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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3.2 結(jié) 構(gòu) 化 分 析 方 法3.3 結(jié) 構(gòu) 化 設(shè) 計 方 法3.4 軟 件 測 試3.5 程 序 的 調(diào) 試 1. 軟 件 定 義 與 軟 件 特 點 2. 軟 件 危 機 與 軟 件 工 程3. 軟 件 工 程 過 程 與 軟 件 生 命 周 期4. 軟 件 工 程 的 目 標 和 與 原 則3.1 軟件工程基本概念 軟 件 定 義 與 軟 件 特 點 計 算 機 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 包 括 ：（ 1） 軟 件 是 一 種 邏 輯 實 體 ；（

2、 2） 軟 件 的 生 產(chǎn) 與 硬 件 不 同 ， 它 沒 有 明 顯 的 制 作 過 程 ；（ 3） 軟 件 在 運 行 、 使 用 期 間 不 存 在 磨 損 、 老 化 問 題 ；（ 4） 軟 件 的 開 發(fā) 、 運 行 對 計 算 機 系 統(tǒng) 具 有 依 賴 性 ， 受 計 算機 系 統(tǒng) 的 限 制 ， 這 導(dǎo) 致 了 軟 件 移 植 的 問 題 ；（ 5） 軟 件 復(fù) 雜 性 高 ， 成 本 昂 貴 ；（ 6） 軟 件 開 發(fā) 涉 及 諸 多 的 社 會 因 素 。 軟 件 危 機 與 軟 件 工 程 軟 件 危 機 泛 指 在 計 算 機 軟 件 開 發(fā) 和 維 護 過 程 中 所

3、遇 到 的 一 系 列 嚴 重 問 題 ， 主 要 表 現(xiàn) 為 成 本 、 質(zhì) 量 、生 產(chǎn) 率 等 問 題 。 軟 件 工 程 定 義 ： 軟 件 工 程 是 應(yīng) 用 于 計 算 機 軟 件 的 定 義 、 開 發(fā) 和 維 護 的一 整 套 方 法 、 工 具 、 文 檔 、 實 踐 標 準 和 工 序 。 （ GB） 軟 件 工 程 是 建 立 并 使 用 完 善 的 工 程 化 原 則 ， 以 較 經(jīng) 濟的 手 段 獲 得 能 在 實 際 機 器 上 有 效 運 行 的 可 靠 軟 件 的 一系 列 方 法 。 （ Fritz Bauer) 將 系 統(tǒng) 化 的 、 規(guī) 范 的 、 可 度

4、 量 的 方 法 應(yīng) 用 于 軟 件 的 開發(fā) 、 運 行 和 維 護 的 過 程 ， 即 將 工 程 化 應(yīng) 用 于 軟 件 中 。（ IEEE） 軟 件 工 程 包 括 3個 要 素 ： 方 法 （ 完 成 軟 件 工 程 項 目 的 技術(shù) 手 段 ） 、 工 具 （ 支 持 軟 件 的 開 發(fā) 、 管 理 、 文 檔 生 成 ）和 過 程 （ 支 持 軟 件 開 發(fā) 的 各 環(huán) 節(jié) 的 控 制 、 管 理 ） 。 軟 件 工 程 過 程軟 件 工 程 過 程 是 把 輸 入 轉(zhuǎn) 化 為 輸 出 的 一 組 彼 此 相 關(guān) 的 資 源 和 活動 .軟 件 工 程 過 程 是 指 為 獲 得

