程序员绘图指南

原创 2022-10-14 09:33:03 5.4k 阅读 AI写同款

lic721

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软件开发流程图的绘制与解析 流程图（Flowchart）是一种用来表示一系列步骤或操作的图形表示方法，它可以帮助人们理解和跟踪一个过程或系统的逻辑顺序。流程图在多个领域都有广泛的应用，包括软件开发、项目管理、制造业、服务业等。阅读详情

AI摘要

本文系统介绍了软件开发过程中的各类绘图方法，包括结构化分析与设计、面向对象分析与设计的不同阶段所需的各种图表，如DFD数据流图、UML类图、状态图、时序图等，并对比了结构化与面向对象开发方法的特点。

前言

程序员在软件开发中, 不可避免地要绘图, 例如, 经常可以看到软件系统, 会绘制软件架构图.
然而, 在传统软件工程领域, 其实是没有软件架构图的!
传统的软件工程领域, 一般有2种方式来分析设计:

结构化方式(Structure Analysis,SA)
面向对象方式(Object-Oriented Method,OOA)

有的图难以匹配规范, 在传统软件工程中, 就划分为示意图.
不过, 大佬们在传统软件工程领域范围外, 也制定了C4图等新的软件图规范.
下面系统化整理常用的绘图.

一、需求分析阶段

1.结构化分析方法

结构化分析方法的关注点是: 信息的流动,
它认为一切信息系统都是由信息流构成的, 信息流有起点(数据源), 有终点(数据潭), 有中间的加工.

需求分析阶段使用: 数据流图(Data Flow Diagram)

1.1 DFD数据流图

DFD用于描述数据变化, 是结构化方式的核心图.
基本符号有4种, 如下:
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数据流表示了数据的流动.
加工表示了对数据的变换处理.
数据存储表示了数据的静态存储.
数据源表示了数据的起点, 数据潭表示了数据的终点.

示例:
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第一级的DFD称为0层DFD,
继续分解, 得到1层DFD,
同时还要提供数据字典（数据字典是对数据概念的解释）。

完整示例：
0层DFD：
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1层DFD：
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数据字典如下，“{}”表示多个，“|”表示或者：
存折=户名+所号+帐号+开户日+性质+（印密）+1{存取行}50
户名=2{字母}24
所号=“001”…“999” 注：储蓄所编码，规定三位数字
帐号=“00000001”…“99999999” 注：帐号规定由八位数字组成
开户日=年+月+日
性质=“1”…“6” 注：“1“表示普通用户，“5”表示工资户等
印密=“0”
存取行=日期+（摘要）+支出+存入+余额+操作+复核
日期=年+月+日
年=“0000”…“9999”
月=“01”…“12”
日=“01“…“31”
摘要=1{字母}4 注：表明是存还是取
支出=金额
存入=金额
金额=0.01…999999.99
操作=“00001”…“99999” 注：操作、复核是银行职员代码
复合=“00001”…“99999”

2.面向对象分析方法

UML是面向对象方式的经典模型表达工具.

UML图分为静态的和动态的,
静态图, 表达了结构, 有: 类图, 构件图, 部署图, 对象图, 包图, 组合结构图
动态图, 表达了行为, 有: 用况图, 活动图, 状态图, 顺序图, 通信图, 交互概观图, 定时图

本文只介绍实际常用的几个.

2.1 UML-类图

类图(Class diagram)是可视化地表达系统静态结构模型的工具, 包含类、接口、关联、泛化和依赖等关系。
类图是面向对象方式的核心图.
例如，在设计模式中，类图是常见的表达方式。
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如上图所示，
第一行是类名，
第二行是类中的属性，
第三行是类中的方法。

属性和方法前面的+和-表示了可见性：
+表示是public共有
-表示是private私有
#表示是受保护的,只有子类才可访问
~表示是包内的,同一包下才可访问

类之间常见的是以下6种关系, 各种关系的强弱顺序：
泛化=实现> 组合> 聚合> 关联> 依赖

泛化(generalization)
泛化可理解为继承, 示例:
实现(realization)
常见的是接口的实现, 示例:
组合(composition)
组合是紧密聚合, 表达了整体/部分的关系, 但是部分不可脱离整体而单独存在. 示例:

嘴组合于头, 不能没有头的概念而单独存在, 部分指向整体.
聚合(aggregation)
聚合是松散聚合, 表达了整体/部分的关系, 但是部分可脱离整体而单独存在. 示例:

书聚合于图书馆, 书能单独存在, 部分指向整体.
关联(association)
关联表示了拥有的关系,如果A指向B, 说明A类中有B类的成员变量.
可以有箭头(表示单向关联), 也可以无箭头(表示双向关联), 示例:

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依赖(dependency)
依赖表示了使用的关系, 如果A指向B, 说明A在局部使用了B,
一般是局部变量、方法参数和静态方法这样的局部引用。示例：

2.2 UML-状态图

状态图虽然是面向对象方式的, 但是结构化方式一般也会使用它.
状态图是显示一个状态机的图, 强调了从一个状态到另一状态的控制流.
示例:
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2.3 UML-用况图

