軟件工程原理、方法與應用

1、軟件工程原理、方法與應用軟件工程-原理、方法與應用課程安排n理論n內(nèi)容：基本原理、方法和技術n形式：講授、自學、討論n實踐n內(nèi)容：構造一個應用系統(tǒng)（包括分析、設計、編碼、測試）n形式：分組、分階段文檔、編碼、集成軟件工程的主要內(nèi)容n軟件工程的基本概念n軟件開發(fā)模型n軟件開發(fā)各階段的任務、技術、方法n傳統(tǒng)方法、面向對象方法n軟件工程管理n軟件質(zhì)量保證n軟件工程環(huán)境第一章 緒論n軟件與軟件危機n軟件工程學n傳統(tǒng)軟件工程和面向對象軟件工程n軟件工程的應用軟件n程序、軟件與軟件產(chǎn)品獨唱-小合唱-合唱-萬人大合唱 | | |簡單程序 較復雜程序 軟件n軟件定義： 軟件=程序+數(shù)據(jù)+文檔程序：按事先設計的

2、功能和性能需求執(zhí)行的指令序列數(shù)據(jù)：是程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結構文檔：與程序開發(fā)、維護和使用有關的圖文材料 軟件的特征n軟件是邏輯的，而不是物理的n軟件開發(fā)與人關系密切n軟件開發(fā)成本大n軟件生產(chǎn)是簡單的拷貝n軟件不會磨損和老化n軟件受環(huán)境影響大n軟件維護易產(chǎn)生新的問題軟件開發(fā)的發(fā)展過程計算機應用發(fā)展軟件數(shù)量多規(guī)模大軟件成本高質(zhì)量低個體化軟件開發(fā)方法軟件維護困難軟件危機軟件工程軟件危機n定義計算機軟件的開發(fā)和維護過程所遇到的一系列嚴重問題 n表現(xiàn)n對軟件開發(fā)成本和進度的估算很不準確n用戶很不滿意n質(zhì)量很不可靠n沒有適當?shù)奈臋nn軟件成本比重上升n供不應求：軟件開發(fā)生產(chǎn)率跟不上計算機應用迅速深入的趨

3、勢 硬件/軟件成本變化趨勢硬件軟件100% 0%19551970202X軟件技術進步落后于需求增長軟件危機n原因n客觀：軟件本身特點n邏輯部件n規(guī)模龐大n主觀：不正確的開發(fā)方法n忽視需求分析n錯誤認為：軟件開發(fā)=程序編寫n輕視軟件維護軟件危機n解決途徑n組織管理n工程項目管理方法n技術措施n軟件開發(fā)技術與方法n軟件工具軟件工程學的范疇n軟件工程學n指導計算機軟件開發(fā)和維護的工程學科 n工程管理+開發(fā)技術n軟件開發(fā)技術n軟件開發(fā)方法學n軟件工具n軟件工程環(huán)境n軟件工程管理n軟件管理學n軟件經(jīng)濟學n軟件度量學兩種程序設計方法n程序設計的兩次飛躍n結構化程序設計n程序=數(shù)據(jù)結構+算法n面向對象程序設

4、計n程序 = 對象 + 消息 面向過程和面向對象的編碼存款取款利 息 結算帳 戶 余額帳戶余額利息結算存 款取 款兩類軟件工程方法n傳統(tǒng)軟件工程n軟件分析 總體設計 詳細設計 面向過程的編碼 測試 n面向對象軟件工程n軟件分析與對象抽取 對象詳細設計 面向對象的編碼 測試 軟件工程的應用n軟件工程指導中小型軟件n軟件工程指導大型軟件n軟件工程的成就n軟件工程的局限第二章 軟件開發(fā)模型n傳統(tǒng)開發(fā)模型n瀑布模型（waterfall model）n快速原型模型（rapid prototype model）n演化開發(fā)模型n增量模型（incremental model）n螺旋模型（spiral mode

