《軟件工程》課件第05章

ZLL數(shù)據(jù)流圖的圖形記號外部實體位于軟件系統(tǒng)邊界之外的信息生產(chǎn)者或消費者轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)流的處理過程，又稱泡（bubble）數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)流為一個或多個轉(zhuǎn)換提供數(shù)據(jù)源或數(shù)據(jù)存儲服務(wù)的緩沖區(qū)、文件或數(shù)據(jù)庫在轉(zhuǎn)換之間有向流動的數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)項集合

“與”，即同時輸入/出；

+“或”，即至少一項輸入/出；⊕“異或”，即非同時輸入/出*ZLL數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖提供了層次結(jié)構(gòu)，讓分析人員能夠方便地表示任意抽象級別上的信息系統(tǒng)或其子系統(tǒng)，并支持問題分解、逐步求精的分析方法。初始時，整個信息處理系統(tǒng)可以用圖5-1-2所示的頂級（第0級）數(shù)據(jù)流圖表示。ZLL“家庭保安系統(tǒng)”頂級數(shù)據(jù)流圖警報類別顯示信息電話撥號音頻傳感數(shù)據(jù)用戶命令家庭保安系統(tǒng)控制面板傳感器顯示器電話機警報器ZLL

隨著需求分析活動的逐漸深入，較高抽象級別上的復雜轉(zhuǎn)換可以精化為一系列相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流和子轉(zhuǎn)換，如圖5-1-3所示。在數(shù)據(jù)流方法中，對數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)流）的精化是伴隨著對轉(zhuǎn)換的逐步精化而同步進行的。Z2Y2X2N1M1D1D1C1C1E1E1B0A0A0F1F3FF2F4F5F41F42F43F44B0第0級第1級第2級數(shù)據(jù)流圖的精化與層間平衡ZLL建立數(shù)據(jù)流模型要遵循以下的原則1．每個加工至少應(yīng)有一個輸入數(shù)據(jù)流（反映被處理數(shù)據(jù)的來源）和一個輸出數(shù)據(jù)流（反映加工的結(jié)果）。2．數(shù)據(jù)流圖中各構(gòu)成元素的名稱必須具有明確的含義且能夠代表對應(yīng)元素的內(nèi)容或功能。3．對某個加工進行細化生成的下層數(shù)據(jù)流圖，稱為其上層圖的子圖。應(yīng)保證分層數(shù)據(jù)流圖中任意對應(yīng)的父圖和子圖的輸入/輸出數(shù)據(jù)流保持一致。4．應(yīng)按照層次給每個加工編號，用于表明該加工所處的層次及上、下層的父圖與子圖的關(guān)系。編號的規(guī)則為：頂層加工不用編號；第一層加工的編號為1,2,…,n。第二層加工的編號為11,12,…,21,22,…,n1,n2,…,等，以此類推。ZLL建立數(shù)據(jù)流模型要遵循以下的原則5．在父圖中不要出現(xiàn)子圖中涉及的局部數(shù)據(jù)存儲文件。通常除底層數(shù)據(jù)流圖中需表明所有數(shù)據(jù)存儲外，為保持畫面整潔，各中間層數(shù)據(jù)流圖只需顯示處于加工之間的接口文件即可。6．數(shù)據(jù)流圖只能由四種基本符號組成，是實際業(yè)務(wù)流程的客觀映象，用于說明系統(tǒng)應(yīng)該“做什么”，而不需要指明系統(tǒng)“如何做”。7．數(shù)據(jù)流圖的分解速度應(yīng)保持適中。通常一個加工每次可分解為2~4個子加工，最多不要超過七個，否則會增加用戶的理解難度。同時要注意，逐層精化必須適可而止。8．如果為了便于數(shù)據(jù)流圖在計算機上的輸入和輸出，應(yīng)免除斜線、弧線、圓等符號。ZLL數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流圖機制沒有描述數(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)字典中的基本符號及其含義符號含義說明=表示定義為用于對=左邊的條目進行確切的定義+表示與關(guān)系X=a+b表示X由a和b共同構(gòu)成[|]或[,]表示或關(guān)系X=[a|b]與X=[a,b]的等價，表示X由a或b組成()表示可選項X=(a)表示a可以在X中出現(xiàn)，也可以不出現(xiàn){}表示重復大括號中的內(nèi)容重復0到多次m{}n表示規(guī)定次數(shù)的重復重復的次數(shù)最少m次，最多n次“”表示基本數(shù)據(jù)元素“”中的內(nèi)容是基本數(shù)據(jù)元素，不可再分..