彭立

摘 要：數(shù)據(jù)流圖是軟件工程實(shí)踐中一種非常重要的建模工具。因?yàn)槿狈ψ銐虻闹匾暎又疀]有全面掌握數(shù)據(jù)流圖的畫法，學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握情況往往不盡如人意。本文對(duì)數(shù)據(jù)流圖的教學(xué)進(jìn)行了探討，強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)流圖對(duì)整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)的重要性，闡明了數(shù)據(jù)流圖中各種元素的含義以及繪圖的原則。

關(guān)鍵詞：軟件工程；數(shù)據(jù)流圖；教學(xué)；繪圖原則

一、引言

軟件工程是人們?yōu)榱藨?yīng)對(duì)軟件危機(jī)而提出并研究的一門學(xué)科，對(duì)于大型軟件的開發(fā)和維護(hù)，它具有極其重要的指導(dǎo)作用，因而一直以來都是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課。軟件工程提出了軟件生命周期這個(gè)概念，而需求分析是軟件生命周期中最為重要的一個(gè)階段，因?yàn)檫@個(gè)階段工作的好壞決定了開發(fā)出的系統(tǒng)是否滿足用戶的要求。在該階段，分析員需要建立系統(tǒng)的邏輯模型，其中包括系統(tǒng)的功能模型。無論是采用結(jié)構(gòu)化分析方法還是面向?qū)ο蠓治龇椒ǎ瑪?shù)據(jù)流圖都是功能建模的最好工具，原因有二：一方面，數(shù)據(jù)流圖中的符號(hào)少而簡單，且易于理解和掌握，對(duì)于用戶而言也是如此；另一方面，數(shù)據(jù)流圖描繪了數(shù)據(jù)從輸入到輸出的過程中所經(jīng)歷的變換，使系統(tǒng)的功能可從一個(gè)比較高的層面被展現(xiàn)出來，從而便于分析員和用戶之間的交流。數(shù)據(jù)流圖對(duì)需求分析的重要性決定了它是軟件工程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，教師往往會(huì)花大量的時(shí)間對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。盡管如此，筆者從作業(yè)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握情況并不理想。究其原因主要有兩點(diǎn)：一是沒有真正意識(shí)到數(shù)據(jù)流圖對(duì)整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)的重要性；二是沒有全面掌握數(shù)據(jù)流圖的畫法。本文從這兩方面原因入手，就如何抓好數(shù)據(jù)流圖的教學(xué)進(jìn)行了探討。

二、數(shù)據(jù)流圖對(duì)整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)的重要性

因?yàn)閿?shù)據(jù)流圖只是在一個(gè)比較抽象的層面對(duì)軟件系統(tǒng)的功能進(jìn)行描述，學(xué)生很難認(rèn)識(shí)到它對(duì)整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)的重要性，他們往往覺得繪制數(shù)據(jù)流圖只是做做樣子而已，流圖的質(zhì)量無關(guān)緊要。為了糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，教師在教學(xué)中應(yīng)跟學(xué)生講清楚并強(qiáng)調(diào)以下事實(shí)。

數(shù)據(jù)流圖的重要性主要體現(xiàn)在需求分析階段，在該階段，數(shù)據(jù)流圖被用于建立系統(tǒng)的完整邏輯模型，它明確了系統(tǒng)的邊界以及數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部流動(dòng)及變換的邏輯過程。通過繪制分層數(shù)據(jù)流圖，系統(tǒng)的所有功能以一種由抽象到具體的方式被展現(xiàn)出來。數(shù)據(jù)流圖是分析員和用戶之間交流的工具。通過數(shù)據(jù)流圖，分析員表達(dá)了他們對(duì)用戶需求的理解，用戶能判斷分析員是否真正理解了他們的需求。數(shù)據(jù)流圖是需求規(guī)格說明書的重要組成部分，在描述業(yè)務(wù)流程較為復(fù)雜的功能項(xiàng)時(shí)，它具有文字說明所無法比擬的優(yōu)勢，而需求規(guī)格說明書是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測試的主要依據(jù)。

除了在需求分析階段，數(shù)據(jù)流圖在軟件生命周期的其它階段也能發(fā)揮作用?？尚行匝芯渴且粋€(gè)簡化和壓縮了的分析和設(shè)計(jì)過程，在該階段，數(shù)據(jù)流圖能被用于建立系統(tǒng)的高層邏輯模型。在總體設(shè)計(jì)階段，基于自動(dòng)化邊界劃分，數(shù)據(jù)流圖能幫助設(shè)計(jì)人員確定系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)方案，此外，若采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，從數(shù)據(jù)流圖能直接導(dǎo)出系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)測試中，數(shù)據(jù)流圖能指導(dǎo)測試人員設(shè)計(jì)測試用例。