5、 軟 件 產(chǎn) 品 ， 在 軟 件 工 具 支 持 下 由 軟 件工 程 師 完 成 的 一 系 列 軟 件 工 程 活 動 。 基 于 這 個 層 面 ， 軟 件 工 程過 程 通 常 包 含 4種 基 本 活 動 ： （ 1） Plan軟 件 規(guī) 格 說 明 ； （ 2） Do軟 件 開 發(fā) ； （ 3） Check軟 件 確 認 ； （ 4） Action軟 件 演 進 。從 軟 件 開 發(fā) 的 觀 點 ， 軟 件 工 程 過 程 就 是 使 用 適 當(dāng) 的 資 源 （ 包 括人 員 、 硬 軟 件 工 具 、 時 間 等 ） ， 為 開 發(fā) 軟 件 進 行 的 一 組 開 發(fā) 活動 ，

6、在 過 程 結(jié) 束 時 將 輸 入 （ 用 戶 要 求 ） 轉(zhuǎn) 化 為 輸 出 （ 軟 件 產(chǎn) 品 ） 軟 件 生 命 周 期軟 件 生 命 周 期 ： 軟 件 產(chǎn) 品 從 提 出 、 實 現(xiàn) 、 使 用 維 護 到 停 止 使用 退 役 的 過 程 。軟 件 生 命 周 期 三 個 階 段 :軟 件 定 義 、 軟 件 開 發(fā) 、 運 行 維 護 ， 主要 活 動 階 段 是 ：（ 1） 可 行 性 研 究 與 計 劃 制 定 ；（ 2） 需 求 分 析 ；（ 3） 軟 件 設(shè) 計 ；（ 4） 軟 件 實 現(xiàn) ；（ 5） 軟 件 測 試 ；（ 6） 運 行 和 維 護 。 軟 件 工 程 的

7、 目 標 和 與 原 則目 標 ： 在 給 定 成 本 、 進 度 的 前 提 下 ， 開 發(fā) 出 具 有 有 效性 、 可 靠 性 、 可 理 解 性 、 可 維 護 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 ?；?本 目 標 ： 付 出 較 低 的 開 發(fā) 成 本 ； 達 到 要 求 的 軟 件 功能 ； 取 得 較 好 的 軟 件 性 能 ； 開 發(fā) 軟 件 易 于 移 植 ； 需 要較 低 的 費 用 ； 能 按 時 完 成 開 發(fā) ， 及 時 交 付 使 用 ?；?本 原 則 ： 抽

8、 象 、 信 息 隱 蔽 、 模 塊 化 、 局 部 化 、 確 定性 、 一 致 性 、 完 備 性 和 可 驗 證 性 。 軟 件 工 程 的 理 論 和 技 術(shù) 性 研 究 的 內(nèi) 容軟 件 工 程 的 理 論 和 技 術(shù) 性 研 究 的 內(nèi) 容 主 要 包 括 ： 軟 件開 發(fā) 技 術(shù) 和 軟 件 工 程 管 理 。軟 件 開 發(fā) 技 術(shù) 包 括 ： 軟 件 開 發(fā) 方 法 學(xué) 、 開 發(fā) 過 程 、 開 發(fā) 工具 和 軟 件 工 程 環(huán) 境 。軟 件 工 程 管 理 包 括 ： 軟 件 管 理 學(xué) 、 軟 件 工 程 經(jīng) 濟 學(xué) 、 軟 件心 理 學(xué) 等 內(nèi) 容 。v軟 件 管 理

9、學(xué) 包 括 人 員 組 織 、 進 度 安 排 、 質(zhì) 量 保 證 、 配置 管 理 、 項 目 計 劃 等 。 軟 件 開 發(fā) 工 具 與 軟 件 開 發(fā) 環(huán) 境 軟 件 開 發(fā) 工 具軟 件 開 發(fā) 方 法 的 有 效 實 施 必 須 得 到 相 應(yīng) 工 具 的 支 持 ，否 則 方 法 將 難 以 有 效 實 施 。 軟 件 開 發(fā) 環(huán) 境軟 件 開 發(fā) 環(huán) 境 或 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 集 合 。 這 些 軟 件 工 具 按 照 一 定 的方 法 或 模 式 組 合 起 來 ， 支 持 軟 件 生 命 周 期 內(nèi) 的

