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1、 第 3章 軟 件 工 程 基 礎(chǔ) 3.1 軟件工程基本概念1、軟件的相關(guān)概念 計(jì)算機(jī)軟件是包括程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔的完整集合。軟件的特點(diǎn)包括：軟件是一種邏輯實(shí)體； 軟件的生產(chǎn)與硬件不同，它沒有明顯的制作過程； 軟件在運(yùn)行、使用期間不存在磨損、老化問題； 軟件的開發(fā)、運(yùn)行對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有依賴性，受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的限制，這導(dǎo)致了軟件移植的問題； 軟件復(fù)雜性高，成本昂貴； 軟件開發(fā)涉及諸多的社會(huì)因素。軟件分類：軟件按功能分為應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件、支撐軟件（或工具軟件）。 2、軟件危機(jī)與軟件工程 所謂軟件危機(jī)是泛指在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題。軟件危機(jī)可以歸結(jié)為成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率等

2、問題。軟件工程源自軟件危機(jī)。軟件工程是應(yīng)用于計(jì)算機(jī)軟件的定義、開發(fā)和維護(hù)的一整套方法、工具、文檔、實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)和工序。 軟件工程的主要思想是將工程化原則運(yùn)用到軟件開發(fā)過程，它包括3個(gè)要素：方法、工具和過程。軟件工程過程包含4種基本活動(dòng)：（1）P（Plan）軟件規(guī)格說明。規(guī)定軟件的功能及其運(yùn)行時(shí)的限制。（2）D（Do）軟件開發(fā)。產(chǎn)生滿足規(guī)格說明的軟件。（3）C（Check）軟件確認(rèn)。確認(rèn)軟件能夠滿足用戶提出的要求。（4）A（Action）軟件演進(jìn)。為滿足客戶的變更要求，軟件必須在使用的過程中演進(jìn)。 軟件生命周期：軟件產(chǎn)品從提出、實(shí)現(xiàn)、使用維護(hù)到停止使用退役的過程。 軟件生命周期三個(gè)階段：軟件定義軟件

3、開發(fā)運(yùn)行維護(hù)3、軟件生命周期 軟 件 生 命 周 期 的 主 要 活 動(dòng) 階 段如 下 圖 ： 可 行 性 研 究初 步 項(xiàng) 目 計(jì) 劃需 求 分 析概 要 設(shè) 計(jì)詳 細(xì) 設(shè) 計(jì)實(shí) 現(xiàn)測 試 維 護(hù)使 用退 役 定 義階段開 發(fā)階段維 護(hù)階段 4、軟件工程的目標(biāo)和與原則（1）軟件工程目標(biāo)：在給定成本、進(jìn)度的前提下，開發(fā)出具有有效性、可靠性、可理解性、可維護(hù)性、可重用性、可適應(yīng)性、可移植性、可追蹤性和可互操作性且滿足用戶需求的產(chǎn)品。（2）軟件工程需要達(dá)到的基本目標(biāo)應(yīng)是：付出較低的開發(fā)成本；達(dá)到要求的軟件功能；取得較好的軟件性能；開發(fā)的軟件易于移植；需要較低的維護(hù)費(fèi)用；能按時(shí)完成開發(fā)，及時(shí)交付使用

4、。（3）軟件工程原則：抽象、信息隱蔽、模塊化、局部化、確定性、一致性、完備性和可驗(yàn)證性。 5、軟件開發(fā)工具與軟件開發(fā)環(huán)境(1)軟件開發(fā)工具軟件開發(fā)工具的完善和發(fā)展將促使軟件開發(fā)方法的進(jìn)步和完善，促進(jìn)軟件開發(fā)的高速度和高質(zhì)量。軟件開發(fā)工具的發(fā)展是從單項(xiàng)工具的開發(fā)逐步向集成工具發(fā)展的，軟件開發(fā)工具為軟件工程方法提供了自動(dòng)的或半自動(dòng)的軟件支撐環(huán)境。（2）軟件開發(fā)環(huán)境 軟件開發(fā)環(huán)境（或稱軟件工程環(huán)境）是全面支持軟件開發(fā)全過程的軟件工具的集合。計(jì)算機(jī)輔助軟件工程（CASE，Computer Aided Software Engineering）將各種軟件工具、開發(fā)機(jī)器和一個(gè)存放開發(fā)過程信息的中心數(shù)據(jù)庫組

