第九章 面向数据流的设计方法
第9章面向数据流的设计方法
第9章面向数据流的设计方法面向数据流的设计方法是一种将系统设计为数据流动的方式，其中数据是从一个组件流向另一个组件。
这种设计方法主要用于处理大量的数据和实现高效的数据处理流程。
本文将介绍面向数据流的设计方法的概念和一些常见的应用场景。
面向数据流的设计方法可以简化复杂系统的设计和实现过程。
它将系统划分为多个组件，每个组件负责特定的数据处理任务。
数据从一个组件流向另一个组件，直到最终结果被产生出来。
面向数据流的设计方法有助于实现系统的高效运行。
通过将系统分解为多个组件，可以并行处理数据，加快处理速度。
此外，使用数据流的方式可以减少数据的复制和传输，减少了系统开销。
面向数据流的设计方法适用于处理大量的数据。
在许多场景下，系统需要处理大规模的数据集，如数据挖掘、机器学习和科学计算等领域。
面向数据流的设计方法可以将数据流动化，提高系统的处理效率。
其中，数据流引擎是实现面向数据流的设计方法的关键技术。
数据流引擎负责管理数据流，组织组件之间的数据传输和计算。
它可以自动处理数据的传输和计算，提高系统的可维护性和可扩展性。
面向数据流的设计方法在许多领域都有广泛的应用。
在大数据领域，面向数据流的设计方法常用于实现实时数据分析和处理。
例如，在互联网广告领域，系统需要实时处理大量的用户点击数据和广告数据，以实现实时的广告推荐和定向投放。
面向数据流的设计方法可以提供实时的数据处理能力，满足系统的实时性要求。
此外，在物联网领域，面向数据流的设计方法常用于实现传感器数据的处理和分析。
物联网系统通常涉及大量的传感器节点和实时的数据流传输。
面向数据流的设计方法可以实时处理传感器数据，提供实时的监测和预警功能。
总之，面向数据流的设计方法是一种将系统设计为数据流动的方式，主要用于处理大量的数据和实现高效的数据处理流程。
它可以简化复杂系统的设计和实现过程，提供高效的数据处理能力，适用于许多领域，如大数据、物联网等。
使用面向数据流的设计方法，可以实现高性能的数据处理系统，满足系统的实时性和可扩展性要求。
第9章 面向数据流的设计方法
9.1 基本概念——变换流 变换流
变换型数据流图：是一个线性结构，由输入、变 换和输出3部分组成。变换中心。 任意系统中的信息均可用变换流刻画。
逻辑 输出 物 理 流
变换 中心 物理 输出 输入 流
9.1 基本概念——事务流 事务流
事务型数据流图：具有事务处理中心，它完成以 下任务：接收输入数据；分析每个事务以确定它 的类型；根据事务类型选取一条活动通路。
改进软件结构提高模块独立性：通过分解、合并提高内聚、降低耦合。 深度、宽度、扇入、扇出、应适当：扇出一般3-4个。扇入越大，共享该模块 的上层模块越多，不可违背模块独立性原则片面追求高扇入。图9.19 任一模块的作用域应在控制域之内。图9.20 降低接口复杂性：尽量使传递的信息简单并与模块功能一致。 模块功能应可预言，避免对模块施加过多限制。 设计单入口单出口的模块。 把某些软件用包的形式封装起来。 模块规模要适中：在遵守模块独立性准则的前提下，控制在50行以内。
先让它干起来，再让它快起来
9.6 总体设计文档要求
内容：P204 注意参考国标文档
事物处理 中心 加工途 径
输入 流
9.1 概述——设计过程 设计过程
任务：将DFD转换为 软件结构 步骤：
确定信息流类型； 2) 划定流界； 3) DFD-〉程序结构； 4) 提取层次控制结构； 5) 精化结构。
1)
图示：P208 图9.3 参考右图
9.2 变换分析 变换分析——步骤 步骤1 步骤
步骤三. 确定DFD特性。 例 图9.7 特性。 步骤三 确定 特性
主导地位数据流、支流
步骤四. 划定边界，孤立变换中心。 步骤四 划定边界，孤立变换中心。例 图9.7
9.2 变换分析 变换分析——步骤 步骤5 步骤
面向数据流的设计方法
14
②输出模块旳下属模块旳设计 输出模块旳功能是将调用模块提供旳数据输出。 为每一种输出模块设计两个下层模块：一种是
变换模块，另一种是输出模块。 ③变换模块旳下属模块旳设计
为变换模块设计下属模块没有一定旳规则可循， 此时需研究数据流图中相应加工旳构成情况。
15
§7.3 事务分析 1.事务型程序构造 ⑴构造：
21