三、數(shù)據(jù)流圖的畫法

1.數(shù)據(jù)流圖中的元素

在講授數(shù)據(jù)流圖的畫法之前，首先要讓學(xué)生弄清楚圖中各種元素的含義。流圖中的元素有5種：源點(diǎn)、終點(diǎn)、數(shù)據(jù)流、加工、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

（1）源點(diǎn)和終點(diǎn)。源點(diǎn)和終點(diǎn)是與系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)交換的外部實(shí)體，它們可以是人，也可以是其它系統(tǒng)。其中，源點(diǎn)為系統(tǒng)提供輸入，終點(diǎn)接收系統(tǒng)的輸出。

（2）數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流代表了流圖中不同元素之間傳遞的數(shù)據(jù)，它具有一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，更具體地說，它是由若干個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)按一定的方式（例如順序、選擇和循環(huán)或這三種方式的組合）組織而成。

（3）加工。將接收到的輸入流變換成輸出流，這種變換主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

*數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。例如將數(shù)據(jù)從一個(gè)文件取出來，存入另一個(gè)文件。

*執(zhí)行計(jì)算。例如根據(jù)所采購的商品的數(shù)量和單價(jià)計(jì)算總價(jià)。

*做出判斷。例如根據(jù)用戶名和密碼判斷當(dāng)前登陸的用戶是否合法。

*基于內(nèi)容和業(yè)務(wù)規(guī)則劃分?jǐn)?shù)據(jù)流。例如將某個(gè)訂單劃分為可供貨的訂單或不可供貨的訂單。

*過濾或匯總數(shù)據(jù)記錄以產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)流。例如過濾掉班級(jí)學(xué)生記錄中女生的記錄，只保留男生的記錄；或者將不同班級(jí)的學(xué)生記錄組合在一起構(gòu)成全年級(jí)的學(xué)生記錄。

（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是為加工存放數(shù)據(jù)的地方。例如文件和表都可看成是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。加工可對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行讀寫刪改操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)流的不同之處在于，前者存放的是靜態(tài)數(shù)據(jù)，而后者中的數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

2.繪制數(shù)據(jù)流圖的原則

為了繪制有效的數(shù)據(jù)流圖，必須掌握繪圖的原則。在軟考中，有關(guān)數(shù)據(jù)流圖的試題很多都涉及到繪圖原則，因此在教學(xué)中，教師應(yīng)通過案例教學(xué)法跟學(xué)生講清楚每一條原則。通過查找資料，筆者總結(jié)了一套完整的繪圖原則，現(xiàn)分兩部分說明如下。

（1）總的原則

①為流圖中的每一個(gè)元素采用合適的命名。數(shù)據(jù)流或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的名字應(yīng)反映其全部內(nèi)容，而不僅僅是它的某些成分，一般采用名詞或名詞短語。加工的名字應(yīng)反映它全部的功能，而不僅僅是它的部分功能，最好是由一個(gè)及物動(dòng)詞加上一個(gè)賓語組成。絕不要用“如果，則”這樣的聲明作為加工的名字。源點(diǎn)和終點(diǎn)的名字可采用它們?cè)趩栴}域中習(xí)慣使用的名字。

②流圖中每個(gè)元素都必須有名字，與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)相連的數(shù)據(jù)流除外。

③加工的輸入數(shù)據(jù)流和輸出數(shù)據(jù)流不能同名，即使它們有相同的結(jié)構(gòu)。

④每一個(gè)加工至少有一個(gè)輸入數(shù)據(jù)流和一個(gè)輸出數(shù)據(jù)流。

⑤所有的數(shù)據(jù)流必須以一個(gè)加工開始或者結(jié)束。

根據(jù)以上原則，可發(fā)現(xiàn)圖1中有5處錯(cuò)誤：數(shù)據(jù)流X不應(yīng)出現(xiàn)在流圖中；數(shù)據(jù)流H不應(yīng)出現(xiàn)在流圖中；加工2的的輸入數(shù)據(jù)流和輸出數(shù)據(jù)流同名，都為Z；加工4只有輸入數(shù)據(jù)流；加工5只有輸出數(shù)據(jù)流。

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圖1 數(shù)據(jù)流圖繪圖原則例1

⑥流圖中不可夾帶控制流。這條原則指出數(shù)據(jù)流圖不能和程序流程圖混為一談。數(shù)據(jù)流圖中的加工代表的都是對(duì)數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)流的方向反映的是數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向，而不是加工執(zhí)行的順序。程序流程圖中所包含的步驟既可以是對(duì)數(shù)據(jù)的處理，也可以是控制轉(zhuǎn)移，圖中的箭頭線指明了步驟執(zhí)行的順序。圖2中的兩張流圖違背了該原則。（a）中的“取下一張卡片”并不代表數(shù)據(jù)流動(dòng)，而是表明“檢查卡片合理性”結(jié)束后，應(yīng)由“操作員”取出下一張卡片，所以它是控制流。類似地，（b）中的“每月第一天”也不代表數(shù)據(jù)流動(dòng)，它只是“計(jì)算工資”的激發(fā)條件。

