例：一級(jí)數(shù)據(jù)流圖18示例：二級(jí)數(shù)據(jù)流圖19（2）過(guò)程規(guī)格說(shuō)明對(duì)于數(shù)據(jù)流圖中不再分解的處理功能，分析人員要借助結(jié)構(gòu)化的自然語(yǔ)言對(duì)其功能進(jìn)行精確、簡(jiǎn)潔的描述。 例如，余額比較：(1)參數(shù)：取款數(shù)額；類別：整數(shù)(2)處理步驟：(a) 從銀行系統(tǒng)中獲取賬戶的余額信息；(b) 比較賬戶余額和取款金額之間的大小；(c) 如果賬戶余額大于等于取款金額，則進(jìn)入“正常取款處

7、 理”(d) 如果賬戶余額小于取款金額，則進(jìn)入“余額不足處理”；(3)約束條件：每次的取款金額不能超過(guò)2000元。20內(nèi)容5.1數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典5.2實(shí)體關(guān)系圖5.3面向數(shù)據(jù)流的分析過(guò)程5.4面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)過(guò)程5.5啟發(fā)式設(shè)計(jì)策略21（1）基本概念和設(shè)計(jì)過(guò)程面向數(shù)據(jù)流的方法能方便地將數(shù)據(jù)流圖轉(zhuǎn)換為軟件結(jié)構(gòu)，其過(guò)程分為五步：確定信息流的類型；劃定流界；將數(shù)據(jù)流圖映射為程序結(jié)構(gòu)；提取層次控制結(jié)構(gòu)；通過(guò)設(shè)計(jì)復(fù)審和使用啟發(fā)式策略進(jìn)一步精化所得到的結(jié)構(gòu)。22變換流入信息流沿傳入路徑進(jìn)入系統(tǒng)，同時(shí)由外部形式變換為內(nèi)部形式，經(jīng)系統(tǒng)變換中心加工、處理，作為輸出信息流又沿傳出路徑離開(kāi)系統(tǒng)，并還原為外部形式。

8、 23事務(wù)流單個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)稱為事務(wù)（Transaction）沿傳入路徑（也稱接受通道）進(jìn)入系統(tǒng)，由外部形式變換為內(nèi)部形式后到達(dá)事務(wù)中心，事務(wù)中心根據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)計(jì)值結(jié)果從若干動(dòng)作路徑中選定一條繼續(xù)執(zhí)行。 24設(shè)計(jì)過(guò)程25變換分析的步驟步驟一：復(fù)審基本系統(tǒng)模型 步驟二：復(fù)審和精化軟件數(shù)據(jù)流圖步驟三：確定數(shù)據(jù)流圖的特性，判定它為變換流還是事務(wù)流 步驟四：通過(guò)劃定輸入流和輸出流的邊界來(lái)孤立變換中心 26確定變換中心27變換分析的步驟步驟五：執(zhí)行“一級(jí)分解” 28變換分析的步驟步驟六：執(zhí)行“二級(jí)分解” 29“存款”子系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)“雛形” 30變換分析的步驟步驟七：采用啟發(fā)式設(shè)計(jì)策略，精化所得程序結(jié)構(gòu)雛形，以求

9、改良軟件質(zhì)量 31（3）事務(wù)分析事務(wù)分析法的步驟與變換分析方法基本類似，主要差別在于從數(shù)據(jù)流圖到程序結(jié)構(gòu)的映射。事務(wù)分析法可概括為七個(gè)步驟，其中前三個(gè)步驟與變換分析法相同，即：步驟一：復(fù)審基本系統(tǒng)模型步驟二：復(fù)審并精化軟件數(shù)據(jù)流圖步驟三：確定數(shù)據(jù)流圖的特性，判定它為變換流還是事務(wù)流32事務(wù)分析的過(guò)程步驟四：指出事務(wù)中心，確定由事務(wù)中心發(fā)出的每一動(dòng)作路徑的數(shù)據(jù)流特性 33事務(wù)分析的過(guò)程步驟五：把數(shù)據(jù)流圖映射為事務(wù)處理型的程序結(jié)構(gòu) 34“命令處理”的一級(jí)分解 35事務(wù)分析的過(guò)程步驟六：分解并精化事務(wù)結(jié)構(gòu)以及每條動(dòng)作路徑所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu) 36事務(wù)分析的過(guò)程步驟七：使用啟發(fā)式設(shè)計(jì)策略，精化所得程序結(jié)構(gòu)雛形，改良軟件質(zhì)量 37內(nèi)容5.1數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典5.2實(shí)體關(guān)系圖5.3面向數(shù)據(jù)流的分析過(guò)程5.4面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)過(guò)程5.5啟發(fā)式設(shè)計(jì)策略38啟發(fā)式設(shè)計(jì)策略是人們從長(zhǎng)期的大量軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中積累總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)：改造程序結(jié)構(gòu)，減小耦合度，提高內(nèi)聚度。 改造程序結(jié)構(gòu)，減少高扇出，