對軟件工程課中數(shù)據(jù)流圖教學的探討

彭立

摘 要：數(shù)據(jù)流圖是軟件工程實踐中一種非常重要的建模工具。因為缺乏足夠的重視，加之沒有全面掌握數(shù)據(jù)流圖的畫法，學生對該知識點的掌握情況往往不盡如人意。本文對數(shù)據(jù)流圖的教學進行了探討，強調(diào)了數(shù)據(jù)流圖對整個項目開發(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。

關鍵詞：軟件工程；數(shù)據(jù)流圖；教學；繪圖原則

一、引言

軟件工程是人們?yōu)榱藨獙浖C而提出并研究的一門學科，對于大型軟件的開發(fā)和維護，它具有極其重要的指導作用，因而一直以來都是高校計算機專業(yè)的必修課。軟件工程提出了軟件生命周期這個概念，而需求分析是軟件生命周期中最為重要的一個階段，因為這個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?，?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)流圖中的符號少而簡單，且易于理解和掌握，對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)流圖對需求分析的重要性決定了它是軟件工程教學中的一項重要內(nèi)容，教師往往會花大量的時間對該知識點進行講解。盡管如此，筆者從作業(yè)、課程設計和畢業(yè)設計等方面發(fā)現(xiàn)許多學生對該知識點的掌握情況并不理想。究其原因主要有兩點：一是沒有真正意識到數(shù)據(jù)流圖對整個項目開發(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)流圖的教學進行了探討。

二、數(shù)據(jù)流圖對整個項目開發(fā)的重要性

因為數(shù)據(jù)流圖只是在一個比較抽象的層面對軟件系統(tǒng)的功能進行描述，學生很難認識到它對整個項目開發(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)量無關緊要。為了糾正學生的錯誤認識，教師在教學中應跟學生講清楚并強調(diào)以下事實。

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，分析員表達了他們對用戶需求的理解，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)務流程較為復雜的功能項時，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)設計和測試的主要依據(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€簡化和壓縮了的分析和設計過程，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。在總體設計階段，基于自動化邊界劃分，數(shù)據(jù)流圖能幫助設計人員確定系統(tǒng)的物理實現(xiàn)方案，此外，若采用結(jié)構(gòu)化設計方法，從數(shù)據(jù)流圖能直接導出系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)測試中，數(shù)據(jù)流圖能指導測試人員設計測試用例。

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，首先要讓學生弄清楚圖中各種元素的含義。流圖中的元素有5種：源點、終點、數(shù)據(jù)流、加工、數(shù)據(jù)存儲。

（1）源點和終點。源點和終點是與系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)交換的外部實體，它們可以是人，也可以是其它系統(tǒng)。其中，源點為系統(tǒng)提供輸入，終點接收系統(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，它是由若干個數(shù)據(jù)項按一定的方式（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)在以下幾個方面：

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

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

*做出判斷。例如根據(jù)用戶名和密碼判斷當前登陸的用戶是否合法。

*基于內(nèi)容和業(yè)務規(guī)則劃分數(shù)據(jù)流。例如將某個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。例如過濾掉班級學生記錄中女生的記錄，只保留男生的記錄；或者將不同班級的學生記錄組合在一起構(gòu)成全年級的學生記錄。

（4）數(shù)據(jù)存儲。數(shù)據(jù)存儲是為加工存放數(shù)據(jù)的地方。例如文件和表都可看成是數(shù)據(jù)存儲。加工可對數(shù)據(jù)存儲進行讀寫刪改操作。數(shù)據(jù)存儲和數(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，有關數(shù)據(jù)流圖的試題很多都涉及到繪圖原則，因此在教學中，教師應通過案例教學法跟學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為流圖中的每一個元素采用合適的命名。數(shù)據(jù)流或數(shù)據(jù)存儲的名字應反映其全部內(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，最好是由一個及物動詞加上一個賓語組成。絕不要用“如果，則”這樣的聲明作為加工的名字。源點和終點的名字可采用它們在問題域中習慣使用的名字。

②流圖中每個元素都必須有名字，與數(shù)據(jù)存儲相連的數(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每一個加工至少有一個輸入數(shù)據(jù)流和一個輸出數(shù)據(jù)流。

⑤所有的數(shù)據(jù)流必須以一個加工開始或者結(jié)束。

根據(jù)以上原則，可發(fā)現(xiàn)圖1中有5處錯誤：數(shù)據(jù)流X不應出現(xiàn)在流圖中；數(shù)據(jù)流H不應出現(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，而是表明“檢查卡片合理性”結(jié)束后，應由“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，它只是“計算工資”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，同一個源點、終點或數(shù)據(jù)存儲均可在不同位置多次出現(xiàn)，對于相同的源點或終點，要在其符號的右下方畫小斜線，對于相同的數(shù)據(jù)存儲，要在其符號左邊畫豎線。

⑧若某個數(shù)據(jù)存儲只被一個加工訪問，它應隱含在該加工內(nèi)部，而不應出現(xiàn)在流圖中。

⑨保持數(shù)據(jù)守恒。一個加工的輸出流中的數(shù)據(jù)項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：某個加工有兩個輸入流“學生信息”和“教材”，其輸出流為“訂書單”，其中，學生信息=學號+姓名，教材=教材ISBN+教材價格，訂書單=教材ISBN+教材價格+教材數(shù)量；若該加工能根據(jù)“學生信息”計算出“教材數(shù)量”，則對其而言數(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。對于一個大型的軟件系統(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雜且難以理解。而繪制分層數(shù)據(jù)流圖是控制畫圖復雜性的最好方法。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。該圖中只有一個加工，它代表整個系統(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其上層父圖中某個加工的細化，它包含的每一加工可能還會繼續(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。對于父圖中任意一個加工，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“開領書單”細化后得到的子圖，若“發(fā)票”包含的數(shù)據(jù)項=“學生”包含的數(shù)據(jù)項+“教材”包含的數(shù)據(jù)項，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，一個加工最好分解為2～4個子加工，最多不得超過7個。

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

四、結(jié)語

除了讓學生掌握數(shù)據(jù)流圖的畫法外，教師還應設法為學生提供更多的練習素材?？紤]到教材上的習題太少且與實際脫節(jié)，教師應從網(wǎng)絡或其它途徑搜集習題和資料，并從中挑選難度適中的題目作為學生的練習素材。我們相信，學生只要樹立了對數(shù)據(jù)流圖重要性的正確認識，全面掌握了其畫法并勤于練習，他們就能在軟件項目開發(fā)中真正用好這個工具。

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