連接符Month=1..12表示month可取1~12中的任意值**表示注釋兩個星號之間的內(nèi)容為注釋信息ZLL數(shù)據(jù)字典中每一數(shù)據(jù)條目包含的內(nèi)容1．數(shù)據(jù)流圖中標識數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)源或外部實體的名稱與別名；2．數(shù)據(jù)類型；3．所有以它作為輸入流或輸出流的轉(zhuǎn)換的列表；4．如何使用該數(shù)據(jù)條目的簡要說明；5．數(shù)據(jù)條目的解釋性說明；6．其他補充說明，例如取值范圍與缺省值有關(guān)的設(shè)計約束等。ZLL支持數(shù)據(jù)流分析的CASE工具具備數(shù)據(jù)字典管理功能包括：1．一般性檢查。例如：自動進行重名檢查，可避免數(shù)據(jù)流圖中不一致的數(shù)據(jù)定義。2．可根據(jù)已有的數(shù)據(jù)流圖生成相關(guān)轉(zhuǎn)換的列表。并且，隨著數(shù)據(jù)流圖的進化，可自動修改該列表，以便數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖在任何時刻都保持一致。3．自動完成有關(guān)數(shù)據(jù)條目的各種查詢。例如：該數(shù)據(jù)條目在何處使用？修改某一部分數(shù)據(jù)流圖將會影響哪些數(shù)據(jù)條目？修改某數(shù)據(jù)條目又會造成哪些影響？這將有助于分析人員在需求模型的進化過程中維持模型的一致性。ZLL數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)條目的定義必須遵循以下原則：精確、簡潔，能為用戶方和軟件開發(fā)方共同理解。例如，可以使用形式語言中的語法定義機制描述數(shù)據(jù)條目的內(nèi)容。原子語法成分則用簡單明了的自然語言予以描述。ZLL數(shù)據(jù)字典舉例家庭保安系統(tǒng)中的“電話號碼”數(shù)據(jù)條目可以定義如下：＜電話號碼＞＝＜分機號＞|＜外線號碼＞＜分機號＞＝1816|1817|…|1858＜外線號碼＞＝9+（＜市話號碼＞|＜長話號碼＞）＜長話號碼＞＝0+（＜區(qū)號＞+＜市話號碼＞）＜區(qū)號＞＝*任何長度為3的數(shù)字串*＜市話號碼＞＝＜局號＞+＜分局號＞＜局號＞＝395|396|397|303|304|305＜分局號＞＝*任何長度為4的數(shù)字串*ZLL數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典①利用數(shù)據(jù)字典可以對數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)源以及外部實體進行描述、組織和管理。②對于轉(zhuǎn)換，也需要一種比圖形記號更為詳盡的表示機制，這就是結(jié)構(gòu)化的文字描述。分析人員可以在數(shù)據(jù)流圖的任一轉(zhuǎn)換上附加一段文字，用以說明轉(zhuǎn)換的功能、性能要求及設(shè)計約束等，這種說明應(yīng)盡可能簡潔、清晰、易于理解。ZLL5.2實體-關(guān)系圖在數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用問題中，對復雜數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)之間復雜關(guān)系的分析和建模將成為需求分析的重要任務(wù)。實體-關(guān)系圖——在數(shù)據(jù)流分析方法中適合于復雜數(shù)據(jù)建模的工具。5.2.1數(shù)據(jù)對象、屬性與關(guān)系數(shù)據(jù)對象：是現(xiàn)實世界中實體的數(shù)據(jù)表現(xiàn)；是省略了功能和行為的實體。數(shù)據(jù)源；數(shù)據(jù)對象包括：外部實體的數(shù)據(jù)部分；數(shù)據(jù)流的內(nèi)容。ZLL5.2.1數(shù)據(jù)對象、屬性與關(guān)系數(shù)據(jù)對象由其屬性刻畫。通常屬性包括：