5、l）n面向對象開發(fā)模型n構件集成模型（component integration model） n形式化開發(fā)模型n轉換模型（transformational model）n凈室模型（cleanroommodel）軟件生存周期n計劃時期n問題定義n可行性分析n開發(fā)時期n需求分析n軟件設計n編碼n測試n運行時期n軟件維護瀑布模型問題定義可行性研究需求分析軟件設計編碼測試維護計劃時期開發(fā)時期運行時期瀑布模型n特點n階段的順序性和依賴性n推遲實現(xiàn)的觀點n質(zhì)量保證n存在問題n不適合需求模糊的系統(tǒng)快速原型模型需求分析原型開發(fā)最終系統(tǒng)設計原型評價最終系統(tǒng)實現(xiàn)用戶反饋快速原型模型n特點n快速開發(fā)工具n循環(huán)n低

6、成本n種類n漸進型n拋棄型增量模型規(guī)格說明設計實現(xiàn)和集成交付客戶規(guī)格說明設計實現(xiàn)和集成交付客戶規(guī)格說明設計實現(xiàn)和集成交付客戶規(guī)格說明設計實現(xiàn)和集成交付客戶增量1增量2增量3增量n增量模型n增量n小而可用的軟件n特點n在前面增量的基礎上開發(fā)后面的增量n每個增量的開發(fā)可用瀑布或快速原型模型n迭代的思路螺旋模型螺旋模型n特點n瀑布模型+快速原型+風險分析n迭代過程n一個螺旋式周期 n確定目標，選擇方案，選定完成目標的策略 n風險角度分析該策略 n啟動一個開發(fā)階段 n評價前一步的結果，計劃下一輪的工作 構件集成模型構件集成模型n特點n面向對象n基于構件庫n融合螺旋模型特征n支持軟件開發(fā)的迭代方法 n軟

7、件重用面向對象的基本概念n對象Objectn類Classn繼承Inheritancen消息Message n面向對象n對象+類+繼承+消息通信對象Objectn客觀世界中的實體n狀態(tài)（靜態(tài)屬性 Attributes）n操作（動態(tài)行為 Methods）n對象:=nIdentifiernMethod SetnData StructurenMessage Interface對象的特點n以數(shù)據(jù)為中心n對象是主動的n實現(xiàn)數(shù)據(jù)封裝n本質(zhì)上有并行性n模塊獨立性好類Class和實例Instancen類n相同屬性和行為的對象的抽象n實例n特定類所描述的一個具體對象n子類直接繼承父類的數(shù)據(jù)和操作n繼承的傳遞性，單

8、繼承、多重繼承繼承（Inheritance）家具桌子椅子衣柜床椅子的實例多態(tài)性Polymorphismn概念n不同類層次共享一個方法名n相同的參數(shù)特征和返回值類型n多種不同實現(xiàn)nC+中虛函數(shù)實現(xiàn)n動態(tài)聯(lián)編重載Overloadingn函數(shù)重載n同一作用域n多個名字相同的函數(shù)n參數(shù)特征不同n靜態(tài)聯(lián)編n運算符重載消息Messagen對象間的交互手段n形式：nMessage:dest,op,paranDestination ObjectnOperationnParameters轉換模型形式化規(guī)格說明與需求比較后修正變換2變換1變換n測試形式化開發(fā)記錄系統(tǒng)需求目標系統(tǒng)轉換模型n特點n形式化軟件開發(fā)方法

9、n形式化需求規(guī)格說明 n變換技術n程序自動生成技術 n確保正確凈室模型需求收集盒結構規(guī)約形式化設計統(tǒng)計性使用測試正確性證明代碼生成與檢查測試計劃認證需求收集盒結構規(guī)約形式化設計統(tǒng)計性使用測試正確性證明代碼生成與檢查測試計劃認證需求收集盒結構規(guī)約形式化設計統(tǒng)計性使用測試正確性證明代碼生成與檢查測試計劃認證增量1增量2增量n凈室模型n凈室思想n在分析和設計階段消除錯誤n在“潔凈”狀態(tài)下實現(xiàn)軟件制作n形式化n盒結構表示分析和設計n正確性驗證n增量模型小結n軟件開發(fā)模型是不斷發(fā)展的n各種軟件開發(fā)模型各有優(yōu)缺點n選用時不必拘泥與某種模型n可組合多種模型n也可根據(jù)實際創(chuàng)建新的模型第三章 軟件需求分析n需求

