第3章軟件工程基礎(chǔ)

1、考點(diǎn)1 軟件工程基本概念【考點(diǎn)精講】1軟件定義與軟件特點(diǎn)軟件指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一部分，包括程序、數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔的完整集合。程序是軟件開(kāi)發(fā)人員根據(jù)用戶需求開(kāi)發(fā)的、用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述的、適合計(jì)算機(jī)執(zhí)行的指令序列。數(shù)據(jù)是使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。文檔是與程序的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用有關(guān)的圖文資料?？梢?jiàn)，軟件由兩部分組成：（1）機(jī)器可執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)；（2）機(jī)器不可執(zhí)行的，與軟件開(kāi)發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)、使用等有關(guān)的文檔。根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)的不同，軟件可分應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件和支撐軟件（或工具軟件）。名稱描述應(yīng)用軟件為解決特定領(lǐng)域的應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)軟件計(jì)算機(jī)管理自身資源，提高計(jì)算機(jī)使用效率并為計(jì)

2、算機(jī)用戶提供各種服務(wù)的軟件支撐軟件（或工具軟件）支撐軟件是介于兩者之間，協(xié)助用戶開(kāi)發(fā)軟件的工具性軟件2軟件工程為了擺脫軟件危機(jī)，提出了軟件工程的概念。軟件工程學(xué)是研究軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)的普遍原理與技術(shù)的一門(mén)工程學(xué)科。所謂軟件工程是指，采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法指導(dǎo)軟件的開(kāi)發(fā)與維護(hù)。軟件工程學(xué)的主要研究對(duì)象包括軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)的技術(shù)、方法、工具和管理等方面。軟件工程包括3個(gè)要素：方法、工具和過(guò)程。名稱描述方法方法是完成軟件工程項(xiàng)目的技術(shù)手段工具工具支持軟件的開(kāi)發(fā)、管理、文檔生成過(guò)程過(guò)程支持軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)的控制、管理考點(diǎn)2 軟件生命周期【考點(diǎn)精講】1軟件生命周期概念軟件產(chǎn)品從提出、實(shí)現(xiàn)、使用維

3、護(hù)到停止使用退役的過(guò)程稱為軟件生命周期。一般包括可行性分析研究與需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試、交付使用以及維護(hù)等活動(dòng)，如圖31所示。軟件生命周期分為3個(gè)時(shí)期共8個(gè)階段，（1）軟件定義期：包括問(wèn)題定義、可行性研究和需求分析3個(gè)階段；（2）軟件開(kāi)發(fā)期：包括概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測(cè)試4個(gè)階段；（3）運(yùn)行維護(hù)期：即運(yùn)行維護(hù)階段。圖3-1 軟件生命周期軟件生命周期各個(gè)階段的活動(dòng)可以有重復(fù)，執(zhí)行時(shí)也可以有迭代，如圖3-1所示。2軟件生命周期各階段的主要任務(wù) 在圖3-1中的軟件生命周期各階段的主要任務(wù)是：任務(wù)描述問(wèn)題定義確定要求解決的問(wèn)題是什么可行性研究與計(jì)劃制定決定該問(wèn)題是否存在一個(gè)可行的解決辦法，指定

4、完成開(kāi)發(fā)任務(wù)的實(shí)施計(jì)劃需求分析對(duì)待開(kāi)發(fā)軟件提出需求進(jìn)行分析并給出詳細(xì)定義。編寫(xiě)軟件規(guī)格說(shuō)明書(shū)及初步的用戶手冊(cè)，提交評(píng)審軟件設(shè)計(jì)通常又分為概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，給出軟件的結(jié)構(gòu)、模塊的劃分、功能的分配以及處理流程。這階段提交評(píng)審的文檔有概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和測(cè)試計(jì)劃初稿軟件實(shí)現(xiàn)在軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上編寫(xiě)程序。這階段完成的文檔有用戶手冊(cè)、操作手冊(cè)等面向用戶的文檔，以及為下一步作準(zhǔn)備而編寫(xiě)的單元測(cè)試計(jì)劃軟件測(cè)試在設(shè)計(jì)測(cè)試用例的基礎(chǔ)上，檢驗(yàn)軟件的各個(gè)組成部分。編寫(xiě)測(cè)試分析報(bào)告運(yùn)行維護(hù)將已交付的軟件投入運(yùn)行，同時(shí)不斷的維護(hù)，進(jìn)行必要而且可行的擴(kuò)充和刪改考點(diǎn)3 軟件設(shè)計(jì)基本概念【考點(diǎn)精講】從技術(shù)