1．命名性屬性：對數(shù)據(jù)對象的實例命名，必含有一個或一組關(guān)鍵屬性，以便唯一標識數(shù)據(jù)對象的實例。

2．描述性屬性：對數(shù)據(jù)對象實例的性質(zhì)進行刻畫。

3．引用性屬性：將自身與其他數(shù)據(jù)對象的實例關(guān)聯(lián)起來。一般而言，現(xiàn)實世界中任何給定實體都具有許多屬性，分析人員應(yīng)當并且只能考慮與應(yīng)用問題有關(guān)的屬性。例如，在汽車銷售管理問題中，汽車的屬性可能有：制造商、型號、標識碼、車體類型、顏色和買主。ZLL5.2.1數(shù)據(jù)對象、屬性與關(guān)系應(yīng)用問題中的任何數(shù)據(jù)對象都不是孤立的，它們與其他數(shù)據(jù)對象一定存在各種形式的關(guān)聯(lián)。例如，在汽車銷售管理問題中，“制造商”與“汽車”之間存在“生產(chǎn)”關(guān)系，“購車者”與“汽車”之間存在“購買”關(guān)系。當然，關(guān)系的命名及內(nèi)涵因具體問題而異。分析人員必須善于剔除與應(yīng)用問題無關(guān)的關(guān)系?；跀?shù)據(jù)對象、屬性與關(guān)系，分析人員可以為應(yīng)用問題建立數(shù)據(jù)模型。ZLL5.2.1數(shù)據(jù)對象、屬性與關(guān)系建立數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化規(guī)則：確保一致性并消除冗余

1．數(shù)據(jù)對象的任何實例對每個屬性必須有且僅有一個屬性值。

2．屬性是原子數(shù)據(jù)項，不能包含內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

3．如果數(shù)據(jù)對象的關(guān)鍵屬性多于一個，那么其他的非關(guān)鍵屬性必須表示整個數(shù)據(jù)對象而不是部分關(guān)鍵屬性的特征。

4．所有的非關(guān)鍵屬性必須表示整個對象而不是部分屬性的特征。例如，在“汽車”數(shù)據(jù)對象中增加“經(jīng)銷商”屬性并將其與標識碼一起作為關(guān)鍵屬性。如再添加“經(jīng)銷商地址”屬性就違背了規(guī)則3。因其僅僅是“經(jīng)銷商”的特征，它與汽車的“標識碼”無關(guān)。例如，在“汽車”數(shù)據(jù)對象中，增加“油漆名稱”屬性，就違背了規(guī)則4，因為它僅僅與“顏色”有關(guān)，而不是整個“汽車”的特征。ZLL5.2.2實體-關(guān)系圖實體-關(guān)系（Entity-Relation）圖簡稱E-R圖，是表示數(shù)據(jù)對象及其之間關(guān)系的圖形語言機制。數(shù)據(jù)對象（實體）用長方形、關(guān)系用菱形、屬性用橢圓表示。數(shù)據(jù)對象之間數(shù)量上的對應(yīng)關(guān)系的表示如下圖所示：0:11:10:多1:多為了便于區(qū)分，在E-R模型中的實體、關(guān)系和屬性都應(yīng)在對應(yīng)的框中寫上各自的名字。ZLL模態(tài):必須模態(tài):可選課程教師教基數(shù):1位教師基數(shù):多門課程如圖所示，實體“教師”旁有兩條豎線，靠近實體“教師”的豎線代表了“1位教師”；另一條豎線代表了“必須”由教師來教課程。另一個實體“課程”旁有多分支線和圓圈，多分支線代表了“多”門課程，圓圈代表了“可以教也可以不教”課程。也就是說一個教師可以教多門課程，也可以不教課程；但是，課程必須由教師來教。5.2.2實體-關(guān)系圖ZLL實體-關(guān)系圖實例制造商生產(chǎn)經(jīng)銷商汽車經(jīng)銷存儲標識碼顏色型號制造商車體類型買主5.2.2實體-關(guān)系圖ZLL5.3基于數(shù)據(jù)流的分析方法

