程序設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)基礎(chǔ)(六)

1、第32講 程序設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)基礎(chǔ)（六）教學(xué)目標(biāo)及基本要求：理解結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，能利用該方法提供的常用工具解決實(shí)際問題，掌握測(cè)試與調(diào)試的 概念，了解白盒測(cè)試與黑盒測(cè)試的概念，能進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試用例設(shè)計(jì)和實(shí)施，了解靜態(tài)調(diào)試 與動(dòng)態(tài)調(diào)試。教學(xué)重點(diǎn)：測(cè)試和調(diào)試的棊木概念，口盒測(cè)試與黑盒測(cè)試。教學(xué)難點(diǎn)：血向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法，白盒測(cè)試與黑盒測(cè)試。教學(xué)內(nèi)容：1. 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法2. 軟件測(cè)試及調(diào)試教學(xué)時(shí)間：1學(xué)時(shí)主要內(nèi)容：7.4.3結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法1. 軟件設(shè)計(jì)的基本概念（1）軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念軟件設(shè)計(jì)是軟件工程的重要階段，是一個(gè)把軟件需求轉(zhuǎn)換為軟件表示的過程。基本口標(biāo)軟件設(shè)計(jì)的基本忖標(biāo)是用比較抽象概括的方式確

2、定h標(biāo)系統(tǒng)如何完成預(yù)定的任務(wù)，即軟 件設(shè)計(jì)是確定系統(tǒng)的物理模型。 步驟從工程管理角度來看，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)。概要設(shè)計(jì)（乂稱結(jié)構(gòu)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。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)，川適當(dāng)方法表示算法和數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。（2）軟件設(shè)計(jì)的基本原則 抽象：是一種思維工具，就是把事物木質(zhì)的共同特性提取出來而不考慮其他細(xì)節(jié)。 模塊化：是指把一個(gè)待開發(fā)的軟件分解成若干小的簡(jiǎn)單的部分。 信息隱蔽：是指在一個(gè)模塊內(nèi)包含的信息，對(duì)于不需耍這些信息的其他模塊來說是 不能訪問的。 模塊獨(dú)立性：是指每個(gè)模塊只寫成系統(tǒng)要求

3、的獨(dú)立的子功能，并且與其他模塊的聯(lián) 系瑕少且接口簡(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)。衡杲軟件的模塊獨(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)。一個(gè)優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)盡量做到高內(nèi)聚、低耦 合。2. 概要設(shè)計(jì)（1）概要設(shè)計(jì)的任務(wù) 設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：在需求分析階段，已經(jīng)把系統(tǒng)分解成層次結(jié)構(gòu)，而在概耍設(shè)計(jì) 階段，需要進(jìn)一步分解，劃分為模塊以及模塊的層次結(jié)構(gòu)。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)需求定義和規(guī)格說明過程屮提岀的數(shù)據(jù)對(duì) 象的邏輯表示。 編寫概要設(shè)計(jì)文檔：需要編寫的文檔有概要設(shè)計(jì)說明書、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)說明書、集成 測(cè)試計(jì)劃等。 概要設(shè)計(jì)文檔評(píng)審。（2）概要設(shè)計(jì)的圖形工具常用的軟件結(jié)

4、構(gòu)設(shè)計(jì)工具是結(jié)構(gòu)圖（sc）,也稱程序結(jié)構(gòu)圖，它描述了軟件系統(tǒng)的層次 和分塊結(jié)構(gòu)關(guān)系。模塊用一個(gè)矩形表示，矩形內(nèi)注明模塊的功能和名字；箭頭表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。用 帶實(shí)心圓的箭頭表示傳遞的是控制信息，用帶空心圓的箭頭表示傳遞的是數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)圖的有關(guān)術(shù)語如下。> 深度：表示控制的層數(shù)。> 上級(jí)模塊、下級(jí)模塊：調(diào)用模塊中上級(jí)模塊，被調(diào)用模塊是下級(jí)模塊。> 寬度：整體控制跨度（最大模塊數(shù)的層）的表示。> 扇入：調(diào)川一個(gè)給定模塊的模塊個(gè)數(shù)。> 扇出：一個(gè)模塊直接調(diào)用的其他模塊數(shù)。> 原子模塊：樹中位于葉子節(jié)點(diǎn)的模塊。（3）而向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法典型的數(shù)據(jù)流類型有兩種：變換