5、觀點(diǎn)上看，軟件設(shè)計(jì)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(guò)程設(shè)計(jì)。（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定義軟件系統(tǒng)各主要部件之間的關(guān)系；（2）數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)將分析時(shí)創(chuàng)建的模型轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義；（3）接口設(shè)計(jì)是描述軟件內(nèi)部、軟件和協(xié)作系統(tǒng)之間以及軟件與人之間如何通信；（4）過(guò)程設(shè)計(jì)則是把系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)換為軟件的過(guò)程性描述。從工程管理角度來(lái)看，軟件設(shè)計(jì)分兩步完成：概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。（1）概要設(shè)計(jì)將軟件需求轉(zhuǎn)化為軟件體系結(jié)構(gòu)、確定系統(tǒng)級(jí)接口、全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫(kù)模式；（2）詳細(xì)設(shè)計(jì)確立每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用適當(dāng)方法表示算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。考點(diǎn)4 軟件設(shè)計(jì)的基本原理【考點(diǎn)精講】1、軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循的基本原

6、理和與軟件設(shè)計(jì)有關(guān)的概念（1）抽象：軟件設(shè)計(jì)中考慮模塊化解決方案時(shí)，可以定出多個(gè)抽象級(jí)別。抽象的層次從概要設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)逐步降低。（2）模塊化：模塊是指把一個(gè)待開(kāi)發(fā)的軟件分解成若干小的簡(jiǎn)單的部分。模塊化是指解決一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)自頂向下逐層把軟件系統(tǒng)劃分成若干模塊的過(guò)程。（3）信息隱蔽：信息隱蔽是指在一個(gè)模塊內(nèi)包含的信息（過(guò)程或數(shù)據(jù)），對(duì)于不需要這些信息的其他模塊來(lái)說(shuō)是不能訪問(wèn)的。（4）模塊獨(dú)立性：模塊獨(dú)立性是指每個(gè)模塊只完成系統(tǒng)要求的獨(dú)立的子功能，并且與其他模塊的聯(lián)系最少且接口簡(jiǎn)單。模塊的獨(dú)立程度是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)好壞的重要度量標(biāo)準(zhǔn)。衡量軟件的模塊獨(dú)立性使用耦合性和內(nèi)聚性兩個(gè)定性的度量標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)聚性是信息

7、隱蔽和局部化概念的自然擴(kuò)展。一個(gè)模塊的內(nèi)聚性越強(qiáng)則該模塊的模塊獨(dú)立性越強(qiáng)。一個(gè)模塊與其他模塊的耦合性越強(qiáng)則該模塊的模塊獨(dú)立性越弱。2、衡量軟件模塊獨(dú)立性使用耦合性和內(nèi)聚性兩個(gè)定性的度量標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)聚性是度量一個(gè)模塊功能強(qiáng)度的一個(gè)相對(duì)指標(biāo)。內(nèi)聚是從功能角度來(lái)衡量模塊的聯(lián)系，它描述的是模塊內(nèi)的功能聯(lián)系。內(nèi)聚有如下種類，它們之間的內(nèi)聚度由弱到強(qiáng)排列：偶然內(nèi)聚、邏輯內(nèi)聚、時(shí)間內(nèi)聚、過(guò)程內(nèi)聚、通信內(nèi)聚、順序內(nèi)聚、功能內(nèi)聚。耦合性是模塊之間互相連接的緊密程度的度量。耦合性取決于各個(gè)模塊之間接口的復(fù)雜度、調(diào)用方式以及哪些信息通過(guò)接口。耦合可以分為下列幾種，它們之間的耦合度由高到低排列：內(nèi)容耦合、公共耦合、外部耦合