5.3.1創(chuàng)建數(shù)據(jù)流模型數(shù)據(jù)流圖是目標軟件系統(tǒng)中各個處理子功能以及它們之間的數(shù)據(jù)流動的圖形表示。數(shù)據(jù)流圖的精化過程實際上是處理子功能和數(shù)據(jù)流的細化過程。隨著這一過程的進行，用戶需求逐步精確化、一致化和完備化。創(chuàng)建用戶需求的數(shù)據(jù)流模型應(yīng)遵循以下5條規(guī)則：1）首先建立頂級數(shù)據(jù)流圖，其中只含有一個代表目標軟件系統(tǒng)整體處理功能的轉(zhuǎn)換。根據(jù)軟件系統(tǒng)與外部環(huán)境的關(guān)系確定頂級數(shù)據(jù)流圖中的外部實體以及它們與軟件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流。ZLL“家庭保安系統(tǒng)”頂級數(shù)據(jù)流圖警報類別顯示信息電話撥號音頻傳感數(shù)據(jù)用戶命令家庭保安系統(tǒng)控制面板傳感器顯示器電話機警報器ZLL創(chuàng)建數(shù)據(jù)流模型的5條規(guī)則2）對用戶需求的文字描述進行語法分析，其中的名詞和名詞短語構(gòu)成潛在的外部實體、數(shù)據(jù)源或數(shù)據(jù)流，動詞構(gòu)成潛在的處理功能。結(jié)合分析人員對問題域和用戶需求的理解，確定軟件系統(tǒng)的主要功能以及它們之間的數(shù)據(jù)流，產(chǎn)生“家庭保安系統(tǒng)”1級數(shù)據(jù)流圖如圖5-3-1所示。ZLL“家庭保安系統(tǒng)”1級數(shù)據(jù)流圖警報類別電話撥號音頻傳感信息配置數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)配置數(shù)據(jù)原口令口令有效/口令無效口令配置數(shù)據(jù)配置命令顯示信息啟動/停止時的顯示信息口令有效啟動/停止命令用戶命令配置信息控制面板用戶命令處理系統(tǒng)配置口令核對信息顯示啟動/停止處理顯示面板傳感器監(jiān)測傳感器警報器電話機ZLL創(chuàng)建數(shù)據(jù)流模型的5條規(guī)則3）采用通常的功能分解方法，按照“強內(nèi)聚、松耦合”的原則逐個對處理功能進行精化；與此同時逐步完成對數(shù)據(jù)流的精化，并針對被精化的處理功能生成下一級數(shù)據(jù)流圖。“強內(nèi)聚、松耦合”的原則對于目標軟件系統(tǒng)的可修改性、可擴充性大有益處，因為開發(fā)人員可以縮小軟件修改或擴充的影響傳播范圍。對數(shù)據(jù)流的精化包含兩個方面的意義。首先，伴隨著功能分解的進行，數(shù)據(jù)流的內(nèi)容及各項特征將逐步彰顯，所以要將其作為數(shù)據(jù)字典的一個條目，并不斷精化、調(diào)整內(nèi)容。其次，在父數(shù)據(jù)流圖中的復合數(shù)據(jù)項可被分解為子數(shù)據(jù)項，這種數(shù)據(jù)流分解不能違背平衡原則。ZLL“家庭保安系統(tǒng)”2級數(shù)據(jù)流圖：對“傳感器監(jiān)測”的分解傳感器ID,類別傳感數(shù)據(jù)（內(nèi)部表示）傳感數(shù)據(jù)報警信息電話撥號音頻配置數(shù)據(jù)報警類別電話號碼傳感信息配置信息讀取傳感數(shù)據(jù)生成報警信號異常數(shù)據(jù)判別電話撥號ZLL創(chuàng)建數(shù)據(jù)流模型的5條規(guī)則4）精化過程中必須維持各級數(shù)據(jù)流圖之間的數(shù)據(jù)流平衡。5）精化過程應(yīng)適可而止，避免涉及軟件設(shè)計細節(jié)。一般說來，如果某子功能可以用一段簡潔、精確的文字描述清楚，就無需進一步分解。ZLL5.3.2過程規(guī)格說明對于數(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)化自然語言對其功能進行精確、簡潔的描述。圖5-3-1中“口令核對”子功能分解出來的“設(shè)置口令”子功能可描述如下頁：ZLL過程規(guī)格說明舉例——“設(shè)置口令”子功能1．參數(shù)：口令；類別：字符串2．處理步驟：