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圖2 數(shù)據(jù)流圖繪圖原則例2

⑦為了避免流圖中出現(xiàn)線條交叉，同一個(gè)源點(diǎn)、終點(diǎn)或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)均可在不同位置多次出現(xiàn)，對(duì)于相同的源點(diǎn)或終點(diǎn)，要在其符號(hào)的右下方畫小斜線，對(duì)于相同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，要在其符號(hào)左邊畫豎線。

⑧若某個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)只被一個(gè)加工訪問，它應(yīng)隱含在該加工內(nèi)部，而不應(yīng)出現(xiàn)在流圖中。

⑨保持?jǐn)?shù)據(jù)守恒。一個(gè)加工的輸出流中的數(shù)據(jù)項(xiàng)要么來自該加工的輸入流，要么是該加工所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。例如：某個(gè)加工有兩個(gè)輸入流“學(xué)生信息”和“教材”，其輸出流為“訂書單”，其中，學(xué)生信息=學(xué)號(hào)+姓名，教材=教材ISBN+教材價(jià)格，訂書單=教材ISBN+教材價(jià)格+教材數(shù)量；若該加工能根據(jù)“學(xué)生信息”計(jì)算出“教材數(shù)量”，則對(duì)其而言數(shù)據(jù)是守恒的。

⑩自頂向下逐層分解，繪出分層數(shù)據(jù)流圖。對(duì)于一個(gè)大型的軟件系統(tǒng)，若在一張流圖中畫出其所有的數(shù)據(jù)流和加工，則該圖將極其龐大復(fù)雜且難以理解。而繪制分層數(shù)據(jù)流圖是控制畫圖復(fù)雜性的最好方法。一套分層數(shù)據(jù)流圖可分為頂層、中間層和底層三個(gè)層次。頂層中的流圖只有一張，它明確了系統(tǒng)的邊界。該圖中只有一個(gè)加工，它代表整個(gè)系統(tǒng)，它的輸入流代表了系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，它的輸出流代表了系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)。底層中的每一張流圖由一些無需分解的加工組成，這些加工都已足夠簡單，稱為基本加工。中間層位于底層和頂層之間。中間層的每一張流圖是對(duì)其上層父圖中某個(gè)加工的細(xì)化，它包含的每一加工可能還會(huì)繼續(xù)分解，從而形成子圖。

（2）繪制分層數(shù)據(jù)流圖的原則

①保持父圖與子圖的平衡。對(duì)于父圖中任意一個(gè)加工，其輸入數(shù)據(jù)流（或輸出數(shù)據(jù)流）必須與其分解后產(chǎn)生的子圖的輸入數(shù)據(jù)流（或輸出數(shù)據(jù)流）保持“一致”。這并不意味著兩者在數(shù)量上和名稱上必須完全相同，而意味著兩者所包含的數(shù)據(jù)項(xiàng)在數(shù)量上和名稱上必須完全相同。在圖3中，（b）為（a）中的加工“開領(lǐng)書單”細(xì)化后得到的子圖，若“發(fā)票”包含的數(shù)據(jù)項(xiàng)=“學(xué)生”包含的數(shù)據(jù)項(xiàng)+“教材”包含的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則（a）和（b）是平衡的。

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圖3 數(shù)據(jù)流圖繪圖原則例3

②注意分解的速度。一般來說，一個(gè)加工最好分解為2～4個(gè)子加工，最多不得超過7個(gè)。

③遵守圖和加工的編號(hào)規(guī)則。頂層圖只有一張，圖中的加工也只有一個(gè)，該圖和圖中的加工都無需編號(hào)。0層圖（位于頂層圖下方）只有一張，該圖無需編號(hào)，圖中的加工編號(hào)分別是1，2，……，n。對(duì)于其余層次中的每一張流圖，其編號(hào)就是父圖中相應(yīng)加工的編號(hào)，圖中加工的編號(hào)由圖號(hào)、圓點(diǎn)和序號(hào)組成，例如1.1，1.2，……，1.n。

四、結(jié)語

除了讓學(xué)生掌握數(shù)據(jù)流圖的畫法外，教師還應(yīng)設(shè)法為學(xué)生提供更多的練習(xí)素材。考慮到教材上的習(xí)題太少且與實(shí)際脫節(jié)，教師應(yīng)從網(wǎng)絡(luò)或其它途徑搜集習(xí)題和資料，并從中挑選難度適中的題目作為學(xué)生的練習(xí)素材。我們相信，學(xué)生只要樹立了對(duì)數(shù)據(jù)流圖重要性的正確認(rèn)識(shí)，全面掌握了其畫法并勤于練習(xí)，他們就能在軟件項(xiàng)目開發(fā)中真正用好這個(gè)工具。

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