【文章內(nèi)容簡介】 18 7．模塊功能應(yīng)可預(yù)測 模塊的功能應(yīng)能預(yù)測，如果一個模塊可以當做一個黑盒子，只要輸入的數(shù)據(jù)相同就產(chǎn)生同樣的輸出，這個模塊的功能就是可以預(yù)測的。帶有內(nèi)部存儲器的模塊的功能可能是不可預(yù)測的，因為它的輸出可能取決于內(nèi)部存儲器（例如某個標記） 的狀態(tài)。由于內(nèi)部存儲器對于上級模塊而言是不可見的，所以這樣的模塊不易理解、難于測試和維護。 如果一個模塊只完成一個單獨的子功能，則表現(xiàn)高內(nèi)聚；但是，如果一個模塊任意限制局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的大小，過分限制在控制流中可以做出的選擇或者外部接口的模式，那么這種模塊的功能就過分局限，使用范圍也就過于狹窄。在使用過程中將不可避免地需要修改功能過分局限的模塊，以提高模塊的靈活性，擴大它的使用范圍；但是，在使用現(xiàn)場修改軟件的代價是很高的。 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法 在這一節(jié)，將介紹一種應(yīng)用最廣、技術(shù)上也較完善的系統(tǒng)設(shè) 計方法，面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法。面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法的目標是給出設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)的一個系統(tǒng)化途徑。 結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法屬于面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法。在需求分析階段，首先要考慮的一個關(guān)鍵問題就是信息流。信息流是軟件開發(fā)人員考慮問題的出發(fā)點和基礎(chǔ)。信息流從系統(tǒng)的輸入端向輸出端流動，要經(jīng)歷一系列的變換或處理。用來表現(xiàn)這個過程的數(shù)據(jù)流圖（ DFD）就是軟件系統(tǒng)的邏輯模型。面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計要解決的任務(wù)，就是在上述需求分析的基礎(chǔ)上，將 DFD 圖映射為軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。換句話說，這類設(shè)計方法允許把用 DFD 圖表示的系統(tǒng)邏輯模型方便地轉(zhuǎn)換成 對于軟件結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計描述。在結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法中，軟件的結(jié)構(gòu)將用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖來描述。 為了有效地實現(xiàn)從 DFD 圖到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的映射，結(jié)構(gòu)化設(shè)計（ SD）方法的步驟如下： S1：復(fù)審 DFD 圖，必要時可再次進行修改或細化； S2：鑒別 DFD 圖所表示的軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，確定它所代表的軟件結(jié)構(gòu)是屬于變換型還是事務(wù)型； S3：按照 SD 方法規(guī)定的一組規(guī)則，把 DFD 圖映射為初始的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； S4：按照設(shè)計改進原則細化和改進初始的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，獲得最終系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 基本概念 以面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法把信 息流映射成軟件結(jié)構(gòu)，信息流的類型決定了映射的方法，信息流有下述兩種類型。 （ 1）變換流 19 根據(jù)基本系統(tǒng)模型，信息通常以外部世界的形式進入軟件系統(tǒng)，經(jīng)過處理以后再以外部世界的形式離開系統(tǒng)。 