1 軟件工程基本概念
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：
（1）軟件是一種邏輯實(shí)體，具有抽象性；
（2）軟件的生產(chǎn)與硬件不同，它沒(méi)有明顯的制作過(guò)程；
（3）軟件在運(yùn)行、使用期間不存在磨損、老化問(wèn)題；
（4）軟件的開(kāi)發(fā)、運(yùn)行對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有依賴(lài)性，受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的限制，這導(dǎo)致了軟件移植的問(wèn)題；
（5）軟件復(fù)雜性高，成本昂貴；
（6）軟件開(kāi)發(fā)涉及諸多的社會(huì)因素。
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)。
軟件危機(jī)主要表現(xiàn)在成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率等問(wèn)題。
軟件工程是應(yīng)用于計(jì)算機(jī)軟件的定義、開(kāi)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。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是使軟件走向工程化。軟件工程的核心思想是把軟件產(chǎn)品看作是一個(gè)工程產(chǎn)品來(lái)處理。
軟件工程包括3個(gè)要素：方法、工具和過(guò)程。
軟件工程過(guò)程是把軟件轉(zhuǎn)化為輸出的一組彼此相關(guān)的資源活動(dòng)，包含4種基本活動(dòng)：
（1）P(plan)——軟件規(guī)格說(shuō)明；
（2）D(do)——軟件開(kāi)發(fā)；
（3）C(check)——軟件確認(rèn)；
（4）A(action)——軟件演進(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(guò)程。
軟件生命周期分三個(gè)階段：軟件定義、軟件開(kāi)發(fā)、運(yùn)行維護(hù)，
主要活動(dòng)階段是：
（1）可行性研究與計(jì)劃制定；
（2）需求分析；
（3）軟件設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)）；
（4）軟件實(shí)現(xiàn)；
（5）軟件測(cè)試；
（6）運(yùn)行和維護(hù)。
軟件工程的目標(biāo)：在給定成本、進(jìn)度的前提下，開(kāi)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(mǎn)足用戶(hù)需求的產(chǎn)品。
基本目標(biāo)：付出較低的開(kāi)發(fā)成本；達(dá)到要求的軟件功能；取得較好的軟件性能；開(kāi)發(fā)軟件易于移植；需要較低的費(fèi)用；能按時(shí)完成開(kāi)發(fā)，及時(shí)交付使用。
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(kāi)發(fā)技術(shù)和軟件工程管理。
軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)包括：軟件開(kāi)發(fā)方法學(xué)、開(kāi)發(fā)過(guò)程、開(kāi)發(fā)工具和軟件工程環(huán)境。
軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境或軟件工程環(huán)境是指全面支持軟件開(kāi)發(fā)全過(guò)程的軟件工具的集合。
軟件工程管理包括：軟件管理學(xué)、軟件工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、軟件心理學(xué)等內(nèi)容。
軟件管理學(xué)包括人員組織、進(jìn)度安排、質(zhì)量保證、配置管理、項(xiàng)目計(jì)劃等。
軟件工程基本原則：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。
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。
軟件定義階段中，可行性研究與計(jì)劃的制定是確定待開(kāi)發(fā)目標(biāo)和總的要求，給出它的功能、性能、可靠性以及接口等方面的可能方案，制定完成開(kāi)發(fā)的實(shí)施計(jì)劃。需求分析，對(duì)待開(kāi)發(fā)軟件提出的需求分析并給出詳細(xì)的定義。
需求分析階段的工作：需求獲取，需求分析，編寫(xiě)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)，需求評(píng)審。
需求分析方法有：
（1） ? ? ?結(jié)構(gòu)化需求分析方法；
①面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson方法（ISD）；
②面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析方法（SA）；
③面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法（DSSD）；
（2）面向?qū)ο蟮姆治龅姆椒ǎ∣OA）。
從需求分析建立的模型的特性來(lái)分：靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析。
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)化分析的常用工具：數(shù)據(jù)流圖；數(shù)據(jù)字典；判定樹(shù)；判定表。
（1）數(shù)據(jù)流圖（DFD圖）：描述數(shù)據(jù)處理過(guò)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。
①加工（轉(zhuǎn)換）——圓框，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)加工變換產(chǎn)生的輸出。
②數(shù)據(jù)流——箭頭，沿箭頭方向傳遞數(shù)據(jù)的通道，一般在旁邊標(biāo)注數(shù)據(jù)流名。
③存儲(chǔ)文件（數(shù)據(jù)源）——雙橫線(xiàn)，表示處理過(guò)程中存放各種數(shù)據(jù)的文件。
④源、潭——方框，表示系統(tǒng)和環(huán)境的接口，屬系統(tǒng)之外的實(shí)體。
（2）數(shù)據(jù)字典：對(duì)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(hù)和系統(tǒng)分析員對(duì)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)字典是結(jié)構(gòu)化分析的核心。
（3）判定樹(shù)：從問(wèn)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(shù)。
（4）判定表：與判定樹(shù)相似，當(dāng)數(shù)據(jù)流圖中的加工要依賴(lài)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。
軟件需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)的特點(diǎn)：①正確性； ②無(wú)岐義性； ③完整性； ④可驗(yàn)證性；
⑤一致性； ⑥可理解性； ⑦可修改性； ⑧可追蹤性。
3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法
軟件設(shè)計(jì)是確定系統(tǒng)的物理模型。
