3.7 面向數(shù)據(jù)流建模

面向數(shù)據(jù)流建模仍然是當(dāng)前使用最廣泛的需求分析表達(dá)方式之一（在結(jié)構(gòu)化分析中，數(shù)據(jù)建模是核心建模活動(dòng)）。數(shù)據(jù)流圖（Data Flow Diagram，DFD）及相關(guān)的圖和信息不是UML的正式成分，但可以作為UML圖的補(bǔ)充來(lái)完善對(duì)系統(tǒng)需求和流程的認(rèn)識(shí)。

DFD采取了系統(tǒng)的輸入-處理-輸出觀點(diǎn)，也就是說(shuō)，流入軟件的數(shù)據(jù)對(duì)象，經(jīng)過(guò)處理元素變換，最后以結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)象的形式流出軟件。帶標(biāo)記的箭頭表示數(shù)據(jù)對(duì)象，圓圈（也稱為泡泡）表示轉(zhuǎn)換。DFD使用分層的方式表示，即第一個(gè)數(shù)據(jù)流模型（有時(shí)也稱為第0層DFD或環(huán)境圖）表示整個(gè)系統(tǒng)，隨后的數(shù)據(jù)流圖改進(jìn)環(huán)境圖，在每個(gè)后續(xù)層提供更多的細(xì)節(jié)。

3.7.1 創(chuàng)建數(shù)據(jù)流模型

數(shù)據(jù)流圖有助于軟件工程師開(kāi)發(fā)信息域的模型，并同時(shí)開(kāi)發(fā)功能域的模型。當(dāng)把DFD逐步細(xì)化時(shí)，分析師同時(shí)也就完成了系統(tǒng)功能分解。與此同時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)在應(yīng)用系統(tǒng)的多個(gè)處理間流動(dòng)時(shí)，DFD的細(xì)化結(jié)果導(dǎo)致了相應(yīng)的數(shù)據(jù)細(xì)化。

導(dǎo)出數(shù)據(jù)流圖時(shí)有一些簡(jiǎn)單而有用的指導(dǎo)原則：①第0層的數(shù)據(jù)流圖應(yīng)將軟件或系統(tǒng)描述為一個(gè)泡泡；②應(yīng)仔細(xì)標(biāo)記主要的輸入和輸出；③通過(guò)把選定的處理、數(shù)據(jù)對(duì)象和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分離為下一層表示而開(kāi)始細(xì)化過(guò)程；④應(yīng)使用有意義的名稱標(biāo)記所有的箭頭和泡泡；⑤當(dāng)從一個(gè)層轉(zhuǎn)到另一個(gè)層時(shí)要保持信息流連續(xù)性，也就是說(shuō)，流入系統(tǒng)或流入某一層變換的數(shù)據(jù)對(duì)象必須與流入更細(xì)化層的變換具有相同的數(shù)據(jù)對(duì)象（或其組成部分）；⑥一次細(xì)化一個(gè)泡泡。

圖3-15顯示了SafeHome安全功能的第0層DFD，主要的外部實(shí)體（方框）產(chǎn)生系統(tǒng)所使用的信息并使用系統(tǒng)產(chǎn)生的信息，帶標(biāo)記的箭頭代表數(shù)據(jù)對(duì)象或數(shù)據(jù)對(duì)象類型的層次。例如，“用戶指令和數(shù)據(jù)”包括了所有的配置命令、所有的激活或解除命令、所有各式各樣的交互活動(dòng)，以及所有限定或擴(kuò)展某命令的輸入數(shù)據(jù)。