10、分析的任務與步驟 n需求獲取的常用方法 n分析建模 n軟件需求說明 n結構化分析方法n面向對象分析方法需求分析的任務和步驟n需求分析的任務n建立分析模型 n編寫需求說明 n需求分析的步驟n需求獲取 n需求提煉 n需求描述 n需求驗證 需求獲取的常用方法n聯(lián)合分析小組 n用戶代表、領域專家和系統(tǒng)分析員n客戶訪談 n充分準備，尋找共同語言 n循循序漸進、逐步逼近 n問題分析與確認 n多個來回分析建模n結構化分析模型n面向對象分析模型n分析模型描述工具nDFD、DD和PSPEC nCFD、CSPEC和STD nE-R圖 n用例圖，對象-關系圖，對象-行為圖 結構化分析模型加工說明數(shù)據(jù)對象說明CFD,

11、STD圖DFD圖E-R圖DD控制說明面向對象分析模型屬性、操作、協(xié)作者對象-行為模型對象-關系模型類/對象模型使用實例分析模型描述工具n結構化分析工具nDFD、DD和PSPEC nCFD、CSPEC和STD nE-R圖 n面向對象分析工具n用例圖，類對象圖n對象-關系圖n對象-行為圖數(shù)據(jù)流圖DFDn描述系統(tǒng)邏輯模型n信息在系統(tǒng)中的流動和處理n用途n交流信息的工具n結構化分析和設計的工具 數(shù)據(jù)流圖DFDn組成符號n圓框代表加工n箭頭代表數(shù)據(jù)流向n方框代表源點和終點n雙杠表示數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫n分層n從高層到低層n分解前后的數(shù)據(jù)流必須一致n命名n數(shù)據(jù)流n處理領書單 進書通知 購書單 缺書單 DFD練

12、習售書系統(tǒng)學生教材購銷系統(tǒng)書 庫保 管員領書單 進書通知 進書通知 購書單缺書單 DFD練習售書系統(tǒng) 1銷售 2采購書庫保 管員學生F1教材存量表 F2缺書登記表 數(shù)據(jù)字典DDnDFD中所有元素的定義的集合n內(nèi)容n數(shù)據(jù)流n數(shù)據(jù)流分量n數(shù)據(jù)存儲n處理（一般不用DD描述）數(shù)據(jù)字典DDn定義數(shù)據(jù)的方法n自頂向下分解數(shù)據(jù)n數(shù)據(jù)元素的組合方式n順序：A+Bn選擇：A|Bn重復：1A5n可選： （A）數(shù)據(jù)字典DDnDD的用途n分析階段的交流工具n包含控制信息n數(shù)據(jù)庫設計的基礎n例子nP41加工說明n加工說明PSPECn說明DFD中的每個加工n描述工具n結構化語言n判定表n判定樹加工說明例子n結構化語言nP

13、42-43, n判定樹nP44, n判定表nP44, CFD和CSPECn適合實時系統(tǒng)的分析n與DFD和PSPEC類似n和DFD與PSPEC配合使用n表示控制流和控制加工CFD和DFD的關系 數(shù)據(jù)條件控制輸入加工激活信號控制輸出輸入數(shù)據(jù)加工模型PSPEC控制模型CSPEC輸出數(shù)據(jù) 控制輸入CFD的符號表示控制信息或事件引用控制說明DFD和CFD例子-DFD信號半分鐘數(shù)據(jù)光電管采集計數(shù)傳送工控機處理實時數(shù)據(jù)顯示班數(shù)據(jù)處理半小時數(shù)據(jù)班數(shù)據(jù)DFD和CFD例子-CFD翻屏人工驅動信息時鐘半小時半分鐘某型號累加物品經(jīng)過信號半分鐘數(shù)據(jù)光電管采集計數(shù)傳送工控機處理實時數(shù)據(jù)顯示班數(shù)據(jù)處理半小時數(shù)據(jù)班數(shù)據(jù)STD