⑴找出事务中心和各活动途径 ⑵设计模块构造旳顶层和第一层模块： 首先为事务中心设计一种主模块； 然后为每一条活动途径设计一种事务处理模 块； 最终为输入部分设计一种输入模块，假如各 活动途径是发散旳，则不需设计输出模块， 假如象图中各活动途径又集中到一种加工， 则需设计输出模块。
22
⑶设计中、下层模块 输入模块和输出模块旳下属模块
26
④充分利用多种技巧：扇入和扇出。即扇入越多 越好，而它调用其他旳模块一般不超出7个；模 块旳大小。即相对独立，功能单一，语句不超出 100行；作用范围和控制范围。即要求控制模块 在上层，作用模块在下层且两者不离太远。 ⑤程序构造图：直观清楚，易了解，为后来旳编 程、测试、维护提供了良好旳条件。
3
变换型 ⑴构造：
I
P
O
输入模块I从输入设备或存储器取得数据， 利用处理模块P(加工模块或变换模块)对这些 数据作处理后，最终将成果经过输出模块O 送出到输出设备或存储器。
4
主模块
输入成绩 (五分制)
成绩转换(五分 制→百分制)
输出成绩 (百分制)
5
⑵变种 有多种“主变换”，多种输入数
据，多种输出数据，无“主变换”等。
软件工程-第九章面向数据流的设计方法
10
9.2变换分析
“家庭保安系统”的顶级数据流图
家庭保安系统－传 感器监测子系统的
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11
变换分析
9.2变换分析
复审和精化软件数据流图
精化软件需求规格说明书中的分析模型，直至获得足够详细 的ＤＦＤ。 如，由“传感器监测子系统”的第一级（图9.５的局部）和第 二级（图9.６）ＤＦＤ进 一步推导出第三级数据流图（图9. ７）。
9.4启发式设计策略
设计良好的软件结构通常顶层扇出比较高，中层扇出较少，
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启发式设计策略
9.4启发式设计策略
(３）改造程序结构，使任一模块的作用域在其控制域之内。 模块作用域指，受该模块内部判定影响的所有模块； 模块控制域为其所有下层模块。 图9.
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9.2变换分析
传感器监测子系统输出流部分的程序结构
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9.2变换分析
传感器监测子系统的程序结构“雏形”
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变换分析
9.2变换分析
采用启发式设计策略，精化所得程序结构雏形，改
对于程序结构的雏形，以“模块独立”为指导思想， 对模块或合或拆，旨在追求高内聚、低耦合，易实现、
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37
事务分析
9.3事务分析
分解并精化事务结构以及每条动作路径所对应的结构。
这些子结构是根据流经每一动作路径的数据流特征，采用本 节或上节所述设计步骤导出的。
图9.１８给出了各条动作路径映射后的程序结构。
第九章 面向数据流的设计方法
• 上述七个步骤的目标是给出软件的一个整 体的描述。一旦有了这样的描述，设计人员就 可以从整体角度评价和精化软件的总体结构， 此时修改所需耗费不多，却能够大大低提高软 件质量。
aa b
Read D
A to B .
传出分支的分解
w,u
ME
w
u
w,u
ME
w
u
W
U Write W Put U
v
uvv
V
(1)
U to V Write V
.
(2)
中心加工分支的分解
MT
ep
r
u,w
c,p r
Q
P
R
.
变换分析设计方法
• 7）采用启发式设计策略，精化所得程序结构 雏形，改良软件质量
变换
输入
输出
图 9.1
(2)事务型数据流图
• 事务型数据流(事务流):由于基本系统呈现变换流，所以任意系 统中的信息均可以用变换流刻画。但是如果数据流如图9.2所示， 则称为事务流。此时，单个数据项(事务)沿传入路径(接受通道) 进入系统,由外部形式变换为内部形式后到达事务中心,事务中心 根据数据项计算结果从若干动作路径中选定一条继续执行.
.