5、合起來，形成軟件工程環(huán)境。它將極大降低軟件開發(fā)的技術(shù)難度并保證軟件開發(fā)的質(zhì)量。 3.2 結(jié)構(gòu)化分析方法 結(jié)構(gòu)化方法的核心和基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)理論。 1、需求分析需求分析方法有：（1）結(jié)構(gòu)化需求分析方法；（2）面向?qū)ο蟮姆治龇椒?。需求分析的任?wù)就是導(dǎo)出目標(biāo)系統(tǒng)的邏輯模型，解決“做什么”的問題。需求分析一般分為需求獲取、需求分析、編寫需求規(guī)格說明書和需求評審四個(gè)步驟進(jìn)行。 2 結(jié)構(gòu)化分析方法 結(jié)構(gòu)化分析方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)理論在軟件需求分析階段的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化分析方法的實(shí)質(zhì)：著眼于數(shù)據(jù)流，自頂向下，逐層分解，建立系統(tǒng)的處理流程，以數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典為主要工具，建立系統(tǒng)的邏輯模型。結(jié)構(gòu)化分析的常用工

6、具：（1）數(shù)據(jù)流圖；（2）數(shù)據(jù)字典；（3）判定樹；（4）判定表。 2 結(jié)構(gòu)化分析方法 數(shù)據(jù)流圖：描述數(shù)據(jù)處理過程的工具，是需求理解的邏輯模型的圖形表示，它直接支持系統(tǒng)功能建模。下圖是數(shù)據(jù)流圖的基本圖形元素： 加工數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)文件源、潭 數(shù)據(jù)流圖下圖是一個(gè)數(shù)據(jù)流圖的示例： 數(shù)據(jù)字典： 對所有與系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)元素的一個(gè)有組織的列表，以及精確的、嚴(yán)格的定義，使得用戶和系統(tǒng)分析員對于輸入、輸出、存儲(chǔ)成分和中間計(jì)算結(jié)果有共同的理解。數(shù)據(jù)字典的作用是對數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的被命名的圖形元素的確切解釋。數(shù)據(jù)字典是結(jié)構(gòu)化分析方法的核心。 判定樹：從問題定義的文字描述中分清哪些是判定的條件，哪些是判定的結(jié)論，根據(jù)描述材

7、料中的連接詞找出判定條件之間的從屬關(guān)系、并列關(guān)系、選擇關(guān)系，根據(jù)它們構(gòu)造判定樹。判定表：與判定樹相似，當(dāng)數(shù)據(jù)流圖中的加工要依賴于多個(gè)邏輯條件的取值，即完成該加工的一組動(dòng)作是由于某一組條件取值的組合而引發(fā)的，使用判定表描述比較適宜。 3、 軟 件 需 求 規(guī) 格 說 明 書軟件需求規(guī)格說明書是需求分析階段的最后成果，是軟件開發(fā)中的重要文檔之一。軟件需求規(guī)格說明書的特點(diǎn)：（1）正確性；（2）無歧義性；（3）完整性；（4）可驗(yàn)證性；（5）一致性；（6）可理解性；（7）可追蹤性。 3.3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法 1、軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)需求分析主要解決“做什么”的問題，而軟件設(shè)計(jì)主要解決“怎么做”的問題。軟件設(shè)計(jì)主

8、要內(nèi)容包括：軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)、過程設(shè)計(jì)。（按技術(shù)觀點(diǎn)劃分）軟件設(shè)計(jì)分兩步完成，即概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。（按工程管理角度劃分） 3.3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法 1、軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)軟件設(shè)計(jì)的基本原理包括：抽象、模塊化、信息隱蔽和模塊獨(dú)立化。模塊的耦合性和內(nèi)聚性是衡量軟件的模塊獨(dú)立性的兩個(gè)定性指標(biāo)。內(nèi)聚性：是一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素間彼此結(jié)合的緊密程度的度量。耦合性：是模塊間互相連接的緊密程度的度量。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的軟件系統(tǒng)應(yīng)具有高內(nèi)聚、低耦合的特征。 2、總體設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)）和詳細(xì)設(shè)計(jì) （1）總體設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)）軟件概要設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是：1）設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)；3）編寫概要

