3．3．2　数据流图

数据流图是结构化分析最基本的工具，数据流图从数据传递和加工的角度，以图形化的方式刻画数据流从输入到输出的移动和变换过程。在数据流图中具体的物理元素都已去掉，只剩下数据的存储、流动、加工和使用情况。这种抽象性能使人们总结出信息处理的内部规律性。由于数据流图是用图形来表示逻辑系统的，即使不是计算机专业人员也能比较容易地理解数据流图，因此它成为了一种极好的通信工具。

1．数据流图的基本符号

数据流图由如图3－2所示的4种基本符号表示。

图3－2　数据流图的基本符号

图3－3是一个简单的数据流图，它表示数据X从数据源S流出，经P1加工转换成Y，接着经P2加工转换为Z，在经过加工过程P2时，从F中读取数据。

图3－3　数据流图举例

1）数据流

数据流由一组确定的数据组成，例如“发票”为一个数据流，它由品名规格、单位、单价、数量等数据组成。数据流用带有名字的有箭头的线段表示，名字称为数据流名，表示流经的数据，箭头表示流向。数据流可以从加工流向加工，也可以从加工流进或流出文件，还可以从数据源流向加工或从加工流向终点。

对数据流的表示有以下约定。

（1）对流进或流出文件的数据流不需标注名字，这是因为文件本身就足以说明数据流；而别的数据流则必须标出名字，名字应能反映数据流的含义。

（2）数据流不允许同名。

（3）两个数据流在结构上相同是允许的，但必须体现人们对数据流的不同理解。例如，图3－4（a）中的合理领料单与领料单两个数据流，它们的结构相同，但前者增加了合理性这一信息。

（4）两个加工之间可以有几股不同的数据流，这是由于它们的用途不同，或它们之间没有联系，或它们的流动时间不同，如图3－4（b）所示。

（5）数据流图描述的是数据流而不是控制流。如图3－4（c）所示，“月末”只是为了激发加工“计算工资”，是一个控制流而不是数据流，所以应从图中删去。

图3－4　简单数据流图举例

2）加工处理

加工处理是对数据流转换进行的操作，它把流入的数据流转换为流出的数据流。每个加工处理都应取一个名字以表示它的含义，并规定用一个编号来标识该加工在层次分解中的位置。名字中必须包含一个动词，例如“计算”、“打印”等。

数据流加工转换的方式有两种：

（1）改变数据流的结构，如将数组中各数据重新排序；

（2）产生新的数据流，如对原来的数据进行汇总、统计和求平均值等。

3）文件

文件是存储数据的工具。文件名应与它的内容一致，写在开口长条内。从文件流入或流出数据流时，数据流方向是很重要的。如果是读文件，则数据流的方向应从文件流出，写文件时则相反；如果是既读又写文件，则数据流是双向的。在修改文件时，虽然必须首先读文件，但其本质是写文件，因此数据流应流向文件，而不是双向的。

例如，在图3－4（a）中，检查合理性加工时，只从库存账目文件中读出库存信息与领料单核对，所以数据流从文件流出，箭头指向加工。

4）数据源或终点

数据源和终点表示数据的外部来源和去处。它通常是系统之外的人员或组织，不受系统控制。

为了避免在数据流图上出现线条交叉，同一个源点、终点或文件均可在不同位置多次出现，这时要在源点或终点符号的右下方画小斜线，或在文件符号左边画竖线，以示重复，如图3－5所示。

图3－5　重复的源点、终点或文件

由图3－2可见，数据流图可通过基本符号直观地表示系统的数据流程、加工、存储等过程，但它不能表达每个数据和加工的具体、详细的含义，这些信息需要在“数据字典”和“加工说明”中表达。

2．数据流图的画法

1）画法原则

一般遵循“由外向里”的原则，即先确定系统的边界或范围，再考虑系统的内部；先画加工的输入和输出，再画加工的内部，具体如下。

（1）识别系统的输入／输出；

（2）从输入端至输出端画数据流和加工，并同时加上文件；

（3）加工的分解“由外向里”进行分解；

（4）数据流的命名要确切，名字能反映整体；

（5）各种符号布置要合理，分布均匀，尽量避免交叉线。

2）画法步骤

对于不同的问题，数据流图可以有不同的画法，具体操作时可按下述步骤进行。

（1）识别系统的输入／输出，画出顶层图，即确定系统的边界。

在需求分析阶段，系统的功能需求等还不很明确，为了防止遗漏，不妨先将范围定得大一些。在确定系统边界后，越过边界的数据流就是系统的输入／输出，将输入／输出用加工符号连接起来，并加上输入数据来源和输出数据去向就形成了顶层图。