如圖 416 所示，信息沿輸入通路進入系統(tǒng)，同時由外部形式變換成內(nèi)部形式，進入系統(tǒng)的信息通過變換中心，經(jīng)加工處理以后再沿輸出通路變換成外部形式離開軟件系統(tǒng)。當信息流具有這些特征時，稱為變換流。 圖 416 變換流 （ 2）事務(wù)流 原則上所有信息流都可以歸結(jié)為變換流類。但是，當信息流具有和圖 417類似的形狀時，稱信息流是以事務(wù)為中心，也就是說，數(shù)據(jù)沿輸入通路到達一個處理 T，這個處理根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型在若干個動作序列中選出一個來執(zhí)行。這類系統(tǒng)的特征能具有在多種事務(wù)中選擇執(zhí)行某類事務(wù)的能力。事務(wù)型結(jié)構(gòu)至少有一條接受路徑 ,一個事務(wù)中心 ,與若干條動作路徑組成。這類信息流應(yīng)該劃為一類特殊的信息流，稱為事務(wù)流。 圖 417 中的處理 T 稱為事務(wù)中心，它完成下述任務(wù)： 1）接收輸入事務(wù)（事務(wù)又稱為輸入數(shù)據(jù)）； 2）分析每個事務(wù)以確定它的類型； 3）根據(jù)事務(wù)類型選取一條活動通路。 圖 417 事務(wù)流 20 基于面向數(shù)據(jù)流方法的設(shè)計過程如圖 418 所示。 圖 418 面向數(shù)據(jù)流方法設(shè)計過程 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的組成 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖是 SD 方法在總體設(shè)計中使用的主要表達工具，用來顯示軟件的組成模塊及其調(diào)用關(guān)系。 SD 方法約定，用矩形框來表示模塊，用帶箭頭的連線表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。在調(diào)用線的兩旁，應(yīng)標出傳入和傳出模塊的數(shù)據(jù)流。 （ l）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊的表示符號 圖 419 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的六種模塊 21 不能再分解的底層模塊稱為原子模塊。如果一個系統(tǒng)的全部實際加工由原子模塊來完成，而其它非原子模塊只是執(zhí)行控制和協(xié)調(diào)工作，那么這種系統(tǒng)就稱為完全因子分解的系統(tǒng)。圖 419 顯示了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖允許使用的 6 種模塊。 其中傳入、傳出和變換模塊用來組成變換結(jié)構(gòu)中的各個相應(yīng)郎 分。源模塊是不調(diào)用其它模塊的傳入模塊，只用于傳入部分的始端。漏模塊是不調(diào)用其它模塊的傳出模塊，僅用于傳出部分的末端?？刂颇K是只調(diào)用其它模塊、而不被其它模塊調(diào)用的模塊，例如變換型結(jié)構(gòu)的頂層模塊，事務(wù)型結(jié)構(gòu)的事務(wù)中心等，均屬于控制模塊這一類。 （ 2）簡單調(diào)用 圖 420 模塊的簡單調(diào)用 在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中，調(diào)用線的箭頭指向被調(diào)用模塊。見圖 420，在圖 420（ a）中，允許模塊 A 調(diào)用模塊 B 和模塊 C，而不是相反。調(diào)用 B 時， A 向它傳送數(shù)據(jù)流 X 與 Y， B 向 A 返回數(shù)據(jù)流動調(diào)用 C 時， A 僅向 C 傳送數(shù)據(jù)流動。顯而易見， B 屬于變換模塊， C 屬于漏模塊。圖 420（ b）是圖（ a）的一種替代畫法。用附表列出在模塊間傳送的數(shù)據(jù)流，以代替直接在調(diào)用線的兩側(cè)作標注。當系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖包含的數(shù)據(jù)流太多時，將造成畫面擁擠，采用這種畫法可使畫面簡潔并能減少錯誤。 （ 3）選擇調(diào)用 圖 421 模塊的選擇調(diào)用 選擇調(diào)用的畫法如圖 421 所示。圖中用菱形符號來表示選擇。左方菱形的含義是：模塊 A 根據(jù)它內(nèi)部的判斷，來決定要不要調(diào)用模塊 B。