10、各 個階 段 和 各 項 任 務(wù) 的 完 成 。 計 算 機 輔 助 軟 件 工 程 （ CASE）CASE將 各 種 軟 件 工 具 、 開 發(fā) 機 器 和 一 個 存 放 開 發(fā)過 程 信 息 的 中 心 數(shù) 據(jù) 庫 組 合 起 來 ， 形 成 軟 件 工 程 環(huán) 境 。 軟 件 開 發(fā) 方 法 是 軟 件 開 發(fā) 過 程 所 遵 循 的 方 法 和 步 驟 ， 其 目的 在 于 有 效 得 到 一 些 工 作 產(chǎn) 品 ， 即 程 序 和 文 檔 ， 并 且滿 足 質(zhì) 量 要 求 。軟 件 開 發(fā) 方 法 包 括 分 析 方 法 、 設(shè) 計 方 法 和 程 序 設(shè) 計 方 法結(jié)構(gòu)化分析方法

11、 需 求 分 析軟 件 需 求 是 指 用 戶 對 軟 件 在 功 能 ,行 為 ,性 能 ,設(shè) 計 約 束 等方 面 的 期 望 .IEEE定 義 ： 用 戶 解 決 問 題 或 達 到 目 標 所 需 的 條 件 或 權(quán) 能 系 統(tǒng) 或 系 統(tǒng) 部 件 要 滿 足 合 同 、 標 準 、 規(guī) 范 或 其 他 正 式規(guī) 定 文 檔 所 需 具 有 的 條 件 或 權(quán) 能 ； 一 種 反 映 、 所 描 述 的 條 件 或 職 能 的 文 檔 說 明 。需 求 分 析 階 段 的 工 作 需 求 獲 取 需 求 分 析 編 寫 需 求 規(guī) 格 說 明 書 需 求 評審 需 求 分 析 方 法需

12、 求 分 析 方 法 有 （ 1） 結(jié) 構(gòu) 化 需 求 分 析 方 法 ； 面 向 數(shù) 據(jù) 流 (SAStructured analysis),面 向 數(shù) 據(jù)結(jié) 構(gòu) (JSDJackson system development method),面向 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 的 結(jié) 構(gòu) 化 數(shù) 據(jù) 系 統(tǒng) 開 發(fā) 方 法 (DSSDData structured system development method) （ 2） 面 向 對 象 的 分 析 的 方 法 （ OOAObject-Oriented method)。 從 需 求 分 析 建 立 的 模 型 的 特 性 來 分 靜 態(tài) 分 析 動

13、態(tài) 分 析 結(jié) 構(gòu) 化 分 析 方 法結(jié) 構(gòu) 化 分 析 方 法 的 實 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 具 （ 1） 數(shù) 據(jù) 流 圖 （ DFDData Flow Diagram) （ 2） 數(shù) 據(jù) 字 典 (DD) （ 3） 判 定 樹 （ 4） 判 定 表 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

14、 ， 它 直 接 支 持 系 統(tǒng) 的 功 能 建 模 。 圖 形 元 素 建 立 數(shù) 據(jù) 流 圖 的 步 驟 ： 由 外 向 里 ： 先 畫 系 統(tǒng) 的 輸 入 輸 出 ， 再 畫 系 統(tǒng) 的 外 部 自 頂 向 下 ： 順 序 完 成 頂 層 、 中 間 層 、 底 層 數(shù) 據(jù) 流 圖 逐 層 分 解 。 數(shù) 據(jù) 字 典 數(shù) 據(jù) 字 典 是 結(jié) 構(gòu) 化 分 析 的 核 心 數(shù) 據(jù) 字 典 的 作 用 是 對 DFD中 出 現(xiàn) 的 被 命 名 的 圖 形 元 素 的確 切 解 釋 通 常 數(shù) 據(jù) 字 典 包 含 的 信 息 有 ： 名 稱 、 別 名 、 何 處 使 用 /如 何 使 用 、