面向数据流方法的设计过程
精化数据流图
“事务” 流类型
区分事务中心 和数据接收路径
“变换”
区分输入和 输出分支
映射成事务结构
映射成变换结构
事务分析 用启发式设计规则精化软件结构
导出接口描述和全程数据结构
提取控制结构
面向数据流的设计方法把
面向数据流的设计方法把在面向数据流的设计方法中，数据是系统的核心。
它们在不同的组件之间流动，通过组件之间的连接和交互来实现系统的功能。
这种设计方法将系统的输入、输出和中间过程都看作是数据流，并通过对这些数据流的定义和分析来进行系统设计。
其主要特征包括以下几个方面：首先，面向数据流的设计方法注重数据的流动和传递。
它将系统看作是一个数据处理的流程，通过对数据的处理和转换来实现系统的功能。
在系统设计过程中，需要明确数据的输入和输出，并定义数据流的传递路径和方式。
其次，面向数据流的设计方法注重数据的分析和处理。
在系统设计的过程中，需要对数据进行分析，划分数据流，确定数据的属性和规则，并通过对数据流的处理和转换来实现对数据的加工和分析。
此外，面向数据流的设计方法强调系统的组件和交互。
系统由一系列组件构成，每个组件负责一部分功能。
这些组件之间通过数据流进行连接和交互，通过输入数据流和输出数据流的交互来实现系统的功能。
最后，面向数据流的设计方法注重系统的可扩展性和灵活性。
通过将系统设计为数据流的方式，可以方便地扩展系统功能和调整系统结构。
新增功能可以通过新增组件和修改数据流来实现，而不需要对系统的整体结构进行大规模的改动。
面向数据流的设计方法在实际系统设计和开发中有着广泛的应用。
它可以用于各种类型的系统，包括数据仓库、大数据分析、物联网等。
面向数据流的设计方法能够提高系统的可维护性和可扩展性，降低系统的复杂性，提高开发效率。
总之，面向数据流的设计方法是一种基于数据流动的系统设计思想，通过对数据流的分析和处理来实现系统的功能。
它注重数据流的传递和处理，强调系统的组件和交互，提供了一种可扩展和灵活的系统设计方法。
在实际系统设计和开发中，面向数据流的设计方法具有重要的价值和应用前景。
软件工程中面向数据流的设计方法
9.4.1 Βιβλιοθήκη 发式设计策略5．模块功能应该可预言，避免对模块施加 过多限制。 模块功能可预言指，只要模块的输入数 据相同，其运行产生的输出必然相同， 也就是可以依据其输入数据预测模块的 输出结果。此外，如果设计时对模块中 局部数据的体积，控制流程的选择及外 部接口方式等诸因素限制过多，则以后 为去掉这些限制要增加维护开销。
描述接口和全局 数据结构
复审 通过 详细设计
图9-1-4 面向数据流 的设计
9.2 变换分析
步骤一、复审基本系统模型 基本系统模型指顶级DFD和所有由外部提 供的信息。这一设计步骤是对系统规格说明 书和软件需求规格说明书进行评估。这两个 文档描述软件界面上信息的流程和结构。
9.2 变换分析
步骤二、复审和精化软件数据流图 这一步主要是对软件需求规格说明书中的分析 模型进行精化，直至获得足够详细的DFD。
辅助文档
获得程序结构后，必须开发一系列辅助 文档，作为软件总体设计的组成部分。 主要工作包括： 1）陈述每个模块的处理过程； 2）描述每个模块的界面； 3）根据数据字典定义数据结构； 4）综述设计中所有限制和约束； 5）对概要设计进行复审； 6）对设计进行优化。
9.4.2 设计优化原则
我们努力追求的设计应该是既满足功能和性能 的要求，又符合一般软件设计原理和上述种种 启发式设计原则。 对软件结构的修改越早越好。必要时，可以并 行地开发若干个软件结构，通过评比，求得 “最佳”结果。 简洁的程序结构容易测试、容易维护，应该使 用尽可能少的模块；只要满足信息要求，应该 使用尽可能简单的数据结构。 结构优化是一个精益求精的过程。优化过程可 以在设计的早期，甚至要延续到详细设计乃至 编码阶段。
软件工程
第9章 面向数据流的设计方法
面向数据流设计方法
面向数据流设计方法面向数据流设计方法是一种软件设计方法，它将系统的功能和数据处理看作是一连串的数据流，通过对数据流的定义、分析和优化，来设计和构建高效可靠的软件系统。