8、、控制耦合、標(biāo)記耦合、數(shù)據(jù)耦合、非直接耦合。在程序結(jié)構(gòu)中，各模塊的內(nèi)聚性越強(qiáng)，則耦合性越弱。一般較優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量做到高內(nèi)聚，低耦合，即減弱模塊之間的耦合性和提高模塊內(nèi)的內(nèi)聚性，有利于提高模塊的獨(dú)立性?？键c(diǎn)5 結(jié)構(gòu)化分析方法【考點(diǎn)精講】1、結(jié)構(gòu)化分析方法的定義結(jié)構(gòu)化分析方法就是使用數(shù)據(jù)流圖（DFD）、數(shù)據(jù)字典（DD）、結(jié)構(gòu)化英語(yǔ)、判定表和判定樹(shù)的工具，來(lái)建立一種新的、稱為結(jié)構(gòu)化規(guī)格說(shuō)明的目標(biāo)文檔。結(jié)構(gòu)化分析方法的實(shí)質(zhì)是著眼于數(shù)據(jù)流、自頂向下、對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行逐層分解、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。2、結(jié)構(gòu)化分析方法常用工具（1）數(shù)據(jù)流圖（DFD）數(shù)據(jù)流圖是系統(tǒng)邏輯模

9、型的圖形表示，即使不是專業(yè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)人員也容易理解它，因此它是分析員與用戶之間極好的通信工具。（2）數(shù)據(jù)字典（DD）數(shù)據(jù)字典是對(duì)數(shù)據(jù)流圖中所有元素的定義的集合，是結(jié)構(gòu)化分析的核心。數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典共同構(gòu)成系統(tǒng)的邏輯模型，沒(méi)有數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流圖就不嚴(yán)格，若沒(méi)有數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)字典也難于發(fā)揮作用。數(shù)據(jù)字典中有4種類型的條目：數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和加工。（3）判定表有些加工的邏輯用語(yǔ)言形式不容易表達(dá)清楚，而用表的形式則一目了然。如果一個(gè)加工邏輯有多個(gè)條件、多個(gè)操作，并且在不同的條件組合下執(zhí)行不同的操作，那么可以使用判定表來(lái)描述。（4）判定樹(shù)判定樹(shù)和判定表沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，可以用判定表表示的加工邏輯

10、都能用判定樹(shù)表示。3、軟件需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)軟件需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)是需求分析階段的最后成果，是軟件開(kāi)發(fā)的重要文檔之一。它的特點(diǎn)是具有正確性、無(wú)歧義性、完整性、可驗(yàn)證性、一致性、可理解性、可修改性和可追蹤性?？键c(diǎn)6 軟件測(cè)試的目的和準(zhǔn)則【考點(diǎn)精講】1軟件測(cè)試的目的 Grenford.J.Myers給出了軟件測(cè)試的目的：（1）測(cè)試是為了發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過(guò)程。（2）好的測(cè)試用例（test case）能發(fā)現(xiàn)迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。（3）一次成功的測(cè)試是能發(fā)現(xiàn)至今為止尚未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。測(cè)試的目的是發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤，但是，暴露錯(cuò)誤并不是軟件測(cè)試的最終目的，測(cè)試的根本目的是盡可能多地發(fā)現(xiàn)并排除軟件中隱藏的

11、錯(cuò)誤。2軟件測(cè)試的準(zhǔn)則 根據(jù)上述軟件測(cè)試的目的，為了能設(shè)計(jì)出有效的測(cè)試方案，以及好的測(cè)試用例，軟件測(cè)試人員必須深入理解，并正確運(yùn)用以下軟件測(cè)試的基本準(zhǔn)則。（1）所有測(cè)試都應(yīng)追溯到用戶需求（2）在測(cè)試之前制定測(cè)試計(jì)劃，并嚴(yán)格執(zhí)行（3）充分注意測(cè)試中的群集現(xiàn)象（4）避免由程序的編寫(xiě)者測(cè)試自己的程序（5）不可能進(jìn)行窮舉測(cè)試（6）妥善保存測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試用例、出錯(cuò)統(tǒng)計(jì)和最終分析報(bào)告，為維護(hù)提供方便?？键c(diǎn)7 軟件測(cè)試的方法和實(shí)施【考點(diǎn)精講】1、軟件測(cè)試方法軟件測(cè)試具有多種方法，依據(jù)軟件是否需要被執(zhí)行，可以分為靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。如果依照功能劃分，可以分為白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試方法。1靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試 （