15、內(nèi) 容 描 述 、 補 充 信 息 等 在 數(shù) 據(jù) 字 典 的 編 制 過 程 中 ， 常 使 用 定 義 方 式 描 述 數(shù) 據(jù)結(jié) 構(gòu) 需 求 分 析 階 段 的 最 后 成 果 -軟 件 需 求 規(guī) 格 說 明 書軟 件 需 求 規(guī) 格 說 明 書 的 特 點 ：（ 1） 正 確 性 ；（ 2） 無 岐 義 性 ；（ 3） 完 整 性 ；（ 4） 可 驗 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 方 法軟 件 設(shè) 計 是 開 發(fā) 階 段 最 重 要 的 步 驟 ， 是 將 需 求 準 確 地轉(zhuǎn) 化 為 完 整 的

16、 軟 件 產(chǎn) 品 或 系 統(tǒng) 的 唯 一 途 徑 。從 工 程 管 理 角 度 來 看 ， 軟 件 設(shè) 計 分 為 概 要 設(shè) 計 和 詳 細設(shè) 計 。 概 要 設(shè) 計 :確 定 軟 件 體 系 結(jié) 構(gòu) ,系 統(tǒng) 級 接 口 ,全 局 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 或 數(shù) 據(jù) 庫 模 式 . 詳 細 設(shè) 計 :確 立 模 塊 的 實 現(xiàn) 算 法 和 局 部 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) . 衡 量 軟 件 模 塊 獨 立 性 的 標 準衡 量 軟 件 模 塊 獨 立 性 使 用 耦 合 性 和 內(nèi) 聚 性 兩 個 定 性 的 度 量標 準 。在 程 序 結(jié) 構(gòu) 中 各 模 塊 的 內(nèi) 聚 性 越 強 ， 則 耦 合 性

17、越 弱 。 優(yōu) 秀軟 件 應(yīng) 高 內(nèi) 聚 ， 低 耦 合 。 功 能 內(nèi) 聚 非 直 接 耦 合 序 列 內(nèi) 聚 數(shù) 據(jù) 耦 合 通 信 內(nèi) 聚 標 記 耦 合 內(nèi) 聚 過 程 內(nèi) 聚 耦 合 控 制 耦 合 時 間 內(nèi) 聚 外 部 耦 合 邏 輯 內(nèi) 聚 公 共 耦 合 偶 然 內(nèi) 聚 內(nèi) 容 耦 合 軟 件 概 要 設(shè) 計 的 基 本 任 務(wù)（ 1） 設(shè) 計 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 ；（ 3） 編 寫 概 要 設(shè) 計 文 檔 ； （ 4） 概 要 設(shè) 計 文 檔 評 審 。常 用 的 軟 件 設(shè) 計 工 具 是 結(jié) 構(gòu) 圖 （ SCStr

18、ucture Chart)。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 。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 。 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 是 ： 接 受 一 項 事 務(wù) ， 根 據(jù) 事 務(wù)處 理 的 特 點 和 性 質(zhì) ， 選 擇 分 派 一 個 適 當(dāng) 的 處 理

19、 單 元 ，然 后 給 出 結(jié) 果 。面 向 數(shù) 據(jù) 流 的 設(shè) 計 方 法 詳 細 設(shè) 計 是 為 軟 件 結(jié) 構(gòu) 圖 中 的 每 一 個 模 塊 確 定 實 現(xiàn)算 法 和 局 部 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) ， 用 某 種 選 定 的 表 達 工 具 表 示算 法 和 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 的 細 節(jié) 。常 見 的 過 程 設(shè) 計 工 具 有 ： 圖 形 工 具 （ 程 序 流 程圖 ,N-S,PAD,HIPO） 、 表 格 工 具 （ 判 定 表 ） 、 語 言工 具 （ PDL） 。 詳 細 設(shè) 計 3.4 軟 件 測 試軟 件 測 試 定 義 ： 使 用 人 工 或 自 動 手 段 來 運 行 或 測