这种设计方法的核心是关注数据流和数据处理的过程，强调对数据流的管理和控制。
在面向数据流设计方法中，系统功能被分解为多个数据流，每个数据流都有一个明确的输入和输出。
设计人员需要通过对数据流的分析，确定数据流之间的依赖关系和处理逻辑，以便实现系统的功能。
在设计过程中，可以利用一些工具和技术，如数据流图、流程图、数据字典等，来帮助描述和分析数据流的流转和处理过程。
面向数据流设计方法的优点之一是能够清晰地描述和分析数据流的过程，使设计人员更容易理解系统的功能和数据处理流程。
通过对数据流的定义和分析，可以发现系统中的潜在问题和瓶颈，并进行针对性的优化和改进。
此外，面向数据流设计方法还可以提高系统的可靠性和可维护性，因为它将数据流和数据处理的过程进行了明确的划分和组织，使得系统的不同部分相互独立，易于维护和扩展。
在实际应用中，面向数据流设计方法可以广泛应用于各种软件系统的设计和开发。
例如，在信息系统中，可以使用面向数据流的方法，对数据的流转和处理进行建模和优化，以提高系统的效率和可靠性。
在嵌入式系统中，面向数据流的设计方法可以帮助设计人员对数据流进行分析和建模，以满足系统对数据处理速度和实时性的要求。
在大数据处理系统中，面向数据流的设计方法可以帮助设计人员优化数据的流转和处理，以提高系统的性能和扩展性。
然而，面向数据流设计方法也存在一些挑战和限制。
首先，面向数据流的设计方法需要对系统的功能和数据流进行详细的分析和定义，这需要投入大量的人力和时间。
其次，面向数据流设计方法在处理复杂的系统和大规模数据时，可能会导致数据流的混乱和复杂，难以理解和管理。
此外，面向数据流的设计方法在应对动态和实时数据流时，可能会面临数据处理速度和实时性的挑战，需要采取适当的优化和改进措施。
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物理 输出
特点：具有明确的传入、变换(或称主加 工) 和传出界面的. DFD
事务型数据流图举例
B
L
E
A
I
C
F
H
M
O
D
G
N
.
值得注意的是在大系统的数据流中，变换流和事务流 往往交织在一起。如，在基于事务流的系统中，当信息沿 动作路径流动时，可能呈现变换流的特征，因此，在具体 进行面向数据流的软件设计时，两种方法交叉使用。
变换
输入
输出
图 9.1
(2)事务型数据流图
• 事务型数据流(事务流):由于基本系统呈现变换流，所以任意系 统中的信息均可以用变换流刻画。但是如果数据流如图9.2所示， 则称为事务流。此时，单个数据项(事务)沿传入路径(接受通道) 进入系统,由外部形式变换为内部形式后到达事务中心,事务中心 根据数据项计算结果从若干动作路径中选定一条继续执行.
据流的特性定义两种“映射”，这两种映射能机
械将数据流转换为程序结构。该方法的目标是为
软件结构设计提供一个系统化的途径，使设计人
员对软件有一个整体的认识。
•
本章所描述技术用于概要设计描述，包括模
块、界面和数据结构的定义。理论上讲，任何软
件系统都可以用数据流图表示，面向数据流的设
计方法可用于任一软件系统的开发。该方法对那
SD方法是基于模块化、自顶而下逐步求精、结构化程序设计 等技术发展起来，能够方便地将数据流图转换为软件结构， 其过程分为六步：
(1)分析DFD,精化DFD. (2)确定DFD类型,划定边界. (3)映射为软件结构.把DFD映射到系统模块结构,设计出模块
结构的上层;基于DFD逐步分解高层模块,设计出下层模块. (4)提取层次控制结构. (5)通过设计复审和使用启发式策略进一步精化模块结构. (6)模块接口描述
.
变换分析设计方法
3）确定DFD的特性，判定它为事务流还是变换流
一般来讲，系统内部的信息流总可以用变换流表示，如 果为明显的事务流特性，还应该采用针对事务流的映射方法。 因此，分析人员首先要判定DFD中占主导地位的信息流，并且 确定其特性，然后孤立具有变换特性或者事务特性的支流，这 些支流将用于精化由主导数据流推出的程序结构。
.