5、型和事務(wù)型。 變換型：是指信息沿輸入通道迓入系統(tǒng)，同時(shí)由外部形式變換成內(nèi)部形成，述入系 統(tǒng)的信息通過變換中心，經(jīng)加工處理以后再沿輸出通路變換成外部形式離開軟件系統(tǒng)。 事務(wù)型：在很多軟件應(yīng)用中，存在某種作業(yè)數(shù)據(jù)流，它可以引發(fā)一個(gè)或多個(gè)處理， 這些處理能夠完成該作業(yè)要求的功能，這種數(shù)據(jù)流就叫做事務(wù)。（4）設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 提高模塊獨(dú)立性。 模塊規(guī)模適屮。 深度、寬度、扇出和扇入適當(dāng)。 使模塊的作用域在該模塊的控制域內(nèi)。 應(yīng)減少模塊的接i i和界面的復(fù)雜性。 設(shè)計(jì)成單入口、單岀口的模塊。 設(shè)計(jì)功能可預(yù)測(cè)的模塊。3. 詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)的任務(wù)是為軟件結(jié)構(gòu)圖中的每個(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

6、表達(dá)工具表示算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。常用的過程圖形設(shè)計(jì)工具如下。（1）程序流程圖稈序流程圖是一種傳統(tǒng)的、應(yīng)用廣泛的軟件過程設(shè)計(jì)表示工具，通常稱為程序框圖。程 序流程圖表達(dá)直觀、清晰，易于學(xué)習(xí)掌握，且獨(dú)立于任何一種程序設(shè)計(jì)語言。構(gòu)成程序流程圖的最基木圖符及含義如下所示。f或i :控制流:加工步驟o :邏輯條件（2）n-s 圖為了避免程序圖在描述程序邏輯時(shí)的隨意性與靈活性，提岀了川方框圖來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的程 序流程圖，通常把這種圖稱為n-s圖。n-s圖的基木圖符及表示的5種控制結(jié)構(gòu)如圖7-20所示。判定條件循環(huán)體循環(huán)體判定條件圖7-20 n-s圖圖符與構(gòu)成的5種控制結(jié)構(gòu)(3) pad 圖pad圖是問題分析

7、圖(problem analysis diagram)的英文縮寫，它是繼程序流程圖和方 框圖之后，提出的又一種主要用于描述軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)的圖形表示工具。pad圖的基本圖符及表示的控制結(jié)構(gòu)如圖7-21所示。順序型選擇型while直復(fù)型until重復(fù)型圖7-21 pad圖圖符與構(gòu)成的5種控制結(jié)構(gòu)除了以上3種工具外，還有判定表、判定樹和結(jié)構(gòu)化自然語言pdl等描述工具。7.4.4軟件測(cè)試及調(diào)試1. 軟件測(cè)試的目的與任務(wù)軟件測(cè)試的目的是確保軟件的質(zhì)量，盡量找出軟件錯(cuò)誤并加以糾正，而不是證明軟件沒 有錯(cuò)。因此，軟件測(cè)試的任務(wù)可以規(guī)定兩點(diǎn)。(1) 測(cè)試任務(wù)：通過采用一定的測(cè)試策略，找出軟件中的錯(cuò)誤。(2) 調(diào)

8、試任務(wù)：如果測(cè)試發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則定位軟件屮的錯(cuò)誤，并加以糾正。找錯(cuò)的活動(dòng)稱為測(cè)試，糾錯(cuò)的活動(dòng)稱為調(diào)試。2. 軟件測(cè)試的準(zhǔn)則(1) 所有測(cè)試都應(yīng)追溯到需求。(2) 嚴(yán)格執(zhí)行測(cè)試訃劃，排除測(cè)試的隨意性。(3) 充分注意測(cè)試中的群集現(xiàn)象。(4) 程序員應(yīng)避免檢查自己的程序。(5) 窮舉測(cè)試不可能。(6) 妥善保存測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試川例、岀錯(cuò)統(tǒng)計(jì)和最終分析報(bào)告，為維護(hù)提供方便。3. 軟件測(cè)試技術(shù)與方法軟件測(cè)試的方法和技術(shù)是多種多樣的，對(duì)于軟件測(cè)試方法和技術(shù)，可以從不同的角度加 以分類。若從是否需要執(zhí)行被測(cè)軟件的旳度，可以分為靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。若按照功能劃 分可以分為口盒測(cè)試和黑盒測(cè)試。(1) 靜態(tài)測(cè)試與

9、動(dòng)態(tài)測(cè)試靜態(tài)測(cè)試包括代碼檢査、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量等，可以由人工完成，也可以借 助軟件工具。動(dòng)態(tài)測(cè)試是基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試，是為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程。合理的測(cè)試用例是 測(cè)試的關(guān)鍵，測(cè)試用例是為測(cè)試設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。(2) h盒測(cè)試方法與測(cè)試用例白盒測(cè)試方法也稱結(jié)構(gòu)測(cè)試或邏輯驅(qū)動(dòng)測(cè)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?？诤袦y(cè)試把測(cè)試對(duì)象看成是一個(gè)打開的 盒子?？诤袦y(cè)試是在程序內(nèi)部進(jìn)行，主耍用于完成軟件內(nèi)部操作的驗(yàn)證?？诤袦y(cè)試的主要方法有邏輯覆蓋、基本路徑測(cè)試等。邏輯覆蓋測(cè)試是指i系列以程序的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的測(cè)試用例設(shè)計(jì)技術(shù)。 語句覆蓋：執(zhí)行