14、n描述軟件狀態(tài)變遷n符號表示n矩形-系統(tǒng)狀態(tài)n箭頭-狀態(tài)轉變方向n規(guī)則表達式-事件/觸發(fā)行為狀 態(tài)1狀 態(tài)2事件/觸發(fā)行為STD例子20秒到/翻屏生成最新數(shù)據(jù)/翻屏半小時到/工控處理半分鐘到/傳送空閑/采集物品經(jīng)過/計數(shù)采集PLC計數(shù)傳送工控處理實時翻屏E-R圖n用于對復雜數(shù)據(jù)的用作數(shù)據(jù)分析和建模n實體、屬性和關系n組成符號0：11：10：m1:mE-R圖例子電話機生產(chǎn)廠商經(jīng)銷商用戶生產(chǎn)購買使用經(jīng)銷用例圖n用例：系統(tǒng)和外部角色的交互n符號表示： 系統(tǒng)名稱系統(tǒng)用例名用例角色關聯(lián)Use Case圖例子保險商務系統(tǒng)簽定保險單銷售統(tǒng)計客戶統(tǒng)計客戶保險銷售員用例之間的關系n擴展關系n使用關系n組合關系擴

15、展簽保險單簽汽車購買契約使用使用簽保險單簽汽車保險單簽房屋保險單對象-關系圖n從E-R圖演變而來n描述對象間關系學生書出版商購買來自 1：1 0：m 1：1 1：1 對象-行為圖n描述對象的動態(tài)行為n對象狀態(tài)轉換圖n事件軌跡圖n事件流圖對象狀態(tài)轉換圖例子加紙紙用完故障修復打印故障打印完成接到打印命令就緒打印缺紙故障事件軌跡圖例子打印機忙保存文件打印機就緒打印文件打印文件打印文件計算機打印服務器打印隊列打印機事件流圖例子打印機忙保存文件打印機就緒打印文件打印文件計算機打印隊列打印服務器打印機軟件需求說明（SRS）n引言n信息描述n功能描述n行為描述n質(zhì)量保證n接口描述n其它結構化分析方法n基本步

16、驟n自頂向下，功能分解n分層DFDn由后向前，定義數(shù)據(jù)和加工nDD, PSPECn根據(jù)需要，分析復雜數(shù)據(jù)和動態(tài)模型nE-R圖，CFD,CSPEC,STDn編寫SRSDFD的復審n父圖和子圖不平衡n未區(qū)分局部文件和局部外部項n分解的速度太快n不遵守加工編號規(guī)則面向對象分析方法n基本步驟n定義系統(tǒng)的用例n領域分析，建立類對象模型n建立對象-關系模型n建立對象-行為模型n編寫SRS定義用例n回答問題發(fā)現(xiàn)角色n使用系統(tǒng)主要功能的人是誰？ n需要借助于系統(tǒng)完成日常工作的人是誰？ n誰來維護、管理系統(tǒng)，保證系統(tǒng)正常工作？ n系統(tǒng)控制的硬件設備有哪些？ n系統(tǒng)需要和哪些其它系統(tǒng)接口？ n對系統(tǒng)產(chǎn)生的結果感興

17、趣的人和事是哪些？ 定義用例n回答問題發(fā)現(xiàn)用例n角色需要從系統(tǒng)中獲得哪種功能？需要角色做什么？ n角色需要讀取、產(chǎn)生、刪除、修改或存儲系統(tǒng)中的某種信息嗎？ n系統(tǒng)中發(fā)生的事件需要通知角色嗎？角色需要通知系統(tǒng)某件事嗎？這些事件能干什么？ n系統(tǒng)需要輸入/輸出的是什么信息？這些輸入/輸出信息從哪兒來 ？到哪兒去？ n系統(tǒng)當前的實現(xiàn)要解決的問題是什么？ 領域分析 n目的n發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)建可廣泛應用的類，以便復用 n分析特定的應用領域 n形式n公共對象、類、子集合和框架等類對象建模（一）n確定分析模型中的類對象n考察系統(tǒng)用例n匯總名詞、名詞短語n得到候選對象n確定類對象n必要的信息、需求、服務n多個屬性、公