用况图(use case diagram), 有时也被称为用例图, 是一种表达系统功能模型的图形化工具.
用况图是各个开发阶段都使用的UML图形.
用况图包含6个元素:
1.主题(subject)
主题是由一组用况锁描述的一个类, 通常是一个系统或者子系统, 示例:
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2.用况(use cases)
用况表达了参与者(actor)使用系统的一组动作序列, 描述了系统功能行为, 是集成测试和系统测试的依据.
和结构化方式中的"加工"不同, 加工关注的是数据流, 用况关注的是参与者的交互.
用况示例:
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3.参与者(actor)
参与者表达了一组高内聚的角色, 一般就是系统用户, 示例:
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4.关联(association)
在用况图中, 关联是一种参与关系, 用于连接参与者和用况, 表达了参与者参与一个用况, 示例:
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5.泛化(generalization)
在用况图中, 用况之间有三种关系: 泛化, 扩展, 包含.
泛化类似于继承, 例如, 个人客户和企业客户泛化于客户, 示例:
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6.依赖(dependency)
在用况图中, 用况之间有三种关系: 泛化, 扩展, 包含.
扩展(extend)和包含(include), 属于依赖的变体, 实际业务很少见人用, 示例:
销售人员订货这个用况, 包含了"提供顾客数据"这个用况的行为,
索取货物目录, 有个扩展场景, 就是销售人员订货时来索取
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2.4 UML-时序图

时序图(Sequence Diagram), 也被称为顺序图, 是一种交互图,
由一组对象以及按照时间顺序组织的对象直接的关系组成, 其中还包含对象之间发送的消息.
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对象A调用对象B,
同步调用, 使用实心三角箭头,
返回数据, 使用枝形箭头+虚线,
异步调用, 使用枝形箭头.
注意, DFD中的箭头线表达的是数据流动方向, 时序图中表达的是调用方向, 绘画时容易混淆.

时序图中还有操作子的概念, 用来表达循环、条件、并发执行等控制,
但是实际很少见到, 许多人也看不懂, 感兴趣自己看吧.

3.其他方法

3.1 思维导图

思维导图是表达发散性思维的有效图形思维工具, 用一个中央关键词或想法以辐射线形连接所有的代表字词、想法、任务或其它关联项目的图解方式.
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3.2 泳道图

参照百度经验, 泳道图（Swimlane Diagram），也叫跨职能流程图。旨在分析和展示各个部门在同一任务流程上的不同进程，明确流程环节所属的阶段、流程环节负责人、组织机构或部门。泳道图的名称由来，是流程图中对职能部门的划分像游泳池泳道相类似比拟而来。
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3.3 IT界常用-原型图

原型图是产品的可视化展示图,
传统的软件工程图中, 专注于软件的本质, 重意不重形, 而原型图对于UI交互的直观表达, 弥补了这个缺陷.
它展示了看得见的界面和交互, 对于看不见的逻辑, 要以文字等形式来表达.
例如, processOn中的登录/注册原型图.
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3.4 数据库ER图

E-R图(Entity Relationship Diagram)，提供了表示实体类型、属性和联系的方法，用来描述现实世界的概念模型。
它也是结构化方式常用的图, 面向对象也可以使用它.
本文特指数据库的ER图, 因为一般只有数据库用ER图.

数据库ER图中有3个关系:
1对1（1:1）
1对多（1:N）
多对多（M:N）

实体的表示：方形
属性的表示：椭圆
联系的表示：菱形

示例:
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二、总体设计阶段

1.结构化设计

在总体设计中, 结构化设计方法引入了2个术语: 模块和模块调用.
绘图有多种, 例如: 层次图, HIPO图等,
由于需求阶段采用的是数据流图(DFD),
因此结构化设计的思路是, 自顶向下, 功能分解, 把DFD转化为结构图, 即:

总体设计阶段使用: 模块结构图(Module Structure Diagram)和层次图(也被称为软件结构图)

2种图的区别:
模块结构图: 关心模块间的关系
层次图: 不关心模块间的关系

1.1 MSD模块结构图

模块结构图是针对DFD的细化, 尤其是针对加工的细化,
和DFD类似, 箭头表示了数据的流向,
顶层是模块,
下一层从左到右, 分别是"输入", “变换数据”, “输出”, 示例:
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在初始的模块结构图后, 可以对"变换数据"(即c变换成d)部分, 继续模块分解, 示例:

1.2 层次图（软件结构图）

层次图主要用于描绘软件的层次结构。总体设计常用的是它。
用方框代表模块功能，连线表示模块功能间的调用关系。
示例：
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2.面向对象设计

2.1 UML-类图

参照需求分析阶段, 是各个阶段图的细化

2.2 UML-状态图

参照需求分析阶段, 是各个阶段图的细化

2.3 UML-时序图

参照需求分析阶段, 是各个阶段图的细化

2.4 UML-用况图

参照需求分析阶段, 是各个阶段图的细化

3.其他总体设计

3.1 个人推荐-C4图

C4模型是个理解门槛很低的可视化架构设计模型, 对软件从业者很简洁友好, 这也是我个人推荐的主要理由.
C4是指System Context(系统上下文), Container(容器), Component(组件), Code(代码).
假设从从高空俯瞰软件系统, 系统会从System Context逐渐细化到Code.

外部系统使用灰色背景, 系统本身使用蓝色背景.
注意, C4图中的箭头, 一般表示的是调用, 而不是数据流向