库存管理系统的顶层数据流图如图3－6所示。

图3－6　库存管理系统的顶层数据流图

（2）画系统内部的数据流、加工与文件，画出一级细化图。

从系统输入端到输出端（也可反之），逐步用数据流和加工连接起来，当数据流的组成或值发生变化时，就在该处画一个“加工”符号。

画数据流图时还应同时画上文件，以反映各种数据的存储处，并表明数据流是流入文件还是流出文件。

最后，再回过头来检查系统的边界，补上遗漏但有用的输入／输出数据流，删去那些没被系统使用过的数据流。

库存管理系统的一级细化图如图3－7所示。

图3－7　库存管理系统的一级细化图

（3）加工的进一步分解，画出二级细化图。

同样运用“由外向里”的方式对每个加工进行分析，如果在该加工内部还有数据流，则可将该加工分成若干个子加工，并用一些数据流把子加工连接起来，即可画出二级细化图。二级细化图可在一级细化图的基础上画出，也可单独画出该加工的二级细化图，二级细化图也称为该加工的子图。需要注意编号问题，即对上一级加工的分解，应以上一级编号为开始，加一个“．”，并依次编号。例如对1号加工的分解，编号为1．1，1．2，…。

（4）其他注意事项。

一般应先给数据流命名，再根据输入／输出数据流名的含义为加工命名。名字含义要确切，要能反映相应的整体。若碰到难以命名的情况，则很可能是分解不恰当造成的，应考虑重新分解。

从左至右画数据流图。通常左侧、右侧分别是数据源和终点，中间是一系列加工和文件。正式的数据流图应尽量避免线条交叉，必要时可用重复的数据源、终点和文件符号。此外，数据流图中各种符号布置要合理，分布应均匀。

画数据流图是一项艰巨的工作，要做好重画的思想准备，重画是为了消除隐患，有必要不断改进。

因为作为顶层加工处理的改变域是确定的，所以改变域的分解是严格地自顶向下分解的。由于目前还不存在目标系统，因此分解时开发人员还需凭经验进行，这是一项创造性的劳动。同时，在建立目标系统数据流图时，还应充分利用本章讲过的各种方法和技术，例如，分解时尽量减少各加工之间的数据流，数据流图中各个成分的命名要恰当，父图与子图间要注意平衡，等等。

在画出分层数据流图，并为数据流图中各个成分编写词典条目或加工说明后，就获得了目标系统的初步逻辑模型。

3．绘制数据流图时应注意的问题

下面从4个方面讨论画分层数据流图时应注意的问题。

1）合理编号

分层数据流图的顶层称为0层，它是第1层的父图，而第1层既是0层图的子图，又是第2层图的父图，依此类推。由于父图中有的加工可能就是功能单元，不能再分解，因此父图拥有的子图数不大于父图中的加工个数。

为了便于管理，应按下列规则为数据流图的加工编号：

（1）子图中的编号由父图号和子加工的编号组成；

（2）子图的父图号就是父图中相应加工的编号。

为简单起见，约定第1层图的父图号为0，编号只写加工编号1，2，3，…。下面各层由父图号1，1．1等加上子加工的编号1，2，3组成。按上述规则，图的编号既能反映出它所属的层次及它的父图编号的信息，还能反映子加工的处理信息。例如，1表示第1层图的1号加工处理，1．1，1．2，1．3，…表示父图为1号加工的子加工，1．3．1，1．3．2，1．3．3，…表示父图号为1．3加工的子加工。

为了方便起见，对数据流图中的每个加工，可以只标出局部号，但在加工说明中，必须使用完整的编号。例如，图3－8可表示第1层图的1号加工的子图，其编号可以简化成图中的形式。

图3－8　简化子图编号示例

2）注意子图与父图的平衡

子图与父图的数据流必须平衡，这是分层数据流的重要性质。这里的平衡指的是子图的输入／输出数据流必须与父图中对应加工的输入／输出数据流相同。

3）局部文件

图3－9中的父图和子图是平衡的，但子图中的文件W并没在父图中出现。这是由于对文件W的读／写完全局限于加工3．3之内，在父图中各个加工之间的界面上不出现，该文件是子图的局部文件或临时文件。

应当指出的是，如果一个临时文件在某层数据流图中的某些加工之间出现，则在该层数据流图中就必须画出这个文件。一旦文件被单独画出，还需画出这个文件同其他成分之间的联系。