18、共操作類對象建模（二）n定義類結構與層次n一般-特殊n整體-部分n定義主題和子系統(tǒng)n高層抽象例子電話話筒按鍵連接線話機人電話人教師大學生小學生學生中學生建立對象關系模型n步驟n復審需求描述和用例陳述n找出表示關系的動詞或動詞短語n用線連接起來，箭頭表示方向n給連接命名，標上基數(shù)對象-關系圖例子：0：:0:1：m0:：0：部門流水線工序材料在制品：不良品指標數(shù)據(jù)：規(guī)格實時數(shù)據(jù)建立對象行為模型n基本過程n評估用例，理解系統(tǒng)中的交互序列n找出驅動交互序列的事件n為每個用例創(chuàng)建事件軌跡n為對象創(chuàng)建狀態(tài)轉換圖第四章 軟件設計概述n軟件設計的任務n軟件設計的基本概念n模塊化設計n設計需要處理的問題n設計文

19、檔及其復審軟件設計的任務n分析模型 設計模型 設計文檔n回答How to do?n可以分為概要設計、詳細設計n軟件設計包括n數(shù)據(jù)設計n體系結構設計n接口設計n過程設計軟件設計的任務n數(shù)據(jù)設計n信息模型 軟件數(shù)據(jù)結構n體系結構設計n定義軟件部件間的關系n接口設計n軟件內(nèi)部、外部及與人之間的通信n過程設計n軟件組件的過程性描述軟件設計的基本概念n模塊（module）與構件(component)n模塊：定義輸入、輸出和特性的程序實體n構件：可重復使用的軟件組件n抽象（abstract）與細化(refinement)n抽象：分層次考慮和處理問題(數(shù)據(jù)和過程)n細化：從高到低的逐步分解過程n信息隱藏n對

20、其它模塊隱藏模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)和過程n軟件復用nDesign with reuse, design for reuse 模塊化設計(modular design)n分解（decomposition）n模塊獨立性（module independence）n自頂向下（topdown design）n自底向上（bottomup design）分解（decomposition）C (P1+P2)C (P1)+C (P2)E (P1+P2)E (P1)+E (P2) C為問題的復雜度，E為解題需要的工作量 模塊數(shù)接口成本最小成本區(qū)M軟件開發(fā)工作量總成本模塊成本模塊獨立性（module independenc

21、e）n內(nèi)聚（cohesion）n模塊內(nèi)部各成分之間n耦合（coupling）n一個模塊與其它模塊之間n模塊的獨立性高 n塊內(nèi)聯(lián)系強 n塊間聯(lián)系弱 內(nèi)聚 弱 強低內(nèi)聚中內(nèi)聚高內(nèi)聚 內(nèi)聚 cohesionn.偶然性內(nèi)聚 coincidental cohesionn.邏輯性內(nèi)聚 logical cohesionn.時間性內(nèi)聚 temporal cohesionn.過程性內(nèi)聚 procedural cohesionn.通訊性內(nèi)聚 communicational cohesionn.順序性內(nèi)聚 sequential cohesionn.功能性內(nèi)聚 functional cohesion邏輯性模塊 讀入分

22、數(shù)平均/最高?計算平均分計算最高分輸出結果耦合 couplingno direct coupling2.數(shù)據(jù)耦合data coupling3.特征耦合 st coupling4.控制耦合control coupling 5.外部耦合 external coupling6.公共耦合 common coupling7.內(nèi)容耦合 content coupling弱耦合數(shù)據(jù)耦合非直接耦合模塊2模塊1模塊4模塊3特征耦合（參數(shù)表傳遞數(shù)據(jù)結構）公共耦合自定向下和自底向上設計自頂向下頂層開始逐步分解由底向上選擇關鍵部分先設計擴展到整個系統(tǒng)設計需要處理的問題n協(xié)同設計n誰最合適設計系統(tǒng)的某一方面？ n如何使組