20、 定某 個 系 統(tǒng) 的 過 程 ， 其 目 的 在 于 檢 驗 它 是 否 滿 足 規(guī) 定的 需 求 或 是 弄 清 預(yù) 期 結(jié) 果 與 實 際 結(jié) 果 之 間 的 差 別 。軟 件 測 試 的 目 的 ： 發(fā) 現(xiàn) 錯 誤 而 執(zhí) 行 程 序 的 過 程 。一 個 好 的 測 試 用 例 是 指 很 可 能 找 到 迄 今 為 止 尚 未 發(fā)現(xiàn) 的 錯 誤 的 用 例 ； 一 個 成 功 的 測 試 是 發(fā) 現(xiàn) 了 至 今 尚未 發(fā) 現(xiàn) 的 錯 誤 的 測 試 。 軟 件 測 試 方 法 ： 靜 態(tài) 測 試 和 動 態(tài) 測 試 。 靜 態(tài) 測 試 包 括 代 碼 檢 查 、 靜 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 分

21、 析 、 代 碼 質(zhì) 量 度 量 。不 實 際 運 行 軟 件 ， 主 要 通 過 人 工 進 行 。 動 態(tài) 測 試 ： 是 基 本 計 算 機 的 測 試 ， 主 要 包 括 白 盒 測 試 方 法和 黑 盒 測 試 方 法 。 白 盒 測 試 ： 在 程 序 內(nèi) 部 進 行 ， 主 要 用 于 完 成 軟 件 內(nèi) 部 操 作的 驗 證 。 主 要 方 法 有 邏 輯 覆 蓋 、 基 本 基 路 徑 測 試 。 黑 盒 測 試 ： 主 要 診 斷 功 能 不 對 或 遺 漏 、 界 面 錯 誤 、 數(shù) 據(jù) 結(jié)構(gòu) 或 外 部 數(shù) 據(jù) 庫 訪 問 錯 誤 、 性 能 錯 誤 、 初 始 化 和

22、 終 止 條 件 錯 ，用 于 軟 件 確 認 。 主 要 方 法 有 等 價 類 劃 分 法 、 邊 界 值 分 析 法 、錯 誤 推 測 法 、 因 果 圖 等 。軟 件 測 試 方 法 軟 件 測 試 過 程 一 般 按 4個 步 驟 進 行 ：單 元 測 試 -模 塊 測 試集 成 測 試 -增 量 與 非 增 量 方 式驗 收 測 試 驗 證 軟 件 的 功 能 和 性 能 是 否 滿 足 需 求系 統(tǒng) 測 試 軟 件 測 試 過 程 驅(qū) 動 模 塊被 測 單 元樁 模 塊 樁 模 塊 程 序 調(diào) 試 的 任 務(wù) 是 診 斷 和 改 正 程 序 中 的 錯 誤 ， 主要 在 開 發(fā)

23、階 段 進 行 。程 序 調(diào) 試 的 基 本 步 驟 ：（ 1） 錯 誤 定 位 ；（ 2） 修 改 設(shè) 計 和 代 碼 ， 以 排 除 錯 誤 ；（ 3） 進 行 回 歸 測 試 ， 防 止 引 進 新 的 錯 誤 。3 5 程 序 的 調(diào) 試 軟 件 調(diào) 試 可 分 表 靜 態(tài) 調(diào) 試 和 動 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 ，是 主 要 的 設(shè) 計 手 段 ， 而 動 態(tài) 調(diào) 試 是 輔 助 靜 態(tài) 調(diào) 試 。主 要 調(diào) 試 方 法 有 ：（ 1） 強 行 排 錯 法 ；（ 2） 回 溯 法 ； （ 3） 原 因 排 除 法 。 軟 件 調(diào) 試 的 方 法