图3－9　数据流图中的局部文件

4）分解的程度

对于规模较大的系统的分层数据流图，如果一次性把加工直接分解成基本加工单元，一张图上画出过多的加工将使人难以理解，也增加了分解的复杂度。然而，每次分解产生的子加工太少，会使分解层次过多而增加作图的工作量，阅读也不方便。经验表明，一个加工每次的分解量最多不要超过7个为宜。同时，分解时应遵循以下原则。

（1）分解应自然，概念上要合理、清晰。

（2）上层可分解得快些（分解成的子加工个数多些），这是因为上层是综合性描述，对可读性的影响小，而下层应分解得慢些。

（3）在不影响可读性的前提下，应适当地多分解成几部分，以减少分解层数。

一般说来，当加工可用一页纸明确地表述，或加工只有单一输入／输出数据流（出错处理不包括在内）时，就应停止对该加工的分解。另外，对数据流图中不再作分解的加工（功能单元），必须作出详细的加工说明，并且每个加工说明的编号必须与功能单元的编号一致。

4．数据流图的修改

前面介绍了画数据流图的基本方法，对于一个大型系统来说，由于在软件设计初期人们对问题理解的深度不够，在数据流图上也不可避免地会存在某些缺陷或错误，因此还需要进行修改，才能得到完善的数据流图。这里介绍如何从正确性和可读性两方面对数据流图进行改进。

1）正确性

数据流图的正确性，可以从以下几个方面来检查。

（1）文件使用。在数据流图中文件与加工之间数据流的方向应按规定认真标注，这样也有利于对文件使用正确性的检查。例如，在图3－10中，因为文件1和文件2是子图的局部文件，所以在子图中应画出对文件的全部引用。但子图中的文件，好像一个“渗井”，数据只流进不流出，显然是一个错误。

（2）父图平衡。造成子图与父图不平衡的一个常见原因是在增加或删除一个加工时，忽视了对相应父图或子图的修改，在检查数据流图时应注意这一点。

（3）加工与数据流的命名。加工和数据流的名字必须体现被命名对象的全部内容，而不是一部分内容。对于加工的名字，应检查它的含义与被加工的输入／输出数据流是否匹配。一个加工的输出数据流仅由它的输入数据流确定，这个规则绝对不能违背。数据不守恒的错误有两种：一是漏掉某些输入数据流；二是某些输入数据流在加工内部没有被使用。虽然有时后者并不一定是一个错误，但也要认真考虑，对于确实无用的数据就应该删去，以简化加工之间的联系。

图3－10　局部文件使用错误

在检查数据流图时，应注意消除控制流。

2）可读性

数据流图的可读性，可以从以下几个方面来提高。

（1）简化加工之间的联系。各加工之间的数据流越少，各加工的独立性就越高。因此应当尽量减少加工之间数据流的数目，必要时可采用后面介绍的步骤对数据流图重新分解。

（2）分解应当均匀。在同一张数据流图上，应避免出现某些加工已是功能单元，而另一些加工却还应继续分解为好几层的情况。否则，应考虑重新分解。

（3）命名应当恰当。理想的加工名由一个具体的动词和一个具体的宾语（名词）组成。数据流和文件的名字也应具体、明确。

3）数据流图重新分解的步骤

有时需要对部分或全部数据流图进行重新分解，可按以下步骤进行：

（1）把需要重新分解的所有子图连成一张图；

（2）根据各部分之间联系最少的原则，把图划分成几部分；

（3）重建父图，即把第（2）步所得的每一部分画成一个圆圈，各部分之间的联系就是加工之间的界面；

（4）重建各张子图，只需把第（2）步所得的图，按各自的边界剪开即可；

（5）为所有加工重新命名、编号。

例如，图3－11（a）中加工2与其他加工的联系太复杂以致很难独立理解，所以其结构不太合理。将它们的父图加工分成两个更为合适，如图3－11（b）所示。

根据上述规则检查库存管理系统，可以发现如下问题。

（1）一层细化图缺少了一个输入数据流。应在供应商和处理P1之间加一个数据流“发货单”，数据从供应商流入处理P1。

（2）文件使用错误。供应商信息、车间信息和商品信息3个文件在一层细化图中只流进不流出。应在顶层数据流图中添加“供应商信息”、“车间信息”和“商品信息”3个数据存储，系统读取3个文件，因此数据从文件流入“库存管理系统”并进行处理。

图3－11　结构不合理的数据流图及其修改