12、1）靜態(tài)測(cè)試包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量等。其中代碼檢查分為代碼審查、代碼走查、桌面檢查、靜態(tài)分析等具體形式。（2）動(dòng)態(tài)測(cè)試靜態(tài)測(cè)試不實(shí)際運(yùn)行軟件，主要通過(guò)人工進(jìn)行分析。動(dòng)態(tài)測(cè)試就是通常所說(shuō)的上機(jī)測(cè)試，是通過(guò)運(yùn)行軟件來(lái)檢驗(yàn)軟件中的動(dòng)態(tài)行為和運(yùn)行結(jié)果的正確性。動(dòng)態(tài)測(cè)試的關(guān)鍵是使用設(shè)計(jì)高效、合理的測(cè)試用例。測(cè)試用例就是為測(cè)試設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，由測(cè)試輸入數(shù)據(jù)和預(yù)期的輸出結(jié)果兩部份組成。測(cè)試用例的設(shè)計(jì)方法一般分為兩類：黑盒測(cè)試方法和白盒測(cè)試方法。2黑盒測(cè)試和白盒測(cè)試 （1）白盒測(cè)試白盒測(cè)試是把程序看成裝在一只透明的白盒子里，測(cè)試者完全了解程序的結(jié)構(gòu)和處理過(guò)程。它根據(jù)程序的內(nèi)部邏輯來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試用例，

13、檢查程序中的邏輯通路是否都按預(yù)定的要求正確地工作。（2）黑盒測(cè)試黑盒測(cè)試是把程序看成一只黑盒子，測(cè)試者完全不了解，或不考慮程序的結(jié)構(gòu)和處理過(guò)程。它根據(jù)規(guī)格說(shuō)明書(shū)的功能來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試用例，檢查程序的功能是否符合規(guī)格說(shuō)明的要求。2、軟件測(cè)試的實(shí)施軟件測(cè)試過(guò)程分4個(gè)步驟，即單元測(cè)試、集成測(cè)試、驗(yàn)收測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試。單元測(cè)試是對(duì)軟件設(shè)計(jì)的最小單位模塊（程序單元）進(jìn)行正確性檢驗(yàn)測(cè)試。單元測(cè)試的技術(shù)可以采用靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)測(cè)試。集成測(cè)試是測(cè)試和組裝軟件的過(guò)程，主要目的是發(fā)現(xiàn)與接口有關(guān)的錯(cuò)誤，主要依據(jù)是概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。集成測(cè)試所設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：軟件單元的接口測(cè)試、全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)測(cè)試、邊界條件和非法輸入的測(cè)試等。集成測(cè)

14、試時(shí)將模塊組裝成程序，通常采用兩種方式：非增量方式組裝和增量方式組裝。確認(rèn)測(cè)試的任務(wù)是驗(yàn)證軟件的功能和性能，以及其他特性是否滿足了需求規(guī)格說(shuō)明中確定的各種需求，包括軟件配置是否完全、正確。確認(rèn)測(cè)試的實(shí)施首先運(yùn)用黑盒測(cè)試方法，對(duì)軟件進(jìn)行有效性測(cè)試，即驗(yàn)證被測(cè)軟件是否滿足需求規(guī)格說(shuō)明確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)測(cè)試是通過(guò)測(cè)試確認(rèn)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)、支撐軟件、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(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一系列的集成測(cè)試和確認(rèn)測(cè)試。系統(tǒng)測(cè)試的具體實(shí)施一般包括：功能測(cè)試、性能測(cè)試、操作測(cè)試、配置測(cè)試、外部接口測(cè)試、安全性測(cè)試等?？键c(diǎn)8 程序的調(diào)試【考點(diǎn)精講】在對(duì)程序進(jìn)行了成功的測(cè)試之后將進(jìn)入程序調(diào)試（通常稱Debug，即排錯(cuò)）。程序的調(diào)試任務(wù)是診斷和改正程序中的錯(cuò)誤。調(diào)試主要在開(kāi)發(fā)階段進(jìn)行。程序調(diào)試活動(dòng)由兩部分組成，一是根據(jù)錯(cuò)誤的跡象確定程序中錯(cuò)誤的