10、足夠的測(cè)試用例，使得程序中每個(gè)語句至少都能被執(zhí)行一次。 路徑覆蓋：執(zhí)行足夠的測(cè)試川例，使程序屮所佇可能的路徑都至少經(jīng)歷一次。 判定覆蓋：使設(shè)計(jì)的測(cè)試川例保證程序屮每個(gè)取值分支至少經(jīng)歷一次。 條件覆蓋：設(shè)計(jì)的測(cè)試用例保證程序中每個(gè)判斷的每個(gè)條件的可能取值至少執(zhí)行 一次。 判斷-條件覆蓋：設(shè)計(jì)足夠的測(cè)試用例，保證程序中判斷中每個(gè)條件的所有可能収值 至少執(zhí)行一次，同時(shí)每個(gè)判斷的所有可能取值分支至少執(zhí)行一次?；韭窂綔y(cè)試是根據(jù)軟件過程性描述中的控制流程確定程序的壞路復(fù)雜性度量,用此度 量定義基本路徑集合，并由此導(dǎo)出一組測(cè)試用例對(duì)每一條獨(dú)立執(zhí)行路徑進(jìn)行測(cè)試。(3) 黑盒測(cè)試方法與測(cè)試用例黑盒測(cè)試方法也稱

11、為功能測(cè)試或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測(cè)試，它是對(duì)軟件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能是否滿足需 求進(jìn)行測(cè)試和驗(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)格說明，檢査程序的功能是否符合它的功能說明。黑盒測(cè)試是在軟件接口進(jìn)行, 完成功能驗(yàn)證。黑盒測(cè)試方法主耍有等價(jià)類劃分法、邊界值分析法、錯(cuò)誤推測(cè)法、因果圖法等。其中，籌價(jià)類劃分法是將程序的所有可能的輸入數(shù)據(jù)劃分成若干部分，然后從每個(gè)籌價(jià) 類中選取數(shù)據(jù)作為測(cè)試川例。4. 軟件測(cè)試實(shí)施軟件測(cè)試過程一般按4個(gè)步驟進(jìn)行，即單元測(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。(1) 單元測(cè)試單元測(cè)試集中對(duì)軟件設(shè)計(jì)的最小單位一一模塊進(jìn)行測(cè)試，主要是為了發(fā)現(xiàn)

12、模塊內(nèi)部可能 存在的各種錯(cuò)謀和不足。進(jìn)行單元測(cè)試時(shí)，根據(jù)程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)測(cè)試用例，主要使用白盒測(cè)試法。由于 各模塊相對(duì)獨(dú)立，因而對(duì)多個(gè)模塊的測(cè)試可以同時(shí)進(jìn)行，以提高測(cè)試效率。單元測(cè)試主 要針對(duì)5個(gè)基木特性進(jìn)行測(cè)試：模塊接口、局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、重要的執(zhí)行路徑、出錯(cuò)處理 和邊界條件。(2) 集成測(cè)試集成測(cè)試是測(cè)試和組裝軟件的過程。主要i的是發(fā)現(xiàn)與接口有關(guān)的錯(cuò)課，集成測(cè)試的依 據(jù)是概耍設(shè)計(jì)說明帖，測(cè)試的內(nèi)容主耍是：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)試時(shí)將模塊組裝成程序通常采川兩種方式：非增量方式組裝和增量方式組裝。(3) 確認(rèn)測(cè)試確認(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足了需求規(guī)格說明中確定 的各種需求，以及軟件配置是否完全、正確。確認(rèn)測(cè)試的實(shí)施旨先運(yùn)用黑盒測(cè)試方法。(4) 系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試是把通過確認(rèn)測(cè)試的軟件作為基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)元素，與整個(gè)系統(tǒng)的其他 元素結(jié)合起來，在實(shí)際運(yùn)行環(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。5. 軟件調(diào)試實(shí)施在對(duì)程序進(jìn)行了成功的測(cè)試z后將進(jìn)入程序調(diào)試，程序調(diào)試的任務(wù)是診斷和改正程序中 的錯(cuò)誤。軟件測(cè)試貫穿整個(gè)軟件生命周期，調(diào)試主耍在開發(fā)階段。程序調(diào)試活動(dòng)ftl兩部分組成：其一是錯(cuò)誤的定位，其二