1）檢查系統(tǒng)是否已有口令。若有，則驗證用戶輸入口令的有效性。如果有效，則顯示提示信息要求輸入新口令；否則，顯示失敗信息并退出。

2）檢查口令長度是否合法。如果非法，則顯示提示信息要求重新輸入。

3）要求用戶再次鍵入合法口令，以便用戶確認和記憶。如果兩次鍵入的口令不符，則返回。

4）將確認后的口令按某種加密方法轉(zhuǎn)換為另一字符串存放于系統(tǒng)配置文件中。顯示成功信息并退出。3．約束條件：在上述1）、2）、3）步驟中，用戶重試的機會不超過3次。ZLL5.4基于數(shù)據(jù)流圖的需求分析CASE工具使用前述方法進行需求分析時，需要計算機在數(shù)據(jù)流圖的繪制、數(shù)據(jù)字典的存儲、檢索及一致性檢查等方面提供幫助。本節(jié)給出一個基于數(shù)據(jù)流圖的需求分析CASE工具的藍本DFA_Tool。下面就來介紹使用DFA_Tool進行需求分析的方法。ZLL5.4.1DFA_Tool的核心思想DFA_Tool的核心思想可歸納為：多視點需求分析、可視形式化和可執(zhí)行的需求規(guī)格說明語言。1．多視點需求分析

DFA_Tool從相互關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)、功能和行為三個方面分別為目標軟件系統(tǒng)建立模型。1）在結(jié)構(gòu)視點，分析人員可根據(jù)系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)或軟件結(jié)構(gòu)（例如，物理構(gòu)件、軟件模塊、任務(wù)等）進行層次分解，并標識系統(tǒng)各部分之間的數(shù)據(jù)流，進而建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。ZLL5.4.1DFA_Tool的核心思想2）在功能視點，分析人員利用功能分解方法刻畫系統(tǒng)的活動（類似于數(shù)據(jù)流圖中的轉(zhuǎn)換）以及活動之間可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)流，以逐層精化的方式建立系統(tǒng)的活動圖。與數(shù)據(jù)流圖一樣，DFA_Tool的活動圖不包括任何動態(tài)性質(zhì)。它既不關(guān)心活動是如何啟動和終止的，也不關(guān)心活動能否與其他活動并行執(zhí)行。至于數(shù)據(jù)流，活動圖只說明它們可以在某些活動之間流動，并不指明何時流動ZLL5.4.1DFA_Tool的核心思想3）應(yīng)用系統(tǒng)在時間坐標系中的所有控制行為均由行為視點描述。對于層次結(jié)構(gòu)中的每一級活動圖，均有一個相應(yīng)的行為圖，它們刻畫系統(tǒng)的動態(tài)行為，包括：①由于各時間點上事件的刺激，某些活動被啟動或終止，并引發(fā)新的事件；②對活動的活躍情況及數(shù)據(jù)的流動情況進行連續(xù)監(jiān)測，據(jù)此決定系統(tǒng)的下一步行為。ZLL5.4.1DFA_Tool的核心思想

系統(tǒng)的活動圖（功能視點）和行為圖（行為視點）是緊密耦合的，它們共同構(gòu)成系統(tǒng)的概念模型。結(jié)構(gòu)圖與活動圖之間的關(guān)系是簡單而直接的：結(jié)構(gòu)圖中的某些構(gòu)件負責實現(xiàn)活動圖中的某些功能。功能視點數(shù)據(jù)流與功能分解方法行為視點事件驅(qū)動與時序關(guān)系概念模型結(jié)構(gòu)模型物理構(gòu)件及其信息流圖DFA_Tool的模型結(jié)構(gòu)ZLL5.4.1DFA_Tool的核心思想2．可視形式化與文字相比，圖形更為直觀、簡潔。因此，需求分析活動往往離不開圖形機制的支持，例如前述的數(shù)據(jù)流圖。DFA_Tool的結(jié)構(gòu)圖、活動圖及狀態(tài)圖均基于一組共同的簡單圖形記號，并且都具有形式化語義。因此，DFA_Tool兼?zhèn)淞藞D形的簡單直