軟件設(shè)計(jì)是開(kāi)發(fā)階段最重要的步驟，是將需求準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為完整的軟件產(chǎn)品或系統(tǒng)的唯一途徑。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和程序設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在反復(fù)理解軟件需求的基礎(chǔ)上，給出軟件結(jié)構(gòu)、模塊的劃分、功能的分配以及處理流程。
軟件設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是用比較抽象概括的方式確定目標(biāo)系統(tǒng)如何完成預(yù)定的任務(wù)。
從技術(shù)觀(guān)點(diǎn)來(lái)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)：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)：把系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)換成軟件的過(guò)程描述。
從工程管理角度來(lái)看，軟件設(shè)計(jì)分兩步：概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。
軟件設(shè)計(jì)的一般過(guò)程：軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)迭代的過(guò)程；先進(jìn)行高層次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；后進(jìn)行低層次的過(guò)程設(shè)計(jì)；穿插進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)。
軟件設(shè)計(jì)的基本原理是：（1）抽象； （2）模塊化； （3）信息隱蔽； （4）模塊獨(dú)立性。
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)。
耦合性是模塊見(jiàn)相互連接的緊密程度的度量。耦合程度取決于各個(gè)模塊之間接口的復(fù)雜程度、調(diào)用方式以及哪些信息通過(guò)接口。
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。
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。優(yōu)秀軟件應(yīng)高內(nèi)聚，低耦合，有利于提高模塊的獨(dú)立性。
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(kù)設(shè)計(jì)；（3）編寫(xiě)概要設(shè)計(jì)文檔；（4）概要設(shè)計(jì)文檔評(píng)審。
在結(jié)構(gòu)圖中，模塊用一個(gè)矩形表示，箭頭表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。
可以用帶注釋的箭頭表示模塊調(diào)用過(guò)程中來(lái)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)。
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(lèi)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(lèi)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?，然后給出結(jié)果。
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)。
常見(jiàn)的過(guò)程設(shè)計(jì)工具有：
圖形工具（程序流程圖(PFD)、N-S圖、 PAD圖、），表格工具（判定表），語(yǔ)言工具（PDL）。
程序流程圖中：箭頭為控制流、方框?yàn)榧庸げ襟E、菱形為邏輯條件。
4 軟件測(cè)試
軟件測(cè)試定義：使用人工或自動(dòng)手段來(lái)運(yùn)行或測(cè)定某個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，其目的在于檢驗(yàn)它是否滿(mǎn)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(cè)試的目的：發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過(guò)程。
軟件測(cè)試方法：靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試。
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。不實(shí)際運(yùn)行軟件，主要通過(guò)人工進(jìn)行。
動(dòng)態(tài)測(cè)試：是基本計(jì)算機(jī)的測(cè)試，主要包括白盒測(cè)試方法和黑盒測(cè)試方法。
白盒測(cè)試：也稱(chēng)結(jié)構(gòu)測(cè)試或邏輯測(cè)試。在程序內(nèi)部進(jìn)行，主要用于完成軟件內(nèi)部操作的驗(yàn)證。白盒測(cè)試主要考慮內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)。主要方法有邏輯覆蓋、基本路徑測(cè)試。
黑盒測(cè)試：也稱(chēng)功能測(cè)試或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測(cè)試。是在軟件接口處進(jìn)行，完成功能驗(yàn)證。黑盒測(cè)試完全不考慮程序內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性，只依據(jù)程序的需求和功能規(guī)格說(shuō)明，檢查程序的功能是否符合它的設(shè)計(jì)要求。主要診斷功能不對(duì)或遺漏、界面錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或外部數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)錯(cuò)誤、性能錯(cuò)誤、初始化和終止條件錯(cuò)，用于軟件確認(rèn)測(cè)試。主要方法有等價(jià)類(lèi)劃分法、邊界值分析法、錯(cuò)誤推測(cè)法、因果圖等。
驅(qū)動(dòng)測(cè)試相當(dāng)于被測(cè)模塊的主程序，它接收測(cè)試數(shù)據(jù)，并傳給被測(cè)模塊，輸出實(shí)際測(cè)試結(jié)果。
軟件測(cè)試過(guò)程一般按4個(gè)步驟進(jìn)行：
單元測(cè)試、集成測(cè)試、驗(yàn)收測(cè)試（確認(rèn)測(cè)試）和系統(tǒng)測(cè)試。
單元測(cè)試是對(duì)模塊（程序單元）進(jìn)行，靜態(tài)動(dòng)態(tài)均有，動(dòng)態(tài)時(shí)以白盒為主輔之以黑盒。
集成測(cè)試是測(cè)試、組裝軟件。
確認(rèn)測(cè)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(mǎn)足了需求規(guī)格說(shuō)明中的各項(xiàng)需求以及軟件配置是否完全正確，先用黑盒。
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(kāi)發(fā)階段進(jìn)行。
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(cè)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(guò)人的思維來(lái)分析源程序代碼和排錯(cuò)，是主要的設(shè)計(jì)手段，而動(dòng)態(tài)調(diào)試是輔助靜態(tài)調(diào)試。
主要調(diào)試方法有：
（1）強(qiáng)行排錯(cuò)法；
（2）回溯法；
（3）原因排除法。
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