右方的菱形則表示 A 按照另一判定的結(jié)果，選擇調(diào)用模塊 C 或者模塊 D。 22 圖 422 模塊的循環(huán)調(diào)用 （ 4）循環(huán)調(diào)用 用疊加在調(diào)用線始端的環(huán)形箭頭表示循環(huán)。圖 422 的含義是：模塊 A 將根據(jù)其內(nèi)在的循環(huán)重復(fù)調(diào)用 B、 C 等模塊，直至在 A 模塊內(nèi)部出現(xiàn)滿足循環(huán)終止的條件為止。 以上簡述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的符號和畫法。利用這些畫法，可以將目標系統(tǒng)的 DFD 圖轉(zhuǎn)換為目標系統(tǒng)的初始系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 SD 方法提出了兩種分析與過渡方法：即變換分析與事務(wù)分析方法。利用它們能方便地把 DFD 圖轉(zhuǎn)換為 初始系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。前者適用于 DFD 圖中的變換型結(jié)構(gòu)，后者適用于 DFD 圖中的事務(wù)型結(jié)構(gòu)。圖 423 簡明的說明了變換分析與事務(wù)分析各自的功能。 圖 423 變換分析與事務(wù)分析的功能 變換分析 經(jīng)過變換分析步驟把具有變換流特點的數(shù)據(jù)流圖按預(yù)先確定的模式映射成軟件結(jié)構(gòu)圖。 1．對 DFD 圖的分析和劃分 首先區(qū)分傳入、傳出和變換中心三個部分，在 DFD 圖上標明它們的分界線。 前已說明，變換結(jié)構(gòu)由傳入、傳出和變換中心三部分組成。變換中心的任務(wù)，就是通過計算或者處理，把系統(tǒng)的邏輯輸人變換（或加工）為系統(tǒng)的邏輯輸出。所謂邏輯輸入，是指離物 理輸入端（輸入始端）最遠，但仍可以被看作系統(tǒng)輸入的那些數(shù)據(jù)流。而邏輯輸出則是指離物理輸出端（輸出末端）最遠，但仍可視為系統(tǒng)輸出的所有數(shù)據(jù)流。需要指出，當數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動時，不僅在通過變換中心時要被變換，在傳入和傳出的路徑上，其內(nèi)容和形式也可能發(fā)生變化。所以有時把變換中心稱為中心加工，以區(qū)別干數(shù)據(jù)在傳入傳出過程中常見的其它加工。 23 圖 424 變換型分析 圖 424 是在 DFD 上區(qū)分三個組成部分的一個例子。圖中 c、 e 是邏輯輸入數(shù)據(jù)流， u、 w 是邏輯輸出數(shù)據(jù)流，介于它們之間的 P， Q， R 屬于中心加工。用虛線表示的兩條分界線，標出了這三個部分的邊界。 對 DFD 圖的分析和劃分是變換分析的第一步。對于較復(fù)雜的 DFD 圖，可以有多種的不同劃分結(jié)果。以下列出幾種可能遇到的情況及其處理方法。 有些系統(tǒng)沒有加工中心，系統(tǒng)的邏輯輸入和邏輯輸出是相同的數(shù)據(jù)流。此時應(yīng)如實地把 DFD 圖劃分為傳入和傳出兩個部分， 不要強求分成三個部分。 除傳入部分外，在變換中心甚至傳出部分也可能從系統(tǒng)外接受某些輸入數(shù)據(jù)流，稱為二次輸入數(shù)據(jù)。分析時，應(yīng)把二次輸人數(shù)據(jù)看成變換中心或輸出部分的一個成份，不應(yīng)當作輸入部分的一部分。 有些 DFD 圖可能太粗，缺少應(yīng)有的細節(jié)。遇到這種情況，設(shè)計人員可對作為分析的 DFD 圖進行補充，必要時甚至重畫。過多的細節(jié)有益后面的設(shè)計。 2．完成第一級分解 這一步要畫出初始的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，主要是畫出它最上面的兩層模塊，即頂層模塊和第一層模塊。任何系統(tǒng)的頂層都只有一個用于控制的主模塊。它的下一層（第一層 ）一般包括輸入、輸出和中心變換三個模塊，分別代表系統(tǒng)的三個相應(yīng)分支。但也可能只有輸入和輸出兩個模塊，可據(jù) DFD 圖的實際劃分情況而定。 圖 425 顯示了圖 424 的 DFD 圖在第一級分解后導(dǎo)出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，沿調(diào)用線標注了在模塊間輸送的數(shù)據(jù)流的名稱。 24 圖 425 第一層 DFD 圖 另一種 畫法，在第一層不是每一分支只畫一個模塊，而是按照實際情況確定模塊的數(shù)量。