23、內(nèi)成員相互了解別人的設計？ n如何協(xié)調(diào)設計組件使整個系統(tǒng)統(tǒng)一？ n用戶界面設計n讓用戶駕馭軟件，不是軟件駕馭用戶 n減少用戶的記憶 n保持界面的一致性 n并發(fā)系統(tǒng)設計n怎樣確保同時執(zhí)行的組件間對共享數(shù)據(jù)的一致性 并發(fā)處理（順序執(zhí)行）1、 組件1查詢X是否為空。2、 組件1被告知X不為空。3、 組件2查詢X是否為空。4、 組件2被告知X不為空。5、 組件1出棧，刪除最后一個元素。6、 組件2想出棧，但X已為空，系統(tǒng)進入非法狀態(tài)。 并發(fā)處理1、 組件1詢問棧X是否為空。2、 組件1被告知棧X不為空。3、 組件2詢問棧X是否為空。4、 組件2被告知棧X不為空。5、 組件1出棧，刪去最后一個元素，并鎖

24、住棧X。6、 組件2想出棧，但被告知X已上鎖。7、 另一個組件加了一個元素到棧X中。8、 組件2被告知X已開鎖（由于外部進程或者因為組件2 再次嘗試）9、 組件2出棧。 軟件設計文檔n軟件設計說明書n1） 范圍 n2） 數(shù)據(jù)設計 n3） 體系結構設計n4） 接口設計 n5） 模塊的過程設計 n6） 其他 包括測試的考慮，確保設計滿足所有需求，設計約束和一些特殊注解等內(nèi)容。 設計復審（design review）n及早發(fā)現(xiàn)設計中的缺陷n差錯的傳播n復審的內(nèi)容n概要設計復審 n系統(tǒng)的總體結構，模塊劃分，內(nèi)外接口 n詳細設計復審 n各個模塊的具體設計 設計復審（design review）n復審的方

25、式nFormal reviewnDesign review meetingnInformal reviewnWalk-through第五章 傳統(tǒng)的設計方法n結構化設計模型n結構化設計方法n過程設計nJackson方法PSPEC結構化設計的內(nèi)容數(shù)據(jù)對象描述CFDDFDE-RDDCSPEC過程設計 接口設計體系結構設計數(shù)據(jù)設計結構化設計的內(nèi)容n結構設計概要設計n體系結構設計nSC圖n接口設計nSC圖n數(shù)據(jù)庫設計n物理數(shù)據(jù)模型n過程設計詳細設計n模塊的處理過程nN-S圖，PAD，PDL等描述工具SC圖nSC圖的組成符號 （P88）n矩形框來表示模塊 n帶箭頭的連線表示模塊間的調(diào)用關系n傳入和傳出模塊

26、的數(shù)據(jù)流 nSC圖中的模塊符號n傳入n傳出n變換n源n漏n控制 SC圖中的模塊調(diào)用n簡單調(diào)用 n選擇調(diào)用 n循環(huán)調(diào)用ABCDABC面向數(shù)據(jù)流的設計方法nDFD圖的類型 n變換型結構 n事務型結構 n從DFD圖到SC圖的映射 n復審DFD圖，必要時可再次進行修改或細化n鑒別DFD圖的結構特征:事務？變換？n按照規(guī)則，把DFD圖為初始的SC圖 n改進初始的SC圖 變換結構的DFD變換中心傳入傳出信息傳入流傳出流 變換流時間事務型結構DFD事務中心接受路徑動作路徑同時存在兩類結構傳入變換傳出事務中心變換分析變換分析n劃分DFD圖的邊界 n建立初始SC圖的框架n頂層都只含一個用于控制的主模塊 n第一層包括傳入、傳出和中心變換三個模塊 n分解SC圖的各個分支 n分解實質(zhì)上是“映射” 例子劃分DFDPEDCBAWRUVQabcdeprwuv傳入部分變換中心傳出部分第一級分解MEMTMCMAc,ec,eu,wu,w傳入分支的分解GetEAtoBReadDDtoEReadABtoCGetBGetC MAc,ecebbcaabddb傳出分支的分解 WriteW UtoV Write V P