圖3-15 SafeHome安全功能的環(huán)境層DFD

把第0層的DFD擴(kuò)展到第1層數(shù)據(jù)流模型。根據(jù)語(yǔ)法解析，動(dòng)詞是SafeHome系統(tǒng)的處理，在后續(xù)的DFD中用泡泡表示；名詞是外部實(shí)體（方框）、數(shù)據(jù)或控制對(duì)象（箭頭）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（雙橫線），名詞和動(dòng)詞之間可以互相連接起來(lái)。因此，在任何DFD層次中對(duì)某個(gè)泡泡的處理敘述文字進(jìn)行語(yǔ)法解析，可以產(chǎn)生許多關(guān)于如何細(xì)化到下一個(gè)層次的有用信息。使用這些信息生成第1層的DFD如圖3-16所示。

圖3-16 SafeHome安全功能的第1層DFD

圖3-15中顯示環(huán)境層的處理被擴(kuò)展為圖3-16的6個(gè)處理，這些處理來(lái)自語(yǔ)法解析檢查。類似地，也通過(guò)解析獲得第1層處理之間的信息流。此外，在第0層和第l層之間要保持信息流的連續(xù)性。

在DFD第1層中表示的處理可以被進(jìn)一步細(xì)化到更低的層次。例如，細(xì)化監(jiān)測(cè)傳感器處理如圖3-17所示的第2層DFD并保持信息流的連續(xù)性。

持續(xù)進(jìn)行DFD的求精，努力細(xì)化DFD，直到每個(gè)泡泡都是“功能單一的”，并且該功能可以很容易地成為一個(gè)程序構(gòu)件。

圖3-17 細(xì)化監(jiān)測(cè)傳感器處理的第2層DFD

3.7.2 創(chuàng)建控制流模型

對(duì)于很多類應(yīng)用問(wèn)題來(lái)說(shuō)，為了獲得關(guān)于軟件需求的有益理解，使用數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)流圖是很有必要的。然而，有一大類應(yīng)用問(wèn)題是事件驅(qū)動(dòng)而不是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的；這類問(wèn)題產(chǎn)生控制信息而不是報(bào)告或顯示信息，并且處理信息時(shí)非常關(guān)注時(shí)間和性能。因此，這樣的應(yīng)用系統(tǒng)除了數(shù)據(jù)流建模外，還需要使用控制流建模。

事件或控制項(xiàng)可以實(shí)現(xiàn)為布爾值（如真或假、開(kāi)或關(guān)、1或0）或條件的離散列表（空、擁擠、滿）。為了選擇潛在的候選事件，建議使用如下的指導(dǎo)原則。

●列出所有被軟件“讀”的傳感器。

●列出所有的中斷條件。

●列出操作人員能夠啟動(dòng)的所有“開(kāi)關(guān)”。

●列出所有的數(shù)據(jù)條件。

●回顧對(duì)處理敘述所進(jìn)行的名詞或動(dòng)詞的語(yǔ)法解析，考察所有可能作為控制規(guī)格說(shuō)明輸入/輸出的“控制項(xiàng)”。

●通過(guò)標(biāo)識(shí)其狀態(tài)來(lái)描述系統(tǒng)的行為，標(biāo)識(shí)如何達(dá)到這些狀態(tài)，并定義狀態(tài)間的遷移。

●關(guān)注可能的疏忽，即關(guān)注那些描述控制中非常普遍的錯(cuò)誤。例如，提問(wèn)“有什么其他

途徑可以達(dá)到或離開(kāi)這個(gè)狀態(tài)嗎？”

3.7.3 控制規(guī)格說(shuō)明

控制規(guī)格說(shuō)明使用兩種方式表現(xiàn)系統(tǒng)的行為，包含一個(gè)行為序列說(shuō)明的狀態(tài)圖，也可能包括程序激活表，即行為的組合說(shuō)明。

圖3-18所示為SafeHome的第l層控制流模型描述了一個(gè)初步的狀態(tài)圖，圖中顯示了當(dāng)系統(tǒng)在這個(gè)層次上定義的4個(gè)狀態(tài)之間來(lái)回移動(dòng)時(shí)，如何對(duì)事件做出響應(yīng)。通過(guò)考察狀態(tài)圖，軟件工程師可以確定系統(tǒng)的行為，而且更重要的是可以確定所描述的行為中是否存在“空洞”（holes）。