面向数据流方法的设计过程
精化数据流图
“事务” 流类型
区分事务中心 和数据接收路径
“变换”
区分输入和 输出分支
映射成事务结构
映射成变换结构
事务分析 用启发式设计规则精化软件结构
导出接口描述和全程数据结构
提取控制结构
复查 详细. 设计
变换分析
SD方法的两种映射过渡方法
变换分析
变换型DFD
初始ห้องสมุดไป่ตู้C
事务分析
Qu
v
UV
.
变换分析设计方法
• 5）执行“一级分解” • 一级分解的目标是导出具有三个层次的程序结
构，顶层为主控模块；底层为模块执行输入、 计算和输出功能；中间层次为控制和协调底层 的工作。即区分逻辑输入、输出和中心变换部 分。 • 在结构图中，方框表示模块，方框内注明 模块名称或主要功能。方框之间的有向边表示 模块间的调用关系。对于变换流可以得到一级 的分解结构图的上两层如下：
些顺序处理信息且不含层次数据结构的系统最为
有效。
.
9.1 基本概念和设计过程
1、基本概念
面向数据流的设计方法(SD)以数据流图为基础， 它定义了把DFD变换成软件结构的不同映射方法.
DFD
映射
(问题结构)
软件系统的结构 (程序结构)
映射方法涉及信息(数据)流的类型.
.
(1)变换型数据流图
• 变换型数据流(变换流):在基本系统模型中信息通常以“外部” 所具有的形式进入系统，经过处理后又以这种形式离开系统， 如图9.1。输入信息流沿传入路径进入系统，同时由外部形式变 换为内部形式，经系统变换中心加工、处理，作为输出信息流 又沿传出路径离开系统,并还原为外部形式.如果数据流图所描述 的信息流具有上述特征,则称作变换流.
事务型DFD
初始SC
.
初始的SC
由变换分 析产生
输入模块
主模块 主加工模块
输出模块
事务控制模块
由事务分 析产生
接受模块 动作发送模块
动作1模块 动作2模块 动作3模块
.
9.2 变换分析
1.变换分析设计方法 变换分析由一系列设计步骤组成，经过这些步骤就能够把
具有变换流特点的数据流图按照事先确定的模式映射成 软件结构。步骤如下： 1）复审基本系统模型 基本系统模型是指顶级数据流图和所有由外部提供的信 息。该步骤是对系统规格说明书进行评估。这两个文档 是描述软件界面上信息的流程和结构。 2）复审和精化软件数据流图 主要是对软件规格说明书中的分析模型进行精化，直至 获得足够详细的数据流图。逐步求精，逐层细化，底层 的加工和数据流都应该进行分解。
.
第一级分解的方法
MC
MA
MT ME
.
第一级分解后的SC
c,e
MA
传入模块
MC
c,e u,w
MT
4）划定输入流和输出流的边界、孤立变换中心
即区分传入、变换中心、传出部分，在 DFD 上标明分界 线,输入和输出流的边界的划分可能因人而异，不同的人员可能 把边界沿着数据通道向前推进或后退一个处理框，不过这对最 后的软件结构影响不大。
.
ab A BC
传入 部分
d
e
DE
变换中心
cr
w
P
pR
W
传出 部分
第九章 面向数据流的设计方法
9.1 基本概念和设计过程 9.2 变换分析 9.3 事务分析 9.4 启发式设计策略 9.5 设计优化原则
•
面向数据流的设计方法，即结构化方法（简
称SD方法），是根据需求阶段对数据流的分析设
计软件结构。数据流主要描绘信息在系统内部加
工和流动的情况，面向数据流的设计方法根据数
事务 T
活动通路
事务中心
图 9.2
变换型 数据流
结构
事务型 数据流
结构
基本模型
传入 部分
传入
变换 中心
变换
接受 部分
接受
事务 中心 事务 分析
.
传出 部分
传出
动作 1
动作 2
动作 3
变换型数据流举例
传入部分
变换中心
传出部分
输入 信息
格式 检查
正确 信息
结果 处理
数据 显示
物理 输入
逻辑 输入
逻辑 输出
传入
变换 传出
T 事务中心
.
根据信息流类型,系统结构特征可归纳为两种典型形式:变换 型结构和事务型结构.其基本模型特征如下:
变换型 结构
输入
变换 输出 中心
由输入、变换 中心和输出三 部分组成
接受 事务型 路径 结构
事务 中心
动 具有在多种事
作 务中选择执行 路 某类事物的能 径力
.
2. 设计过程