仍以圖 424 為例，輸入和輸出分支各有兩個數(shù)據(jù)流，而中心加工會有三個加工，故可畫出 (2＋ 2+3)共 7 個模塊，如圖 426 所示。由于初始系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖還要細化和優(yōu)化，這兩種畫法的差異，對最終的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖無關(guān)緊要。 圖 426 模塊間的調(diào)用 3. 完成第二級分解 對上步的結(jié)果繼續(xù)進行由頂向下的分解，直至畫出每個分支所需要的全部模塊，稱為第二級分解。這一步得到的結(jié)果便是系統(tǒng)的初始系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 同第一級分解一樣，這一步的分解實質(zhì)上仍然是映射，即把 DFD 圖中的加工按照一定規(guī)則轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中的模塊。這就使整個工作變得有章可循，這也是 SD 方法的一大優(yōu)點。 仍以圖 424 為例，首先考察輸入分支的模塊分解。在圖 427 中輸入模塊 M A 可直接調(diào)用模塊 C 與 E 以取得它所需的數(shù)據(jù)流 c 與 e 繼續(xù)下推，模塊 C、 E將分別調(diào)用各自的 下屬模塊 B、 D，以取得 b 與 d。模塊 B 又通過調(diào)用下屬模塊 A 取得數(shù)據(jù) a?？梢妶D 427 中的 5 個下屬模塊就是 DFD 圖中從 A 至 E 這 5個加工的映射，但模塊的調(diào)用順序正好與加工順序相反。 25 圖 427 第二級分解 數(shù)據(jù)流在輸入的過程中，也可能經(jīng)歷數(shù)據(jù)的變換。以圖 427 中的兩個輸入流為例，其中一 路將從 a 變換為 b，再變換為 c；另一路則從 d 變換為 e。為了表示出這種變換，可以在圖中增添 3 個變換模塊（即 “ 變 A 為 B” 。 “ 變 B為 C” 、 “ 變 D 為 E” ），并在模塊 A 至 E 的名稱中加上 Read、 Get 等字樣，如圖 428 所示。這一改變除了處于輸入端的源模塊以外，讓每一輸入模塊都調(diào)用兩個下屬模塊，包括一個下屬的輸入模塊和一個變換模塊。圖 428 所顯示的結(jié)構(gòu)較圖 427 更加清楚明了。 按圖 428 尋蹤，考察一下輸入分支的操作過程。為了取得數(shù)據(jù) c、 e， M。將分別調(diào)用模塊 C 和 E。為了得到 c（或 e），首先要得到 b（或 d 為了得到 b又要先讀入 a。圖 429 顯示了有關(guān)模塊的調(diào)用與執(zhí)行過程。雖然模塊的調(diào)用順序（ CBA ,ED）恰與加工的出現(xiàn)順序相反，但取得數(shù)據(jù)的順序 (abc,de) ，與 DFD 的要求是一致的。 仿照與輸入分支相似的分解方法，可得到本例中輸出分支的兩種模塊分解圖，如圖 430 所示。 與輸入、輸出分支相比，中心加工分支的情況繁簡各異，其分解也較復(fù)雜。但建立初始的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖時，仍可以采取“一對一映射”的簡單轉(zhuǎn)換方法。圖 431 顯示了本例中心加工分支第二級分解的結(jié)果。 將圖 428 和 圖 430 （右邊） 與 圖 431 合并在一起，就可以得到本例的初始系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖 432 所示。 圖 428 輸入分支的第二種分解 26 圖 429 模塊的調(diào)用和執(zhí)行過程 圖 430 輸出分支的兩種分解 圖 431 中心加工分支第二級分解 圖 432 初始系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 4. 變換分析的主要步驟 27 S1 復(fù)查基本系統(tǒng)模型。在軟件需求分析階段應(yīng)對上述每條要求以及系統(tǒng)的其他特點進行全面的分析評價，建立起必要的文檔資料，特別是數(shù)據(jù)流圖。 S2 復(fù) 查并精化數(shù)據(jù)流圖。復(fù)查的目的是確保系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)符合實際。應(yīng)該對需求分析階段得出的數(shù)據(jù)流圖復(fù)查，并且進行精化。不僅要確保數(shù)據(jù)流圖給出了目標系統(tǒng)的邏輯模型，而且應(yīng)該使數(shù)據(jù)流圖中每個處理都代表一個規(guī)模適中相對獨立的子功能