细数软件工程各阶段必不可少的那些图

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一、前言

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软件工程中规定，软件生命周期由软件定义、软件开发和运行维护（也称为软件维护）3个时期组成，每一个时期又进一步划分为若干个阶段。

• 软件定义时期包括问题定义、可行性研究、需求分析三个阶段。

• 软件开发时期包括总体设计、详细设计、编码和单元测试、综合测试四个阶段。

• 软件维护时期只包括软件维护这一个阶段。

二、可行性研究

2.1 系统流程图

系统流程图是概括地描绘物理系统的传统工具。它的基本思想是用图形符 以黑盒子形式描绘组成系统的每个部件（程序、文档、数据库、人工过程等）。系统流程图表达的数据在系统各部件之间流动的情况，而不是对数据进行加工处理的控制过程，因此尽管系统流程图的某些符 和程序流程图的符 形式相同，但是它却是物理数据流图而不是程序流程图。

符

当以概括的方式抽象的描绘一个实际系统时，仅仅使用图2.1中列出的基本符 就足够了。当需要更具体地描绘一个物理系统时还需要使用图2.2中列出的系统符 ，利用这些符 可以把一个广义的输入输出操作具体化为读写存储在特殊设备上的文件（或数据库），把抽象处理具体化为特定的程序或手工操作等。

用法

分层

面对复杂的系统时，一个比较好的方法是分层次地描绘这个系统。首先用一张高层次的系统流程图描绘系统总体概貌，表明系统的关键功能。然后分别把每个关键功能扩展到适当的详细程度，画在单独的一页纸上。这种分层次的描绘方法便于阅读者按从抽象到具体的过程逐步深入地了解一个复杂的系统。

2.2 数据流图

数据流图（DFD）是一种图形化技术，它描绘信息流和数据从输入移动到输出的过程中所经受的变换。在数据流图中没有任何具体的物理部件，它只是描绘数据在软件中流动和被处理的逻辑过程。数据流图是系统逻辑功能的图形表示，即使不是专业的计算机技术人员也容易理解它，因此是分析员与用户之间极好的通信工具。此外，设计数据流图时只需要考虑系统必须完成的基本逻辑功能，完全不需要考虑样具体的实现这些功能，所以它也是今后进行软件设计的很好的出发点。

符

三、需求分析

3.1 实体-联系图

为了把用户的数据要求清楚、准确地描述出来，系统分析员通常建立一个概念性的数据模型（也称为信息模型）。概念性数据模型是一种面向问题的数据模型，是按照用户的观点对数据建立的模型。它描述了从用户角度看到的数据，它反映了用户的现实环境，而且与在软件系统中的实现方法无关。数据模型中包含 3 种相互关联的信息：数据对象、数据对象的属性及数据对象彼此间相互连接的关系。

通常，使用实体-联系图（entity-relationship diagram）来建立数据模型。可以把实体-联系图简称为 ER 图，相应地可把用 ER 图描绘的数据模型称为 ER 模型。

符

ER 图中包含了实体、关系和属性 3 种基本成分，通常用矩形框代表实体，用连接相关实体的菱形框表示关系，用椭圆形或圆角矩形表示实体（或关系）的属性，并用直线把实体（或关系）与其属性连接起来。

例子

例子

3.4 Warnier图

法国计算机科学家 Warnier 提出了表示信息层次结构的另外一种图形工具— Warnier 图。和层次方框图类似，Warnier 图也用树形结构描绘信息，但是这种图形工具比层次方框图提供了更丰富的描绘手段。

用 Warnier 图可以表明信息的逻辑组织，也就是说，它可以指出一类信息或一个信息元素是重复出现的，也可以表示特定信息在某一类信息中是有条件地出现的。因为重复和条件约束是说明软件处理过程的基础，所以很容易把 Warnier 图转变成软件设计的工具。

例子

四、总体设计

4.1 层次图

层次图用来描绘软件的层次结构。层次图中的一个矩形框代表一个模块，方框间的连线表示调用关系而不像层次方框图那样表示组成关系。

例子

4.3 结构图

Yourdon 提出的结构图是进行软件结构设计的另一个有力工具。结构图和层次图类似，也是描绘软件结构的图形工具，图中一个方框代表一个模块，框内注明模块的名字或主要功能；方框之间的箭头（或直线）表示模块的调用关系。

在结构图中通常还用带注释的箭头表示模块调用过程中来回传递的信息。如果希望进一步标明传递的信息是数据还是控制信息，则可以利用注释箭头尾部的形状来区分：尾部是空心圆表示传递的是数据，实心圆表示传递的是控制信息。

例子

五、详细设计

5.1 程序流程图

程序流程图又称为程序框图，它是历史最悠久、使用最广泛的描述过程设计的方法，然而它也是用得最混乱的一种方法。

从20世纪40年代末到70年代中期，程序流程图一直是软件设计的主要工具。它的主要优点是对控制流程的描绘很直观，便于初学者掌握。由于程序流程图历史悠久，为最广泛的人所熟悉，尽管它有种种缺点，许多人建议停止使用它，但至今仍在广泛使用着。不过总的趋势是越来越多的人不再使用程序流程图了。

程序流程图的主要缺点如下。

1. 程序流程图本质上不是逐步求精的好工具，它诱使程序员过早地考虑程序的控制流程，而不去考虑程序的全局结构。
2. 程序流程图中用箭头代表控制流，因此程序员不受任何约束，可以完全不顾结构程序设计的精神，随意转移控制。
3. 程序流程图不易表示数据结构。

符

5.2 盒图

出于要有一种不允许违背结构程序设计精神的图形工具的考虑，Nassi 和 Shneiderman 提出了盒图，又称为 N-S 图。它有下述特点。

1. 功能域（即，一个特定控制结构的作用域）明确，可以从盒图上一眼就看出来。
2. 不可能任意转移控制。
3. 很容易确定局部和全程数据的作用域。
4. 很容易表现嵌套关系，也可以表示模块的层次结构。

符

优点

PAD图的主要优点如下：

1. 使用表示结构化控制结构的 PAD 符 所设计出来的程序必然是结构化程序。
2. PAD 图所描绘的程序结构十分清晰。图中最左面的竖线是程序的主线，即第一层结构。随着程序层次的增加，PAD 图逐渐向右延伸，每增加一个层次，图形向右扩展一条竖线。PAD 图中竖线的总条数就是程序的层次数。
3. 用 PAD 图表现程序逻辑，易读、易懂、易记。PAD图是二维树形结构的图形，程序从图中最左竖线上端的结点开始执行，自上而下，从左向右顺序执行，遍历所有结点。
4. 容易将 PAD 图转换成高级语言源程序，这种转换可用软件工具自动完成，从而可省去人工编码的工作，有利于提高软件可靠性和软件生产率。
5. 即可用于表示程序逻辑，也可用于描绘数据结构。
6. PAD 图的符 支持自顶向下、逐步求精方法的使用。开始时设计者可以定义一个抽象的程序，随着设计工作的深入而使用 def 符 逐步增加细节，直至完成详细设计。

例子

5.5 判定树

判定表虽然能清晰地表示复杂的条件组合与应做的动作之间的对应关系，但其含义却不是一眼就能看出来的。

判定树是判定表的变种，它也能清晰地表示复杂的条件组合与应做的动作之间的对应关系.

例子

六、后记

参考资料

《软件工程导论》