9、設(shè)計(jì)文檔；4）概要設(shè)計(jì)文檔評審。常用的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具是結(jié)構(gòu)圖，也稱程序結(jié)構(gòu)圖。經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)圖有四種模塊類型：傳入模塊、傳出模塊、變換模塊和協(xié)調(diào)模塊。 （1）總體設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)）程序結(jié)構(gòu)圖的基本圖符：模塊用一個(gè)矩形表示，箭頭表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。在結(jié)構(gòu)圖中還可以用帶注釋的箭頭表示模塊調(diào)用過程中來回傳遞的信息。還可用帶實(shí)心圓的箭頭表示傳遞的是控制信息，空心圓箭心表示傳遞的是數(shù)據(jù)信息。 一般模塊數(shù)據(jù)信息控制信息 程序結(jié)構(gòu)圖的有關(guān)術(shù)語u深度：表示控制的層數(shù)。u上級(jí)模塊、從屬模塊：上、下兩層模塊a和b，且有a調(diào)用b，則a是上級(jí)模塊，b是從屬模塊。u寬度：整體控制跨度（最大模塊數(shù)的層）的表示。u扇入：

10、調(diào)用一個(gè)給定模塊的模塊個(gè)數(shù)。u扇出：一個(gè)模塊直接調(diào)用的其他模塊數(shù)。u原子模塊：樹中位于葉子結(jié)點(diǎn)的模塊。 結(jié)構(gòu)圖的基本形式：基本形式、順序形式、重復(fù)形式、選擇形式。面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法：面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)就是將數(shù)據(jù)流圖變換成結(jié)構(gòu)圖。典型的數(shù)據(jù)流類型有兩種：變換型和事務(wù)型。變換型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由輸入、中心變換、輸出三部分組成。事務(wù)型數(shù)據(jù)流的特點(diǎn)是：接受一項(xiàng)事務(wù)，根據(jù)事務(wù)處理的特點(diǎn)和性質(zhì)，選擇分派一個(gè)適當(dāng)?shù)奶幚韱卧缓蠼o出結(jié)果。 （2）詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)是為軟件結(jié)構(gòu)圖中的每一個(gè)模塊確定實(shí)現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用某種選定的表達(dá)工具表示算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。詳細(xì)設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定實(shí)現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不同于編

11、碼或編程。常用的過程設(shè)計(jì)（即詳細(xì)設(shè)計(jì)）工具有以下幾種：圖形工具：程序流程圖、N-S（方盒圖）、PAD（問題分析圖）和HIPO（層次圖+輸入/處理/輸出圖）。表格工具：判定表。語言工具：PDL（偽碼）：過程設(shè)計(jì)語言，它是用正文形式表示數(shù)據(jù)和處理過程的設(shè)計(jì)工具。 3.4 軟件測試1、軟件測試定義：使用人工或自動(dòng)手段來運(yùn)行或測定某個(gè)系統(tǒng)的過程，其目的在于檢驗(yàn)它是否滿足規(guī)定的需求或是弄清預(yù)期結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間的差別。軟件測試的目的：盡可能地多發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤，不能也不可能證明程序沒有錯(cuò)誤。2、軟件測試方法：靜態(tài)測試和動(dòng)態(tài)測試。靜態(tài)測試包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量。不實(shí)際運(yùn)行軟件，主要通過人