例如，狀態(tài)圖（見(jiàn)圖3-18）指明：當(dāng)系統(tǒng)重置、激活或電源關(guān)閉時(shí)，可能會(huì)發(fā)生Idle（空閑）狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；如果激活系統(tǒng)（也就是打開(kāi)報(bào)警系統(tǒng)），將會(huì)轉(zhuǎn)換到MonitoringSystemStatus狀態(tài)（監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)），顯示信息也將發(fā)生變化，并調(diào)用處理monitorAndControlSystem。源自MonitoringSystemStatus狀態(tài)的轉(zhuǎn)換有兩種：①當(dāng)系統(tǒng)撤銷激活時(shí)，轉(zhuǎn)換回到Idle空閑狀態(tài)；②當(dāng)觸發(fā)傳感器時(shí)，轉(zhuǎn)換到ActingOnAlarm狀態(tài)。在評(píng)審中將考慮所有的轉(zhuǎn)換和所有的內(nèi)容。

圖3-18 SafeHome安全功能的狀態(tài)圖

行為表達(dá)的一種非常不同的模式是處理激活表（Process Activation Table，PAT），它表示了在狀態(tài)圖中處理環(huán)境所包含的信息，不包括狀態(tài)。因此這張表指出了當(dāng)有事件發(fā)生時(shí)會(huì)引入流程模型中哪個(gè)處理（泡泡）。處理激活表可以作為設(shè)計(jì)人員的指南，建立在這一級(jí)上可以執(zhí)行的處理控制。SafeHome第1層流程模型的處理激活表如圖3-19所示。

圖3-19 SafeHome安全功能的處理激活表

控制規(guī)格說(shuō)明描述了系統(tǒng)的行為，但是沒(méi)有提供關(guān)于處理的內(nèi)部工作信息，其實(shí)，這些處理激活了行為的結(jié)果。

3.7.4 處理規(guī)格說(shuō)明

處理規(guī)格說(shuō)明（Process Specification，PSPEC）用于描述出現(xiàn)在求精過(guò)程中最終層次的所有流程模型的處理。處理規(guī)格說(shuō)明的內(nèi)容可以包括敘述性正文、處理算法的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（Program Design Language，PDL）描述、數(shù)學(xué)方程、表或UML活動(dòng)圖。通過(guò)為流模型中的每個(gè)泡泡提供PSPEC，軟件工程師創(chuàng)建了“小型規(guī)格說(shuō)明”，小型規(guī)格說(shuō)明可以作為軟件構(gòu)件實(shí)現(xiàn)處理的設(shè)計(jì)指南。

為了說(shuō)明如何使用PSPEC，考慮在SafeHome的流程模型中表示“處理密碼”變換（見(jiàn)圖3-16），該功能的PSPEC可能采用如下形式。

處理規(guī)格說(shuō)明：處理密碼控制面板上。在SafeHome安全功能中“處理密碼”變換完成控制面板上的密碼確認(rèn)。“處理密碼”從“與用戶交互”功能接收4位密碼，將該密碼首先與存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的主密碼進(jìn)行比較，如果與主密碼匹配，則向“顯示消息和狀態(tài)”功能傳送有效信息＜valid id message=true＞。如果與主密碼不匹配，則把4位密碼與次密碼表比較（這些密碼可能會(huì)授予房子的客人和（或）在房主不在家時(shí)需要進(jìn)入房子的工人）。如果密碼和表中的某項(xiàng)匹配，將向“顯示消息和狀態(tài)”功能傳送有效信息＜valid id message=true＞；如果不匹配，則向“顯示消息和狀態(tài)”功能傳送無(wú)效信息＜valid id message=false＞。

如果在此階段需要更多的算法細(xì)節(jié)，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述也可以作為PSPEC的一部分包含在其中。然而，很多人認(rèn)為，PDL版本應(yīng)該推遲到構(gòu)件設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)才確定。