12、工進(jìn)行。動(dòng)態(tài)測試：是基于計(jì)算機(jī)的測試，主要包括白盒測試方法和黑盒測試方法。 （1）白盒測試白盒測試方法也稱為結(jié)構(gòu)測試或邏輯驅(qū)動(dòng)測試。它是根據(jù)軟件產(chǎn)品的內(nèi)部工作過程，檢查內(nèi)部成分，以確認(rèn)每種內(nèi)部操作符合設(shè)計(jì)規(guī)格要求。白盒測試的基本原則：保證所測模塊中每一獨(dú)立路徑至少執(zhí)行一次；保證所測模塊所有判斷的每一分支至少執(zhí)行一次；保證所測模塊每一循環(huán)都在邊界條件和一般條件下至少各執(zhí)行一次；驗(yàn)證所有內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的有效性。白盒測試法的測試用例是根據(jù)程序的內(nèi)部邏輯來設(shè)計(jì)的，主要用軟件的單元測試，主要方法有邏輯覆蓋、基本路徑測試等。 （2）黑盒測試黑盒測試方法也稱為功能測試或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測試。黑盒測試是對軟件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的

13、功能是否滿足需求進(jìn)行測試和驗(yàn)證。黑盒測試主要診斷功能不對或遺漏、接口錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或外部數(shù)據(jù)庫訪問錯(cuò)誤、性能錯(cuò)誤、初始化和終止條件錯(cuò)誤。主要方法有等價(jià)類劃分法、邊界值分析法、錯(cuò)誤推測法等。黑盒測試是程序功能的測試，主要用軟件的確認(rèn)測試。 3、軟件測試過程軟件測試過程一般按4個(gè)步驟進(jìn)行：單元測試集成測試驗(yàn)收測試（確認(rèn)測試）系統(tǒng)測試（1）單元測試單元測試是對軟件設(shè)計(jì)的最小單位模塊（程序單元）進(jìn)行正確性檢測的測試。單元測試的目的是發(fā)現(xiàn)各模塊內(nèi)部可能存在的各種錯(cuò)誤。 （1）單元測試單元測試的依據(jù)是詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書和源程序。單元測試的技術(shù)可以采用靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)測試。對動(dòng)態(tài)測試通常以白盒測試為主，輔之以黑盒

14、測試。在進(jìn)行單元測試時(shí)，要用一些輔助模塊去模擬與被測模塊相聯(lián)系的其他模塊，即為被測模塊設(shè)計(jì)和搭建驅(qū)動(dòng)模塊和樁模塊。驅(qū)動(dòng)模塊相當(dāng)于被測模塊的主程序，它接收測試數(shù)據(jù)，并傳給被測模塊，輸出實(shí)際測試結(jié)果；樁模塊是模擬其他被調(diào)用模塊，不必將子模塊的所有功能帶入。 （2）集成測試集成測試是測試和組裝軟件的過程。它是把模塊在按照設(shè)計(jì)要求組裝起來的同時(shí)進(jìn)行測試，主要目的是發(fā)現(xiàn)與接口有關(guān)的錯(cuò)誤。集成測試的依據(jù)是總體設(shè)計(jì)說明書。集成測試所涉及的內(nèi)容包括：軟件單元的接口測試全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)測試邊界條件和非法輸入的測試等 （3）確認(rèn)測試確認(rèn)測試的任務(wù)是驗(yàn)證軟件的功能和性能及其他特性是否滿足需求規(guī)格說明中確定的各種需求，以

15、及軟件配置是否完全、正確。（4）系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試是將通過確認(rèn)測試的軟件，作為整個(gè)基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)元素，與計(jì)算機(jī)硬件、外設(shè)、支持軟件、數(shù)據(jù)和人員等其他系統(tǒng)元素組合在一起，在實(shí)際運(yùn)行（使用）環(huán)境下對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一系列的集成測試和確認(rèn)測試。 3.5 程序的調(diào)試程序調(diào)試的任務(wù)是診斷和改正程序中的錯(cuò)誤，主要在開發(fā)階段進(jìn)行。（注意與軟件測試區(qū)分）程序調(diào)試的基本步驟：（1）錯(cuò)誤定位；（2）修改設(shè)計(jì)和代碼，以排除錯(cuò)誤；（3）進(jìn)行回歸測試，防止引進(jìn)新的錯(cuò)誤。軟件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試主要是指通過人的思維來分析源程序代碼和排錯(cuò)，是主要的調(diào)試手段，而動(dòng)態(tài)調(diào)試是輔助靜態(tài)調(diào)試。對軟件主要的調(diào)試方法可以采用：（1）強(qiáng)行排錯(cuò)法；（2）回溯法；（3）原因排除法。